荫营煤矿矿井水综合治理技术探究

摘要：荫营煤矿矿井水属于典型的酸性高铁矿井水，具有水质复杂、雨季后期涌水量激增等特点，对荫营煤矿矿井水治理提出了严峻的挑战。针对荫营煤矿矿井水水质水量的特点，提出煤矿矿井水综合治理技术，旨在全面提高荫营煤矿矿井水治理水平，实现环境效益、经济效益和社会效益的统一，为同类型煤矿矿井水治理提供借鉴。

关键词：矿井水；煤矿；综合利用

中图分类号：X752 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）09-0-04

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Exploration on Comprehensive Treatment Technology of Mine Water in Yinying Coal Mine

LIU Xudong， LI Wei， WU Zhu

（Taiyuan Coal Gasification（Group） Corporation Limited， Taiyuan 030006， China）

Abstract： The mine water in Yinying coal mine belongs to the typical acidic high-speed railway mine water， which has the characteristics of complex water quality and a surge in water inflow in the late rainy season， posing severe challenges to the treatment of mine water in Yinying coal mine. Based on the characteristics of water quality and quantity in Yinying coal mine， a comprehensive treatment technology for coal mine water is proposed， aiming to comprehensively improve the level of Yinying coal mine water treatment， achieve the unity of environmental benefits， economic benefits， and social benefits， and provide reference for the treatment of similar coal mine water.

Keywords： mine water; coal mine; comprehensive utilization

山西省作为典型的煤炭资源型省份，近年来对煤矿矿井水提出一系列管控要求。《山西省水污染防治2018年行动计划》《污水综合排放标准》（DB 14/ 1928—2019）要求煤矿外排矿井水达到地表水Ⅲ类标准限值，《山西省煤炭工业发展“十四五”规划》提出到2025年矿井水综合利用率达到95%。荫营煤矿矿井水作为典型的酸性矿井水，含铁量较高，由于矿井水处理规模和能力不足，在当前严峻的环保形势下，通过矿井水系统治理，对症施策，对推动矿区实现可持续发展具有重要的意义[1-2]。

1 荫营煤矿矿井水处理及水质特点

荫营煤矿是年生产能力为240万t的大型国有煤矿。根据《山西省阳泉荫营煤业有限责任公司矿井水文地质类型报告》，荫营煤矿矿井水文地质类型划分为中等，目前开采12号、15号煤层情况下正常涌水量为277 m3/h，最大涌水量为565 m3/h。

荫营煤矿建有1#、2#两座矿井水处理站，总设计处理能力为17 500 m3/d（其中1#站为7 500 m3/d，2#站为10 000 m3/d），处理工艺均为预沉调节→加药混合→一体化净水装置→锰砂过滤器→次氯酸钠消毒→回用或外排。

2021年以来，受汛期雨量增加影响，荫营煤矿井下水质水量突变，原水水质总铁含量达到1.36×103 mg/L，出水化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、氨氮指标均超出《污水综合排放标准》（DB 14/ 1928—2019）[3]，涌水量最高时达到23 000 m3/d，外排的矿井水对荫营河下游水质产生了较大影响。

2 煤矿矿井水综合治理技术研究

针对荫营煤矿的水文地质类型及矿井水特点，通过分类施策进行综合治理，以期为荫营煤矿矿井水治理提供科学的技术方案。

2.1 采空区老空水治理

根据水文地质类型报告数据，荫营煤矿3号煤层的采空积水区总面积为636 984 m2，总积水量为205 675 m3；8-2号煤层的采空积水区总面积为980 866 m2，总积水量为289 209 m3；15号煤层的采空积水区总面积为2 157 812 m2，总积水量为1 820 406 m3；12号采空积水区总面积为196 888 m2，总积水量为160 863 m3；15处采空积水区总面积为661 684 m2，总积水量为1 338 513 m3。井田与周边煤矿边界相邻处8-2号煤层存在13处采空积水区；12号煤层存在8处采空积水区；15号煤层存在15处采空积水区。

高浓度铁离子水源主要来自3号井（上水量约为5 000 m3/d），根据铁含量较高的水质特点，在现有矿井水处理站基础上增加一套臭氧氧化工艺设施，包括臭氧发生系统、臭氧曝气催化装置及分离装置[4]。臭氧氧化处理工艺流程如图1所示。

当3号井矿井来水中的含铁量超过40 mg/L时，通过管道阀门转换将3号井的排水引入应急处理系统进行处理。高含铁废水进入曝气氧化装置后，二价铁会在臭氧作用下氧化为三价铁，然后投加适量的碱。臭氧氧化处理工艺可有效应对老空水铁离子偏高、水质偏酸性的水质，确保系统稳定运行。

