淖爾壕煤礦礦井水綜合利用的優(yōu)化研究

(神東天隆集團有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

0 引 言

礦床開采破壞了地下水原始賦存狀態(tài)并產(chǎn)生了裂隙，密切了大氣降水、地表水、地下水和生活用水，各含水層之間的水力聯(lián)系，使各種水沿著原有的和新裂隙滲入井下采掘空間形成礦井水。礦井水是煤炭生產(chǎn)過程中排放量最多的廢水。據(jù)1993年統(tǒng)計，我國國有重點煤礦年排礦井水約22億m3，平均噸煤涌水量約4．0 m3，而且隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展礦井水的排放量還將不斷增多。長期以來，由于技術(shù)所限和認(rèn)識不足，礦井水被當(dāng)做水害加以預(yù)防和治理，礦井水被白白排掉而未加以綜合利用和保護。據(jù)統(tǒng)計平均每開采1 t原煤需排放2 t礦井水，不僅嚴(yán)重污染了水資源，而且造成了工業(yè)和生活用水短缺。隨著科學(xué)的發(fā)展和人們環(huán)境保護意識的提高，對礦井水也已有了新的認(rèn)識，開始將礦井水作為一種水資源加以處理利用，即礦井水資源化。

地下采空區(qū)水庫的設(shè)置，使得井下形成了一個天然的凈水廠。采礦所產(chǎn)生的污水不用排至地面就能得到凈化、利用與保存。一方面省去了地面處理污水的費用，另一方面也避免了井下水外排所造成的蒸發(fā)損失。礦井水在地下采空區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移循環(huán)，自然凈化后，作為工業(yè)用水、綠化灌溉用水而得到重復(fù)利用。

1 綜采工作面后方采空區(qū)涌水利用

綜采工作面推進方向巷道底板通常高低起伏，不平整，而當(dāng)巷道位于富水區(qū)時，巷道低洼點通常會積水嚴(yán)重，需要設(shè)泵抽排。通常巷道內(nèi)提前布置了排水管路，當(dāng)巷道低洼點積水后，及時在該區(qū)域設(shè)泵將積水通過排水管路抽排至中轉(zhuǎn)水倉，由中轉(zhuǎn)水倉處水泵將礦井水提升至地面礦井水處理廠處理。但是，通常綜采工作面后方采空區(qū)涌水水質(zhì)較好，可以采取清污分離的方法將清水用于生產(chǎn)或綠化灌溉。

1.1 綜采工作面后方采空區(qū)涌水情況

綜采工作面過富水區(qū)時，巷道低洼點通常積水嚴(yán)重，通常采用綜采工作面安裝時安裝的排水管路進行排水，若采用清污分離方法，能夠減少污水產(chǎn)生、增加清水供應(yīng)。以淖爾壕煤礦22410綜采工作面過富水區(qū)為例，分析綜采工作面后方采空區(qū)涌水利用。

22410綜采工作面采高5 m，面寬300 m，工作面整體呈現(xiàn)負(fù)坡推進。22410回順44-60聯(lián)巷范圍內(nèi)松散層富水性強，且22410綜采工作面運順整體高于回順，高差7～13 m，工作面自切眼至回順48聯(lián)巷為負(fù)坡推進，工作面回采期間主要受本采空區(qū)水(最大270 m3/h)和相鄰的22 409采空區(qū)水(230 m3/h)影響，47-48聯(lián)巷之間巷道積水嚴(yán)重。

1.2 綜采工作面后方采空區(qū)涌水利用

礦井根據(jù)22410回順底板標(biāo)高及涌水情況，通過分析計劃采用清污分離排水和預(yù)埋管路排水兩種方法相結(jié)合的方式進行涌水利用。

(1)清污分離排水

在22410回順48聯(lián)巷低洼點(副幫側(cè))施工了尺寸為2 m×1.5 m×5 m(高×深×長)的臨時水倉，水倉內(nèi)設(shè)置了3臺132 kW的強排泵，采空區(qū)清水自流至水倉。水倉至22410回順13聯(lián)巷22409采空區(qū)DN200的注水管之間鋪設(shè)一趟DN200的清水管路，強排泵將清水通過DN200清水管路打入22409采空區(qū)。清水通過22409-22401采空區(qū)進一步凈化過濾后，提升至淖爾壕凈水廠使用。22410回順巷道噴霧降塵、沖洗巷道污水通過另外兩趟DN200管路抽排至中央水倉。

