池坪芦坑煤矿给排水设计的几点体会

2010-07-25福建省华厦建筑设计院张翠华

海峡科学 2010年7期

福建省华厦建筑设计院张翠华

煤炭资源是福建省重要战略资源之一，约占全省能源消耗的60%～70%，以煤为主的能源结构，在今后相当长的时间内不会有根本性的改变，因此，对煤矿设计更应精益求精，精心设计。池坪芦坑煤矿，隶属于三明顺发矿业有限公司，煤矿位于三明市三元区南东 170°，直距约 20km，矿井生产能力确定为30万吨/年，服务年限为26.4年。

1 自然水环境对矿井的影响分析和对策

1.1 地表水的分析和对策

矿区位于区域水文地质单元中的迳流、排泄区中，即以北东分水岭东南坡。属中低山构造侵蚀地貌，植被发育。地势西北高，东南低。矿区地势较陡，沟谷切割较深，山坡坡度一般为20～40°，局部45°以上。

地表水系较发育，呈树枝状，主要沟谷为池坪沟谷，为矿区内最大地表水体，枯季流量 50.20L/s。区内最大水系为池坪沟及两个叉沟（芦坑沟和叉溪沟），这些沟谷穿过井田，由于距下部赋存的可采煤层较远（超过250m），对矿井的开采影响不大，故地表水对矿井充水无影响。

1.2 地下水的分析和对策

矿区地下水流向与地形坡向基本一致，地下水有:（1）风化带裂隙潜水，分布于地表浅部，但对矿井充水无影响；（2）基岩裂隙承压水，矿区风化带以下，含水层厚度小，对矿井充水一般无影响；（3）断层，矿区断层不发育，地表断层为不导水断层，对矿井充水无影响。因此可以断定地下水对矿井充水无影响。

1.3 矿坑充水因素分析和对策

大气降水:大气降水是矿区地下水的主要补给来源。

地下水:对矿井充水无影响。

地表水:对矿井充水无影响。

老窑:十几个老硐现已全部关闭。经调查，没有发现下山开采，全部为平硐开采，且没有积水现象。因此老窑对矿井充水无影响。

综上所述，大气降水是未来矿井主要充水因素。因此在设计中我们偏重于大气降水对矿区影响的治理。在矿井的主入口及易透水位置设置排洪沟，以减少大气降水对矿区的影响。

本矿井防洪排涝，要结合矿区的工农业建设和矿井开采后的地形变化进行规划，并与当地的农田水利规划相协调，矿区内的河流沟谷，对防洪排涝有影响的，不轻易改变其自然形态；需要改变时应与有关部门取得协议，并再进行技术经济论证，提出可靠的防洪措施后确定。

根据《煤炭工业矿区总体设计规范》MT 5006-94的规范要求，本矿属小型煤矿，井口及其生活区、生产区的防洪的设计频率为1/50,但是当观测洪水（包括调查可靠、有重现可能的历史洪水）高于以上标准时，即按观测洪水设计；当观测洪水低于防洪设计标准时，则按防洪设计标准进行设计。

2 矿井水的分析与处理

煤炭开采过程中排放大量废水，若不经处理直接排放，势必对环境造成严重污染，同时造成水资源的大量浪费，无法实现循环经济的目标。据统计，我国40%的矿区严重缺水，已制约了煤炭生产的发展。开发、管理、利用好煤矿水资源，对煤炭工业可持续发展具有重要意义。因此，将煤矿矿井水处理后，作为煤矿工业用水或生活用水，不仅解决了矿区缺水问题，而且充分利用了矿井水资源，符合当今社会的发展需要。

2.1 概况

池坪芦坑煤矿设计矿井总排水量约为:300m3/h，矿井水的特点是:含有较多煤粒、岩、粉等悬浮物，其总硬度及矿化度并不高，但大肠菌群超标。采用混凝、沉淀、过滤、消毒处理技术，处理后可作为生产用水。

2.2 工艺流程的选择

传统的矿井水处理设施是针对处理煤泥水的，主要采用平流式沉淀池，效果不是很理想，处理后水质达不到新的排放标准，并且人工操作非常麻烦。经过调研，结合我院在处理同类项目的工程设计实际经验，经过方案比较及经济分析，本设计采用混合+反应+斜管沉淀的处理工艺，选用 SKC型水力自控斜管沉淀池。工艺流程图如下:

