關于煤礦礦井水井下再利用新技術的研究分析

徐坤

（河南焦煤能源有限公司古漢山礦，河南焦作 454000 ）

我國能源種類中，煤炭占據(jù)了重要位置，其礦井水處理工作開展成效的高低，是煤礦工業(yè)發(fā)展的關鍵性影響因素。由于煤礦開采中會有大量礦井水產(chǎn)生，且礦井水往往摻雜了污染物，倘若未經(jīng)處理直接對礦井水進行排放，會污染環(huán)境且影響地下水質(zhì)量。所以，做好礦井水的處理工作，通過再次利用礦井水，有利于促進節(jié)約水資源目標的實現(xiàn)。

1 礦井水特點

礦區(qū)采煤層附近地下水接觸煤層或采礦活動的開展改變了地下水物理化學性質(zhì)后，就會形成具備一定煤炭行業(yè)特征的礦井水。不同礦井水中含有的污染物是有差異的，根據(jù)礦井水污染物的不同特點，主要有高礦化、含懸浮物、酸性及特殊污染物等類型的礦井水。

我國煤礦中的礦井水多以含煤粉、巖粉組成的懸浮物一類為主；高礦化礦井水中具備較高的無機鹽含量，水質(zhì)硬度較高，帶有苦澀味，多以中性至堿性為主；酸性礦井水中具備較高的含硫量，水色多為黃色，水質(zhì)硬度較高；特殊污染物礦井水中，一般夾雜了鋅、銅、鐵等成分及部分放射性元素［1］。生產(chǎn)實踐中礦井水特征較多，在具體處理中往往需要涉及多種方法的應用。

2 煤礦礦井水再利用的工藝條件

礦井水井下再利用是以采空區(qū)地質(zhì)條件、實際地形、經(jīng)處理后礦井水的預期用途為根據(jù)，做好主要消除指標的確定，同時向采空區(qū)高地勢位置注入礦井水并引導其自流。為促進礦井水井下水復用可靠性與安全性的提高，消除井下生產(chǎn)工作面的影響，在礦井水儲水復用采空區(qū)的選擇中，應在礦井已回采空域下部，消除不確定因素帶給儲存水體的影響，并保障礦井生產(chǎn)安全性。由于采空區(qū)內(nèi)配備了具備吸附、過濾且能對礦井水展開凈化的矸石，經(jīng)過濾、沉淀、吸附、滋生礦物和離子交換等作用后的水流，即可實現(xiàn)順利凈化，于低地勢的位置收集水流，可用于井下、井上的生產(chǎn)作業(yè)及日常生活。在處理礦井水時，結合相關排水設施的運用引流礦井水至具備匯集、調(diào)節(jié)作用的集水池中，由管路或穿層鉆孔向采空區(qū)排入，礦井水經(jīng)采空區(qū)凈化后再次向井下復用水處理系統(tǒng)中引流，最終向有用水需求的位置供給，如此一來即可實現(xiàn)礦井水的再利用。

3 煤礦礦井水再利用新技術

3.1 高密度沉降技術

引入了高密度介質(zhì)與藥物的高密度沉降技術，能使礦井水懸浮物轉(zhuǎn)化為密度及半徑較大的大絮凝體，有利于沉降速度的加快。在集混合區(qū)、沉淀區(qū)和反應區(qū)為一體的高密度沉淀池，混合區(qū)中高密度介質(zhì)外循環(huán)能夠確保反應區(qū)固體濃度攪拌，同時賦予懸浮物更高的絮凝能力，保證最終能形成更均勻、密實的絮凝體，經(jīng)處理后的水可實現(xiàn)再利用。

