矿井清污水分离排放及高温清水综合利用研究

李仁永

（莱芜市万祥矿业有限公司潘西煤矿，山东 莱芜 271107）

1 工程概况

莱芜市万祥矿业有限公司潘西煤矿是新汶矿业集团有限责任公司子公司，1958年建井，1960年7月投产，设计生产能力30万t/a。矿井改扩建工程自1994年9月正式开工，于2002年6月竣工。矿井生产能力由30万t/a扩至60万t/a，2006年矿井生产能力核定为95万t/a。现矿井为4级排水和2级排水两部分构成，矿井总涌水量1144m3/h，其中-150m水平涌水量27m3/h，-350m水平涌水量14m3/h，-740m水平涌水量1000m3/h，-740m水平下部涌水量103m3/h。矿井主要涌水量为疏放奥灰水，其水质清洁而且温度较高（34～42℃），当前混流排放。为充分利用矿井水资源，现实施矿井水清污分离排放，并拟将高温清水进行开发利用。一是经简单处理由水源热泵加热后，作为职工洗浴用水；二是作为冬季工业广场、社区供暖系统的补水水源；三是用于莱芜热电厂冷却水、洗浴中心、温泉小镇等。

2 矿井各水平排水系统现状及涌水点

潘西煤矿现有四个中央泵房，分别为-150m、-350m、-740m和-1100m中央泵房，分为四级排水和两级排水，如图1所示。

图1 矿井排水系统

2.1 各水平排水系统现状

-150m水平水仓容量3014m3（内仓1495m3，外仓1519m3），安装水泵五台，其中MD720-60×7水 泵 2台（1#、5#），MD500-57×7水 泵 3台（2#～4#）。安装Φ325mm立排管路3趟，长度420m；Φ325mm斜排2趟，1200m。3#～5#水泵分布于内仓，1#、2#水泵分布于外仓。

-350m水平水仓容量2860m3（内仓1242m3，外仓1618m3），安装水泵5台，其中MD500-57×5水泵 3台（2#、4#、5#），MD720-60×4水泵 2台（1#、3#）。安装Φ325mm的管路2趟，Φ273mm的管路2趟，长度760m。1#、2#水泵分布于内仓，3#～5#水泵分布于外仓。

-740m水平水仓容量12200m3（内仓3000m3，外仓4200m3，外环水仓5000m3），安装水泵8台， 其 中 立 排 4台：PJ200B×12、MD420-96×12水泵各2台，排水量420m3/h；斜排4台：300DF65×8、MD600-65×8水泵各2台，排水量600m3/h。斜排安装Φ325mm的管路3趟，立排安装Φ325mm的管路3趟。1#～4#水泵分布于内仓，5#～8#水泵分布于外仓。

-1100m水平水仓容量8090m3（内仓3756m3，外仓4334m3），安装MD650-80×6水泵5台，排水量650m3/h。安装Φ351mm的管路3趟。3#～5#水泵分布于内仓，1#、2#水泵分布于外仓。

2.2 高温清水涌出点水量及水温

（1）-1100m西大巷放水钻孔水量100m3/h，水温42℃。

（2）-740m东大巷水量200m3/h，水温34℃。

（3）-740m后四石门水量79m3/h，水温34℃。

（4）6197疏水巷水量460m3/h，水温37℃。

3 实施措施

将-150m，-740m，-1100m水平的内仓及-350m水平的外仓全部空出，并进行冲刷，水仓入口及泵房的吸水井口进行封闭，防止热量外溢。

3.1 -1100m水平

将-1100m西大巷各放水孔的水利用Φ159mm或Φ200mm管路引至-1100m内仓，并将管路进行保温处理。利用现有的一趟Φ351mm＋Φ325mm管路将内仓的清水排至-740m水平内仓中。

3.2 -740m水平

（1）在-740m西大巷与后四石门交叉点处埋管，将后四石门的水引至-740m车场水沟内，使其进入-740m内仓中。

（2）6197上排的水已用Φ200mm的PVC管接至-740m西大巷中部，再外接750m可汇至-740m车场水沟，进入-740m内仓。沿途管路要进行保温处理。

（3）-740m东大巷水平水仓至-740m空车线已敷设一趟Φ325mm钢管，可再安装一路Φ325mm钢管450m至车场水沟内，并将管路截门改至放水管口处，以方便开关。

