礦坑水高效利用技術(shù)應(yīng)用

潘曉明　譚克亮　陳慶海

(1.山東乾舜礦冶科技有限公司；2.濟(jì)南鋼城礦業(yè)有限公司；3.山東鋼鐵集團(tuán)國際貿(mào)易有限公司)

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礦坑水高效利用技術(shù)應(yīng)用

潘曉明1譚克亮2陳慶海3

(1.山東乾舜礦冶科技有限公司；2.濟(jì)南鋼城礦業(yè)有限公司；3.山東鋼鐵集團(tuán)國際貿(mào)易有限公司)

濟(jì)南鋼城礦業(yè)有限公司鐵礦床為國內(nèi)罕見的大水礦床，建礦以來，公司成功實(shí)施了小帷幕注漿堵水試驗(yàn)工程和大帷幕注漿堵水工程，涌水量仍達(dá)5萬m3/d。因此，實(shí)施了將礦坑水凈化處理后作為生活用水工程改造。項(xiàng)目實(shí)施后，減少了外排浪費(fèi)水資源，不僅為企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)效益，也有利于節(jié)約能源、保護(hù)資源，開創(chuàng)了冶金礦山礦坑水綜合利用的先例，具有非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和極高的推廣價(jià)值。

礦坑水綜合利用水泵節(jié)能

濟(jì)南鋼城礦業(yè)有限公司始建于1966年，其前身是濟(jì)南張馬屯鐵礦，該礦床為國內(nèi)罕見的大水礦床，水文條件極其復(fù)雜。預(yù)測最低開采水平(-360m)的涌水量達(dá)33萬m3/d。建礦以來，公司成功實(shí)施了小帷幕注漿堵水試驗(yàn)工程和大帷幕注漿堵水工程，開創(chuàng)了我國大水礦山帷幕注漿治水的先河。礦山年產(chǎn)礦石50萬t、鐵精粉33萬t，掘進(jìn)廢石和礦坑水均得到了有效利用。

1　礦坑水資源化綜合利用

濟(jì)南鋼城礦業(yè)有限公司大帷幕注漿堵水工程竣工后，每天仍有將近3萬m3礦坑涌水排至泄洪溝，通過對周邊企業(yè)生產(chǎn)用水情況進(jìn)行調(diào)查研究，最終制定了向濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司供應(yīng)礦坑水的方案來解決礦坑水資源浪費(fèi)這一現(xiàn)象，即采用西水東調(diào)供水方案；1998年，確定的供水線路全長約7km，項(xiàng)目竣工投用以后，礦坑水實(shí)現(xiàn)了零排放，公司內(nèi)部生產(chǎn)用水每月消耗2萬m3，其余全部供濟(jì)鋼綜合利用，每年向濟(jì)鋼供應(yīng)礦坑水1 000萬m3。

為了擴(kuò)大礦坑水的使用范圍，進(jìn)一步開發(fā)其利用價(jià)值，最大限度地利用水資源。2009年3月再次對礦坑水在井下進(jìn)行凈污分離，在地表進(jìn)行過濾、凈化、消毒等處理，使其達(dá)到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，作為生活飲用水。具體技術(shù)方案為首先對礦坑水在井下實(shí)施凈污分離，將巖層內(nèi)部涌出凈水和生產(chǎn)區(qū)域污水分離后通過各自獨(dú)立的排水系統(tǒng)排至地表；污水經(jīng)沉淀作為公司生產(chǎn)及綠化用水；經(jīng)過凈污分離后排到地表的凈水通過過濾等處理工藝，達(dá)到生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)后作為生活水使用。

1.1井下礦坑水凈污分離

部分礦坑水受到井下作業(yè)人員生活污染和井下生產(chǎn)作業(yè)污染。主要有生活垃圾、糞便的污染，礦房充填過程滲濾出水(主要含選礦藥劑等有害物質(zhì))的污染，中深孔施工過程(主要是油污)的污染，掘進(jìn)、裝礦和設(shè)備維修等生產(chǎn)過程的污染，受污染水水質(zhì)很差，需對這部分水進(jìn)行隔離。

