康 乐

(霍州煤电集团 辛置煤矿，山西 霍州 031400)

矿井水作为一种重要的水资源，对其进行合理处理与循环利用，已经成为实现矿区可持续发展的必然要求[1].近年来，国内外学者在矿井水处理方面开展了大量研究工作，取得了多项研究成果。张春晖等[2]提出了基于时间维度的煤矿矿井水“生产—闭坑”全过程污染控制技术、基于空间维度的煤矿矿井水“井下—地面”分级处理与利用技术，建立了“两维一体化”煤矿矿井水分级处理与高效循环利用技术体系，为矿井水的绿色处理与利用提供了一种新的思路。王东升[3]介绍了含悬浮物、高矿化度、酸性、含特殊污染物等不同类型矿井水的处理技术。肖艳[4]分析了高矿化度矿井水零排放处理技术及典型工艺。邹海兵等[5]为解决天山矿业公司矿井水处理中预沉池矿井水沉淀时间不足问题，优化了加药点位置，确保了处理水质的标准。但是针对具体矿井，仍需要根据矿井水质选择合适的处理方式。辛置煤矿建矿近70年来，采用多级提升方式排水，排水系统战线较长，存在污泥等污染物堵塞排水管道、煤泥沉积水仓，导致清仓周期短等问题。为了实现从源头上杜绝煤泥进入水仓，提高水仓的空仓率，该矿开展煤泥水治理工艺研究，拟利用 “振动筛+沉淀池+絮凝剂”煤泥水治理工艺，改进现有治污模式，改善煤泥等污染物处理效果，延长清仓周期，缓解水仓工作压力，促进生态环境的可持续发展。

1 概 况

辛置煤矿310水平二采区2-208回采工作面位于310二采区末端，工作面下山推进，采用多级分离排水，经由工作面至二采区末端水仓，到310水平水仓，再到450水平水仓，最终到地面桃沟污水处理站。该回采工作面为俯采工作面，正常涌水量为50 m3/h，淋水量大且伴有大量煤粉、煤泥，随涌水流出并进入310二采区末端水仓及310水平水仓。矿井水中存在大量煤泥，增加了排水系统负担和地面煤泥污染处理成本。水仓内煤泥沉积速度过快，水仓正常清挖远不能满足水仓正常运行的需要，造成排水系统不能满足工作面安全生产排水需要，处理不当将会导致整个工作面被淹没，对2-208工作面安全回采造成严重威胁。矿井水排水处理流程见图1.

图1 2-208工作面矿井水排水处理流程图

2 矿井排水煤泥分离工艺对比

2.1 排水煤泥分离模式

1)旧工艺：“工作面→采区水仓”。回采工作面污水进入工作面标准水仓完成初步沉淀，排送至采区水仓，再经系统排水管路排至地面污水处理站处理排放。

2)拟采用的新工艺：“工作面→振筛机泥水粗分→沉淀池絮凝→采区水仓”。回采工作面污水进入工作面标准水仓完成初步沉淀，然后通过振动筛进行泥水粗分离，再经过专用沉淀池完成絮凝处理排送至采区水仓，最后经系统排水管路排至地面污水处理站处理，水质达标后排出。

2.2 新工艺技术路线

新工艺技术路线见图2，通过现场调研、理论分析、室内试验、现场施工等多种手段开展了振动筛选型、沉淀池构造、絮凝剂类型及水仓改进等方面的研究，优化传统分离工艺。

图2 技术路线图

3 工艺应用情况

3.1 振筛机泥水粗分

3.1.1 振动筛的选择

对井下污水采样，分析煤泥粒径组成及煤泥岩性。经检测：1)煤泥粒径主要集中在0.2～20 μm，煤泥粒度较小。2)煤泥中除C、O等主要元素外，Al、Si、S、Ca的含量也较高，这些微量元素组成了大量的黏土类物质和无机盐灰分，使得煤泥的黏度较高，平均值达到17.05.3)矿井主要涌水水源为 K8砂岩含水层及 K2灰岩含水层，经水质鉴定，呈偏碱性。

筛选合适的滤网高频振筛机，现场选择型号为GPS1837，该设备外形尺寸：长3 891 mm×宽2 540 mm×高1 621 mm(不含驱动系统)，筛板尺寸：610 mm×610 mm×0.35 mm，驱动形式：双驱动电机驱动。

3.1.2 煤泥筛分流程

在回采工作面副巷口处安装一台该型高频振筛机，煤泥筛分流程见图3.

