煤礦供水系統(tǒng)優(yōu)化改造探討

常宏愷

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)靈武礦區(qū)水電分公司，寧夏 銀川750410）

0 引言

石槽村煤礦位于寧夏回族自治區(qū)寧東煤田河?xùn)|規(guī)劃區(qū)鴛鴦湖礦區(qū)中部，礦井設(shè)計規(guī)模600萬噸/年，石槽村配水泵站為礦井建設(shè)初期提供生產(chǎn)生活用水。石槽村加壓泵站僅將梅花井加壓泵站輸送到石槽村的水加壓輸送到紅柳加壓泵站。石槽村加壓泵站和石槽村配水泵站進(jìn)水水質(zhì)均符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

石槽村礦井水處理站與煤礦同時設(shè)計、同時施工、同時投入生產(chǎn)和使用。石槽村礦井水處理站水源引自石槽村煤礦井下排水，井下排水總礦化度11185.99mg/L，溶解性總固體11096.10mg/L。石槽村礦井水處理站預(yù)處理后水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，深度處理工藝采用反滲透膜處理工藝，反滲透膜設(shè)計壽命3年，深度處理后水質(zhì)達(dá)到生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，通過水泵機(jī)組供煤礦生活用水，從水池重力自流至生產(chǎn)消防管網(wǎng)供煤礦生產(chǎn)、消防等用水[1]。2009年5月石槽村礦井水處理站通過驗(yàn)收并投入運(yùn)行，同時拆除回收石槽村配水泵站水泵機(jī)組和輸水管道，石槽村煤礦供水系統(tǒng)見圖1所示。

圖1 石槽村煤礦供水系統(tǒng)現(xiàn)狀

經(jīng)過長期運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)這種供水方式存在嚴(yán)重的安全隱患：

（1）反滲透膜老化，導(dǎo)致深度處理水質(zhì)中氯化物含量為244.9mg/L，接近生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)250mg/L的限值，長期飲用不利于職工身體健康。

（2）運(yùn)行方式不合理，礦井水處理站井下生產(chǎn)、消防用水無備用水源[2]，一旦發(fā)生全站失電或井下排水不可靠等情況，石槽村配水泵站和石槽村加壓泵站均為穩(wěn)定水源，地理位置接近卻無聯(lián)通管道，兩座泵站水池10000立方米儲存水量卻無法供給石槽村煤礦使用，有可能導(dǎo)致煤礦停產(chǎn)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

1 改造原則

針對石槽村煤礦供水系統(tǒng)存在的問題，對其進(jìn)行優(yōu)化改造，改造原則如下：

（1）科學(xué)合理的確定更新改造的規(guī)模、方案和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

（2）在不影響泵站性能和安全的前提下充分利用原有的設(shè)施和設(shè)備。

（3）積極采用經(jīng)過試驗(yàn)和鑒定的新技術(shù)、新材料、新工藝和新設(shè)備。

（4）通過優(yōu)化改造實(shí)現(xiàn)向石槽村煤礦提供優(yōu)質(zhì)的生活飲用水和可靠的生產(chǎn)、消防備用水源。

2 改造方案

礦井水深度處理水質(zhì)懸浮物含量、懸浮物粒度、pH值和大腸菌群4項(xiàng)指標(biāo)均未超過規(guī)范的要求[2]。經(jīng)過分析石槽村煤礦用水現(xiàn)狀，決定采用分質(zhì)供水，即石槽村煤礦的生活用水水源引自達(dá)到生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的加壓泵站或配水泵站，井下生產(chǎn)、消防、灑水采用礦井水深度處理水。

查閱統(tǒng)計石槽村煤礦2013年最高日用水量為6467m3/d，平均日用水量2905m3/d，其中生活水1515m3/d。在設(shè)備選型過程中既要保證備用水源能夠滿足最高日用水量，還要考慮日常供水時保持在水泵機(jī)組高效運(yùn)行區(qū)間，減少運(yùn)行費(fèi)用。