2.2 深度处理升级改造

目前，荫营煤矿采用的矿井水处理工艺一般情况下可以满足《煤炭工业污染物排放标准》（GB 20426—2006）中的标准要求，在山西省提出煤矿矿井水要达到地表水Ⅲ类标准限值要求后，现有的处理工艺无法保障出水稳定达标，监测数据显示存在COD、氨氮超标情况。由于荫营煤矿的涌水量较大，矿井生产、生活回用只有3 000 m3/d，按照17 500 m3/d计算，约有14 500 m3/d的矿井水需要外排。

参照《酸性矿井水处理与回用技术导则》（GB/T 37764—2019）[4]以及荫营煤矿的水质特点，在现有处理工艺基础上，增加15 000 m3/d深度处理环节，采用“折点除氯+活性炭过滤器+超滤”工艺处理原矿井水尾水[5]，确保达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中的Ⅲ类水质要求。深度处理升级治理工艺流程如图2所示。

2.2.1 折点加氯工艺

在现有工艺处理后的矿井水中加入NaClO，次氯酸根离子与水中的氨氮反应产生一氯胺、二氯胺和三氯胺。相关反应式为

NaClO+H2O→HClO+NaOH（1）

NH3+HClO→NH2Cl+H2O（2）

NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O（3）

NHCl2+H2O→NOH+2Cl-+2H+（4）

NHCl2+NOH→N2↑+HClO+H++Cl-（5）

总反应式为

2NH3+3 NaClO → N2↑+3H2O+3NaCl（6）

2.2.2 超滤装置工艺

超滤是一种流体切向流动和压力驱动的过滤过程并按分子量进行分离的装置，超滤膜的孔径为0.002～0.100 μm。溶解物质和比膜孔径小的物质作为透过液透过滤膜，不能透过滤膜的物质被慢慢浓缩在排放液中。因此，产水（透过液）将含有水、离子和小分子物质，而胶体物质、颗粒、细菌及病毒将被膜去除。

2.3 汛期雨季渗水治理

荫营煤矿矿井涌水量构成以采空区密闭涌水和旧盘区4号井筒（仅作通风用）裂隙涌水为主，按区域划分主要有旧盘区、1501盘区、1503盘区、1505盘区。

2022—2023年荫营煤矿矿井涌水量如图3所示。

从图3可以看出，矿井涌水量与降雨量存在正相关关系，涌水量增长具有明显滞后性，降雨量补给持续时间较长。为减少汛期雨水增加对矿井水涌水量的影响，荫营煤矿对矿区采空区范围内的典型沟谷区域进行全面调查和治理，重点针对双桥沟、坛坛沟、萧家沟、杏沟4个主要地势低洼区域进行综合治理。通过土地平整、修建截排水设施，将矿区范围内地势低洼区域的雨水全部引流至荫营河及其支流，有效化解涌水量增加对矿井水处理带来的不利影响。

3 治理效果

荫营煤矿通过治理矿区的地势低洼区域，有效减少了矿井水井下涌水的来源，全面提升了矿井水处理站系统运行的稳定性，确保了出水水质稳定达标排放。矿井水综合治理取得了明显效果，具体表现在以下3个方面。第一，矿井水涌水量基本稳定，矿井水涌水量稳定在10 000 m3/d左右。第二，矿井水出水水质达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）、《污水综合排放标准》（DB 14/ 1928—2019）中的相关要求，铁含量低于0.3 mg/L。第三，有效改善了荫营河的水质。荫营河属于温河支流，水质要求为Ⅳ-Ⅲ类，外排的矿井水为Ⅲ类水质，达到要求。

4 结论

荫营煤矿矿井水水质特征复杂，汛期时的水量增加明显，通过实施采空区老空水治理、深度处理升级改造、汛期雨水渗水治理3个工程，取得明显的环境效益、经济效益和社会效益，对推进煤矿矿区矿井水综合治理具有重要的意义。我国幅员辽阔，不同地区的矿井水水质水量特点不尽相同，要坚持系统观念，分类施策，综合治理，推动煤矿矿井水治理不断迈上新台阶。

参考文献

1 国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.煤矿矿井水分类：GB/T 19223—2015[S].北京：中国标准出版社，2015.

2 李素媛.基于煤矿矿井水处理方法与综合利用策略研究[J].环境与生活，2023（11）：93-95.

3 山西省生态环境厅，山西省市场监督管理局.污水综合排放标准：DB 14/ 1928—2019[S].北京：中国标准出版社，2019.

4 国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.酸性矿井水处理与回用技术导则：GB/T 37764—

2019[S].北京：中国标准出版社，2019.

5 武 文.煤矿矿井水处理站排放达地表水Ⅲ类标准改造工艺选择[J].能源与节能，2023（2）：156-158.