（4）将后四放水口至-740m内仓的水沟先上覆旧胶带，后用盖板压实，再用水泥浆勾缝，以防热量散失。

3.3 -350m水平

将-740m的两趟斜排管路进行保温处理，并在-350m水仓入口处延至外仓中。调整泵房内的旁路截门，使外仓的3#～5#水泵使用两趟Φ325mm管排水。考虑到-350m管子井的进风量较小，热量散失也小，管路不再进行保温处理。

3.4 -150m水平

-350m管子井口至-150m水仓口现已安装一趟Φ325mm钢管，将其延至内仓中，并将管路和水沟进行保温处理即可。调整-150m泵房内的旁路截门，使内仓的3#～5#水泵使用两趟斜排管路排水，并对两趟斜排管路进行保温处理。

3.5 工业广场

将地面水源热泵的两个污水池进行排污处理，用于储存井下高温清水，并从两池分流利用。

（1）矿井水处理流程图如图2所示。

图2 矿井水处理流程图

（2）矿井水处理工艺

矿井水经原水泵（利用现有）排至全自动过滤器，去除水中机械杂质和固体悬浮物后，一部分过滤水进入生活杂用水池，另一部分过滤水再经全自动软化器将水质硬度降低，然后经过袋式过滤器（防止树脂泄漏造成对后续供水设施的破坏）与未软化的进入杂用水池过滤水混合为适合硬度的洗浴用水，进入洗浴用水水池。水处理车间内设备冲洗废水排放至洗煤厂用水系统。

全自动过滤设备处理水量为100m3/h×2（同时使用，作为生活杂用水），全自动软化设备为30m3/h×2（一用一备，24h不断水，作为洗浴用水）。经此工艺处理后的水中固体悬浮物含量＜3mg/L，浑浊度＜1NTU，软水总硬度＜1.5mg/L。软水再混合过滤水作为洗浴用水，使洗浴用水相关管道、设备、喷头减少结垢现象，延长洗浴用水相关管道、设备、喷头的使用寿命，提高洗浴用水品质，并有效利用矿井水余热，符合国家节能减排大形势要求。

4 节能效果

4.1 洗浴节能（每天）

洗浴用水经实际测算每天需要360m3，水温40℃。矿井高温清水排至地面处理后，平均温度为32℃。地面自来水平均水温为20℃。则该温差（12℃）需要吸收的热量为：

式中：

C-水的比热容：4.2×103J/kg·℃；

m1-洗浴用水量360×103kg；

Δt1-水温从20℃升高至32℃的温差为12℃。

考虑机械及换热效率后实际需要的热量为：

该燃料电池发动机主要用于匹配10-12米的大巴产品，亚星和中通客车将率先实现批量配套。潍柴的燃料电池发动机先实现匹配客车产品，后续或也实现匹配中卡、重卡。

式中：

η1-机械效率80%；

η2-换热效率80%。

换算为电功率为：

式中：

1kW·h=3.6×106J

4.2 供暖补水节能

冬天供暖每天需要补水约20m3，则矿井水（32℃）与自来水（10℃）补水温差（22℃）需要吸收的热量为：

式中：

C-水的比热容，取4.2×103J/kg·℃；

m2-供暖每天补水量，取20×103kg；

Δt2-水温从10℃升高至32℃的温差为22℃。

考虑换热效率后实际需要的热量为：

式中：

η2-换热效率，取80%。

换算为电功率为

4.3 年节约电费

式中：

a1-洗浴天数，取365d；

a2-供暖天数，取120d；

q-年平均电价，取0.65元/ kW·h。

5 结语

工程按规划实施后，不仅使矿井水得到深度利用，还能够实现矿井水清污分离排放，提高水泵的排水效率，减少水泵及管路的结垢和磨损，并且能够有效地减少井下高温热水对矿井风流温度的影响，具有较好的经济和安全效益。