(2)預(yù)埋管路排水

22410回順46-48聯(lián)巷巷道底板起伏(起伏高差2.3 m)，同時由于回順受F92 322°∠50°H=1.9 m斷層影響回順底板起伏較大，相鄰22409綜采面采空區(qū)及本工作面采空區(qū)的積水將集中在回順48聯(lián)巷附近，造成運輸機機尾拉回水嚴(yán)重影響綜采面正常推進。為此，在22410回順46-48聯(lián)巷巷道起伏較大地段段，按1.3°腰線開挖1.5*1.5 m溝槽，預(yù)埋100米DN300鋼管后與48、47聯(lián)巷泄水閥門對接，同時溝槽采用混凝土澆筑。當(dāng)工作面回采至48聯(lián)巷低點時，關(guān)閉其他聯(lián)巷返水管，利用48聯(lián)巷返水管將22409采空區(qū)涌水導(dǎo)流至46聯(lián)巷用水泵抽排，減少22409采空區(qū)涌水對22410工作面回采的影響。

通過優(yōu)化設(shè)計與施工，采用預(yù)埋管遠(yuǎn)距離自動泄水量達到120 m3/h，使22409采空區(qū)水位高度由2.0 m降至1.4 m,保證了22410綜采面順利推進。

2 綜連采工作面探放水及未被污染礦井水利用

綜采工作面回采前，需提前對上覆含水層、采空區(qū)和地表水進行疏放，確保綜采工作面安全推過富水區(qū)域。

2.1 綜連采工作面探放水產(chǎn)生情況

為確保綜采工作面開采安全，通常會在綜采工作面上覆采空區(qū)、空巷、地表水和含水層低洼點等區(qū)域提前施工探放水工程，將上覆積水疏放。根據(jù)淖爾壕煤礦探放水經(jīng)驗，上覆采空區(qū)和地表水量比較大，若全部作為污水排放，不僅增加污水排放、處理費用，而且也造成了水資源的浪費。以淖爾壕煤礦22518綜采工作面探放水工程(包括切眼、22518回順、22518運順)為例，由于22518綜采工作面局部過上覆12煤采空區(qū)、地表三元溝等，需施工探放水工程對采空區(qū)和地表水進行疏放，根據(jù)疏放工程統(tǒng)計，在近10個月的時間內(nèi)累計疏放水量29萬m3。由于該部分探放水水質(zhì)較好，可以將該部分礦井水資源化，將其用于生產(chǎn)、綠化灌溉等。

2.2 綜連采工作面探放水及未被污染過的礦井水利用

綜連采工作面巷道內(nèi)礦井水通常包括探放水、頂板淋水、采空區(qū)涌水及少量的綜采工作面煤泥水等，其中探放水、頂板淋水和采空區(qū)涌水占比較大且水質(zhì)較好，而綜采工作面煤泥水相對較少且水質(zhì)較差。通過分析，將綜連采工作面巷道內(nèi)全部礦井水集中由一趟排水管路排至位于井田中央的2#水泵房，然后排至22211-22214采空區(qū)內(nèi)凈化過濾，最后提升至地面供大柳塔水土保持示范基地灌溉綠化用水或通過井下復(fù)用水系統(tǒng)處理后供井下生產(chǎn)用水。

3 礦井水處理廠處理水利用

由于礦井中央回風(fēng)、主運和輔運大巷、平硐、北輔運大巷及其他集中大巷中噴霧降塵水、沖洗巷道水和頂板淋水匯集后水質(zhì)很差，通過水溝匯集至各水倉內(nèi)，最終集聚在井下1#水泵房水倉內(nèi)。1#水泵房水倉內(nèi)污水提升至地面礦井水處理廠處理后能夠達到煤炭工業(yè)污水綜合排放一級標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)合礦井水處理廠月水處理量和現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)情況，計劃將礦井水處理廠處理后的礦井水排入淖爾壕主井90KW水泵房水池內(nèi)，供淖爾壕洗煤廠生產(chǎn)用水。由于淖爾壕洗煤廠月生產(chǎn)用水(約3萬m3/月)大于礦井水處理廠水量(約1.5萬m3/月)，且礦井水處理廠處理后的礦井水水質(zhì)能夠滿足洗煤廠生產(chǎn)用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，因此，該改造方案可行。具體實施方案為：將礦井水處理廠處理后的礦井水從明渠外50方水池中接出一趟DN200的水管，經(jīng)由調(diào)節(jié)池、壓濾機房、大門口后，抽排至靠近水廠大門口的90 kW泵房水池內(nèi)供洗煤廠生產(chǎn)用水。

4 結(jié)束語

本項目充分利用現(xiàn)有的地下采空區(qū)水庫、井下復(fù)用水系統(tǒng)、礦井水處理廠、淖爾壕凈水廠和神東生態(tài)治理示范基地建設(shè)等五個關(guān)鍵因素，結(jié)合井下涌水情況，從已封閉采空區(qū)含水層涌水、井田邊界掘進工作面采空區(qū)積水、綜采工作面后方采空區(qū)涌水、綜連采工作面探放水及未被污染礦井水和礦井水處理廠處理水五個產(chǎn)水源頭抓起，采取清污分離等措施，充分利用井下采空區(qū)自凈功能，實現(xiàn)礦井水生活、生產(chǎn)和生態(tài)利用，形成了一套礦井水綜合利用新模式。