煤矿矿井水处理技术与工程应用

煤矿矿井水处理技术与工程应用

黄文先

陕西长武亭南煤业有限责任公司  陕西省长武县 713600

摘要：我国长期以来水资源都较为贫乏，同时在水资源和煤炭的分布上也较为不平衡，基本呈现逆向分布，这就需要采取合理的处理工艺保障煤矿的发展，避免煤矿矿井水对于水环境的危害，提高矿井水的利用率。本文有针对性地分析了矿井水的类型和处理工艺，并结合实际工程经验探讨了现阶段矿井水的处理技术，为矿区的可持续发展建设提供良好的帮助。

关键词：煤矿矿井水；处理工艺技术；工程应用

中图分类号：X752

文献标识码：A

引言

中国作为煤矿资源开采及需求大国，近年来煤矿的开采力度不断加大。由于我国的煤炭资源大多处于地层中，煤炭的开采方式多为立井开采[1]，并逐渐转向深层煤层开采。深层煤炭在生产过程中会产生大量的地下涌水，由于井下环境相对复杂，加上施工条件的局限性，导致开采过程中此类地下涌水会变成煤矿矿井水。据统计，每年全国因煤矿开采所产生的煤矿矿井水超过70亿m3，矿井水利用率只有60%左右，造成了巨大的水资源浪费[2]。而我国的水资源极度匮乏，水资源和煤炭资源呈现逆向分布，煤矿矿井水的外排不仅给地下水层系统造成了重大损坏，也给周边居民用水造成了较大影响[3]。所产生的煤矿矿井水若处理不当，将可能直接浸入至地表水中，严重时将引起一定程度的地表水污染，这将给生态环境造成严重破坏[4]。采用科学的处理方法，对煤矿矿井水进行正确处理，实现污水的循环回收再利用，是当前解决水资源匮乏，减少资源浪费的重要途径。为此，本文将重点对煤矿矿井水的处理措施及再回收方面进行探讨，采用合理的技术有效改善生态环境条件及地表水质量，避免了因水资源的匮乏而影响煤矿的开采生产。

1煤矿矿井水来源

1.1含有悬浮物的矿井水

矿井水在开采过程中会带入大量的煤粉、粉尘、沙砾等，由于部分物质粒径较小，自然沉淀反应不能去除，进而形成含悬浮物的矿井水[5]。该水体当中的悬浮物基本上都是一些较小的煤尘以及矿渣，大部分的粒径范围在50 μm以下。因此，对于这样的污水处理手段而言，就需要采用混凝沉淀的方式进行处理，也就是矿井水常规处理工艺，其常规工艺如图1所示。含悬浮物矿井水作为最常规的矿井水，混凝沉淀的处理方式较为程数，通过混凝剂的投加，可以保障悬浮物的有效去除。

图1含悬浮物矿井水处理工艺

1.2高矿化度矿井水

高矿化度矿井水，也可称作为苦碱水，含有大量的Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-等离子，在浓度方面其溶解性总固体质量达到1000 mg/L以上，在pH值的处理过程中，基本上为中性或者偏碱性的特征[6]。这样的矿井水直接饮用之后，就会对人体造成直接的影响。同时，将其应用到农业用水当中，也会导致对土壤环境造成直接的影响，例如导致土壤出现板结化的特征，特别是会导致土壤的盐渍化。而在投入到建筑工程项目的建设中，就会导致对混凝土的强度造成直接的影响。对于此类高矿化的矿井水，除了常规的矿井水处理工艺，后续还需脱盐工艺进行脱盐处理，其基本工艺如图2所示。

图2 高矿化度矿井水处理工艺

1.3矿井酸性水

工艺采煤的过程中，经常会出现伴生硫铁矿情况，对于这样的物质而言，遇到合适温度常会发生一定的氧化反应，生成硫酸，导致水体的酸性。含有一定浓度污水出现，没有经过严格的处理，在排放到地面之后就会对地表水pH值造成直接的影响。特别是对于土壤当中的植物生长，造成了较为明显的影响。现阶段对于这种污水的处理，基本上都是采用中和法，或者采用湿式生态处理方式，基本工艺如图3所示。

图3 酸性矿井水处理工艺

1.4矿区生活污水

部分煤矿由于体量小，会将生活污水与矿井水混合。生活污水主要是人们在矿区进行生活生产中产生的污水，来源比较广泛，主要是洗漱方便所产生，污染指标方面也相应的超出了多种类型的标准，在处理的过程中，需要进行针对性的采样分析，以此才可以确定出具体的处理方案。成型的生活污水处理工艺还是用传统的生化池、曝气池工艺，COD及氨氮指标均可以得到较好控制。处理后的水质可以用于浇灌、绿化应用，并且经济。

2煤矿矿井水处理技术与工程应用

2.1预处理

预处理主要是除硬、除硅、除浊，保证脱盐系统正常运行。对于粒径在0.3—150微米下的悬浮物，可以用水泵配合压滤机装置去除，然后进入下一级工艺。由于原水中TDS和硬度较高，膜元件内不断被浓缩且超过其溶解度极限时，会在膜面上结垢，回收率越高，产生结垢的风险性就越大。去除结垢性物质的常用预处理方法包括药剂软化法和离子树脂软化法。膜处理系统的前段过滤工艺主要包括机械过滤和超滤两种。机械过滤主要为活性炭过滤器、砂滤、多介质过滤器等，应用比较多，但其运行维护工作繁琐，滤料容易污染和破碎，出水浊度相对较高。超滤是一种能将溶液净化、分离、浓缩的膜分离技术，可有效去除水中的悬浮物、胶体微粒、细菌和大部分病毒等，对有机物的去除率为20%～60%。因此，预处理阶段采用药剂软化+浸没式超滤工艺。

