礦山水資源平衡技術(shù)研究

肖偉

河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司研山鐵礦 063700

摘要：礦山開采都是由淺至深，隨著淺部資源的逐漸減少和消失，開采深度的增大，礦坑存水量也越來越大，耗電量大，水源面廣層多，利用率低，水循環(huán)系統(tǒng)存在缺陷等，上述這些原因，為礦山水資源節(jié)能減排提供了不少選擇。本文以河北礦業(yè)公司研山礦山為例闡述了露天礦山水資源節(jié)能減排的意義和當(dāng)前礦山給排水系統(tǒng)存在的問題，重點(diǎn)提出了利用采坑地下涌水等各種節(jié)能措施，希望這些措施可以推廣到其他礦山生產(chǎn)應(yīng)用中。

關(guān)鍵詞：金屬礦山；水資源；節(jié)能減排

引言

文章以河北礦業(yè)研山鐵礦為例通過生產(chǎn)中的給排水來分析提出露天礦山水資源平衡的必要性及趨勢(shì)性。并提出水資源再生利用等概念及思路，繼而從節(jié)能減排的原則來考慮利用采坑涌水來彌補(bǔ)選礦用水量的不足，提出部分合理優(yōu)化方案以尋求水資源平衡。在節(jié)能降耗為企業(yè)法定艱巨任務(wù)的今天，研究和處理好礦山給排水節(jié)能意義重大，具有巨大的技術(shù)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值。

1.中國水資源現(xiàn)狀及礦山介紹

中國的水資源為2.8萬億立方米，居世界第六；人均占有量卻僅有2200立方米，相當(dāng)於世界平均水平的1/5，被列為世界13個(gè)貧水國之一。而我國每年排出22億立方礦井水，相當(dāng)于100個(gè)十三陵水庫的蓄水量。而部分排水經(jīng)過生活及生產(chǎn)等過程遭到污染，再利用需要很長時(shí)間，長此以往，浪費(fèi)的不僅僅是大量水資源，更消耗了大量的電力、人力資源。

河北礦業(yè)研山鐵礦設(shè)計(jì)規(guī)模為年采選礦石1500萬噸，為鐵礦露天礦山，地處河北灤縣，是冀東鐵礦區(qū)的重要組成部分，屬于鞍山式沉積變質(zhì)鐵礦床，礦石成分主要為氧化礦和磁鐵礦。廠房依山而建，自下而上高差約60米，采區(qū)距廠區(qū)約3公里。由于該礦床毗鄰河道，地下水含量充沛，潛水層含水量大，隨著礦山項(xiàng)目規(guī)模增大、設(shè)備改造等，用水量也逐漸增大，原設(shè)計(jì)往往達(dá)不到后期用水量和排水量的要求。而從經(jīng)濟(jì)效益以及生產(chǎn)成本考慮，一味的增加水源井供水量也違背了節(jié)能降耗的原則。

2、鐵礦山生產(chǎn)工藝中給排水分析

鐵礦礦山工程中，對(duì)水的利用是必不可少的。目前該礦山是采用濕法處理礦石，即利用水為介質(zhì)對(duì)礦石進(jìn)行提取，耗水量較大，整個(gè)礦山工程中選礦占有的耗水比例將近八成。開采的礦石經(jīng)粉碎、研磨等工藝形成細(xì)料后利用分級(jí)機(jī)借助固體顆粒的比重不同而在液體中沉淀的速度不同的原理，加入大量水進(jìn)行沖洗礦石混合物進(jìn)行洗凈和分級(jí)。后經(jīng)由磁力和機(jī)械力將混合料中的磁性物質(zhì)分離開來。分離后的礦物顆粒再被送入浮選機(jī)加入藥物，使得所要的礦物質(zhì)與其他物質(zhì)分離開。最后進(jìn)入濃縮池濃縮后經(jīng)過濾機(jī)過濾烘干形成精礦粉。

整個(gè)生產(chǎn)工藝從進(jìn)入球磨機(jī)后開始用水，并產(chǎn)生大量廢水，包括洗礦廢水和選礦廢水。而生產(chǎn)過程中還產(chǎn)生除塵水、冷卻水等。

