關(guān)于煤礦礦井水井下再利用新技術(shù)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(guān)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(jìn)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(jìn)節(jié)約水資源目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1 礦井水特點(diǎn)

礦區(qū)采煤層附近地下水接觸煤層或采礦活動(dòng)的開展改變了地下水物理化學(xué)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(diǎn)，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(jī)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(shí)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(yīng)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(shí)際地形、經(jīng)處理后礦井水的預(yù)期用途為根據(jù)，做好主要消除指標(biāo)的確定，同時(shí)向采空區(qū)高地勢位置注入礦井水并引導(dǎo)其自流。為促進(jìn)礦井水井下水復(fù)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(fù)用采空區(qū)的選擇中，應(yīng)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(shí)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(shí)，結(jié)合相關(guān)排水設(shè)施的運(yùn)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(fù)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(shí)現(xiàn)礦井水的再利用。

3 煤礦礦井水再利用新技術(shù)

3.1 高密度沉降技術(shù)

引入了高密度介質(zhì)與藥物的高密度沉降技術(shù)，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(yīng)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(yīng)區(qū)固體濃度攪拌，同時(shí)賦予懸浮物更高的絮凝能力，保證最終能形成更均勻、密實(shí)的絮凝體，經(jīng)處理后的水可實(shí)現(xiàn)再利用。

3.2 超磁分離技術(shù)

超磁分離技術(shù)是將作為絮體凝結(jié)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(jié)合磁種，轉(zhuǎn)變?yōu)樾跄w顆粒且具備一定磁性。在應(yīng)用超磁分離機(jī)的過程中，其內(nèi)的永磁強(qiáng)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(shí)，可實(shí)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?jiān)?，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(shí)現(xiàn)再利用。

3.3 采空區(qū)處理礦井水技術(shù)

采空區(qū)處理礦井水技術(shù)是在煤礦井下采空區(qū)與矸石等填充物的應(yīng)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(fù)使用。此項(xiàng)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)采空區(qū)空間的充分利用，且工藝簡單、實(shí)際應(yīng)用中無需耗費(fèi)過多成本。但因其對礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)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(shù)

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(fù)合型的沉淀池包含了斜管區(qū)和平流區(qū)兩個(gè)組成部分；過濾由初級和精細(xì)兩類過濾器組成；阻垢儀為永磁型或電子型。該技術(shù)特點(diǎn)具備較好的處理效果、較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷及水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，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(fù)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(jìn)口液壓支架乳化液用水、井下防塵用水及設(shè)備冷卻用水等要求相適應(yīng)，經(jīng)處理后的水可實(shí)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(guān)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(shí)基本選擇反滲透法，該方法是施加一個(gè)比滲透壓更大的壓力，在半透膜選擇截留作用的運(yùn)用下分開溶液中溶質(zhì)和溶劑，能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)95%的脫鹽率［4］。在具體應(yīng)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(jī)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(jié)構(gòu)這一問題，有必要在礦井到達(dá)膜系統(tǒng)前進(jìn)行阻垢劑的添加。在選擇阻垢劑與確定添加數(shù)量時(shí)，需以高礦化度礦井水水質(zhì)為根據(jù)，并結(jié)合阻垢劑試驗(yàn)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(xué)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(qiáng)堿性且價(jià)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(shí)使用最廣泛的便是石灰石。生物化學(xué)法處理中，通過氧化亞鐵硫桿菌的運(yùn)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(yùn)用開展中和處理，即可中和酸性礦井水，并達(dá)成除鐵的目標(biāo)。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(yùn)行中也不會支出太多的成本，加之具備便捷化管理的特點(diǎn)，其應(yīng)用與發(fā)展前景相當(dāng)可觀［5］。在應(yīng)用該方法進(jìn)行處理時(shí)，首先需要落實(shí)濕地中人工淺沼池的建造，用石灰石鋪滿池底部，用有機(jī)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(jī)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(tuán)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(jié)合混凝、沉淀的工序沉淀礦井水后再實(shí)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(biāo)準(zhǔn)。

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(yán)重危害人畜，如果不經(jīng)處理直接排放還會嚴(yán)重影響自然環(huán)境［6］。在處理此類礦井水時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)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(shí)通常選擇反應(yīng)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(yīng)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(jié)合預(yù)沉池處理高沉淀物礦井水。預(yù)沉池的制定是以煤礦行業(yè)特殊性為根據(jù)進(jìn)行的，對礦井水不同排水量及耐負(fù)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(jié)語

綜上所述，煤礦生產(chǎn)領(lǐng)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(jìn)煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)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(shù)與資金投入力度，以礦井水的具體類型為制定相應(yīng)的處理對策，結(jié)合高密度沉降技術(shù)、超磁分離技術(shù)及采空區(qū)處理礦井水技術(shù)等技術(shù)的應(yīng)用，不僅能促進(jìn)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(jìn)一步發(fā)展。