老虎台矿矿井水与煤泥水综合治理工程实施应用

班 健

(老虎台矿选煤厂，辽宁 抚顺 113001)

0 引 言

我国作为煤炭开采和洗选生产的大国，在煤炭洗选加工的过程中，矿井水和煤泥水的循环利用至关重要。我国许多矿区水资源匮乏，近70%的矿区面临缺水而其中40%矿区严重缺水[1]，因此矿井水的综合利用成为解决矿区缺水问题的关键所在，同时也是实现环境、社会和经济效益统一的有效途径。遵循“资源循环利用与节能环保”的原则，减少或避免长距离输水则可缓解或解决矿区严重的缺水问题并改善职工的生活条件，满足煤炭行业持续发展对水资源的需求则对提高社会效益和资源循环利用及环境保护具有重要意义。

老虎台矿选煤厂主要负责对其井下原煤进行洗选加工，但近年由于原煤煤泥含量增加而导致选煤厂的煤泥水洗煤循环水质量浓度提升，循环水已不能重复使用故需对其进行进一步处理。井下生产产生的矿井污水也需对其进行深度处理，即先将矿井水与选煤厂煤泥水汇集至总容积为2 500 m3的调节池，经混合、搅拌后再用泵送至高效浓缩机内进行浓缩、沉淀，浓缩机底流进入选煤厂处理，溢流进入1 000 m3中间水池作为选煤厂生产补充水使用或经过滤后外排。工程处理的具体设计水量、水质及出水标准如下：① 设计水量。矿井水水量为8 000 m3/d，质量浓度为2～5 g/L(设计时取最大值)；选煤厂水量、质量浓度、煤泥真密度分别为5 496 m3/d、204 g/L、1.6 g/cm3；② 设计要求。入水量16 000 m3/d，质量浓度小于100 g/L；③ 出水标准。出水为外排达标水,悬浮物含量小于20 mg/L;④ 项目建设用地:老虎台矿供应科院内。

工程以国家建设部、国家环保部等部门的有关文件、规范、标准为依据进行设计，严格执行国家及地方的现行有关建设、环境保护的各项环保法规及经济技术政策，工艺流程科学合理，确保各项出水指标达到规定标准。结合废水水质、水量特点，借鉴和汲取类似行业废水治理的成功案例和实践经验[2-12]，老虎台矿矿井水与煤泥水综合治理工程本着“技术上先进、运行上安全可靠、经济上合理可行”的原则，建设工艺科学、流程简单、运行费用低、占地面积小、处理效果稳定的废水处理系统，确保污水治理装置出水水质和水量的稳定，满足老虎台矿和选煤厂连续生产要求。

1 煤泥水治理项目技术要求与自动化系统

1.1 老虎台矿煤泥水治理项目技术要求

依据国家环保部门提出的相关要求，老虎台矿煤泥水处理厂出水水质指标要达到GB/T 50335—2002《污水再生利用工程设计规定》中“循环冷却系统补充水”标准要求设计[13-14]，施工标准应高于该标准，以便国标要求提高后可确保该系统还能够满足要求；系统应设置足够容积的事故池，停留时间按国家相关要求设定；系统配制药剂可采用生活水，设备内部清洗等采用老虎台矿工业水；煤泥水水质存在一定的波动性，甚至超出设计时提供的煤泥水水质指标，煤泥水处理厂要有一定的适应能力，避免由于煤泥水的质量浓度波动或煤泥水质超出给定范围而造成煤泥水处理厂停运、处理量达不到设计要求或出水水质不达标。矿井水和煤泥水治理工程的主要工艺为高效浓缩机加过滤器，工艺流程如图1所示。

图1 矿井水和煤泥水治理工程工艺流程

图2 矿井水综合利用示意

图3 后续计划实施后矿井水综合利用示意

1.2 工程自动化系统

该工程自动化系统采用目前工业领域非常成熟、先进的全厂计算机管理控制系统(简称SCADA)，是用工业以太网为系统网络并配以高性能与高可靠的管理计算机、具有服务器功能的中央监控操作站、PLC现场控制站组成的以选煤厂集成自动化为概念的生产过程自动化系统[15]。该自动化系统是由现场控制站、中央监控操作站和工厂计算机管理级组成的3级计算机管理控制系统。场控制站由现场仪表、执行器和PLC组成，中央监控操作站由监控计算机、故障和图表打印机组成。预留通讯接口，可将煤泥水治理计算机系统与工厂管理级计算机连接并进行远程数据通讯，控制方式如下：① 手动模式。通过手动模式可就地控制箱或MCC上的按钮实现对设备的启停操作；② 软手动模式。即远程手动控制方式，操作人员通过操作面板或操作站的监控画面用鼠标器或键盘以控制现场设备；③ 自动方式。设备的运行完全由PLC根据各检测仪表传送的信号、煤泥水治理系统的工况及工艺参数来完成对设备的启停控制，而不需要人工干预。