3、礦山生產(chǎn)廢水回收利用現(xiàn)狀

目前大部分的礦山已經(jīng)可以達(dá)到對(duì)排放廢水的指標(biāo)控制，而且將所排廢水進(jìn)行處理后回收利用來完成生產(chǎn)用水的自循環(huán)。這就到達(dá)了某種程度上的用水的平衡。然而在實(shí)際的生產(chǎn)，這種平衡往往是脆弱的。

該礦廢水資源利用現(xiàn)狀

（1）該礦山露天礦淺層紅礦精選后產(chǎn)生的尾礦含泥量大，含沙量小，尾礦車間每天向尾礦庫排放尾礦漿高達(dá)15000立方，其中含水量約為300m?/h，礦漿濃度為50%。正常情況時(shí)經(jīng)尾礦回水量每日7000立方，但受汛期及筑壩施工影響，回水量不太穩(wěn)定。最低時(shí)每日僅回水4000立方，需補(bǔ)充生產(chǎn)水以保證正常生產(chǎn)。目前數(shù)據(jù)顯示尾礦回水穩(wěn)定時(shí)水源井每日新水供水量為5000立方左右，不穩(wěn)定時(shí)則需提供約9000立方生產(chǎn)新水。

（2）循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理。由于該礦廠區(qū)距尾礦庫較遠(yuǎn)，反應(yīng)滯后，補(bǔ)充新水后廠區(qū)生產(chǎn)用水雖能維持平衡，但廠區(qū)回水系統(tǒng)可調(diào)節(jié)性小，尾礦回水增加時(shí)導(dǎo)致大量回水只能外排，無法回到生產(chǎn)系統(tǒng)中循環(huán)利用。

（3）設(shè)計(jì)除塵冷卻水未考慮循環(huán)利用，該礦山除塵系統(tǒng)較多，大型除塵機(jī)有4臺(tái)，總共用水量為100m?/h，這部分廢水直接排至雨水外網(wǎng)進(jìn)入污水泵站，后排至灤河。

設(shè)計(jì)并未從水平衡角度出發(fā)，對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)中補(bǔ)加的新水加以控制調(diào)節(jié)，在生產(chǎn)穩(wěn)定后都會(huì)因回水量溢出造成外排，浪費(fèi)了新水資源，而外排水質(zhì)量較差會(huì)造成不良生態(tài)影響，同時(shí)也會(huì)給礦山形象帶來負(fù)面影響。

4、生產(chǎn)水獲取途徑

礦山生產(chǎn)中選礦工藝對(duì)水質(zhì)要求不高，經(jīng)過簡單沉淀處理后的廢水即可繼續(xù)投入使用。而一些生產(chǎn)工藝設(shè)備則對(duì)水質(zhì)要求比較高，比如離心泵冷卻水、軸封水，除塵設(shè)備冷卻水等。該礦山主要供水類型為高位生產(chǎn)新水和低位循環(huán)水。如若將各類取水點(diǎn)盡到各用其途才能真正控制好水平衡，達(dá)到節(jié)能增效的目的。

目前該礦水源獲取類型及各自優(yōu)缺點(diǎn)

（1）循環(huán)水。主要由尾礦回水進(jìn)入廠區(qū)循環(huán)水池供生產(chǎn)循環(huán)使用，與循環(huán)水池相連備有一調(diào)節(jié)池用于夏季汛期及廠區(qū)事故排水。這類水僅經(jīng)過簡單處理，水質(zhì)較差，可以供選礦廠直接使用，需求量很大。前面分析過尾礦回水波動(dòng)性大，調(diào)節(jié)性小，循環(huán)水的使用很大程度取決于尾礦回水系統(tǒng)能否效率運(yùn)行。

（2）生產(chǎn)新水。主要由水源井提供，該礦山每日需水源井供水以保證生產(chǎn)新水，由4臺(tái)潛井泵將地下水抽至地面蓄水池，然后經(jīng)加壓泵站內(nèi)3臺(tái)大功率加壓泵供至廠區(qū)高位水池，水質(zhì)干凈，能滿足各設(shè)備對(duì)新水的要求。水源井至廠區(qū)高位水池供水管線長約5公里，高差77米，能耗較大，目前我國工業(yè)用水費(fèi)用較高，因此這類水相對(duì)成本較高，

