源頭控制礦井排水中煤泥含量的工藝研究與應(yīng)用

康 樂

(霍州煤電集團(tuán) 辛置煤礦，山西 霍州 031400)

礦井水作為一種重要的水資源，對其進(jìn)行合理處理與循環(huán)利用，已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展的必然要求[1].近年來，國內(nèi)外學(xué)者在礦井水處理方面開展了大量研究工作，取得了多項(xiàng)研究成果。張春暉等[2]提出了基于時(shí)間維度的煤礦礦井水“生產(chǎn)—閉坑”全過程污染控制技術(shù)、基于空間維度的煤礦礦井水“井下—地面”分級處理與利用技術(shù)，建立了“兩維一體化”煤礦礦井水分級處理與高效循環(huán)利用技術(shù)體系，為礦井水的綠色處理與利用提供了一種新的思路。王東升[3]介紹了含懸浮物、高礦化度、酸性、含特殊污染物等不同類型礦井水的處理技術(shù)。肖艷[4]分析了高礦化度礦井水零排放處理技術(shù)及典型工藝。鄒海兵等[5]為解決天山礦業(yè)公司礦井水處理中預(yù)沉池礦井水沉淀時(shí)間不足問題，優(yōu)化了加藥點(diǎn)位置，確保了處理水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。但是針對具體礦井，仍需要根據(jù)礦井水質(zhì)選擇合適的處理方式。辛置煤礦建礦近70年來，采用多級提升方式排水，排水系統(tǒng)戰(zhàn)線較長，存在污泥等污染物堵塞排水管道、煤泥沉積水倉，導(dǎo)致清倉周期短等問題。為了實(shí)現(xiàn)從源頭上杜絕煤泥進(jìn)入水倉，提高水倉的空倉率，該礦開展煤泥水治理工藝研究，擬利用 “振動篩+沉淀池+絮凝劑”煤泥水治理工藝，改進(jìn)現(xiàn)有治污模式，改善煤泥等污染物處理效果，延長清倉周期，緩解水倉工作壓力，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1 概 況

辛置煤礦310水平二采區(qū)2-208回采工作面位于310二采區(qū)末端，工作面下山推進(jìn)，采用多級分離排水，經(jīng)由工作面至二采區(qū)末端水倉，到310水平水倉，再到450水平水倉，最終到地面桃溝污水處理站。該回采工作面為俯采工作面，正常涌水量為50 m3/h，淋水量大且伴有大量煤粉、煤泥，隨涌水流出并進(jìn)入310二采區(qū)末端水倉及310水平水倉。礦井水中存在大量煤泥，增加了排水系統(tǒng)負(fù)擔(dān)和地面煤泥污染處理成本。水倉內(nèi)煤泥沉積速度過快，水倉正常清挖遠(yuǎn)不能滿足水倉正常運(yùn)行的需要，造成排水系統(tǒng)不能滿足工作面安全生產(chǎn)排水需要，處理不當(dāng)將會導(dǎo)致整個(gè)工作面被淹沒，對2-208工作面安全回采造成嚴(yán)重威脅。礦井水排水處理流程見圖1.

圖1 2-208工作面礦井水排水處理流程圖

2 礦井排水煤泥分離工藝對比

2.1 排水煤泥分離模式

1)舊工藝：“工作面→采區(qū)水倉”?；夭晒ぷ髅嫖鬯M(jìn)入工作面標(biāo)準(zhǔn)水倉完成初步沉淀，排送至采區(qū)水倉，再經(jīng)系統(tǒng)排水管路排至地面污水處理站處理排放。

2)擬采用的新工藝：“工作面→振篩機(jī)泥水粗分→沉淀池絮凝→采區(qū)水倉”?；夭晒ぷ髅嫖鬯M(jìn)入工作面標(biāo)準(zhǔn)水倉完成初步沉淀，然后通過振動篩進(jìn)行泥水粗分離，再經(jīng)過專用沉淀池完成絮凝處理排送至采區(qū)水倉，最后經(jīng)系統(tǒng)排水管路排至地面污水處理站處理，水質(zhì)達(dá)標(biāo)后排出。

2.2 新工藝技術(shù)路線

新工藝技術(shù)路線見圖2，通過現(xiàn)場調(diào)研、理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場施工等多種手段開展了振動篩選型、沉淀池構(gòu)造、絮凝劑類型及水倉改進(jìn)等方面的研究，優(yōu)化傳統(tǒng)分離工藝。

圖2 技術(shù)路線圖

3 工藝應(yīng)用情況

3.1 振篩機(jī)泥水粗分

3.1.1 振動篩的選擇

對井下污水采樣，分析煤泥粒徑組成及煤泥巖性。經(jīng)檢測：1)煤泥粒徑主要集中在0.2～20 μm，煤泥粒度較小。2)煤泥中除C、O等主要元素外，Al、Si、S、Ca的含量也較高，這些微量元素組成了大量的黏土類物質(zhì)和無機(jī)鹽灰分，使得煤泥的黏度較高，平均值達(dá)到17.05.3)礦井主要涌水水源為 K8砂巖含水層及 K2灰?guī)r含水層，經(jīng)水質(zhì)鑒定，呈偏堿性。

篩選合適的濾網(wǎng)高頻振篩機(jī)，現(xiàn)場選擇型號為GPS1837，該設(shè)備外形尺寸：長3 891 mm×寬2 540 mm×高1 621 mm(不含驅(qū)動系統(tǒng))，篩板尺寸：610 mm×610 mm×0.35 mm，驅(qū)動形式：雙驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動。

3.1.2 煤泥篩分流程

在回采工作面副巷口處安裝一臺該型高頻振篩機(jī)，煤泥篩分流程見圖3.