上述3种方式的控制级别由低到高排序为手动控制、软手动控制、自动控制。对于设备自带的控制单元、电气系统提供给监控系统信号的信号单元等，其接口点为各自所在区域的现场控制站。

煤泥水治理装置整套系统工艺及设备应满足以下要求：① 采用先进、成熟、可靠的技术，造价经济、合理，力争节省能源、水和原材料，降低建设费用和运行费用；② 系统设备的可利用率不低于上游设备，且装置操作简便并降低岗位员工劳动强度，便于运行维护及确保人员和设备安全；③ 系统安全、环保，达到无任何形态物质泄漏的要求；④ 系统的调试、启/停和运行应不影响上下游生产工序设备的正常使用；⑤ 系统应能快速启动投入，在负荷调整时有良好的适应性，在运行条件下能可靠和稳定地连续运行；⑥ 在调节池的使用、停用、检修及负荷变动等过程中，该煤泥水系统要有充分的适应性，并能够稳定运行；⑦ 在设计和安装上留有足够的空间，包括施工、检修需要的吊装及操作空间；⑧ 严格执行国家有关化工防腐质量标准；⑨ 在确保煤泥水治理装置稳定运行、出水指标经环保部门监测达到设计指标的前提下，运行费用不得高于投标书中报价；⑩ “三废”处理满足环保要求，不能有新的污染物和二次污染产生，充分做到除臭和防噪，达到《大气污染物综合排放标准》(GB 16297—1996)、《恶臭污染物排放标准》(GB 14554—1993)的要求。

2 矿井水与煤泥水综合治理工程实施应用

老虎台矿矿井水主要分净水和浑水2个部分组成，净水主要为地下水及地表水下渗，而浑水是井下生产过程中掺杂的水，老虎台矿矿井水与煤泥水综合治理1期时已实现对矿井水中的浑水与选煤厂生产产生的洗煤用水进行回收利用。其中，浑水先经选煤厂西山圆池排至矿井水处理工艺系统，经浓缩、过滤后符合环保达标标准再外排至东露天矿西南泵站，也可将浑水处理达标后用以自用。

老虎台矿矿井水与煤泥水综合治理 2 期工程主要处理井下水中净水部分与选煤厂过滤后的外排水集中回收利用，其中净水供给主要包括千金油厂用水、选煤厂生产用水、矿区生活用水、暖气厂锅炉用水 4 个部分，净水总量约为10 000 m3/d，分配比例约为3∶3∶3∶1。千金油厂每天的净水需求量为7 000 m3左右，而老虎台矿的供给量每天约为3 000 m3，差额水量需要东露天西北泵站供给。在 1 期工程的基础上增设水泵、供水管线改设等工艺环节，将过滤后外排水充分回收至西山水池后并与井下净水集中利用供给千金油厂，老虎台矿矿井水与煤泥水综合治理 2 期工程调整井下净水供给方式，实现过滤水再利用，不仅供选煤厂自己生产用水使用，更有效实现对千金油厂的供水补给。

2.1 改造背景及方案可实施性确定

在工程改造前期，集团公司提出利用老虎台矿选煤厂处理后的外排水供给千金油厂的设想，由选煤厂落实该设想的可实施性。选煤厂经过实地勘察后，一致认为若将外排水供给千金油厂则工程量大、资金投入多。基于以上考虑并结合生产实际，调整西山水池井下净水的供给方式，净水部分按千金油厂需求量供给，每天增加4 000 m3清水，多余的部分仍可作为矿区生活用水和锅炉用水使用，而选煤厂洗煤生产用水利用矿井水处理系统工艺处理后的外排水。该种方式只需对选煤厂内部供水管网进行调整，所有施工选煤厂可自行处理，充分利用闲置旧设备和水池、管路，具备改造量少、工期短、投资少的特点。为了确定方案的可实施性，选煤厂对生产用水供给方式变化可能产生的影响因素进行逐项分析，基于采用外排水加药不会影响药剂溶解和作用发挥，甚至考虑到40 m浓缩机加药用水水性变化是否会影响药性，综合所有因素以确保改造方案的可实施性。

