蔭營(yíng)煤礦礦井水綜合治理技術(shù)探究

摘要：蔭營(yíng)煤礦礦井水屬于典型的酸性高鐵礦井水，具有水質(zhì)復(fù)雜、雨季后期涌水量激增等特點(diǎn)，對(duì)蔭營(yíng)煤礦礦井水治理提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。針對(duì)蔭營(yíng)煤礦礦井水水質(zhì)水量的特點(diǎn)，提出煤礦礦井水綜合治理技術(shù)，旨在全面提高蔭營(yíng)煤礦礦井水治理水平，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一，為同類型煤礦礦井水治理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：礦井水；煤礦；綜合利用

中圖分類號(hào)：X752 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）09-0-04

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Exploration on Comprehensive Treatment Technology of Mine Water in Yinying Coal Mine

LIU Xudong， LI Wei， WU Zhu

（Taiyuan Coal Gasification（Group） Corporation Limited， Taiyuan 030006， China）

Abstract： The mine water in Yinying coal mine belongs to the typical acidic high-speed railway mine water， which has the characteristics of complex water quality and a surge in water inflow in the late rainy season， posing severe challenges to the treatment of mine water in Yinying coal mine. Based on the characteristics of water quality and quantity in Yinying coal mine， a comprehensive treatment technology for coal mine water is proposed， aiming to comprehensively improve the level of Yinying coal mine water treatment， achieve the unity of environmental benefits， economic benefits， and social benefits， and provide reference for the treatment of similar coal mine water.

Keywords： mine water; coal mine; comprehensive utilization

山西省作為典型的煤炭資源型省份，近年來對(duì)煤礦礦井水提出一系列管控要求?！渡轿魇∷廴痉乐?018年行動(dòng)計(jì)劃》《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 14/ 1928—2019）要求煤礦外排礦井水達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值，《山西省煤炭工業(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃》提出到2025年礦井水綜合利用率達(dá)到95%。蔭營(yíng)煤礦礦井水作為典型的酸性礦井水，含鐵量較高，由于礦井水處理規(guī)模和能力不足，在當(dāng)前嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)下，通過礦井水系統(tǒng)治理，對(duì)癥施策，對(duì)推動(dòng)礦區(qū)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義[1-2]。

1 蔭營(yíng)煤礦礦井水處理及水質(zhì)特點(diǎn)

蔭營(yíng)煤礦是年生產(chǎn)能力為240萬t的大型國(guó)有煤礦。根據(jù)《山西省陽泉蔭營(yíng)煤業(yè)有限責(zé)任公司礦井水文地質(zhì)類型報(bào)告》，蔭營(yíng)煤礦礦井水文地質(zhì)類型劃分為中等，目前開采12號(hào)、15號(hào)煤層情況下正常涌水量為277 m3/h，最大涌水量為565 m3/h。

蔭營(yíng)煤礦建有1#、2#兩座礦井水處理站，總設(shè)計(jì)處理能力為17 500 m3/d（其中1#站為7 500 m3/d，2#站為10 000 m3/d），處理工藝均為預(yù)沉調(diào)節(jié)→加藥混合→一體化凈水裝置→錳砂過濾器→次氯酸鈉消毒→回用或外排。

2021年以來，受汛期雨量增加影響，蔭營(yíng)煤礦井下水質(zhì)水量突變，原水水質(zhì)總鐵含量達(dá)到1.36×103 mg/L，出水化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、氨氮指標(biāo)均超出《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 14/ 1928—2019）[3]，涌水量最高時(shí)達(dá)到23 000 m3/d，外排的礦井水對(duì)蔭營(yíng)河下游水質(zhì)產(chǎn)生了較大影響。

2 煤礦礦井水綜合治理技術(shù)研究

針對(duì)蔭營(yíng)煤礦的水文地質(zhì)類型及礦井水特點(diǎn)，通過分類施策進(jìn)行綜合治理，以期為蔭營(yíng)煤礦礦井水治理提供科學(xué)的技術(shù)方案。

2.1 采空區(qū)老空水治理

根據(jù)水文地質(zhì)類型報(bào)告數(shù)據(jù)，蔭營(yíng)煤礦3號(hào)煤層的采空積水區(qū)總面積為636 984 m2，總積水量為205 675 m3；8-2號(hào)煤層的采空積水區(qū)總面積為980 866 m2，總積水量為289 209 m3；15號(hào)煤層的采空積水區(qū)總面積為2 157 812 m2，總積水量為1 820 406 m3；12號(hào)采空積水區(qū)總面積為196 888 m2，總積水量為160 863 m3；15處采空積水區(qū)總面積為661 684 m2，總積水量為1 338 513 m3。井田與周邊煤礦邊界相鄰處8-2號(hào)煤層存在13處采空積水區(qū)；12號(hào)煤層存在8處采空積水區(qū)；15號(hào)煤層存在15處采空積水區(qū)。

高濃度鐵離子水源主要來自3號(hào)井（上水量約為5 000 m3/d），根據(jù)鐵含量較高的水質(zhì)特點(diǎn)，在現(xiàn)有礦井水處理站基礎(chǔ)上增加一套臭氧氧化工藝設(shè)施，包括臭氧發(fā)生系統(tǒng)、臭氧曝氣催化裝置及分離裝置[4]。臭氧氧化處理工藝流程如圖1所示。