圖3 煤泥篩分流程圖

通過現(xiàn)場實(shí)踐觀察，每小時(shí)能夠篩出2.6 t煤，每天工作18 h，一臺振篩機(jī)每天可以篩出的煤泥量高達(dá)47 t，水倉內(nèi)的污水由原先的10天左右積滿延長至15天左右。但從煤礦生產(chǎn)需求來講，水倉清污周期還是過短，清倉速度依舊不能保證水倉正常運(yùn)行。

3.2 沉淀池沉淀處理

3.2.1 沉淀池滿足條件

1)懸浮顆粒在沉淀過程中處于自由沉淀狀態(tài)，即顆粒物之間互不干擾，顆粒的大小、形狀和密度都不發(fā)生改變。顆粒物以等速下沉，顆粒的水平分速等于水平流速[5].

2)水流沿著水平方向流動，進(jìn)出水均勻分布在整個(gè)橫斷面上，在過水?dāng)嗝嫔希鼽c(diǎn)的流速相等，并在流動過程中流速始終不變。

3)顆粒物沉到池底即認(rèn)為已被去除，不再返回水流中。

3.2.2 沉淀池設(shè)計(jì)

沉淀池的設(shè)計(jì)是污水處理系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，在工作面副巷口處建設(shè)一口平流式沉淀池。根據(jù)現(xiàn)場空間大小，平流式沉淀池設(shè)計(jì)為矩形水池(長50 m×寬4 m×深1.5 m)，由進(jìn)水區(qū)、出水區(qū)、沉淀區(qū)、污泥區(qū)4部分組成。上部為沉淀區(qū)，下部為污泥區(qū)，池前部為進(jìn)水區(qū)，池后部為出水區(qū)。

3.2.3 沉淀池應(yīng)用效果

經(jīng)過振動篩、沉淀池這兩道工序，排污效果得到了一定的改善，水倉由原來的15天沉積滿延長到30天左右，基本滿足水倉清理周期要求。

3.3 絮凝處理

3.3.1 沉淀池絮凝劑自動加藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為進(jìn)一步改善沉淀效果，增設(shè)一套自動監(jiān)測及加藥系統(tǒng)，自動監(jiān)測及加藥系統(tǒng)流程見圖4，沉淀池絮凝劑加料系統(tǒng)見圖5.礦井水凈化處理過程中液位、流量、壓力、濁度等工藝參數(shù)，通過相應(yīng)傳感器采集模擬量信號，部分模擬量信號傳送至自動加藥 PLC，其余模擬量信號傳送至工藝過程監(jiān)控 PLC，經(jīng)工藝過程監(jiān)控 PLC、自動加藥 PLC中的程序模塊計(jì)算分析，以及工控機(jī)給出的控制方式和設(shè)定參數(shù)，由 PLC 發(fā)出指令至電氣控制單元，電氣控制單元執(zhí)行指令啟動或停止相應(yīng)的動力設(shè)備，達(dá)到自動控制的目的。

圖4 自動加藥系統(tǒng)流程圖

圖5 沉淀池絮凝劑加料系統(tǒng)圖

3.3.2 絮凝環(huán)節(jié)處理效果

參照選煤廠煤泥水處理技術(shù)經(jīng)驗(yàn)[6]，該礦選用聚合硫化鋁+聚丙烯酰胺進(jìn)行絮凝處理，比例為2∶1，根據(jù)現(xiàn)場工作面涌水量及懸浮物含量確定沉淀池每月需使用絮凝劑材料5 t(其中聚合硫化鋁3.3 t，聚丙烯酰胺1.7 t)，歷經(jīng)兩個(gè)月的觀察，310水平末端水倉煤泥堆積延長至50天左右，實(shí)現(xiàn)了清倉正規(guī)循環(huán)。

4 實(shí)施效果

通過礦井工作面源頭控制排水中煤泥多級分離工藝在310二采區(qū)的應(yīng)用，緩解了采區(qū)末端水倉的運(yùn)行壓力，保證了2-208工作面的安全生產(chǎn)。

5 結(jié) 論

介紹了在辛置煤礦2-208回采工作面開展的礦井煤泥水多級分離工藝應(yīng)用過程情況。通過投入振篩機(jī)及絮凝劑，優(yōu)化了礦井煤泥水處理工藝，由傳統(tǒng)的“工作面→采區(qū)水倉”模式，改變成“工作面→振動篩→沉淀池→采區(qū)水倉”的新模式，提高了污水中煤泥的沉淀效率，將井下排水中煤泥在源頭盡可能截留并處理，解決了采區(qū)水倉由于煤泥阻塞而導(dǎo)致的運(yùn)行困難問題，實(shí)現(xiàn)了工作面安全生產(chǎn)。