3.2 超磁分離技術

超磁分離技術是將作為絮體凝結核的磁種加入待處理水體中，在混凝劑、助凝劑的聯(lián)合作用下，使非磁性懸浮物有效結合磁種，轉(zhuǎn)變?yōu)樾跄w顆粒且具備一定磁性。在應用超磁分離機的過程中，其內(nèi)的永磁強磁性磁盤會形成比重力更大的磁力，作用于含磁性絮凝體顆粒的水體中時，可實現(xiàn)磁性絮凝體的瞬間吸附，從而凈化水質(zhì)［2］。經(jīng)磁盤分離后的殘渣，在磁種回收系統(tǒng)的作用下完成磁種的回收后，會向污泥處理系統(tǒng)中傳輸剩余的污泥，經(jīng)處理后的水可實現(xiàn)再利用。

3.3 采空區(qū)處理礦井水技術

采空區(qū)處理礦井水技術是在煤礦井下采空區(qū)與矸石等填充物的應用下，借助其過濾與沉淀的作用對礦井水展開凈化并投入煤礦井下生產(chǎn)中重復使用。此項技術能實現(xiàn)采空區(qū)空間的充分利用，且工藝簡單、實際應用中無需耗費過多成本。但因其對礦區(qū)地質(zhì)構造要求特殊，所以僅在少部分礦井中適用。采空區(qū)矸石是煤礦污水過濾和凈化的載體，向采空區(qū)注入井下水經(jīng)凈化處理后，能投入地面、井下工作面作為生產(chǎn)生活用水。

3.4 礦井水井下處理系統(tǒng)專利技術

由沉淀、過濾、阻垢及供水組成的礦井水井下處理系統(tǒng)中，復合型的沉淀池包含了斜管區(qū)和平流區(qū)兩個組成部分；過濾由初級和精細兩類過濾器組成；阻垢儀為永磁型或電子型。該技術特點具備較好的處理效果、較強的抗沖擊負荷及水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點，適用于在井下處理含懸浮物、錳、鐵的礦井水。但因過濾池會占據(jù)較大的地面，所以水量較大的井下處理中不太適用［3］。采用高效復合的沉淀池，選擇50μm盤式與雙濾料精過濾器作為過濾系統(tǒng)。出水懸浮物不超過3mg/L的質(zhì)量濃度，顆粒物粒度不超過5μm，鐵、錳離子不超過0.1mg/L的質(zhì)量濃度，與進口液壓支架乳化液用水、井下防塵用水及設備冷卻用水等要求相適應，經(jīng)處理后的水可實現(xiàn)再利用。

4 煤礦礦井水的具體處理和利用

4.1 高礦化度礦井水的處理

有關高礦化度礦井水的處理方面，目前常選擇藥劑法、膜處理法及離子交換法等處理方法。膜處理法中包含反滲透法和電滲析法，但我國在處理高礦化度礦井水時基本選擇反滲透法，該方法是施加一個比滲透壓更大的壓力，在半透膜選擇截留作用的運用下分開溶液中溶質(zhì)和溶劑，能夠?qū)崿F(xiàn)高達95%的脫鹽率［4］。在具體應用中，為使膜系統(tǒng)受污染的影響減少，有必要將前處理工藝引入膜工序前。通常情況下，前處理工藝選擇保安過濾器、機械過濾器和活性炭過濾器三級過濾工藝，或是借助超濾膜展開前處理。針對膜結構這一問題，有必要在礦井到達膜系統(tǒng)前進行阻垢劑的添加。在選擇阻垢劑與確定添加數(shù)量時，需以高礦化度礦井水水質(zhì)為根據(jù)，并結合阻垢劑試驗加以確定。

