矿井清污水分排方案技术研究与实施

倪 萌 刘 峰 刘祖太

（1.新汶矿业集团有限责任公司职工大学，山东 济南 271100；2.山东万祥矿业有限公司，山东 济南 271100）

潘西煤矿采用清水和污水混合的方式进行排水，矿井涌水主要水源为奥灰疏放钻孔涌水，水质清澈、无污染。矿井生产过程中产生的污水，主要来自于胶带运输系统及采区各生产系统。清污水混合排放环保治理难度大，需要新建污水处理厂对矿井水处理达标后排放，污水导致各水平中央泵房水仓淤积严重，影响了水仓的有效容积，影响了水泵的排水效率，加重了水泵及管路的结垢和磨损。

1 矿井概况

山东万祥矿业有限公司潘西煤矿1958 年建井，2020 年矿井生产能力核定为70 万t/a，水文地质类型为复杂型。矿井总涌水量785 m³/h，其中-150 m水平及-350 m 水平已开采结束，涌水量46 m³/h。近年来，矿井涌水量向深部转移，现生产水平-740 m 水平涌水量739 m³/h。主要矿井涌水为主采煤层19 煤层底板奥灰岩溶承压水。为确保主采煤层19煤层安全，采取施工钻孔进行疏水降压的治理措施，钻孔疏放清水510 m³/h。矿井生产过程中产生的污水，主要来自于胶带运输系统及采区各生产系统。

2 排水系统构成

万祥矿业潘西煤矿排水系统由斜井排水和立井排水两部分构成。立排由-740 m 水平直接排至地面。斜排为四级排水：-740 m 下部水平排至-740 m 水平，-740 m 水平排至-350 m 水平，-350 m 水平排至-150 m 水平，-150 m 水平再排至地面。

2.1 斜排系统

第一级：从-740 m 下部水平至-740 m 水平。最大排水能力为2400 m3/h，水仓容积为8090 m3（外仓4334 m3，内仓3756 m3）。

第二级：从-740 m 水平至-350 m 水平。最大排水能力为2280 m3/h，水仓容积为2860 m3（外仓1618 m3，内仓1242 m3）。

第三级：从-150 m 水平至地面。最大排水能力为1980 m3/h，水仓容积为3014 m3（外仓1519 m3,内仓1495 m3）。

2.2 立排系统

-740 m 泵房安装1 台PJ200B×12 水泵，1 台HDM420×12 水泵，2 台MD420-96×12 水泵（单台额定流量均为420 m3/h），电机都为2000 kW，沿立井筒安装了3趟Φ325 mm×1080 m排水管路。

斜排、立排合计排水能力为3660 m3/h，-740 m水仓容积为12 200 m3。

3 实施方案

对矿井疏排水系统进行优化改造，钻孔疏放的清水采用“三专”技术，即专用管路疏水、专用水仓储水，专用水泵排水，从而实现清污水的分离排放。

3.1 -740 m 清污水分离排放方案

-740 m 水平可分离5 处清水，合计水量279 m3/h ，分别是：-650 m 车场（前四采区上部涌水）20.0 m3/h，6196 疏水巷63.0 m3/h，-740 m 东大巷113.0 m3/h，后五石门16.0 m3/h，后四石门67.0 m3/h。

（1）总体方案

清水采用管路（或直接接到水泵吸水口）接至外仓或外环水仓，-740 m 泵房立排水泵全部排放清水。污水经各级沉淀，通过大巷水沟进入-740 m 内仓，斜排水泵排放污水。如图1。

图1 6196 疏水巷、后四石门引水方案示意图

（2）6196 疏水巷引水

在6196 疏水巷门口安装一台IS150-125-250 型单级单吸清水离心泵，从泵出口接一趟6 寸钢管合计1480 m 到-740 m 外环水仓入口。

6196 疏水巷以外钻机窝处的涌水有多处出水点，需施工一个蓄水池将水截流，蓄水池规格长×宽×高=6 m×1 m×1.2 m。蓄水池在底板上0.5 m预留管路与6196 疏水巷的水管连接。

（3）后四石门引水方案

后四石门清水67 m3/h，在后四石门与-740 m西大巷三岔门处水沟内施工一道挡水墙，挡水墙至-740 m 外环水仓入口铺设6 寸PE 疏水管50 m，使后四石门的清水通过管路疏水到外环水仓入口。

（4） -650 m 车场（前四采区上部涌水）及后五石门引水方案

-650 m 车场（前四采区上部涌水）涌水量20 m3/h，通过皮带井与-740 m 车场的钻孔进入-740 m 大巷后至-740 m 材料线与外仓钻孔处铺设一趟4寸钢管，管路长度约280 m，使该清水通过钻孔流入-740 m 外仓。如图2。

图2 -650 m 车场（前四采区上部涌水）、后五石门引水及-740 m 东大巷积水正压排水方案示意图

后五石门涌水量16 m3/h。在后五石门出水口至-740 m 材料线与外仓钻孔处铺设一趟4 寸钢管，管路长度约260 m。

（5） -740 m 东大巷积水实行正压排水方案

-740 m 东大巷积水将管路在-740 m 通过线处截断，另敷设200 mФ315 mm 的钢管经过-740 m泵房东防水门北侧进入泵房，接到5#立排泵吸水口。

