發(fā)布時(shí)間：2022-03-18所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 礦井廢水中含有大量的淤泥，地下開采產(chǎn)生的礦山廢水在采空沉陷中會(huì)發(fā)生一定程度上的自然過濾，這就會(huì)降低礦山廢水中懸浮物和污染物的濃度，結(jié)果就是部分地下水可以被直接回用，其余部分可在地表污水處理廠處理，簡化了處理環(huán)節(jié)，節(jié)約了成本。本文主要闡釋了礦井
摘 要: 礦井廢水中含有大量的淤泥，地下開采產(chǎn)生的礦山廢水在采空沉陷中會(huì)發(fā)生一定程度上的自然過濾，這就會(huì)降低礦山廢水中懸浮物和污染物的濃度，結(jié)果就是部分地下水可以被直接回用，其余部分可在地表污水處理廠處理，簡化了處理環(huán)節(jié)，節(jié)約了成本。本文主要闡釋了礦井污水過濾在采空區(qū)的實(shí)施，就此進(jìn)行了深入探討。
關(guān)鍵詞: 礦井; 污水; 采空區(qū); 過濾
礦井污水的主要來源為回采工作面的采空區(qū)水，污水排放攜帶大量淤泥進(jìn)入水倉，造成水倉淤煤嚴(yán)重。礦井每年要對中央主副水倉分別清淤兩次，造成人力、財(cái)力的大量浪費(fèi)，經(jīng)過長期研討，現(xiàn)利用采空區(qū)過濾污水，達(dá)到污水沉淀凈化，減少礦井排水壓力，減少清淤次數(shù)，提高排水效率。
1 礦井污水產(chǎn)生源頭
�、倩鶐r裂隙水。在掘進(jìn)工作面頂板的過程中，輔助支護(hù)工作沿裂隙形成煤層頂板基巖含水層的滲漏空間。巷道掘進(jìn)時(shí)，隨著巷道的持續(xù)掘進(jìn)，頂板含水層會(huì)隨巷道頂板基巖裂隙水滲入，在巷道內(nèi)形成積水。
�、谏a(chǎn)用水。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，地下生產(chǎn)設(shè)備需要用到冷卻水。一部分冷卻水會(huì)隨著原煤直接輸送至地面原煤倉，其余匯集在巷道低洼處形成巷道積水。另外，巷道除塵噴霧也會(huì)導(dǎo)致巷道積水的形成[1]。
③采空區(qū)里存水。在采收過程中，與采收后的巖盤塌陷區(qū)相鄰的工作面形成采空區(qū)，在天花板陷落后，上部含水層的水沿陷落裂縫流入采空區(qū)內(nèi)，形成采空區(qū)的水洼。相鄰的采水區(qū)域必須預(yù)先放水，否則會(huì)造成安全威脅。
④大氣降水。大氣降水為富含氧氣和二氧化碳的重碳酸鹽水，溶解能力強(qiáng)。砂層中的碳酸鹽礦物主要在降水滲入砂層后溶解。在基巖裂隙入滲過程中，由于巖石裂隙面對 Ca 2+ 具有較強(qiáng)的吸附能力，水中的 Ca 2+ 取代了巖石中的 Na + ，增加了地下水中 Na + 的含量，使碳酸鈣脫碳。同時(shí)，由于巖盤裂縫水的流動(dòng)性差，巖石長期的溶蝕，使鹽的含量顯著增加，鹽度增大。pH 值表明，礦區(qū)的水體主要是中性、弱堿性。
2 礦井污水采空區(qū)過濾實(shí)施方案
2. 1 礦井污水情況分析
陜西澄城董東煤業(yè)有限責(zé)任公司礦井污水主要包括采空區(qū)水、生產(chǎn)過程中的灑水降塵、機(jī)械設(shè)備廢水等。針對礦井污水，將井下污水通過管路注入已經(jīng)廢棄的采空區(qū)，在采空區(qū)達(dá)到過濾、沉淀作用，凈化后的潔凈水通過泄水管路流入大巷水溝，經(jīng)水溝流入中央水倉內(nèi)，由中央水泵房排至地面污水處理站。