凈污分離指將礦井凈水(指沒被污染或受污染極輕的水)和井下受到污染的污水分開，分別收集和上排。井下污水量相對很小(約1 000m3/d)，但分布在生產(chǎn)、生活的各個(gè)區(qū)域，且隨著生產(chǎn)地點(diǎn)的改變而改變，分段收集難度大。而各開采水平幾處大的礦坑水涌水點(diǎn)位置相對固定，對各開采水平主要涌水點(diǎn)進(jìn)行隔離處理，保證其不被生產(chǎn)區(qū)域污水污染，通過各自相對獨(dú)立的泄水系統(tǒng)進(jìn)入環(huán)水溝。各分段生產(chǎn)區(qū)域污水不再單獨(dú)收集，而是通過現(xiàn)有泄水系統(tǒng)泄至-360m水平(若隨著生產(chǎn)區(qū)域的轉(zhuǎn)移或現(xiàn)有泄水系統(tǒng)平衡被打破時(shí)，再重新建造部分泄水孔)，在-360m水平將原4個(gè)水倉中的1個(gè)水倉隔出一段有效容積約2 000m3的獨(dú)立水倉，作為污水水倉使用。通過管道或部分專用水溝將-360m開采水平產(chǎn)生的所有污水集中排入污水水倉中。

1.2凈污分離后礦坑水的凈化處理

經(jīng)過凈污分離以后的礦坑水水質(zhì)較好，但仍受井下水溝、水倉、水泵及排水管道的影響，水質(zhì)達(dá)不到生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，不能直接作為生活用水。對凈污分離以后的礦坑水化驗(yàn)表明，微生物含量超標(biāo)嚴(yán)重，另外濁度高，硫酸鹽、硝酸鹽等成分含量高。對超濾工藝和反滲透工藝處理凈化后礦坑水對比試驗(yàn)表明：采用反滲透工藝處理后的水水質(zhì)較純，水的濁度降低，水中硫酸鹽、硝酸鹽等有害成分被有效過濾，水質(zhì)可以達(dá)到純凈水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；而采用超濾工藝處理后，水中硫酸鹽、硝酸鹽等成分含量仍較高。另外，采用反滲透處理工藝，殘水量較大，75%以上是殘水，處理工藝也比較復(fù)雜，能耗較高，水處理成本較高。采用超濾工藝處理，殘水量較小，只占原水的25%，處理工藝相對比較簡單，整個(gè)工藝系統(tǒng)能耗較低，處理成本較低。綜合考慮，在可以滿足生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，采用超濾工藝對礦坑水進(jìn)行處理。

1.3保護(hù)井下水源地

制訂了井下凈水水源保護(hù)措施和管理制度，避免井下凈水水源受人為因素的污染。在井下人員集中的地方安裝了無沖洗廁所，廁所有專人管理。廁所的糞便打包后集中運(yùn)到井上。井下人員集中配餐，統(tǒng)一使用飯盒，不允許自帶食物或使用方便袋，杜絕了井下白色污染。

2　礦坑水低溫?zé)峤粨Q技術(shù)的研究與應(yīng)用

為了更好地利用礦坑水的能源，2009年，對礦坑水進(jìn)行了低溫?zé)峤粨Q技術(shù)的研究和應(yīng)用。利用礦坑水溫度比較恒定(25 ℃左右)這一特性，將水體分別作為冬季熱泵供暖的熱源和夏季地源熱泵空調(diào)的冷源，即在夏季通過水源熱泵機(jī)組將建筑物中的熱量“取”出來，釋放到水體中去，由于水源溫度低，可以帶走熱量，以達(dá)到夏季給建筑物室內(nèi)制冷的目的；而冬季，則是通過水源熱泵機(jī)組，從水源中“提取”熱能，傳輸?shù)浇ㄖ镏胁膳４送?，井下水源還可以代替蒸汽給浴室洗浴水加熱。熱泵機(jī)組安裝投用以后，經(jīng)過試運(yùn)行，制冷、制熱效果良好。夏季制冷能耗比普通空調(diào)機(jī)制冷能耗降低50%以上。

3　結(jié)　語

將礦坑水處理后作為生活水飲用減少了外排浪費(fèi)水資源。使用礦坑水換熱技術(shù)用于代替空調(diào)制冷和制熱項(xiàng)目，節(jié)能效果十分顯著。每年為企業(yè)帶來直接經(jīng)濟(jì)效益5 000萬元以上，并且每年節(jié)約地下水資源1 000萬m3，不僅為企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)效益，也有利于節(jié)約能源、保護(hù)資源。在井下安裝使用無水沖洗廁所，解決了以前井下人員隨地大小便的問題。從源頭上減少了礦坑水的人為污染，同時(shí)提高了礦山井下文明生產(chǎn)的水平。礦坑水高效提升利用綜合技術(shù)的研究與應(yīng)用項(xiàng)目開創(chuàng)了冶金礦山礦坑水綜合利用的先例，具有非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和極高的推廣價(jià)值。

2016-03-22)

潘曉明(1981—)，女，工程師，250014 山東省濟(jì)南市經(jīng)十路13777號。