某礦山污水沉淀及清淤方案優(yōu)化

谷林林 李成斌 劉進銘

(河鋼集團灤縣常峪鐵礦有限公司， 河北 唐山 063700)

1 工程概況

某礦山排水系統(tǒng)采用集中排水。采場在-425 m水平副井車場附近設(shè)置水倉和水泵房，-425 m水平以上的坑內(nèi)涌水、充填滲水、采礦廢水等通過泄水井自流到進水巷道，然后進入水倉；-425 m水平的污水通過水溝自流進入水倉；-425 m水平以下的污水先匯集至-585 m水倉，然后泵送入-425 m水平水倉；-425 m水平水倉內(nèi)的水通過水泵一段排至地表。

各水平廢水中都含有泥沙，為減少泥沙流入水倉，減少水倉清淤頻率，設(shè)計了下述方案。方案中井下排泥主要是清理水倉及沉淀池內(nèi)的淤泥，前期-425 m中段泥沙量為180 m3/d，按照正?？偱潘繛?4 670 m3/d，則淤泥含量為1%。

2 顆粒沉速測定

顆粒沉速與粒徑分級直接影響沉降效果，間接影響沉淀池池形選擇和設(shè)計尺寸。為準確計算顆粒粒徑分級與顆粒沉速，為沉淀池設(shè)計提供實驗數(shù)據(jù)支持，故進行了顆粒篩分和沉淀實驗。

2.1 顆粒篩分實驗

1)實驗材料。井下全粒級淤泥、震動套篩、0.1 g級電子稱、500 mL量筒。

2)實驗內(nèi)容。取-375 m水平臨時錯車道內(nèi)淤泥，篩除+3 mm顆粒(+3 mm顆粒在水溝中自流時，因顆粒重量較大，會自動沉淀在水溝中，故不需做實驗)，篩下顆粒稱取重量總計397.8 g；取3 mm至30 μm之間篩子，組織篩分實驗。實驗結(jié)果見表1。

表1 顆粒篩分結(jié)果

由表1可知，+180 μm顆粒占5.8%，數(shù)量較少，且該粒級較重，會在水溝中自由沉淀，少數(shù)顆粒進入沉淀池后，不需額外處理即會迅速沉淀，不會影響沉淀池設(shè)計計算；-180 μm顆粒占94.2%，該粒級顆粒數(shù)量較多，自身重量和體積小，很難在水溝中自由沉淀，進入沉淀池后，不會自由沉淀，影響沉淀池容積計算，故顆粒沉淀分級實驗僅選取-180 um粒級顆粒。

2.2 顆粒沉淀實驗

選取1 000 mL量筒，裝入615 mL清水，取全粒級(-180 μm)式樣32.2 g裝入量筒攪拌均勻，開始靜置并計時，記錄一定時間內(nèi)澄清層高度(澄清層高度觀測采用手電筒照射，肉眼分辨澄清層分界線)，計算沉淀速度。實驗結(jié)果見表2。

表2 -180 μm全粒級沉降實驗數(shù)據(jù)

3 沉淀池的設(shè)計方案

3.1 沉淀池內(nèi)水流速度計算

因井下流速暫時無法準確測量，故按照給排水設(shè)計明渠流速計算方法，假設(shè)井下涌水全部通過-425 m水平的水倉前端水溝，該水溝為Ⅰ型水溝。

1)水溝內(nèi)流速，即進入沉淀池前流速v1為：

v1=Q/F1

(1)

式中：Q——井下流量，測得數(shù)據(jù)為0.17 m3/s；

F1——水溝有效斷面面積，為0.2 m2。

則井下涌水進入沉淀池前的流速為0.85 m/s。

2)根據(jù)水量守恒計算沉淀池內(nèi)水流的速度v2：

v1F1=v2F2

(2)

