关于煤矿矿井水井下再利用新技术的研究分析

徐坤

（河南焦煤能源有限公司古汉山矿，河南焦作 454000 ）

我国能源种类中，煤炭占据了重要位置，其矿井水处理工作开展成效的高低，是煤矿工业发展的关键性影响因素。由于煤矿开采中会有大量矿井水产生，且矿井水往往掺杂了污染物，倘若未经处理直接对矿井水进行排放，会污染环境且影响地下水质量。所以，做好矿井水的处理工作，通过再次利用矿井水，有利于促进节约水资源目标的实现。

1 矿井水特点

矿区采煤层附近地下水接触煤层或采矿活动的开展改变了地下水物理化学性质后，就会形成具备一定煤炭行业特征的矿井水。不同矿井水中含有的污染物是有差异的，根据矿井水污染物的不同特点，主要有高矿化、含悬浮物、酸性及特殊污染物等类型的矿井水。

我国煤矿中的矿井水多以含煤粉、岩粉组成的悬浮物一类为主；高矿化矿井水中具备较高的无机盐含量，水质硬度较高，带有苦涩味，多以中性至碱性为主；酸性矿井水中具备较高的含硫量，水色多为黄色，水质硬度较高；特殊污染物矿井水中，一般夹杂了锌、铜、铁等成分及部分放射性元素［1］。生产实践中矿井水特征较多，在具体处理中往往需要涉及多种方法的应用。

2 煤矿矿井水再利用的工艺条件

矿井水井下再利用是以采空区地质条件、实际地形、经处理后矿井水的预期用途为根据，做好主要消除指标的确定，同时向采空区高地势位置注入矿井水并引导其自流。为促进矿井水井下水复用可靠性与安全性的提高，消除井下生产工作面的影响，在矿井水储水复用采空区的选择中，应在矿井已回采空域下部，消除不确定因素带给储存水体的影响，并保障矿井生产安全性。由于采空区内配备了具备吸附、过滤且能对矿井水展开净化的矸石，经过滤、沉淀、吸附、滋生矿物和离子交换等作用后的水流，即可实现顺利净化，于低地势的位置收集水流，可用于井下、井上的生产作业及日常生活。在处理矿井水时，结合相关排水设施的运用引流矿井水至具备汇集、调节作用的集水池中，由管路或穿层钻孔向采空区排入，矿井水经采空区净化后再次向井下复用水处理系统中引流，最终向有用水需求的位置供给，如此一来即可实现矿井水的再利用。

3 煤矿矿井水再利用新技术

3.1 高密度沉降技术

引入了高密度介质与药物的高密度沉降技术，能使矿井水悬浮物转化为密度及半径较大的大絮凝体，有利于沉降速度的加快。在集混合区、沉淀区和反应区为一体的高密度沉淀池，混合区中高密度介质外循环能够确保反应区固体浓度搅拌，同时赋予悬浮物更高的絮凝能力，保证最终能形成更均匀、密实的絮凝体，经处理后的水可实现再利用。

3.2 超磁分离技术

超磁分离技术是将作为絮体凝结核的磁种加入待处理水体中，在混凝剂、助凝剂的联合作用下，使非磁性悬浮物有效结合磁种，转变为絮凝体颗粒且具备一定磁性。在应用超磁分离机的过程中，其内的永磁强磁性磁盘会形成比重力更大的磁力，作用于含磁性絮凝体颗粒的水体中时，可实现磁性絮凝体的瞬间吸附，从而净化水质［2］。经磁盘分离后的残渣，在磁种回收系统的作用下完成磁种的回收后，会向污泥处理系统中传输剩余的污泥，经处理后的水可实现再利用。

3.3 采空区处理矿井水技术

采空区处理矿井水技术是在煤矿井下采空区与矸石等填充物的应用下，借助其过滤与沉淀的作用对矿井水展开净化并投入煤矿井下生产中重复使用。此项技术能实现采空区空间的充分利用，且工艺简单、实际应用中无需耗费过多成本。但因其对矿区地质构造要求特殊，所以仅在少部分矿井中适用。采空区矸石是煤矿污水过滤和净化的载体，向采空区注入井下水经净化处理后，能投入地面、井下工作面作为生产生活用水。

3.4 矿井水井下处理系统专利技术

由沉淀、过滤、阻垢及供水组成的矿井水井下处理系统中，复合型的沉淀池包含了斜管区和平流区两个组成部分；过滤由初级和精细两类过滤器组成；阻垢仪为永磁型或电子型。该技术特点具备较好的处理效果、较强的抗冲击负荷及水质稳定等优点，适用于在井下处理含悬浮物、锰、铁的矿井水。但因过滤池会占据较大的地面，所以水量较大的井下处理中不太适用［3］。采用高效复合的沉淀池，选择50μm盘式与双滤料精过滤器作为过滤系统。出水悬浮物不超过3mg/L的质量浓度，颗粒物粒度不超过5μm，铁、锰离子不超过0.1mg/L的质量浓度，与进口液压支架乳化液用水、井下防尘用水及设备冷却用水等要求相适应，经处理后的水可实现再利用。