（3）采坑涌水。因該礦山礦脈緊鄰灤河支流新河水系，礦石開采過程中，各種滲透水、地下涌水甚至雨季地表水源源不斷匯集至采坑，如果不及時(shí)處理，必將影響礦山的安全生產(chǎn)。這類水多是地下水滲透，不含有毒化學(xué)物質(zhì)，水質(zhì)較為干凈，僅有少量顆粒雜質(zhì)，受雨季影響會(huì)出現(xiàn)水體渾濁情況，屬于礦山生產(chǎn)衍生物，不計(jì)入市政用水成本。

分析三種水資源獲取途徑，采坑涌水是最有必要加以充分利用的水資源，獲取成本低，使用成本低，甚至能減少外排成本，但是設(shè)計(jì)往往未從分考慮采坑涌水利用。

5、涌水利用率低的原因

目前該礦露天采坑每小時(shí)涌水量能達(dá)到800-1000立方，其中絕大多數(shù)涌水經(jīng)排水系統(tǒng)外排至臨近水系內(nèi)，后經(jīng)礦山自行改造后也只僅有少量水利用于生產(chǎn)，利用率不到20%。

分析原因如下

（1）設(shè)計(jì)未充分考慮。因設(shè)計(jì)時(shí)無法準(zhǔn)確計(jì)算采坑涌水量，而且各方面也存在很大的不確定性，如水質(zhì)、水量、水倉位置等。所以設(shè)計(jì)往往只考慮外排系統(tǒng)，并未充分考慮加以循環(huán)利用。而且建設(shè)成本，維護(hù)費(fèi)用等也是需要考慮的要素。

（2）采區(qū)地勢(shì)不斷下降。因原設(shè)計(jì)未考慮涌水利用問題，僅有排水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)不適用于廠區(qū)供水，且由于采坑地勢(shì)不斷下降，導(dǎo)致水泵揚(yáng)程不滿足供水要求，導(dǎo)致涌水利用率降低。

（3）水質(zhì)不穩(wěn)定。雖然采坑涌水大部分是地下水，但是雨季時(shí)，地表水及大氣降水增多，水質(zhì)變差，含沙含泥量增加，無法滿足生產(chǎn)新水的要求，需經(jīng)過處理后才能使用。

（4）管路效率低。采場(chǎng)排水坑一般就地取勢(shì)，距廠區(qū)較遠(yuǎn)而且地勢(shì)偏低，沿路管線長，沿程損失大，水的過流斷面減小導(dǎo)致管路效率降低。

6、節(jié)能降耗技術(shù)研究

礦山給排水節(jié)能方法多、效益顯著，企業(yè)應(yīng)該十分重視。目前國家對(duì)企業(yè)用水和排水收費(fèi)力度都比較大，而作為用水大戶的礦山企業(yè)，應(yīng)控制水源井的供水和充分利用生產(chǎn)中的排水和涌水，采用合理的給排水優(yōu)化來提高節(jié)能降耗成效。

合理優(yōu)化系統(tǒng)可以從以下幾點(diǎn)著手：

（1）廠區(qū)內(nèi)低位循環(huán)水供水點(diǎn)等高線選一合理處建一座中型輸水泵站，儲(chǔ)水池設(shè)計(jì)沉淀系統(tǒng)，應(yīng)對(duì)雨季水質(zhì)渾濁問題，以滿足生產(chǎn)新水使用要求。泵站主要用于高位補(bǔ)水，以減少高位供水點(diǎn)對(duì)水源井的依賴。而低位供水則利用采坑涌水直接補(bǔ)水。

（2）水倉、集水池水位采用高低兩種揚(yáng)程水泵加以控制，高揚(yáng)程水泵用于輸水泵站供水及低位直接補(bǔ)水，低揚(yáng)程水泵用于涌水外排。能在滿足生產(chǎn)用水的同時(shí)保證安全生產(chǎn)。高揚(yáng)程水泵配用變頻設(shè)備，選型需留出富余揚(yáng)程以應(yīng)對(duì)采坑地勢(shì)不斷下降的情況。