伍彬 周鹏程

（中梁山煤电气有限公司矿业分公司 重庆 400052）

浅谈煤矿抽采钻废水的处理方法

伍彬 周鹏程

（中梁山煤电气有限公司矿业分公司 重庆 400052）

本文简述了煤矿废水形成的种类和处理难度，分析了煤矿废水中悬浮物与化学需氧量的关系以及抽采钻废水中悬浮微粒的特性，提出了在井下生产源头处理抽采钻废水的方法，从而实现矿井废水的有效处理和达标排放。

井下生产；抽采钻废水；悬浮微粒特性；ARO气动隔膜泵；废水处理方法

对于煤矿企业来讲，在开采煤的过程中会产生大量的煤粉和岩粉，这些污染物伴随着煤矿生产用水进入到水中，从而使得矿井的生产废水中悬浮物（SS）以及化学需氧量（COD）等含量过高。因此，如何做好矿井废水处理是每个煤矿企业都应该重点管理的工作。

1 矿井水的污染源及其影响

矿井水的污染源主要有：施工抽采钻时产生的废水；采煤工作面开采时产生的废水；防火工作面注浆产生的废水；掘进工作面湿式打眼产生的废水；防尘喷雾产生的废水。其中，抽采钻废水中存在大量的悬浮微粒，同时，液压钻机在使用中存在不同程度的渗油和漏油现象，其产生的废水危害最大，治理困难。

在煤矿采掘主要生产水平一般都有抽采钻施工，其产生的废水就会经过排水沟与其他水源直接流入主水仓。由于主要生产水平的涌水量一般较大，为了确保矿井安全，主水仓的水会尽快排走，因此，废水没有足够的时间进行沉淀就会排到上一个水平。尽管又通过上一个水平的沉淀池进行沉淀，但是，废水静止时间不足，容易出现矿井水的悬浮物（SS）和化学需氧量（COD）超标现象。

悬浮物（SS）和化学需氧量（COD）是衡量废水对外界环境污染程度的重要指标。废水中悬浮物（SS）含量和化学需氧量（COD）之间存在程度不同的线性正相关关系，即：悬浮物（SS）含量增高时，化学需氧量（COD）增大。因此，降低废水中悬浮物（SS）的含量就会降低化学需氧量（COD）指标。

2 抽采钻产生的废水情况分析

2.1 每台钻机的最大耗水量测定

抽采钻施工一般采用ZDY1200S型钻机湿式钻孔，钻机的耗水量为1m3/h，在实际施工中，钻杆出口的水压与施工水平孔或高仰角孔有关，这导致钻机的耗水量经常大于1m3/h。在同一供水管网中，施工水平孔时的出水量大于施工高仰角孔时的出水量。在测定钻机最大耗水量时，应选择施工水平孔时的情况测定最大供水量。

以中梁山北矿为例。管道出口直径D=9mm，闸门关闭时压力表读数P=0.9MPa，闸门打开后压力表读数P′=0.65MPa，若不计管道的沿程阻力损失，应用《工程流体力学》总流的伯努利方程，可计算出管道中的平均速度v和平均流量Q。供水系统简化为如图1所示。

图1

取管道中心轴为基准面，水仓自由液面为1-1断面，压力表处为2-2断面。

闸门关闭时：p=γh

水仓自由液面至管道中心轴的距离：

闸门打开后，列1-1断面和2-2断面总流的伯努利方程：

管道中的平均速度：

管道中的平均流量：

2015年1月7日，在北矿+60水平机车充电室采用容积法进行了供水管道的流量测定。管道出口直径D=9mm，用时8s装满0.16m×0.17m×0.4m的水箱，即：平均流量：

比较两种测量方法后，确认北矿+60水平D=9mm的管道出口最大供水量为5m3/h左右。

2.2 抽采钻废水的静止沉淀情况分析

抽采钻废水取自北矿+60SEC5水沟，其静止沉淀情况如图2～5。

图2 静止1h

图3 静止4h

图4 静止8h

图5 静止24h

观察抽采钻废水静止24h的沉淀过程，不难看出，抽采钻废水难于沉淀，这是造成矿井水不能达标排放的主要原因。

在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可产生静电。打钻的过程就是金属与岩石强烈接触与分离的过程，必然使得大量细小岩粉带上相同电荷，这些细小岩粉在水中形成悬浮微粒，互相排斥，难以聚集。因此，抽采钻废水难于沉淀的原因是废水中大量悬浮微粒带有相同的电荷。

在井下取出200ml水样中，添加聚合氯化铝（PAC）后观察悬浮微粒沉降速度和澄清情况见表1。

表1

聚合氯化铝的特点之一：带有大量正电荷，是形态稳定的多核羟铝络合物，能有效地促进絮凝、施胶。从这个试验结果分析，抽采钻废水中的悬浮微粒带有负电荷。

2.3 抽采钻产生的砂石情况分析

通过对取样废水的沉淀情况观察，在抽采钻废水中，沉淀物的体积占总体积的0.5%左右，即：消耗99.5m3的水将带走0.5m3的砂石。

以上的分析充分证明：①抽采钻废水中存在大量悬浮微粒并带有负电荷，静止8h难于沉淀；②每台钻机的最大耗水量为5m3/h左右，水量不大；③抽采钻废水能带走大量的细小砂石，大部分砂石在主水仓内沉积，造成主水仓的有效容积减小；④抽采钻废水中的油污被带入主水仓，漂浮在水面。