图1 工艺流程图

2.3 工艺方案说明

矿井水进入调节池，进行水量水质的调节。调节池设有污水提升泵，通过污水提升泵直接打入SKC-300斜管沉淀器（直径×高度=6.86m×5.3m）处理。在调节池污水提升泵与斜管沉淀器之间设置 SF管道混合器，混凝剂与污水经混合器后充分混合，进入SKC-300斜管沉淀器管板反应室，斜管沉降室处理后投加消毒剂消毒后达标排放。处理后浊度小于10NTU。设备排泥进入污泥回收池，处理后对煤粉进行回收，上清液回流至调节池处理。

2.4 工艺技术方案特点

2.4.1 本工艺方案符合处理水质要求，工艺流程简单，投资省。

2.4.2 一体化净水器净水效率高，占地面积小，结构简单，维修方便。

2.4.3 自动反冲洗与自动排泥，自动化程度高，减少了误操作，减轻了劳动量。

2.5 SKC-300型水力自控斜管沉淀池

SKC-300型水力自控斜管沉降池将反应和沉淀两个阶段的单体设备优化组合在一起，并采用水力自控排泥的一体化净水设备。

2.5.1 管板反应室

管板反应室是较先进的絮凝反应单元。它具有水流收缩时间长，悬浮物与药剂接触碰撞时间长，造成的微旋涡数量、尺度都很理想等特点，从而大大提高了反应效率。总体来说，本反应室的特点是反应效率高，不积泥，向沉淀池布水均匀。

2.5.2 斜管沉淀室

斜管沉淀是在我国已经运用近 30年的成功高效沉淀技术。从水力学角度来讲，斜管水力半径小，湿周大，所以沉降效率高。通俗地说，一根斜管就是一个小沉淀池，其沉降距离短，大大提高了沉降效率。千万个小沉淀池组成一个大型斜管沉淀池，能顶4个以上的其它无填料沉淀池，这才有钢结构一体化设备的可能性。

2.5.3 污泥浓缩室

进入污泥浓缩室的污泥经沉降得以浓缩，通过由自动（或手动）控制的液动快开排泥角阀排到污泥池。排泥周期和排泥时间可任意设定。

2.5.4 钢结构斜管沉淀器的防腐

内外钢结构表面全部采用衬玻璃钢防腐结构，可有效解决脱硫循环水对设备的腐蚀问题。

2.5.5 设计参数

根据沉淀池处理出水大部分浊度为10NTU左右的要求，本方案设计斜管上升流速较低，设计参数见表1。

表1 设计参数

2.5.6 设备特点

（1）实现了水力自控排泥，减少了管理与维修，排泥含水率低；

（2）结构紧凑合理，流程顺畅，占地面积小，建设周期短，投资省；

（3）设计指标可根据进出水水质要求改变，运行稳定，抗冲击能力强，出水水质好；

这套自动化矿井水处理系统在提高工作效率的同时，也大大降低了工人的劳动强度。矿井水经过处理后返回井下，用于工作面的除尘、喷雾、井下消防等。这样不仅使水资源得到了利用，而且免缴纳超标罚款和排污费，取得了较好的经济、环境、社会效益。

3 井下消防洒水管管材的选择和敷设

本矿井的能力为30万吨/年，所设计应满足《煤炭工业小型矿井设计规范》GB50399―2006的要求，井下消防洒水管道的设计宜采用消防与洒水合一的枝状管网，有条件时宜设计成环状管网。管道水流方向与巷道中风流方向相一致或在火灾时能够临时改变成一致。并在井下消防洒水主次干管上设置各类生产和消防所需的洒水栓、阀门、消火栓等设施。

井下消防洒水管道在传统的设计中一般选用无缝钢管。由于井下环境条件较差，空气湿度大，管道极易腐蚀，而且我省有些矿井水本身带酸或碱性，故管道、阀门、管件、支吊架等构件须做防腐预处理。当为酸性水时或含盐量较高时，采用氯化橡胶系列防腐涂料;当为中性至碱性水时，可采用无机富锌底漆进行防腐处理。所以施工时比较麻烦，且管材寿命比较低。随着近几年钢丝网骨架塑料复合管的普及和应用，我们对这种管材有了更深入的了解，并且矿井专用的钢丝网骨架塑料复合管也应运而生，经过各项比较(见表2)，我们在该矿井的井下消防洒水管的设计中采用钢丝网骨架塑料复合管。