方案一：在配水泵站水池進(jìn)水管至礦井水處理站清水池進(jìn)水管敷設(shè)一條DN300、PN1.0MPa螺旋焊接鋼制輸水管道，長度2000m。

梅花井配水泵站水泵機(jī)組單臺流量160m3/h，揚(yáng)程125m，功率90kW，兩用一備，兩臺并聯(lián)運(yùn)行流量230m3/h，24小時運(yùn)行供水量5520m3/d，作為備用水源不能滿足最高日用水量的要求，由于輸水管道為DN300、PN1.6MPa螺旋焊接鋼管，三臺并列運(yùn)行流量無明顯增加。已安裝在礦井?dāng)?shù)處理站的水泵機(jī)組流量160m3/h，揚(yáng)程32m，功率30kW，一用一備，既可以滿足日常供水時保持在水泵機(jī)組高效運(yùn)行區(qū)間，減少運(yùn)行費(fèi)用，又充分利用原有的設(shè)施和設(shè)備，減少固定資產(chǎn)投資。

由于現(xiàn)場地形平坦，管線平順，取局部水損是沿程水損的百分之五[3]，經(jīng)查表[4]，該段管道增加水損9.18m。石槽村配水泵站水池標(biāo)高1423.55m，礦井水處理站清水池標(biāo)高1415.20m，高差8.35m。地形高差與水頭損失基本相同。通過調(diào)節(jié)石槽村配水泵站水池進(jìn)水閥門和礦井水處理站清水池進(jìn)水閥門，利用梅花井配水泵站水泵機(jī)組將水直接輸送至礦井水處理站清水池，再由已經(jīng)安裝的水泵機(jī)組供煤礦生活用水。同時作為礦井消防、灑水的備用水源。

圖2 方案一示意圖

方案二：在石槽村加壓泵站加裝2臺水泵機(jī)組，單臺流量300m3/h，揚(yáng)程32m，功率45kW，一用一備，加裝1臺45kW軟啟動柜，拖動方式為軟啟動一拖二。在加裝水泵機(jī)組出水母管至礦井水處理站清水池進(jìn)水管敷設(shè)一條DN300、PN1.0MPa螺旋焊接鋼制輸水管道，新敷設(shè)管道分別與配水泵站水池進(jìn)水管和加壓泵站水池連接，總長度2160m。

加裝的水泵機(jī)組單臺流量300m3/h，單臺24小時運(yùn)行供水量7200m3/d，作為備用水源滿足最高日用水量的要求。已安裝在礦井?dāng)?shù)處理站的水泵機(jī)組流量160m3/h，揚(yáng)程32m，功率30kW，一用一備，既可以滿足日常供水時保持在水泵機(jī)組高效運(yùn)行區(qū)間，減少運(yùn)行費(fèi)用，又充分利用原有的設(shè)施和設(shè)備，減少固定資產(chǎn)投資。

由于現(xiàn)場地形平坦、管線平順，取局部水損是沿程水損的百分之五[3]，經(jīng)查表[4]，水泵機(jī)組出水管道至礦井?dāng)?shù)處理站清水池輸水管道水損14.30m。石槽村加壓泵站水池標(biāo)高1420.80m，礦井水處理站清水池標(biāo)高1415.20m，高差5.60m。所選水泵機(jī)組揚(yáng)程滿足使用要求。

通過調(diào)節(jié)礦井水處理站清水池進(jìn)水閥門，加裝的水泵機(jī)組將加壓泵站的水直接輸送至礦井水處理站清水池，再由已經(jīng)安裝的水泵機(jī)組供煤礦生活用水。同時作為礦井消防、灑水的備用水源。配水泵站和加壓泵站水源互為備用，一旦加壓泵站水池蓄水量不足，可以調(diào)節(jié)閥門將配水泵站的水輸送到加壓泵站水池，大大提高了供水可靠性。

圖3 方案二示意圖

方案三：在石槽村加壓泵站加裝2臺水泵機(jī)組，單臺流量200m3/h，揚(yáng)程50m，功率45kW，一用一備，加裝1臺45kW變頻柜，拖動方式為變頻一拖二。在加裝水泵機(jī)組出水母管至礦井水處理站清水池進(jìn)水管敷設(shè)一條DN300、PN1.0MPa螺旋焊接鋼制輸水管道，新敷設(shè)管道分別與配水泵站水池進(jìn)水管和加壓泵站水池連接，并且將清水池進(jìn)水管與石槽村煤礦地面生活管網(wǎng)連接，總長度2210m。