4 煤矿矿井水的具体处理和利用

4.1 高矿化度矿井水的处理

有关高矿化度矿井水的处理方面，目前常选择药剂法、膜处理法及离子交换法等处理方法。膜处理法中包含反渗透法和电渗析法，但我国在处理高矿化度矿井水时基本选择反渗透法，该方法是施加一个比渗透压更大的压力，在半透膜选择截留作用的运用下分开溶液中溶质和溶剂，能够实现高达95%的脱盐率［4］。在具体应用中，为使膜系统受污染的影响减少，有必要将前处理工艺引入膜工序前。通常情况下，前处理工艺选择保安过滤器、机械过滤器和活性炭过滤器三级过滤工艺，或是借助超滤膜展开前处理。针对膜结构这一问题，有必要在矿井到达膜系统前进行阻垢剂的添加。在选择阻垢剂与确定添加数量时，需以高矿化度矿井水水质为根据，并结合阻垢剂试验加以确定。

4.2 酸性矿井水的处理

pH值小于7的矿井水即为酸性，处理此类矿井水的方法一般有中合法、生物化学法及湿地生态工程处理法等。中合法处理中，由于石灰这一物质本身具备较强碱性且价格低廉，被广泛用于酸性矿井水的处理中。石灰、石灰石及大理石这类含有氧化钙成分的物质，一般情况下都可作为中和剂使用，而在处理酸性矿井水时使用最广泛的便是石灰石。生物化学法处理中，通过氧化亚铁硫杆菌的运用，在酸性条件下能氧化水中的Fe2+使其转变为Fe3+，紧接着通过石灰石的运用开展中和处理，即可中和酸性矿井水，并达成除铁的目标。湿地生态工程处理法中，该方法无需投入较高的资金，且运行中也不会支出太多的成本，加之具备便捷化管理的特点，其应用与发展前景相当可观［5］。在应用该方法进行处理时，首先需要落实湿地中人工浅沼池的建造，用石灰石铺满池底部，用有机质填充在石灰石上，并选择具备净化作用的香蒲等植物种植在有机质上。矿井水在湿地生态工程处理后，会呈现出趋于7的pH值，能吸收水中部分污染物并再次投入工业生产中循环使用。

4.3 含悬浮物的矿井水处理

矿井水中悬浮物多以呈黑色的小颗粒煤粉、岩尘为主，由于此类颗粒相对较小，聚集成团并沉淀的难度极高，仅凭自然沉淀作用几乎无法沉淀悬浮物。此类矿井水处理中，要求工作人员以悬浮物种类为根据，结合混凝、沉淀的工序沉淀矿井水后再实施过滤、消毒作业。一般情况下，矿井水经过该处理流程后，符合生产生活用水标准。

4.4 含特殊污染物矿井水的处理

含氟或含微量有毒有害元素等特殊污染物或含放射元素的矿井水，会严重危害人畜，如果不经处理直接排放还会严重影响自然环境［6］。在处理此类矿井水时，需要以矿井水特殊污染物类型为根据做好处理方法的针对性选择，经处理后能获取与排放标准相适应的矿井水。

4.5 高悬浮物矿井水处理

处理高悬浮物矿井水时通常选择反应混凝、静置沉淀、过滤去除沉淀物、消毒处理的流程，经处理后的矿井水可在生活生产中再利用。混凝中，需以悬浮物类型为根据合理调整混凝剂，并酌情考虑水利条件、使用剂量与效果。聚合氯化铝属于常用的一种混凝剂，具体应用中以水利条件及悬浮物类型为根据，通常确定为20mg/L～60 mg/L的使用剂量。沉淀中，可结合预沉池处理高沉淀物矿井水。预沉池的制定是以煤矿行业特殊性为根据进行的，对矿井水不同排水量及耐负荷冲击予以充分考虑，该方法能取得可观的沉淀效果。过滤中，多选择普通滤池或无阀滤池。普通滤池因反冲洗系统缺乏的缘故，难以取得较高的过滤效率；无阀滤池虽然在水力的作用下反冲洗，但冲洗效率稳定性不高，无法保证水质。而以这两种滤池缺陷为根据研发的智能化新型冲洗滤池，既可为水质提供稳定性保障，又能省去反冲洗系统的安置，过滤效率显著。

5 结语

综上所述，煤矿生产领域中，处理矿井水是重要环节之一。通过处理矿井水，能促进煤矿企业经济效益的提高，因此有必要对矿井水井下处理予以足够的重视。通过加大矿井水处理的技术与资金投入力度，以矿井水的具体类型为制定相应的处理对策，结合高密度沉降技术、超磁分离技术及采空区处理矿井水技术等技术的应用，不仅能促进水资源利用效率的提高，且能防止自然环境受到污染，并助力煤矿企业的进一步发展。