管路在泵房东防水门处将北侧的墙体破壁后穿入，穿墙后用水泥封堵严密。管路在泵房内合适位置安装一个阀门，管路上安装一个电接点压力表（或压力传感器），1#泵吸水管路在缩口前的合适位置开一个三通口，然后将管路连接至5#水泵的吸水管上。5#水泵吸水管更换为带底阀笼头。

3.2 -740 m 下部清污水分离排放方案

-740 m 下部水平可收集4 处清水，合计水量264 m3/h，分别是：6197 疏水巷涌水量120 m3/h；6198 东运输巷及6198 运输巷密闭下涌水25 m3/h；4198 疏水巷涌水量80 m3/h（钻孔涌水）；6198 东疏水通道涌水量39 m3/h。清水采用管路接至外仓入口，或直接接到外仓吸水井。1#、2#水泵通过二趟斜排管路排放至-740 m 外环水仓入口。污水经各级沉淀，通过大巷水沟进入内仓，3#～5#水泵通过一趟斜排管路排放至-740 m 内仓。

（1）6197 疏水巷、6198 东运输巷及6198 运输巷密闭下涌水

6197 疏水巷涌水经12 寸钢管1060 m 直接排至-740 m 下部外仓入口。6198 东运输巷及6198 运输巷密闭下涌水共计25 m3/h 左右，将两路清水用4寸管路200 m 引出后与6197 放水管路合茬。如图3。

图3 6197 疏水巷、6198 东运输巷及6198 运输巷密闭引水示意图

（2）4198 疏水巷及6198 东疏水通道涌水

4198 疏水巷涌水量80 m3/h（钻孔涌水）。该涌水通过闭合8 寸管路1050 m 接至-740 m 下部水仓入口。

6198 东疏水通道涌水量39 m3/h。该涌水已通过排水管路直接排至-740 m 下部泵房1#吸水井内（外仓）。如图4。

图4 4198 疏水巷及6198 东疏水通道引水示意图

4 效益

4.1 -740 m 东大巷正压排水效益分析

（1）水泵吸水管吸水高度5 m，正压力按平均5 m 算，可节约10 m 排水扬程。按照113 m3/h 的水量从-740 m 排至-350 m，年节省电量为：0.5×（3.9-3.8）×113×24×365=4.9 万kW·h。

（2）正压排水后，全部排清水，水泵效率提高，清水比重1000 kg/m³，较污水比重1050 kg/m³，效率提高5%。从-740 m 排至地面年节省电量0.5×9.9×113×24×365×5%=24 万kW·h。

（3）水泵运转可靠，避免了水泵的汽蚀。作为井下使用的水泵主要是由于水泵所允许的吸水真空高小于水泵安装高度而产生汽蚀。而压入式水泵房中的水泵在水面以下运转，不存在因吸上真空而使水泵发生汽蚀的现象。泵的工作效率高，使用寿命也长。按照两年减少一次维修计算，每年可减少投入5 万元。

（4）提高了水泵本身的效率。启动前不需要灌水，同一水泵在灌注水头条件下工作比在有吸上高度条件下运转效率高。效率将提高10%左右。

年经济效益为：电机的功率2000 kW×节能百分比10%×电费0.65×泵的运行时间6.4×365=30万元。

年总节省费用：（4.9+24）×0.65+5+30=53 万元。

4.2 清水排放节能分析

-740 m 水平可分离5 处清水。合计水量279 m3/h ，减去-740 东大巷113 m3/h，剩余清水量166 m3/h。-740 下部可收集4 处清水，合计水量264 m3/h。清水比重1000 kg/m3，较污水比重1050 kg/m3，效率提高5%。从-740 下部排至-740 年节省电量0.5×3.6×264×24×365×5%=20.8 万kW·h。从-740 排至地面年节省电量0.5×9.9×（166+264）×24×365×5%=93 万kW·h。年节省费用（20.8+93）×0.65=74 万元。

4.3 减少了水仓清挖次数

因清水单独排放，不再与生产污水混合，减少了清污水的混合量，使污水在进入水仓前能够更好地沉淀。减少了污泥进入水仓的比例，降低了水仓的清挖次数。

-740 m 外仓及-740 m 下部外仓因储存清水不再进行清挖，每年两个外仓需要每天12 人清挖3 个月。节省人工费12×90×150=16 万元，另外清挖水仓的运输费、管理费、电费、材料费等约需5 万元。

如上分析，实现清污水分离分排，年经济效益148 万元。

5 结论

（1）对矿井的输排水系统采用“三专”技术方案，即采用专用管路疏水、专用水仓储水、专用水泵排水，实现清水与污水的分离排放。

（2）清污水分离排放减少了清污水的混合量，使污水的水量大幅减少，在进入水仓前能够更好地沉淀，减少了污泥进入水仓的比例，降低了水仓的清挖次数，减少水泵及管路结垢，提高排水效率。

（3）利用废弃大巷作为水平水仓，实现正压排水。

（4）将钻孔水收集后使用管路引水，降低钻孔水热量对巷道环境温度的影响。

（5）清水单独排放，便于后期水资源开发利用。