加裝的水泵機(jī)組單臺流量200m3/h，兩臺并聯(lián)運(yùn)行流量約320m3/h，24小時運(yùn)行供水量7680m3/d，作為備用水源滿足最高日用水量的要求。單臺運(yùn)行可以滿足日常供水時保持在水泵機(jī)組高效運(yùn)行區(qū)間，減少運(yùn)行費(fèi)用。

由于現(xiàn)場地形平坦、管線平順，取局部水損是沿程水損的百分之五[3]，經(jīng)查表[4]，水泵機(jī)組出水管道至礦井?dāng)?shù)處理站清水池輸水管道水損6.74m。石槽村加壓泵站水池標(biāo)高1420.80m，礦井水處理站清水池標(biāo)高1415.20m，高差5.60m。石槽村地面建筑最高6層，最小服務(wù)水頭28m[3]，所選水泵機(jī)組揚(yáng)程滿足使用要求。

通過調(diào)節(jié)礦井水處理站清水池進(jìn)水閥門，加裝的水泵機(jī)組將加壓泵站的水直接輸送至石槽村煤礦地面生活管網(wǎng)。同時作為礦井消防、灑水的備用水源。配水泵站和加壓泵站水源互為備用，一旦加壓泵站水池蓄水量不足，可以調(diào)節(jié)閥門將配水泵站的水輸送到加壓泵站水池，大大提高了供水可靠性。采用變頻恒壓供水方式向用戶直接供水，減少運(yùn)行設(shè)備，節(jié)省運(yùn)行成本，使運(yùn)行方式更加簡潔。

圖4

3 不同方案經(jīng)濟(jì)性評價

對上述3個方案從固定資產(chǎn)投資和運(yùn)行費(fèi)用2個方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，計算過程中設(shè)計運(yùn)行年限選擇10年，運(yùn)行電費(fèi)0.747元/度，維護(hù)費(fèi)5000元/臺年。

表1 方案經(jīng)濟(jì)性對比表 （單位：萬元）

通過對比不同方案的經(jīng)濟(jì)性可知：

（1）方案一固定資產(chǎn)投資最少，但是作為備用水源不能滿足最高日用水量的要求，并且運(yùn)行費(fèi)用非常高。

（2）方案二和方案三作為備用水源均能滿足最高日用水量要求，方案二多設(shè)置一級水泵機(jī)組，運(yùn)行費(fèi)用較高，方案三固定資產(chǎn)投資最多，但是運(yùn)行費(fèi)用最低，按照設(shè)計使用年限10年計算綜合成本最低，并且完全滿足改造原則，故方案三是石槽村煤礦供水系統(tǒng)優(yōu)化改造的最優(yōu)方案。

4 結(jié)語

（1）經(jīng)過本次技術(shù)改造，石槽村煤礦供水系統(tǒng)形成了以加壓泵站為主生活水源，礦井水處理站深度處理水為主生產(chǎn)、消防水源，生活用水為生產(chǎn)用水的備用水源。石槽村加壓泵站和配水泵站互為備用的運(yùn)行方式，消除了存在的安全隱患，提高了石槽村煤礦供水系統(tǒng)的可靠性，使水資源得到充分利用。

（2）礦井水處理站的水源為井下涌水，通過預(yù)處理和深度處理工藝，水質(zhì)可以達(dá)到生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。但井下涌水溶解性總固體含量較高，對濾膜損傷較大，大大降低濾膜的使用壽命，且水質(zhì)惡化不宜作為生活飲用水，建議在附近有可靠供水水源時實(shí)現(xiàn)分質(zhì)供水。

（3）煤礦作為高危行業(yè)之一，在對煤礦供水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造是必須要充分了解當(dāng)前運(yùn)行方式、用戶用水需求和特點(diǎn)，充分考慮煤礦緊急情況或最不利情況下保證最大供水能力的方法。

［1］鄔象牟,張世良.神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司石槽村煤礦礦井水回收利用工程模塊式工藝設(shè)計方案專篇[R].中煤國際工程集團(tuán)武漢設(shè)計研究院,2007.

［2］GB50383-2006煤礦井下消防、灑水設(shè)計規(guī)范[S].

［3］GB50013-2006室外給水設(shè)計規(guī)范[S].

［4］中國市政工程西南設(shè)計研究院,主編.給水排水設(shè)計手冊：第1冊 常用資料[M].2版.2000.