布爾臺(tái)煤礦礦井井下礦井水處理站初步設(shè)計(jì)方案

吳東曉++李正東

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的煤炭資源也出現(xiàn)了緊缺的現(xiàn)象。導(dǎo)致當(dāng)前煤炭的開采過程也更為復(fù)雜，并有大量底下水的滲出，其開采作業(yè)也產(chǎn)生了較大阻礙。因此，想要保證煤礦生產(chǎn)的效率及質(zhì)量，則需要通過對(duì)其礦井井下建立礦井水水處理站的方案。本文則將布爾臺(tái)煤礦礦井為例，分析其初步的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：布臺(tái)爾煤礦；井下礦井水處理站；設(shè)計(jì)方案

中圖分類號(hào)：TD325 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）20-0118-02

我國(guó)的煤炭資源經(jīng)過多年的開采，當(dāng)前正面臨著資源枯竭的問題。隨著煤炭開采難度的不斷增大，對(duì)于井下作業(yè)也提出了新的要求。通過對(duì)煤礦礦井井下礦井水水處理站的有效建設(shè)，不僅能夠提升井下作業(yè)的工作效率和工作質(zhì)量，還能夠避免井下安全事件的發(fā)生，保護(hù)相關(guān)工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，對(duì)布爾臺(tái)煤礦礦井井下礦井水水處理站初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 項(xiàng)目工程概況

此項(xiàng)目名稱為布爾臺(tái)煤礦礦井井下礦井水處理站。其具體的工程情況為：地面礦井水處理站：承擔(dān)布兒臺(tái)礦、寸一礦、寸二礦等3個(gè)礦的礦井水處理的任務(wù)。系統(tǒng)共分3期建設(shè)，已建成移交。目前只有1期在運(yùn)行，設(shè)計(jì)處理水量為15000m3/D，處理工藝為傳統(tǒng)的“預(yù)沉池+斜管沉淀池+無閥濾池”工藝。其中工藝處理過程中產(chǎn)生的煤泥通過煤泥池收集后，靠靜壓重力自流至井下采空區(qū)妥善安置。布兒臺(tái)礦礦井涌水在12000m3/D左右，全部泵到地面礦井水處理站，利用1期設(shè)備進(jìn)行處理。礦井涌水中4000m3/D為經(jīng)過采空區(qū)過濾后的水，其余8000m3/D為直接礦井涌出水。布兒臺(tái)礦的井下復(fù)用水量為300m3/h。

礦井當(dāng)前的水量水質(zhì)情況根據(jù)與礦方交流，礦井水經(jīng)采空區(qū)過濾后由井下排水倉收集，或礦井水直接由井下排水倉收集。再由井下排水倉設(shè)置的井下礦用泵打到地面污水處理廠，處理后排放。礦井水直接由井下排水倉收集時(shí)，其水質(zhì)中平均懸浮物SS在500mg/L～1000mg/L之間，而經(jīng)過采空區(qū)過濾的礦井水，其平均懸浮物SS<50mg/L。

2 項(xiàng)目工程方案的設(shè)計(jì)思路

本工藝方案設(shè)計(jì)充分考慮了井下巷道特點(diǎn)、水質(zhì)特點(diǎn)、處理后水質(zhì)能達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)等因素，建議在井下建設(shè)水處理站，水處理站采用我司研發(fā)的占地較小、投資較少、流程簡(jiǎn)單、處理效果更佳的高效旋流凈化工藝作為核心工藝，不僅減少了項(xiàng)目投資、占地，還縮短了的工藝流程使運(yùn)營(yíng)維護(hù)更加簡(jiǎn)單、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用更低。井下建設(shè)水處理站，能直接回用，不僅能降低提升至地面水處理站處理后在回用的能耗費(fèi)用，也提高了地面礦井水處理站的安全運(yùn)行穩(wěn)定性。

