布尔台煤矿矿井井下矿井水处理站初步设计方案

吴东晓++李正东

摘 要：随着我国社会经济的快速发展，我国的煤炭资源也出现了紧缺的现象。导致当前煤炭的开采过程也更为复杂，并有大量底下水的渗出，其开采作业也产生了较大阻碍。因此，想要保证煤矿生产的效率及质量，则需要通过对其矿井井下建立矿井水水处理站的方案。本文则将布尔台煤矿矿井为例，分析其初步的设计方案。

关键词：布台尔煤矿；井下矿井水处理站；设计方案

中图分类号：TD325 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）20-0118-02

我国的煤炭资源经过多年的开采，当前正面临着资源枯竭的问题。随着煤炭开采难度的不断增大，对于井下作业也提出了新的要求。通过对煤矿矿井井下矿井水水处理站的有效建设，不仅能够提升井下作业的工作效率和工作质量，还能够避免井下安全事件的发生，保护相关工作人员的生命财产安全。因此，对布尔台煤矿矿井井下矿井水水处理站初步设计方案进行分析具有重要的现实意义。

1 项目工程概况

此项目名称为布尔台煤矿矿井井下矿井水处理站。其具体的工程情况为：地面矿井水处理站：承担布儿台矿、寸一矿、寸二矿等3个矿的矿井水处理的任务。系统共分3期建设，已建成移交。目前只有1期在运行，设计处理水量为15000m3/D，处理工艺为传统的“预沉池+斜管沉淀池+无阀滤池”工艺。其中工艺处理过程中产生的煤泥通过煤泥池收集后，靠静压重力自流至井下采空区妥善安置。布儿台矿矿井涌水在12000m3/D左右，全部泵到地面矿井水处理站，利用1期设备进行处理。矿井涌水中4000m3/D为经过采空区过滤后的水，其余8000m3/D为直接矿井涌出水。布儿台矿的井下复用水量为300m3/h。

矿井当前的水量水质情况根据与矿方交流，矿井水经采空区过滤后由井下排水仓收集，或矿井水直接由井下排水仓收集。再由井下排水仓设置的井下矿用泵打到地面污水处理厂，处理后排放。矿井水直接由井下排水仓收集时，其水质中平均悬浮物SS在500mg/L～1000mg/L之间，而经过采空区过滤的矿井水，其平均悬浮物SS<50mg/L。

2 项目工程方案的设计思路

本工艺方案设计充分考虑了井下巷道特点、水质特点、处理后水质能达到回用标准等因素，建议在井下建设水处理站，水处理站采用我司研发的占地较小、投资较少、流程简单、处理效果更佳的高效旋流净化工艺作为核心工艺，不仅减少了项目投资、占地，还缩短了的工艺流程使运营维护更加简单、运营费用更低。井下建设水处理站，能直接回用，不仅能降低提升至地面水处理站处理后在回用的能耗费用，也提高了地面矿井水处理站的安全运行稳定性。

3 工程设计的具体流程及内容

3.1 水处理工艺的确定

我国矿井水净化处理技术起始于上世纪70年代末，已有几十年的历史。目前，已投入使用的净化处理技术主要有：沉淀、混凝沉淀、混凝澄清池等，均采用重力沉降原理对水体的悬浮物进行分离，其主要缺点是占地面积很大，水力停留时间较长，底泥（煤泥）含水率高、体积大，对场地、池容的要求很大。

近年来，随着水处理技术的不断进步，出现了高效旋流净化技术、超磁分离技术等矿井水处理新技术，有效解决了传统水处理工艺处理效率低、占地大、水力停留时间长、综合投资大、运行费用高、维护困難等问题。

根据本项目原水及出水水质的要求，本项目去除的重点目标是：水中的悬浮物（SS）、化学需氧量CODcr及乳化油等，同时结合实际情况，本次方案设计高效旋流净化工艺。

3.2 高效旋流净化工艺介绍

高效旋流离心净化工艺是利用旋流闪混、常压旋流、二级旋流离心分离、紊态造粒污泥层过滤、旋流浓缩的原理，将污水净化中的混凝反应、离心分离、泥层流态过滤、污泥浓缩等处理技术有机组合集成在一起，在同一罐体内短时间（10-15分钟）完成污水的多级净化，出水水质悬浮物小于10mg/l，较大程度优于回用及排放标准。

