矿坑水高效利用技术应用

潘晓明　谭克亮　陈庆海

(1.山东乾舜矿冶科技有限公司；2.济南钢城矿业有限公司；3.山东钢铁集团国际贸易有限公司)



矿坑水高效利用技术应用

潘晓明1谭克亮2陈庆海3

(1.山东乾舜矿冶科技有限公司；2.济南钢城矿业有限公司；3.山东钢铁集团国际贸易有限公司)

济南钢城矿业有限公司铁矿床为国内罕见的大水矿床，建矿以来，公司成功实施了小帷幕注浆堵水试验工程和大帷幕注浆堵水工程，涌水量仍达5万m3/d。因此，实施了将矿坑水净化处理后作为生活用水工程改造。项目实施后，减少了外排浪费水资源，不仅为企业带来了经济效益，也有利于节约能源、保护资源，开创了冶金矿山矿坑水综合利用的先例，具有非常显著的经济效益、社会效益和极高的推广价值。

矿坑水综合利用水泵节能

济南钢城矿业有限公司始建于1966年，其前身是济南张马屯铁矿，该矿床为国内罕见的大水矿床，水文条件极其复杂。预测最低开采水平(-360m)的涌水量达33万m3/d。建矿以来，公司成功实施了小帷幕注浆堵水试验工程和大帷幕注浆堵水工程，开创了我国大水矿山帷幕注浆治水的先河。矿山年产矿石50万t、铁精粉33万t，掘进废石和矿坑水均得到了有效利用。

1　矿坑水资源化综合利用

济南钢城矿业有限公司大帷幕注浆堵水工程竣工后，每天仍有将近3万m3矿坑涌水排至泄洪沟，通过对周边企业生产用水情况进行调查研究，最终制定了向济钢集团有限公司供应矿坑水的方案来解决矿坑水资源浪费这一现象，即采用西水东调供水方案；1998年，确定的供水线路全长约7km，项目竣工投用以后，矿坑水实现了零排放，公司内部生产用水每月消耗2万m3，其余全部供济钢综合利用，每年向济钢供应矿坑水1 000万m3。

为了扩大矿坑水的使用范围，进一步开发其利用价值，最大限度地利用水资源。2009年3月再次对矿坑水在井下进行净污分离，在地表进行过滤、净化、消毒等处理，使其达到饮用水水质标准，作为生活饮用水。具体技术方案为首先对矿坑水在井下实施净污分离，将岩层内部涌出净水和生产区域污水分离后通过各自独立的排水系统排至地表；污水经沉淀作为公司生产及绿化用水；经过净污分离后排到地表的净水通过过滤等处理工艺，达到生活饮用水卫生标准后作为生活水使用。

1.1井下矿坑水净污分离

部分矿坑水受到井下作业人员生活污染和井下生产作业污染。主要有生活垃圾、粪便的污染，矿房充填过程渗滤出水(主要含选矿药剂等有害物质)的污染，中深孔施工过程(主要是油污)的污染，掘进、装矿和设备维修等生产过程的污染，受污染水水质很差，需对这部分水进行隔离。

净污分离指将矿井净水(指没被污染或受污染极轻的水)和井下受到污染的污水分开，分别收集和上排。井下污水量相对很小(约1 000m3/d)，但分布在生产、生活的各个区域，且随着生产地点的改变而改变，分段收集难度大。而各开采水平几处大的矿坑水涌水点位置相对固定，对各开采水平主要涌水点进行隔离处理，保证其不被生产区域污水污染，通过各自相对独立的泄水系统进入环水沟。各分段生产区域污水不再单独收集，而是通过现有泄水系统泄至-360m水平(若随着生产区域的转移或现有泄水系统平衡被打破时，再重新建造部分泄水孔)，在-360m水平将原4个水仓中的1个水仓隔出一段有效容积约2 000m3的独立水仓，作为污水水仓使用。通过管道或部分专用水沟将-360m开采水平产生的所有污水集中排入污水水仓中。

1.2净污分离后矿坑水的净化处理

经过净污分离以后的矿坑水水质较好，但仍受井下水沟、水仓、水泵及排水管道的影响，水质达不到生活饮用水标准，不能直接作为生活用水。对净污分离以后的矿坑水化验表明，微生物含量超标严重，另外浊度高，硫酸盐、硝酸盐等成分含量高。对超滤工艺和反渗透工艺处理净化后矿坑水对比试验表明：采用反渗透工艺处理后的水水质较纯，水的浊度降低，水中硫酸盐、硝酸盐等有害成分被有效过滤，水质可以达到纯净水的卫生标准；而采用超滤工艺处理后，水中硫酸盐、硝酸盐等成分含量仍较高。另外，采用反渗透处理工艺，残水量较大，75%以上是残水，处理工艺也比较复杂，能耗较高，水处理成本较高。采用超滤工艺处理，残水量较小，只占原水的25%，处理工艺相对比较简单，整个工艺系统能耗较低，处理成本较低。综合考虑，在可以满足生活饮用水标准的基础上，采用超滤工艺对矿坑水进行处理。

1.3保护井下水源地

制订了井下净水水源保护措施和管理制度，避免井下净水水源受人为因素的污染。在井下人员集中的地方安装了无冲洗厕所，厕所有专人管理。厕所的粪便打包后集中运到井上。井下人员集中配餐，统一使用饭盒，不允许自带食物或使用方便袋，杜绝了井下白色污染。

2　矿坑水低温热交换技术的研究与应用

为了更好地利用矿坑水的能源，2009年，对矿坑水进行了低温热交换技术的研究和应用。利用矿坑水温度比较恒定(25 ℃左右)这一特性，将水体分别作为冬季热泵供暖的热源和夏季地源热泵空调的冷源，即在夏季通过水源热泵机组将建筑物中的热量“取”出来，释放到水体中去，由于水源温度低，可以带走热量，以达到夏季给建筑物室内制冷的目的；而冬季，则是通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能，传输到建筑物中采暖。此外，井下水源还可以代替蒸汽给浴室洗浴水加热。热泵机组安装投用以后，经过试运行，制冷、制热效果良好。夏季制冷能耗比普通空调机制冷能耗降低50%以上。

3　结　语

将矿坑水处理后作为生活水饮用减少了外排浪费水资源。使用矿坑水换热技术用于代替空调制冷和制热项目，节能效果十分显著。每年为企业带来直接经济效益5 000万元以上，并且每年节约地下水资源1 000万m3，不仅为企业带来了经济效益，也有利于节约能源、保护资源。在井下安装使用无水冲洗厕所，解决了以前井下人员随地大小便的问题。从源头上减少了矿坑水的人为污染，同时提高了矿山井下文明生产的水平。矿坑水高效提升利用综合技术的研究与应用项目开创了冶金矿山矿坑水综合利用的先例，具有非常显著的经济效益、社会效益和极高的推广价值。

2016-03-22)

潘晓明(1981—)，女，工程师，250014 山东省济南市经十路13777号。