3 工程設(shè)計(jì)的具體流程及內(nèi)容

3.1 水處理工藝的確定

我國(guó)礦井水凈化處理技術(shù)起始于上世紀(jì)70年代末，已有幾十年的歷史。目前，已投入使用的凈化處理技術(shù)主要有：沉淀、混凝沉淀、混凝澄清池等，均采用重力沉降原理對(duì)水體的懸浮物進(jìn)行分離，其主要缺點(diǎn)是占地面積很大，水力停留時(shí)間較長(zhǎng)，底泥（煤泥）含水率高、體積大，對(duì)場(chǎng)地、池容的要求很大。

近年來，隨著水處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了高效旋流凈化技術(shù)、超磁分離技術(shù)等礦井水處理新技術(shù)，有效解決了傳統(tǒng)水處理工藝處理效率低、占地大、水力停留時(shí)間長(zhǎng)、綜合投資大、運(yùn)行費(fèi)用高、維護(hù)困難等問題。

根據(jù)本項(xiàng)目原水及出水水質(zhì)的要求，本項(xiàng)目去除的重點(diǎn)目標(biāo)是：水中的懸浮物（SS）、化學(xué)需氧量CODcr及乳化油等，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況，本次方案設(shè)計(jì)高效旋流凈化工藝。

3.2 高效旋流凈化工藝介紹

高效旋流離心凈化工藝是利用旋流閃混、常壓旋流、二級(jí)旋流離心分離、紊態(tài)造粒污泥層過濾、旋流濃縮的原理，將污水凈化中的混凝反應(yīng)、離心分離、泥層流態(tài)過濾、污泥濃縮等處理技術(shù)有機(jī)組合集成在一起，在同一罐體內(nèi)短時(shí)間（10-15分鐘）完成污水的多級(jí)凈化，出水水質(zhì)懸浮物小于10mg/l，較大程度優(yōu)于回用及排放標(biāo)準(zhǔn)。

本設(shè)備技術(shù)集成、工藝先進(jìn)，通過高新技術(shù)和特殊工藝，將旋流閃混技術(shù)、常壓旋流、二級(jí)旋流離心分離、紊態(tài)造粒污泥層流態(tài)過濾原理等過程有機(jī)融合為一體，在同一罐體內(nèi)完成廢水的多級(jí)凈化，實(shí)現(xiàn)了快速連續(xù)高效處理。其基本的技術(shù)原理為：

（1）旋流閃混技術(shù)。一般的混凝方式分無動(dòng)力和有動(dòng)力兩種方式，無動(dòng)力的如網(wǎng)格折流式、折流板式，有動(dòng)力的如機(jī)械攪拌式。水流的流態(tài)形式上下流動(dòng)，藥劑與污水的混合主要是靠與其它物體碰撞形成局部紊流混合，混合時(shí)間長(zhǎng)，一般需要5-15分鐘。而旋流閃混技術(shù)，利用旋流的軌跡螺旋上升，運(yùn)動(dòng)路線長(zhǎng)，旋流時(shí)紊流強(qiáng)度大，混合效率高，一般只需10-30秒即可實(shí)現(xiàn)高效混合，取代了傳統(tǒng)混凝反應(yīng)池等。（2）常壓節(jié)能旋流技術(shù)。獨(dú)特設(shè)計(jì)的漸開線或螺旋線導(dǎo)流技術(shù)，在管道或進(jìn)水密閉渠道內(nèi)形成旋流的慣性，在某一點(diǎn)斷開時(shí)，水流能利用余壓靠慣性自然形成旋流，節(jié)約了動(dòng)力能耗。（3）二級(jí)旋流離心分離技術(shù)。水體在罐體內(nèi)，設(shè)計(jì)了先向下旋流然后有導(dǎo)流板導(dǎo)入向上旋流的二級(jí)旋流離心分離模式。含懸浮物的廢水在進(jìn)入罐體內(nèi)，利用漸開線或螺旋線導(dǎo)流技術(shù)，先形成下旋流方向的旋流，在離心力的作用下廢水中形成的懸浮顆粒及礬花被甩向器壁，并隨下旋流及自身重力作用沿罐內(nèi)壁下滑至錐形污泥濃縮區(qū)，從而去除大部分的懸浮物。廢水向下作螺旋運(yùn)動(dòng)到一定程度后向中心靠攏，在導(dǎo)流槽的作用下形成向上的旋流，繼續(xù)利用旋流產(chǎn)生的離心力，分離剩余的小顆粒等雜物。導(dǎo)流槽、板的設(shè)置，使下旋流和上旋流分別再不同區(qū)域獨(dú)立運(yùn)行，避免了傳統(tǒng)旋流器產(chǎn)生的短流現(xiàn)象。（4）紊態(tài)造粒污泥層過濾。上旋流的同時(shí)，水中較輕的顆粒，相互碰撞，在藥劑的作用下相互粘結(jié)，形成一定厚度的污泥過濾層，對(duì)水質(zhì)進(jìn)一步過濾，到達(dá)一定厚度后，會(huì)脫落沉至泥斗，形成流態(tài)過濾。（5）旋流濃縮。整個(gè)罐體內(nèi)的水流為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，泥斗內(nèi)的污泥隨著水流旋轉(zhuǎn)，在整體水流壓力的作用下，像擰緊螺絲般實(shí)現(xiàn)污泥的濃縮，從而排泥濃度大，排泥量少，后續(xù)污泥處理不需要像沉淀池還需建污泥濃縮池。