2.2污水深度处理

在进行污水的深度处理过程中，首先是利用水泵，将煤矿当中的污水，抽取到地面设置沉淀池当中，经过沉淀处理后，在调节池当中抽排出悬浮物，并在调节池中添加一定的药物。主要是采用絮凝剂，这种药剂，可以很好的让污水形成一种混合液；之后使用助凝剂，可以很快的形成絮凝体。最后，进行全面沉降，经过良好的过滤处理之后，就进入到复用水池当中，等待下一循环的处理。

在深度水处理的过程中，预处理环节之后，进入相应的污水复用水池，特别是在滤泵抽取之后，需要将其进入到放水池当中，使用超级滤网，通过使用盘式过滤装置，阻垢剂，这样可以很好地保障过滤效果。。水体进入到超滤水池之后，利用高压水泵，进行下一个反渗透系统的处理。经过反复的过滤、渗透以及抽取，就可以保障水质达标。其次，处理的过程中，清水池当中的水处理，使用到消毒杀菌剂，经这样处理之后，就可以成为人们的饮用水。

2.3单体工艺设计

在煤矿进行开采的过程中，针对污水当中含有的一些阴阳离子，以及对其一些有害物质，进行选择针对性渗透装置，才可以最大程度上保障处理效果。其次，在反渗透装置当中，采用加药器、压力泵以及过滤网，构建出一个良好的反渗透的部件组合体，这样的反渗透处理，基本上都是需要进行针对性透过性膜。一般情况下，在进行处理的过程中，都是一种由中心管、反渗透膜导流管组成的设备。这样的处理方式下，可以很好的构建出反渗透装置，其次还需要在玻璃钢制成的压力容器当中，加入一定的RO膜元件。在现阶段进行处理的过程中，通过理论方面的分析，就可以充分的保障对污水进行良好的反渗透装置的使用以及分析。基于现阶段理论方面的分析处理，就需要保障污水可以很好的利用反渗透的装置使用方式，将水体当中的大部分有机物、微生物以及各种盐分，进行有效的处理。只有利用这样的处理方式，才可以最大程度上，保障系统的处理效果。

其次，在进行处理的过程中，可以为当下构建出的煤矿污水处理系统，构建出监控部分，这是保障在进行污水处理中，可以始终保持一个良好处理效果的关键所在。在进行系统的设计中，采用的是可编程程序控制器为基础的控制系统，可以在系统运行的过程中，实现对数据信息的良好分析。并且借助信息技术的先进性，可以实现信息预处理、故障报警等诸多方面的功能。另外，在进行流量计的使用过程中，还好能够对当下的污水处理的流量，进行良好的变化情况的分析以及处理，现阶段在进行电导率的测试过程中，始终都需要保障进行处理的过程中，能够加强对污水在不同环节的实际pH值，以及污水处理过程中的实际效果。

结束语

综上所述，在煤矿开采的过程中，矿井水的处理问题一直都在煤矿的长期发展过程中起到直接影响的关键作用。因此，就需要保障在实际的处理过程中，始终保障处理的科学合理性，同时全面的提升处理的整体性以及针对性，提升污水处理的整体效率。

参考文献

1. 李浩荡, 佘长超, 周永利, 黄玉凯. 我国露天煤矿开采技术综述及展望. 煤炭科学技术, 2019, 47(10): 24–35.

2. 张春晖, 鲁文静, 赵桂峰, 刘宗, 冯书韵, 成浩丹. 可持续煤矿矿井水处理与资源化技术综述. 能源科技, 2020, 18(1): 25–30.

3. 张山山, 姬海宏, 吴巧玲, 王仁雷. 煤矿矿井水处理零排放技术与工程应用. 中国给水排水, 2022, 38(2): 98–103.

4. Yajun S, Zhimin X, Xin L, Li Z, Ge C, Xianming Z, Yating G, Qi L, Shangguo Z, Weijun W, et al. Mine water drainage pollution in China’s coal mining areas and the construction of prevention and control technical system. Meitiandizhi Yu Kantan/Coal Geology and Exploration, 2021, 49(5): 1–16. doi:10.3969/j.issn.1001-1986.2021.05.001

5. 赵俊昌. 高悬浮物矿井水治理及资源化利用技术研究. 中国煤炭地质, 2022, 34(2): 48-50，80.

6. 方惠明, 戚凯, 李向东, 徐翰. 西部地区高矿化度矿井水处理技术及资源化利用. 中国煤炭地质, 2020, 32(12): 68–71.

7. 郑彭生, 王健, 郭中权, 杨建超, 张军. 酸性矿井水处理技术研究进展. 2021年全国能源环境保护技术论坛暨中国煤炭学会环境保护专业委员会年会论文集, 2021, 8–14.