改造方案的重点在于保证外排水供给选煤厂生产的稳定性，确定将闲置的6DA月牙池的南部水池清理干净作为缓冲水池。从φ40 m浓缩机外排水管路引出 1 条线路至6DA月牙池内，在月牙池外底部增设 1 台水泵，将泵的出水口与原211号供水管线对接，形成φ40 m外排水→月牙池→底流泵→211号冲水系统完整线路以供应选煤厂的生产用水，沿途将老厂加药用水、烘干脱硫喷淋用水、岗点清扫用水等用水点连接至该管线，实现选煤厂生产用水全部使用外排水的目的，如图 2 所示。

2.2 改造方案实施

改造方案从2022-03-28立项前期材料准备开始，于2022-04-18结束，历时工期17 d。工程量包括增设S系列双吸水泵(配套电机)1台；φ425 mm、φ273 mm等各种型号管路共计65 m，各种型号水门4台，弯头12个。改造投入检修作业人员及现场管理人员共计60 余人次。经过生产过程中实践验证，新改造的供水系统基本能满足生产需要。同时，6DA区域今后将作为选煤厂生产用水供给的枢纽站，集中力量对现场的标准化进行治理，拆除废弃的管路、平台等，规范整治区域内的楼梯、护栏、走台、平台，在使用的管路外部重新刷油，设置流向标识牌以提高现场标准化水平。

2.3 效益测算

老虎台矿矿井水与煤泥水综合治理工程改造实施后可为企业增加经济效益和节省生产成本。在资金投入方面，选煤厂提出的改造方案一次性材料投入共计6.48 万元，相比之前方案可节省材料费45.5 万元(未考虑外委施工费)，此外供给方式的调整可产生长期效益。

(1)调整前4 000 m3的差额水需要东露天矿西北泵站供给，供给距离远，泵的功率大(功率560 kW及流量625 m3/h)；调整后仍由选煤厂西山水泵供给，泵功率小(功率75 kW及流量486 m3/h)，若按照每天4 000 m3水量、电价0.7元/(kW·h)计算，年可节省电费75.8 万元。

(2)调整前选煤厂的外排水排往东露天西南泵站，现在一部分水截留选煤厂自用，排往西南泵站总体水量减少。西南泵站使用泵功率560 kW，流量1 181 m3/h，按照每天4 000 m3水量计算，年可节省电费48.5 万元。综上计算，共计年节省资金169.8 万元，其中一次性投入年节资45.5 万元，年节省电费124.3 万元。

2.4 后续实施计划

前期改造形成后，考虑到千金油厂可能增加两部炉作业，用水量仍会增加。且东露天矿西南泵站有可能因为南扩拆除，建议将选煤厂处理后的外排水全部回收，一部分作为选煤厂生产用水，余下的部分排至西山水池以作为净水供油厂使用，不再往东露天西南泵站排水。月牙池分南部池(小)和北部池(大)，目前将南部池作为选煤生产用水缓冲池，北部池收集大车道来水，池满后排往西山浑水池。

由于月牙北部池有成熟的西山排水管线，后续实施计划将调换南北部池的作用，以南部池作为大车道汇水池，通过泵排至选煤厂水处理系统中。外排水进北部池，保证在不出溢流的前提下，一部分作为选煤厂生产用水，余下部分全部排往西山净水池，供给千金油厂或集团内其他用水单位。如图 3 所示。

在设备投入上需新购置 2 台高扬程水泵(一开一备)，实现厂内各生产区域所使用的清水全部由北部池供水。鉴于目前北部池供西山水泵由局内调剂而得，泵的状态不佳，且无备用泵，目前间断性开启而今后运行率将大幅增加，需购置 2 台高扬程水泵(一开一备)，泵的选型目前选煤厂正在试验中。上述改动形成后，可实现往西山多供净水的设想。

3 结 语

近年来，老虎台矿选煤厂经过多次技术改造升级，通过跳汰机改造升级后提高精煤产率，有效增加单位时间的商品煤产量。通过板框压滤机改造升级、煤泥烘干深加工等改造工程，增加煤泥回收产量并实现煤泥的深加工，湿煤泥经烘干加工成烘干粉进行销售，企业收入得以增加。通过增设 40 m净化水车间对选煤厂煤泥水和矿井水浓缩过滤处理从而实现煤泥的高效回收，过滤后的水质达到国家外排标准。

由上可知，通过矿井水与煤泥水综合利用改造工程，可实现过滤后外排水自身回收利用，同时成功实现对有用水需求的其他单位之供水尝试，践行企业的绿色发展理念。

目前老虎台矿选煤厂的洗煤工艺更加优化，产品结构更具多样性，通过技术改造可为企业增加效益，同时符合国家能源绿色发展的战略，为国家双碳目标的实现作出微小贡献。