3.3 高效旋流凈化工藝特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

（1）處理效率高，占地面積小。廢水凈化時(shí)間根據(jù)SS濃度不同一般只有10-15分鐘，凈化后水可以做為深度處理水源或直接回用或達(dá)標(biāo)排放，出水懸浮物SS達(dá)到10mg/l以下。占地面積只有傳統(tǒng)工藝的1/8-1/4，以日單臺(tái)處理5000m3/d的旋流離心凈化器占地約12m2。（2）處理水質(zhì)范圍寬，耐沖擊，高懸浮物精處理技術(shù)水平國(guó)際領(lǐng)先。針對(duì)污水高懸浮物（30-100000mg/l）水質(zhì)特點(diǎn)的廢水，由于分離原理為離心力，而不是傳統(tǒng)的重力沉淀分離，只要存在密度差即可。就可以把水中懸浮物分離開來。（3）設(shè)備無需維修。設(shè)備內(nèi)無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，無需維修。（4）動(dòng)力消耗低，運(yùn)行費(fèi)用低。運(yùn)行中只需一次提升，加藥量約是傳統(tǒng)工藝的1/2-2/3。（5）運(yùn)營(yíng)操作簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)無人值守。設(shè)備本體只有進(jìn)水口、出水口、排泥口、反洗排污口，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接管道即可。實(shí)現(xiàn)“傻瓜式”無人值守自動(dòng)操作模式。（6）投資低，施工周期短。與傳統(tǒng)工藝及其它工藝相比，總體投資降低10%-30%。工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)只需做地基，完成后，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)吊裝固定即可。大大縮短施工周期。（7）可以吊裝移動(dòng)及模塊化擴(kuò)展。隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，水量可能會(huì)隨之變大，只需根據(jù)預(yù)測(cè)預(yù)留好地基，待水量大時(shí)，直接工廠生產(chǎn)完畢，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)固定即可投入使用。

4 結(jié)語

綜上所述，對(duì)于布爾臺(tái)煤礦礦井井下礦井水水處理站進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先就需要對(duì)其實(shí)際的項(xiàng)目情況進(jìn)行充分的調(diào)查和了解，包括井礦井水量水質(zhì)現(xiàn)狀以及其回用水的情況。之后，則需要通過對(duì)其設(shè)計(jì)思路的確定，開展相應(yīng)的方案的設(shè)計(jì)。通過對(duì)其水處理站的有效設(shè)計(jì)，則能夠在減少生產(chǎn)污染的同時(shí)，促進(jìn)煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]吳鶴婷.礦井井下排水處理站空間結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)研究[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2011，17：91-92.

[2]丁楊，王亮，張保.雅店礦井井下水處理站優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤炭工程，2017，02：14-16.

[3]鄔象牟.礦井水回收利用面臨的形勢(shì)與對(duì)策[J].煤炭工程，2005，09：50-52.

[4]許敦強(qiáng)，趙志強(qiáng).礦井水綜合利用技術(shù)研究與應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2013，04：57+59.endprint