式中：F2——沉淀池斷面面積(沉淀池水深3.5 m，寬度5 m)，為17.5 m2。

則沉淀池內(nèi)流速v2=(v1F1)/F2=0.01 m/s。

3.2 沉淀池的具體方案設(shè)計

某礦山工程采用平流沉淀池、濃密機與壓濾機三者結(jié)合的方式去除污水中泥沙。平流沉淀池承擔(dān)主要沉淀作用，濃密機用于部分沉淀和淤泥初次脫水，壓濾機用于淤泥的最終脫水。

3.2.1 平流沉淀池

在-425 m水倉前端設(shè)置平流沉淀池，泥沙顆粒通過自有沉淀沉積在池底，沉淀的清水通過穿孔花墻自流進入-425 m水倉。沉淀池寬度a為5 m，有效水深h為3.5 m，池底設(shè)置坡度為4.3%。顆粒自由沉淀路線在不考慮顆粒間相互影響的前提下，理論上為拋物線形狀。按照上述設(shè)計，沉淀池深度h為3.5 m，顆粒沉速u為4.2×10-4m/s，則顆粒沉淀時間t=h/u=8.3×103s，沉淀池長度L=v2t=83 m。具體設(shè)計如圖1所示。

圖1 平流沉淀池施工圖

設(shè)置2組平流沉淀池。通過平流沉淀池的有效沉淀后，沉淀的淤泥通過沉淀池自有坡度，隨水流沉積在沉淀池集泥槽內(nèi)，之后通過泥漿泵泵送至濃密機進水口；沉淀后的清水隨沉淀池的穿孔花墻自流進入水倉。

3.2.2 濃密機

-425 m沉淀池內(nèi)集泥槽的污水(污泥)，通過泥漿泵泵送至濃密機進水口，采用高效濃密機濃密+活塞泵，并同時加入高效絮凝劑，使淤泥細小顆粒沉積；經(jīng)濃密機澄清后的清水，通過集流管輸送至-425 m水倉；濃密后的淤泥通過泥漿泵泵送至-400 m水平壓濾機硐室內(nèi)。濃密機硐室設(shè)置在-425 m水平1#水倉南側(cè)，濃密機硐室內(nèi)，設(shè)置自動加藥裝置。具體設(shè)計如圖2所示。

圖2 濃密機硐室施工圖

3.2.3 壓濾機

濃密后的淤泥，經(jīng)泥漿泵通過管路，輸送至壓濾機內(nèi)，壓濾之后的泥餅通過卡車運送至指定位置。壓濾之后的污水通過巷道水溝自流進入-425 m沉淀池。

3.3 設(shè)備參數(shù)

某礦山新建污水沉淀池方案中所需設(shè)備的參數(shù)及數(shù)量見表3。

3.4 工程項目成本

1)工程建設(shè)投資費用。某礦山新建污水沉淀池方案的工程建設(shè)投資見表4。

2)年運行費用。某礦山新建污水沉淀池方案的年運行費用見表5。

表5可知，利用上述沉淀池施工及清淤方案，年運行費用共計58萬元，而某礦山原始清淤方式的年施工費用共計181萬元，故每年可節(jié)省水倉清淤費用123萬元；由表4可知，新建污水沉淀池方案的工程及設(shè)備投資共計380萬元，故預(yù)計3年后可收回建設(shè)投資。該方案利用新型污水沉淀和淤泥清除方式，大大減少了礦山污水水倉清淤費用，增加了礦山運行自動化程度，降低了勞動強度，是一種經(jīng)濟、高效、安全的施工方式。

表3 設(shè)備參數(shù)及數(shù)量

表4 工程建設(shè)投資費用 單位：萬元

表5 新建污水沉淀池方案的年運行費用 單位：萬元

4 結(jié)束語

地下礦山的水倉和沉淀池清淤一直是一個無法避免的難題,對于一些涌水較大或采用充填法采礦的礦山，井下沉淀、排泥是重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。研究一種安全可靠、經(jīng)濟合理的清淤方式 ,對于礦山節(jié)能降耗具有重大意義。