4.2 酸性礦井水的處理

pH值小于7的礦井水即為酸性，處理此類礦井水的方法一般有中合法、生物化學法及濕地生態(tài)工程處理法等。中合法處理中，由于石灰這一物質(zhì)本身具備較強堿性且價格低廉，被廣泛用于酸性礦井水的處理中。石灰、石灰石及大理石這類含有氧化鈣成分的物質(zhì)，一般情況下都可作為中和劑使用，而在處理酸性礦井水時使用最廣泛的便是石灰石。生物化學法處理中，通過氧化亞鐵硫桿菌的運用，在酸性條件下能氧化水中的Fe2+使其轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3+，緊接著通過石灰石的運用開展中和處理，即可中和酸性礦井水，并達成除鐵的目標。濕地生態(tài)工程處理法中，該方法無需投入較高的資金，且運行中也不會支出太多的成本，加之具備便捷化管理的特點，其應用與發(fā)展前景相當可觀［5］。在應用該方法進行處理時，首先需要落實濕地中人工淺沼池的建造，用石灰石鋪滿池底部，用有機質(zhì)填充在石灰石上，并選擇具備凈化作用的香蒲等植物種植在有機質(zhì)上。礦井水在濕地生態(tài)工程處理后，會呈現(xiàn)出趨于7的pH值，能吸收水中部分污染物并再次投入工業(yè)生產(chǎn)中循環(huán)使用。

4.3 含懸浮物的礦井水處理

礦井水中懸浮物多以呈黑色的小顆粒煤粉、巖塵為主，由于此類顆粒相對較小，聚集成團并沉淀的難度極高，僅憑自然沉淀作用幾乎無法沉淀懸浮物。此類礦井水處理中，要求工作人員以懸浮物種類為根據(jù)，結合混凝、沉淀的工序沉淀礦井水后再實施過濾、消毒作業(yè)。一般情況下，礦井水經(jīng)過該處理流程后，符合生產(chǎn)生活用水標準。

4.4 含特殊污染物礦井水的處理

含氟或含微量有毒有害元素等特殊污染物或含放射元素的礦井水，會嚴重危害人畜，如果不經(jīng)處理直接排放還會嚴重影響自然環(huán)境［6］。在處理此類礦井水時，需要以礦井水特殊污染物類型為根據(jù)做好處理方法的針對性選擇，經(jīng)處理后能獲取與排放標準相適應的礦井水。

4.5 高懸浮物礦井水處理

處理高懸浮物礦井水時通常選擇反應混凝、靜置沉淀、過濾去除沉淀物、消毒處理的流程，經(jīng)處理后的礦井水可在生活生產(chǎn)中再利用。混凝中，需以懸浮物類型為根據(jù)合理調(diào)整混凝劑，并酌情考慮水利條件、使用劑量與效果。聚合氯化鋁屬于常用的一種混凝劑，具體應用中以水利條件及懸浮物類型為根據(jù)，通常確定為20mg/L～60 mg/L的使用劑量。沉淀中，可結合預沉池處理高沉淀物礦井水。預沉池的制定是以煤礦行業(yè)特殊性為根據(jù)進行的，對礦井水不同排水量及耐負荷沖擊予以充分考慮，該方法能取得可觀的沉淀效果。過濾中，多選擇普通濾池或無閥濾池。普通濾池因反沖洗系統(tǒng)缺乏的緣故，難以取得較高的過濾效率；無閥濾池雖然在水力的作用下反沖洗，但沖洗效率穩(wěn)定性不高，無法保證水質(zhì)。而以這兩種濾池缺陷為根據(jù)研發(fā)的智能化新型沖洗濾池，既可為水質(zhì)提供穩(wěn)定性保障，又能省去反沖洗系統(tǒng)的安置，過濾效率顯著。

5 結語

綜上所述，煤礦生產(chǎn)領域中，處理礦井水是重要環(huán)節(jié)之一。通過處理礦井水，能促進煤礦企業(yè)經(jīng)濟效益的提高，因此有必要對礦井水井下處理予以足夠的重視。通過加大礦井水處理的技術與資金投入力度，以礦井水的具體類型為制定相應的處理對策，結合高密度沉降技術、超磁分離技術及采空區(qū)處理礦井水技術等技術的應用，不僅能促進水資源利用效率的提高，且能防止自然環(huán)境受到污染，并助力煤礦企業(yè)的進一步發(fā)展。