矿山水资源平衡技术研究

肖伟

河北钢铁集团矿业有限公司研山铁矿 063700

摘要：矿山开采都是由浅至深，随着浅部资源的逐渐减少和消失，开采深度的增大，矿坑存水量也越来越大，耗电量大，水源面广层多，利用率低，水循环系统存在缺陷等，上述这些原因，为矿山水资源节能减排提供了不少选择。本文以河北矿业公司研山矿山为例阐述了露天矿山水资源节能减排的意义和当前矿山给排水系统存在的问题，重点提出了利用采坑地下涌水等各种节能措施，希望这些措施可以推广到其他矿山生产应用中。

关键词：金属矿山；水资源；节能减排

引言

文章以河北矿业研山铁矿为例通过生产中的给排水来分析提出露天矿山水资源平衡的必要性及趋势性。并提出水资源再生利用等概念及思路，继而从节能减排的原则来考虑利用采坑涌水来弥补选矿用水量的不足，提出部分合理优化方案以寻求水资源平衡。在节能降耗为企业法定艰巨任务的今天，研究和处理好矿山给排水节能意义重大，具有巨大的技术价值、经济价值、社会价值。

1.中国水资源现状及矿山介绍

中国的水资源为2.8万亿立方米，居世界第六；人均占有量却仅有2200立方米，相当於世界平均水平的1/5，被列为世界13个贫水国之一。而我国每年排出22亿立方矿井水，相当于100个十三陵水库的蓄水量。而部分排水经过生活及生产等过程遭到污染，再利用需要很长时间，长此以往，浪费的不仅仅是大量水资源，更消耗了大量的电力、人力资源。

河北矿业研山铁矿设计规模为年采选矿石1500万吨，为铁矿露天矿山，地处河北滦县，是冀东铁矿区的重要组成部分，属于鞍山式沉积变质铁矿床，矿石成分主要为氧化矿和磁铁矿。厂房依山而建，自下而上高差约60米，采区距厂区约3公里。由于该矿床毗邻河道，地下水含量充沛，潜水层含水量大，随着矿山项目规模增大、设备改造等，用水量也逐渐增大，原设计往往达不到后期用水量和排水量的要求。而从经济效益以及生产成本考虑，一味的增加水源井供水量也违背了节能降耗的原则。

2、铁矿山生产工艺中给排水分析

铁矿矿山工程中，对水的利用是必不可少的。目前该矿山是采用湿法处理矿石，即利用水为介质对矿石进行提取，耗水量较大，整个矿山工程中选矿占有的耗水比例将近八成。开采的矿石经粉碎、研磨等工艺形成细料后利用分级机借助固体颗粒的比重不同而在液体中沉淀的速度不同的原理，加入大量水进行冲洗矿石混合物进行洗净和分级。后经由磁力和机械力将混合料中的磁性物质分离开来。分离后的矿物颗粒再被送入浮选机加入药物，使得所要的矿物质与其他物质分离开。最后进入浓缩池浓缩后经过滤机过滤烘干形成精矿粉。

整个生产工艺从进入球磨机后开始用水，并产生大量废水，包括洗矿废水和选矿废水。而生产过程中还产生除尘水、冷却水等。

3、矿山生产废水回收利用现状

目前大部分的矿山已经可以达到对排放废水的指标控制，而且将所排废水进行处理后回收利用来完成生产用水的自循环。这就到达了某种程度上的用水的平衡。然而在实际的生产，这种平衡往往是脆弱的。

该矿废水资源利用现状

（1）该矿山露天矿浅层红矿精选后产生的尾矿含泥量大，含沙量小，尾矿车间每天向尾矿库排放尾矿浆高达15000立方，其中含水量约为300m?/h，矿浆浓度为50%。正常情况时经尾矿回水量每日7000立方，但受汛期及筑坝施工影响，回水量不太稳定。最低时每日仅回水4000立方，需补充生产水以保证正常生产。目前数据显示尾矿回水稳定时水源井每日新水供水量为5000立方左右，不稳定时则需提供约9000立方生产新水。

（2）循环水系统设计不合理。由于该矿厂区距尾矿库较远，反应滞后，补充新水后厂区生产用水虽能维持平衡，但厂区回水系统可调节性小，尾矿回水增加时导致大量回水只能外排，无法回到生产系统中循环利用。

