伊犁一矿井下水处理站设计方案探讨

李树峰

(中煤科工集团 北京华宇工程有限公司，北京 100120)

矿井水是煤炭生产的附属品，既是工业废水，同时也是重要的水资源。由于地下采动影响对地层产生破坏，含水层、地表水、大气降水等水源通过裂隙渗入井下，从而产生矿井水。由于矿井水受到地质化学、构造条件和开采条件的影响，水质与普通地表水有明显差异[1]。矿井水处理方法是将矿井水排至地面，通过地面矿井水处理站处理完成后再回用，主要有混凝沉淀方式、反渗透、超磁、超滤、SBR法等方式[2]。但是传统方法运行费用高、占地面积大。在井下建设水处理站具有节约土地、节省投资、运行费用低等优点，具有良好的经济效益。伊犁一矿在井下建立水处理站，实现了矿井水井下直接回用，处理后的水排至地面作为生产以及绿化用水，具有一定指导意义。

1 伊犁一矿概况

伊犁一矿位于新疆察布查尔锡伯自治县南部，行政区划隶属新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州察布查尔锡伯自治县琼博拉乡。矿井设计生产能力为1 000万t/a，采用斜井开拓，矿井正常涌水量为853 m3/h，最大涌水量为1 096 m3/h。矿井采用单水平开采直接排水系统。主、副水仓及主排水设备布置在+950 m水平，排水管路沿5煤胶带下山敷设至主斜井，再沿主斜井敷设至南工业场地。排水水平标高为+950 m，主斜井井口标高为+1 278.5 m[3]。

2 井下水处理站位置选择

目前，越来越多的矿井选择将矿井水处理站建设到井下，尤其是在西部缺水地区，井下建设水处理站的优点非常明显：①水仓淤泥少，清理次数少；②因排水水质改善，管路磨损小；③井下消防洒水可以在井下直接回用，降低运营费用；④减少地表水分蒸发。考虑以上优点，设计推荐在井下布置矿井水处理站。

3 井下水处理工艺的选择

井下水处理站工艺选择与进水、出水水质密切相关。矿井水中会夹杂煤岩粉和其他的杂物，导致水中有大量煤泥，悬浮物等。水处理站进水水质根据水质监测报告主要指标见表1。

表1 进水水质

矿井水经处理后主要回用于黄泥灌浆、井下消防用水、地面生产系统用水，剩余全部用于煤化工基地用水。根据矿井水回用的用途，确定回用水水质达到《煤矿井下消防、洒水设计规范》(GB50383-2016)中表B.0.1井下消防洒水水质标准即可。出水水质要求如表2所示。

矿井水中大颗粒物质可以通过沉淀池去除，但是煤粉颗粒小，而且具有一定疏水性，因此煤泥难以去除。根据实测进水水质和出水水质要求，设计采用矿井水磁分离净化技术。工艺流程为：矿井水经巷道内沟渠集水后，汇总至进水渠内，在进水端渠内设置清渣格栅，除去水中大的漂浮悬浮物后自流进入预沉池；水中大颗粒及大比重物质在预沉池中沉积，预沉池主要沉积物为大颗粒煤泥，预沉池设潜水渣浆泵，定期排入污泥池，再由污泥泵送至压滤机脱水，干泥外运。经过预沉处理的水自流进入磁分离混凝系统[4]，混凝系统通过投加磁种和混凝剂(PAC和PAM)，使悬浮物在较短时间内(约4.5 min)形成以磁种为载体的“微絮团”。

表2 出水水质

经过混凝之后的水再自流进入磁分离机进行固液分离净化，磁分离机通过磁吸附打捞，使出水水质达到SS<20 mg/L左右。处理后的清水再自流进入井下水仓，利用原有提升系统提升至地面综合利用或部分井下直接回用。井下水处理工艺流程见图1。

图1 井下水处理工艺流程图

4 井下水处理站设计

根据矿井涌水量，综合考虑设计处理规模为1 000 m3/h。根据进、出水质确定采用矿井水磁分离净化技术。水处理站由预沉池、污泥池、混合池、一级反应池、二级反应池、加药设备间、污泥池等组成[5]。结合伊犁一矿井下实际采掘情况，选择在+950 m水仓附近布置沉淀池硐室以及井下水处理站。

井下水处理站内布置水处理主硐室、磁鼓机硐室、加药装置硐室等[6]；设置水池有污泥池、预沉池、一级、二级反应池、混合池以及中转池。井下水处理站布置图如图2所示。

图2 井下水处理站硐室布置图

5 井下水处理站硐室设计

通过对设备尺寸的校核以及各类水池反应时间的计算，硐室采用直墙半圆拱型断面，硐室净宽为4 600 mm、净高为3 000 mm。

图3 井下水处理站硐室断面图(mm)

硐室总工程量为82.16 m，掘进体积为2 359.48 m3。

6 工程效果分析

水处理阶段采用矿井水磁分离净化技术，出水水质可以满足《煤矿井下消防、洒水设计规范》井下消防洒水的水质要求。吨水运行成本在0.35元左右。该工程的实施，减少了水资源浪费。

7 结 语

伊犁一矿井下布置矿井水处理站可以减少水仓清淤的次数，减轻排水管路磨损。井下消防洒水可以通过水仓直接输送到用水地点[7]，减少了排至地面处理的环节，降低了运行成本[8]，提高了煤矿企业的综合效益，促进了矿区的可持续发展，该设计思路具有一定的推广价值。