3 抽采钻废水处理的方法

由于抽采钻施工必须超前于采煤作业，同时，1台钻机最大耗水量只有5m3/h，本着从源头治理废水的原则，处理方法可以考虑以下两种：沉淀排放法、沉淀絮凝法。

3.1 沉淀排放法

3.1.1 临时沉淀池的修建

以中梁山北矿为例。临时沉淀池的容积应按照抽采钻产生的砂石情况确定，同时，临时沉淀池不能修建在避灾路线上，也不能影响正常的通风系统。选择一段巷道，在两端及中部用砖砌0.5～0.6m高的挡水墙，形成污泥仓和清水仓。采用英格索兰ARO气动隔膜泵将抽采钻废水打入污泥仓内，废水从污泥仓另一端的上出口自流进入清水仓，然后从清水仓的上出口自流进入排水沟。污泥仓和清水仓的出水口均设置在上方，出水口设计为“十字槽”形式，采用木块隔离水面上的油污。临时沉淀池总蓄水容积大约为75～120m3，能够存储3～6个班的废水，这样既能让废水长时间静止和沉淀，又能满足通风的需要。待该区域抽采钻施工结束后，将临时沉淀池的水放掉，沉淀物风干后清理干净，恢复原状。

图6 沉淀池入水口

图7 沉淀池出水口

3.1.2 英格索兰ARO气动隔膜泵的特点

英格索兰ARO气动隔膜泵采用压缩空气为动力源，具有优良的压力和流量自动调节特性，在工作压力范围内可任意设定压力。采用压缩空气作为驱动力，气液两相完全隔离，工作时无电火花产生，尤其适用于要求防爆的场合。能输送水泥灰浆介质、煤矿排放的污水、混水、稀泥浆。选用英格索兰ARO气动隔膜泵型号规格为：ARO-2，最大流量：283.9L/min（17m3/h），最大耗气量：0.9m3/min，最大输送颗粒：6.4mm，不需灌引水，吸程高达7m，扬程达50m。价格：4000元/台左右。其结构如图8。

图8

3.1.3 沉淀排放法的优、缺点

优点：①可以根据抽采钻的施工地点分区域修建临时沉淀池，收集该区域打钻产生的全部废水入仓沉淀；②减少了废水排入主水仓的总量；③隔离油污；④投入资金少，运行费用低。每处临时沉淀池的修建费用3000元左右，投入的设备费用4000元，耗气量：0.9m3/min。

缺点：有1个钻场在临时沉淀池范围内，检查这个钻场的抽采指标时，人员需要涉水进入临时沉淀池，给人员通行带来不便。

3.2 沉淀絮凝法

在沉淀排放法的基础上，向清水仓中加入絮凝剂进行处理。可以考虑在清水仓中定期加入一定量的石灰（Ca（OH）2）或聚合氯化铝（PAC）进行絮凝沉淀。

石灰（Ca（OH）2）的基本作用是：可以作为废水絮凝沉降剂，对废水中悬浮微粒能起到助凝作用，对乳化液废水有脱稳破乳作用。聚合氯化铝（PAC）的基本作用是：对水中胶体物质有强烈电中和作用，对水中悬浮物有优良架桥吸附作用，对溶解性物质有选择性吸附作用。

石灰（Ca（OH）2）的价格为 400 元/t，聚合氯化铝（PAC）的价格为15000元/吨，建议采用石灰比较划算。

优点：由于在生产源头产生的废水量少，又通过了沉淀处理，所以，加入絮凝剂的用量省，效果好，成本最低。

4 抽采钻废水处理效果

通过观察和分析，细小砂石含量高的废水密度比细小砂石含量低的废水密度大，就像墨水滴入清水中的现象一样，当高浓度废水进入沉淀池尾部时就会沉入池底，将已经沉淀的废水从沉淀池出口挤走。

治理前，地面水质监测仪器监测到的化学需氧量（COD）为：40～70mg/l，治理后，地面水质监测仪器监测到的化学需氧量（COD）为：15～48mg/l，符合《煤炭工业污染物排放标准》（GB20426-2006）规定的小于50mg/l的标准。

以中梁山北矿为例。治理前外排水样于2015年1月8日取样，治理后外排水样于2015年5月18日取样，其与自来水对比情况如图9。

图9 治理后外排水样+自来水样+治理前外排水样

5 结语

煤矿生产过程中，在井下选择合适的巷道修建临时沉淀池，利用英格索兰ARO气动隔膜泵将抽采钻废水打入临时沉淀池进行沉淀排放或添加絮凝剂，实现了从矿井水的污染源头进行废水治理的目的。避免了抽采钻废水直接进入主水仓导致矿井水污染量加大，从而造成废水治理困难。这种抽采钻废水的处理方法，投入资金少，运行费用低，效果明显，值得推广应用。

[1]莫乃榕.工程流体力学.武汉：华中科技大学出版社，2000.

[2]韩丽.污水中悬浮物与化学需氧量关系初探.科学创新导报，2008（13）.

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2016-4-9