（3）设计除尘冷却水未考虑循环利用，该矿山除尘系统较多，大型除尘机有4台，总共用水量为100m?/h，这部分废水直接排至雨水外网进入污水泵站，后排至滦河。

设计并未从水平衡角度出发，对循环水系统中补加的新水加以控制调节，在生产稳定后都会因回水量溢出造成外排，浪费了新水资源，而外排水质量较差会造成不良生态影响，同时也会给矿山形象带来负面影响。

4、生产水获取途径

矿山生产中选矿工艺对水质要求不高，经过简单沉淀处理后的废水即可继续投入使用。而一些生产工艺设备则对水质要求比较高，比如离心泵冷却水、轴封水，除尘设备冷却水等。该矿山主要供水类型为高位生产新水和低位循环水。如若将各类取水点尽到各用其途才能真正控制好水平衡，达到节能增效的目的。

目前该矿水源获取类型及各自优缺点

（1）循环水。主要由尾矿回水进入厂区循环水池供生产循环使用，与循环水池相连备有一调节池用于夏季汛期及厂区事故排水。这类水仅经过简单处理，水质较差，可以供选矿厂直接使用，需求量很大。前面分析过尾矿回水波动性大，调节性小，循环水的使用很大程度取决于尾矿回水系统能否效率运行。

（2）生产新水。主要由水源井提供，该矿山每日需水源井供水以保证生产新水，由4台潜井泵将地下水抽至地面蓄水池，然后经加压泵站内3台大功率加压泵供至厂区高位水池，水质干净，能满足各设备对新水的要求。水源井至厂区高位水池供水管线长约5公里，高差77米，能耗较大，目前我国工业用水费用较高，因此这类水相对成本较高，

（3）采坑涌水。因该矿山矿脉紧邻滦河支流新河水系，矿石开采过程中，各种渗透水、地下涌水甚至雨季地表水源源不断汇集至采坑，如果不及时处理，必将影响矿山的安全生产。这类水多是地下水渗透，不含有毒化学物质，水质较为干净，仅有少量颗粒杂质，受雨季影响会出现水体浑浊情况，属于矿山生产衍生物，不计入市政用水成本。

分析三种水资源获取途徑，采坑涌水是最有必要加以充分利用的水资源，获取成本低，使用成本低，甚至能减少外排成本，但是设计往往未从分考虑采坑涌水利用。

5、涌水利用率低的原因

目前该矿露天采坑每小时涌水量能达到800-1000立方，其中绝大多数涌水经排水系统外排至临近水系内，后经矿山自行改造后也只仅有少量水利用于生产，利用率不到20%。

分析原因如下

（1）设计未充分考虑。因设计时无法准确计算采坑涌水量，而且各方面也存在很大的不确定性，如水质、水量、水仓位置等。所以设计往往只考虑外排系统，并未充分考虑加以循环利用。而且建设成本，维护费用等也是需要考虑的要素。

（2）采区地势不断下降。因原设计未考虑涌水利用问题，仅有排水系统，排水系统不适用于厂区供水，且由于采坑地势不断下降，导致水泵扬程不满足供水要求，导致涌水利用率降低。

（3）水质不稳定。虽然采坑涌水大部分是地下水，但是雨季时，地表水及大气降水增多，水质变差，含沙含泥量增加，无法满足生产新水的要求，需经过处理后才能使用。

（4）管路效率低。采场排水坑一般就地取势，距厂区较远而且地势偏低，沿路管线长，沿程损失大，水的过流断面减小导致管路效率降低。

6、节能降耗技术研究

矿山给排水节能方法多、效益显著，企业应该十分重视。目前国家对企业用水和排水收费力度都比较大，而作为用水大户的矿山企业，应控制水源井的供水和充分利用生产中的排水和涌水，采用合理的给排水优化来提高节能降耗成效。

合理优化系统可以从以下几点着手：

（1）厂区内低位循环水供水点等高线选一合理处建一座中型输水泵站，储水池设计沉淀系统，应对雨季水质浑浊问题，以满足生产新水使用要求。泵站主要用于高位补水，以减少高位供水点对水源井的依赖。而低位供水则利用采坑涌水直接补水。

（2）水仓、集水池水位采用高低两种扬程水泵加以控制，高扬程水泵用于输水泵站供水及低位直接补水，低扬程水泵用于涌水外排。能在满足生产用水的同时保证安全生产。高扬程水泵配用变频设备，选型需留出富余扬程以应对采坑地势不断下降的情况。