當(dāng)3號(hào)井礦井來水中的含鐵量超過40 mg/L時(shí)，通過管道閥門轉(zhuǎn)換將3號(hào)井的排水引入應(yīng)急處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。高含鐵廢水進(jìn)入曝氣氧化裝置后，二價(jià)鐵會(huì)在臭氧作用下氧化為三價(jià)鐵，然后投加適量的堿。臭氧氧化處理工藝可有效應(yīng)對(duì)老空水鐵離子偏高、水質(zhì)偏酸性的水質(zhì)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 深度處理升級(jí)改造

目前，蔭營(yíng)煤礦采用的礦井水處理工藝一般情況下可以滿足《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 20426—2006）中的標(biāo)準(zhǔn)要求，在山西省提出煤礦礦井水要達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值要求后，現(xiàn)有的處理工藝無法保障出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示存在COD、氨氮超標(biāo)情況。由于蔭營(yíng)煤礦的涌水量較大，礦井生產(chǎn)、生活回用只有3 000 m3/d，按照17 500 m3/d計(jì)算，約有14 500 m3/d的礦井水需要外排。

參照《酸性礦井水處理與回用技術(shù)導(dǎo)則》（GB/T 37764—2019）[4]以及蔭營(yíng)煤礦的水質(zhì)特點(diǎn)，在現(xiàn)有處理工藝基礎(chǔ)上，增加15 000 m3/d深度處理環(huán)節(jié)，采用“折點(diǎn)除氯+活性炭過濾器+超濾”工藝處理原礦井水尾水[5]，確保達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中的Ⅲ類水質(zhì)要求。深度處理升級(jí)治理工藝流程如圖2所示。

2.2.1 折點(diǎn)加氯工藝

在現(xiàn)有工藝處理后的礦井水中加入NaClO，次氯酸根離子與水中的氨氮反應(yīng)產(chǎn)生一氯胺、二氯胺和三氯胺。相關(guān)反應(yīng)式為

NaClO+H2O→HClO+NaOH（1）

NH3+HClO→NH2Cl+H2O（2）

NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O（3）

NHCl2+H2O→NOH+2Cl-+2H+（4）

NHCl2+NOH→N2↑+HClO+H++Cl-（5）

總反應(yīng)式為

2NH3+3 NaClO → N2↑+3H2O+3NaCl（6）

2.2.2 超濾裝置工藝

超濾是一種流體切向流動(dòng)和壓力驅(qū)動(dòng)的過濾過程并按分子量進(jìn)行分離的裝置，超濾膜的孔徑為0.002～0.100 μm。溶解物質(zhì)和比膜孔徑小的物質(zhì)作為透過液透過濾膜，不能透過濾膜的物質(zhì)被慢慢濃縮在排放液中。因此，產(chǎn)水（透過液）將含有水、離子和小分子物質(zhì)，而膠體物質(zhì)、顆粒、細(xì)菌及病毒將被膜去除。

2.3 汛期雨季滲水治理

蔭營(yíng)煤礦礦井涌水量構(gòu)成以采空區(qū)密閉涌水和舊盤區(qū)4號(hào)井筒（僅作通風(fēng)用）裂隙涌水為主，按區(qū)域劃分主要有舊盤區(qū)、1501盤區(qū)、1503盤區(qū)、1505盤區(qū)。

2022—2023年蔭營(yíng)煤礦礦井涌水量如圖3所示。

從圖3可以看出，礦井涌水量與降雨量存在正相關(guān)關(guān)系，涌水量增長(zhǎng)具有明顯滯后性，降雨量補(bǔ)給持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。為減少汛期雨水增加對(duì)礦井水涌水量的影響，蔭營(yíng)煤礦對(duì)礦區(qū)采空區(qū)范圍內(nèi)的典型溝谷區(qū)域進(jìn)行全面調(diào)查和治理，重點(diǎn)針對(duì)雙橋溝、壇壇溝、蕭家溝、杏溝4個(gè)主要地勢(shì)低洼區(qū)域進(jìn)行綜合治理。通過土地平整、修建截排水設(shè)施，將礦區(qū)范圍內(nèi)地勢(shì)低洼區(qū)域的雨水全部引流至蔭營(yíng)河及其支流，有效化解涌水量增加對(duì)礦井水處理帶來的不利影響。

3 治理效果

蔭營(yíng)煤礦通過治理礦區(qū)的地勢(shì)低洼區(qū)域，有效減少了礦井水井下涌水的來源，全面提升了礦井水處理站系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，確保了出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。礦井水綜合治理取得了明顯效果，具體表現(xiàn)在以下3個(gè)方面。第一，礦井水涌水量基本穩(wěn)定，礦井水涌水量穩(wěn)定在10 000 m3/d左右。第二，礦井水出水水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）、《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 14/ 1928—2019）中的相關(guān)要求，鐵含量低于0.3 mg/L。第三，有效改善了蔭營(yíng)河的水質(zhì)。蔭營(yíng)河屬于溫河支流，水質(zhì)要求為Ⅳ-Ⅲ類，外排的礦井水為Ⅲ類水質(zhì)，達(dá)到要求。

4 結(jié)論

蔭營(yíng)煤礦礦井水水質(zhì)特征復(fù)雜，汛期時(shí)的水量增加明顯，通過實(shí)施采空區(qū)老空水治理、深度處理升級(jí)改造、汛期雨水滲水治理3個(gè)工程，取得明顯的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)推進(jìn)煤礦礦區(qū)礦井水綜合治理具有重要的意義。我國(guó)幅員遼闊，不同地區(qū)的礦井水水質(zhì)水量特點(diǎn)不盡相同，要堅(jiān)持系統(tǒng)觀念，分類施策，綜合治理，推動(dòng)煤礦礦井水治理不斷邁上新臺(tái)階。

參考文獻(xiàn)

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2019[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2019.

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