本设备技术集成、工艺先进，通过高新技术和特殊工艺，将旋流闪混技术、常压旋流、二级旋流离心分离、紊态造粒污泥层流态过滤原理等过程有机融合为一体，在同一罐体内完成废水的多级净化，实现了快速连续高效处理。其基本的技术原理为：

（1）旋流闪混技术。一般的混凝方式分无动力和有动力两种方式，无动力的如网格折流式、折流板式，有动力的如机械搅拌式。水流的流态形式上下流动，药剂与污水的混合主要是靠与其它物体碰撞形成局部紊流混合，混合时间长，一般需要5-15分钟。而旋流闪混技术，利用旋流的轨迹螺旋上升，运动路线长，旋流时紊流强度大，混合效率高，一般只需10-30秒即可实现高效混合，取代了传统混凝反应池等。（2）常压节能旋流技术。独特设计的渐开线或螺旋线导流技术，在管道或进水密闭渠道内形成旋流的惯性，在某一点断开时，水流能利用余压靠惯性自然形成旋流，节约了动力能耗。（3）二级旋流离心分离技术。水体在罐体内，设计了先向下旋流然后有导流板导入向上旋流的二级旋流离心分离模式。含悬浮物的废水在进入罐体内，利用渐开线或螺旋线导流技术，先形成下旋流方向的旋流，在离心力的作用下废水中形成的悬浮颗粒及矾花被甩向器壁，并随下旋流及自身重力作用沿罐内壁下滑至锥形污泥浓缩区，从而去除大部分的悬浮物。废水向下作螺旋运动到一定程度后向中心靠拢，在导流槽的作用下形成向上的旋流，继续利用旋流产生的离心力，分离剩余的小颗粒等杂物。导流槽、板的设置，使下旋流和上旋流分别再不同区域独立运行，避免了传统旋流器产生的短流现象。（4）紊态造粒污泥层过滤。上旋流的同时，水中较轻的颗粒，相互碰撞，在药剂的作用下相互粘结，形成一定厚度的污泥过滤层，对水质进一步过滤，到达一定厚度后，会脱落沉至泥斗，形成流态过滤。（5）旋流浓缩。整个罐体内的水流为旋转状态，泥斗内的污泥随着水流旋转，在整体水流压力的作用下，像拧紧螺丝般实现污泥的浓缩，从而排泥浓度大，排泥量少，后续污泥处理不需要像沉淀池还需建污泥浓缩池。

3.3 高效旋流净化工艺特点及优势

（1）处理效率高，占地面积小。废水净化时间根据SS浓度不同一般只有10-15分钟，净化后水可以做为深度处理水源或直接回用或达标排放，出水悬浮物SS达到10mg/l以下。占地面积只有传统工艺的1/8-1/4，以日单台处理5000m3/d的旋流离心净化器占地约12m2。（2）处理水质范围宽，耐冲击，高悬浮物精处理技术水平国际领先。针对污水高悬浮物（30-100000mg/l）水质特点的废水，由于分离原理为离心力，而不是传统的重力沉淀分离，只要存在密度差即可。就可以把水中悬浮物分离开来。（3）设备无需维修。设备内无转动部件，无需维修。（4）动力消耗低，运行费用低。运行中只需一次提升，加药量约是传统工艺的1/2-2/3。（5）运营操作简单，能实现无人值守。设备本体只有进水口、出水口、排泥口、反洗排污口，现场对接管道即可。实现“傻瓜式”无人值守自动操作模式。（6）投资低，施工周期短。与传统工艺及其它工艺相比，总体投资降低10%-30%。工厂化生产，现场只需做地基，完成后，运至现场吊装固定即可。大大缩短施工周期。（7）可以吊装移动及模块化扩展。随着生产的进行，水量可能会随之变大，只需根据预测预留好地基，待水量大时，直接工厂生产完毕，运至现场固定即可投入使用。

4 结语

综上所述，对于布尔台煤矿矿井井下矿井水水处理站进行设计，首先就需要对其实际的项目情况进行充分的调查和了解，包括井矿井水量水质现状以及其回用水的情况。之后，则需要通过对其设计思路的确定，开展相应的方案的设计。通过对其水处理站的有效设计，则能够在减少生产污染的同时，促进煤炭行业的可持续发展。

参考文献

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