图3 煤泥筛分流程图

通过现场实践观察，每小时能够筛出2.6 t煤，每天工作18 h，一台振筛机每天可以筛出的煤泥量高达47 t，水仓内的污水由原先的10天左右积满延长至15天左右。但从煤矿生产需求来讲，水仓清污周期还是过短，清仓速度依旧不能保证水仓正常运行。

3.2 沉淀池沉淀处理

3.2.1 沉淀池满足条件

1)悬浮颗粒在沉淀过程中处于自由沉淀状态，即颗粒物之间互不干扰，颗粒的大小、形状和密度都不发生改变。颗粒物以等速下沉，颗粒的水平分速等于水平流速[5].

2)水流沿着水平方向流动，进出水均匀分布在整个横断面上，在过水断面上，各点的流速相等，并在流动过程中流速始终不变。

3)颗粒物沉到池底即认为已被去除，不再返回水流中。

3.2.2 沉淀池设计

沉淀池的设计是污水处理系统的重要环节，在工作面副巷口处建设一口平流式沉淀池。根据现场空间大小，平流式沉淀池设计为矩形水池(长50 m×宽4 m×深1.5 m)，由进水区、出水区、沉淀区、污泥区4部分组成。上部为沉淀区，下部为污泥区，池前部为进水区，池后部为出水区。

3.2.3 沉淀池应用效果

经过振动筛、沉淀池这两道工序，排污效果得到了一定的改善，水仓由原来的15天沉积满延长到30天左右，基本满足水仓清理周期要求。

3.3 絮凝处理

3.3.1 沉淀池絮凝剂自动加药系统设计

为进一步改善沉淀效果，增设一套自动监测及加药系统，自动监测及加药系统流程见图4，沉淀池絮凝剂加料系统见图5.矿井水净化处理过程中液位、流量、压力、浊度等工艺参数，通过相应传感器采集模拟量信号，部分模拟量信号传送至自动加药 PLC，其余模拟量信号传送至工艺过程监控 PLC，经工艺过程监控 PLC、自动加药 PLC中的程序模块计算分析，以及工控机给出的控制方式和设定参数，由 PLC 发出指令至电气控制单元，电气控制单元执行指令启动或停止相应的动力设备，达到自动控制的目的。

图4 自动加药系统流程图

图5 沉淀池絮凝剂加料系统图

3.3.2 絮凝环节处理效果

参照选煤厂煤泥水处理技术经验[6]，该矿选用聚合硫化铝+聚丙烯酰胺进行絮凝处理，比例为2∶1，根据现场工作面涌水量及悬浮物含量确定沉淀池每月需使用絮凝剂材料5 t(其中聚合硫化铝3.3 t，聚丙烯酰胺1.7 t)，历经两个月的观察，310水平末端水仓煤泥堆积延长至50天左右，实现了清仓正规循环。

4 实施效果

通过矿井工作面源头控制排水中煤泥多级分离工艺在310二采区的应用，缓解了采区末端水仓的运行压力，保证了2-208工作面的安全生产。

5 结 论

介绍了在辛置煤矿2-208回采工作面开展的矿井煤泥水多级分离工艺应用过程情况。通过投入振筛机及絮凝剂，优化了矿井煤泥水处理工艺，由传统的“工作面→采区水仓”模式，改变成“工作面→振动筛→沉淀池→采区水仓”的新模式，提高了污水中煤泥的沉淀效率，将井下排水中煤泥在源头尽可能截留并处理，解决了采区水仓由于煤泥阻塞而导致的运行困难问题，实现了工作面安全生产。