煤矿井下排水的井下处理

钟引明
（太原煤矿设计研究院，山西 太原 030001）

　　摘要：井下排水在井下利用中央水合就地处理不仅在技术上是可行的，其经济效益和环境效益更为明显。当只作简单处理后排放时，井下处理比地面处理节约资金38％；当作较复杂处理后回用于生产，井下处理比地面处理节约资金89％。
　　关键词：煤矿；水处理；井下排水；井下处理
　　中图分类号：X752
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009-2455(2001)04-0027-02

　　近年来，煤矿井下排出污水处置与利用方面取得了很大成绩。但对煤矿井下排水的处理与利用往往局限于矿井排水提升至地面进行处理后，部分在地面利用，部分再返回到井下利用，这样虽然达到一定的目的，但其基建费用和经常费用较大，并且不可避免地造成地面的二次污染。为了解决这一问题，提高井下排水处理与利用的经济效益、环境效益和社会效益，本文旨在探讨将煤矿井下排水在井下处理与利用的方法。

1 井下处理与利用的可行性

　　一般矿井井下均设有中央水仓，当正常涌水量q＜1000m³/h时，水仓有效容量V=8Qm³；当正常涌水量Q＞1000m³/h时，水仓有效容量V=2(Q+3000)m^3[1]。中央水仓一般均设主水仓和副水仓各一个，平面布置形式如图1所示。其断面结构一般为：面积A=7m²左右，宽B=3.0m，高3.0m左右，断面尺寸随正常涌水量的变化而变化，水量小断面尺寸小，水量大断面尺寸大。根据水仓断面积，一般求得水仓总长度L为宽度B的100倍以上，单个水仓长度L为宽度B的50倍左右。而普通平流沉淀池的结构要求池的长宽比L:B＞4，长深比L:H＞10。所以，将中央水仓作为井下排水的沉淀池使用，符合普通平流沉淀池的结构。由于普通沉淀池的沉淀时间一般为1～3h，而中央水仓的有效容积为其正常涌水量的8倍，水仓面积远大于一般沉淀池所需面积。由于沉淀效率E=u_iA/Q（u_i为沉速，Q为沉淀池的处理能力，A为沉淀池面积），说明当υ_i和Q一定时，池面积越大其沉淀效率越高。中央水仓无需任何改进，就是一个很好的平流沉淀池，它和平常使用的平流沉淀池主体完全一样。所以将中央水仓作为沉淀池使用，从理论与技术上讲都是完全可行的。

　　以上是单从中央水仓的结构上分析其作为沉淀池的可行性，从客观条件上分析，将它作为沉淀池使用是独具优越性的。首先中央水仓在井下，不会象地面沉淀池那样由于风吹引起池中水的紊流，也不会因局部日照而产生异重流。其次，中央水仓在井下就地处理污水可避免将污水送到地面时造成二次污染。第三，将中央水仓兼作沉淀池处理后的水可直接用于井下，免去将污水提升到地面处理后再送入井下利用的动力、管材等浪费。第四，将中央水仓兼作沉淀池使用，可免去地上重修沉淀池，可大大节约基建投资和矿井的占地面积。

2 井下处理的工艺流程

　　井下排水在进入中央水仓时的悬浮物一般约为4000mg/L左右。当用混凝沉淀法处理后，其悬浮物一般可达到20mg/L以下。处理后的水已达到矿井井下生产和消防用水的水质标准。当然也可送到地面用于其它生产或经过滤、消毒后饮用。利用中央水仓兼作沉淀池进行混凝沉淀处理井下排水的工艺流程如图2所示。从图2可看出，井下排水在井下处理的工艺流程与地面处理的工艺流程相同。所不同的是利用中央水仓作为沉淀池，排泥利用原中央水仓的排泥设施。

3 经济效益

　　将中央水仓兼作沉淀池使用时，因沉淀部分所需容积不能占用中央水仓的有效容积，所以水仓的总容积应当增加，如图3、图4所示。V₁为中央水仓的有效容积，V₃为中央水仓的积泥区容积。图3示单作中央水仓时的容积为V‘=V₁+V₃。图4示中央水仓兼作沉淀池使用时的容积为V=V₁+V₂+V₃=V‘+V₂，V₂为沉淀所需容积，即将中央水仓兼作沉淀池使用时，必须增加沉淀容积V₂。当沉淀时间为1.5h时，V₂=1.5Q。下面举例比较井上、井下设沉淀池的投资情况。

　　西山矿务局（山西）古交镇城底矿，井下正常排水量为120m³，已建成地面井下水处理站1座（本工程已获煤炭部优秀设计二等奖）其工艺流程如图5所示。沉淀池结构尺寸为=56.5m×31.0m×3.6m，总容积V=6305m³。如改用中央水仓兼作沉淀池进行处理，其沉淀容积V₂=1.5Q×2=1.5m×120m×2m=360m³。地面、井下沉淀池投资分别为63.05万元和6.66万元，地面投资是井下的9.5倍。

　　需要注意的是：因为中央主、付水仓在清理煤泥时，需轮换使用，所以在计算中央水仓的沉淀容积时应乘以2。
　　由于中央水仓兼作沉淀地时泥渣的清理可全部利用中央水仓的清理设备，如果加上地面沉淀池的泥渣清理设备的投资，则地面处理的投资比井下处理的投资更大。
　　井下水在井下处理后就地利用，可免去提升地面的动力消耗。其节约能源费用的多少，视煤层煤藏的深度而定。
　　总的说，如果将以上设想在实际工程中应用，其各种效益一定可观。另外说明一点，由于中央水仓的实际容积均较大，如在已建成的矿井中，将中央水仓改建成中央水仓兼沉淀池使用，也是较容易的——仅将进、出水口结构作改动即可。

参考文献：
[1]煤矿矿井采矿设计手册编写组．煤矿矿井采矿设计手册[M］．北京：煤炭工业出版社，1984．
[2]杨钦，严煦也．给水工程[M］．北京：中国建筑工业出版社，1980．

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作者简介：
钟引明（1959～），男，工程师，联系电话：（0351）2029906－42113。