礦井每天產(chǎn)生污水量達(dá) 9000 ～ 10000m3 ，大量淤泥進(jìn)入中央水倉，局部淤泥攜帶排出地面，給地面污水處理帶來難度。利用井下采空區(qū)對污水進(jìn)行過濾、沉淀，起到凈化作用，凈化后的潔凈水進(jìn)入中央水倉，并排出地面，提高排水效率的同時(shí)，減少了污水處理壓力。
2. 2 采空區(qū)位置的選擇
通過分析，污水過濾的采空區(qū)必須符合兩個(gè)條件: 一是要利于水存儲(chǔ)的構(gòu)造形態(tài)，如向斜構(gòu)造，利于水的儲(chǔ)存、沉淀; 二是進(jìn)水口與出水口要有一定的高差，便于水的流動(dòng)。結(jié)合礦井實(shí)際情況，50107 工作面、50109 工作面采用沿空留巷開采方式，其煤層底板高程分別為 +300. 0 ～ +332. 0m、+318. 0 ～ +338. 0m，整體為南高北低，東高西低，工作面高差為 6 ～ 18m，滿足以上兩個(gè)條件。因此選定 50107、50109 工作面采空區(qū)，50109 回風(fēng)巷巷口 為 主 進(jìn) 水 口，50109 進(jìn)風(fēng)巷巷口為備用進(jìn)水口， 50107 進(jìn)風(fēng)巷 巷 口 為 出 水 口，主 進(jìn) 水 口 與 出 水 口 高 差 9. 2m，備用進(jìn)水口與出水口高差 4. 4m。
2. 3 礦井污水采空區(qū)過濾實(shí)施方案
2. 3. 1 排水系統(tǒng)優(yōu)化
為了采空區(qū)過濾的潔凈水排水暢通，需對 501 采區(qū)軌道上山 50107 進(jìn)風(fēng)巷巷口至甩車道段重新鋪設(shè)管路，考慮鋪設(shè) 3 趟 6 寸排水管路，需要鋪設(shè)管路 2000m。對 501 采區(qū)回風(fēng)上山 50109 回風(fēng)巷巷口至西翼集中回風(fēng)巷段鋪設(shè) 2 趟 6 寸排水管路，約需要鋪設(shè)管路 310m，排水管路連接至 501 采區(qū)回風(fēng)上山主排水管路，且加設(shè)閥門，以便控制水流方向[2]。
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若 50109 回風(fēng)巷進(jìn)水口因其他原因無法實(shí)施排水，采用 50109 進(jìn)風(fēng)巷巷口為進(jìn)水口，對 501 采區(qū)軌道上山 50109 進(jìn)風(fēng)巷巷口主排水管路接頭處加設(shè)三通及閥門。 50107 進(jìn)風(fēng)巷( 出水口) 疏水密閉墻里側(cè)挖設(shè)集水坑，規(guī)格為長 10m×寬 3m×深 1. 0m。見圖 1 所示。
2. 3. 2 加固疏水密閉墻
為了保證采空區(qū)注水順利進(jìn)行，對 50107、50109 進(jìn)風(fēng)巷巷口和 50109 回風(fēng)巷巷口疏水密閉墻進(jìn)行重新加固處理。密閉墻厚度為 2. 0m( 兩邊各 0. 5m 厚磚墻，中間1. 0m 厚混凝土墻) ，高度為 4. 8m，寬度為 6. 0m。混凝土強(qiáng)度不小于 C25，混凝土的澆筑采用機(jī)械振搗，上部混凝土采用人工插釬緊密，塌落度應(yīng)控制在 1 ～ 2cm。按照相關(guān)要求設(shè)置好觀測孔、措施孔、疏水管及壓力表。見圖 2 所示。
2. 3. 3 監(jiān)測內(nèi)容
在注水過程中對進(jìn)、出水口的水位、水壓、流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，出水口安設(shè)瓦斯監(jiān)測儀，對水流攜帶出的瓦斯進(jìn)行監(jiān)測。計(jì)劃在進(jìn)、出水口分別安裝水位檢測儀及管路流量計(jì)，觀測水位、流量。
2. 3. 4 實(shí)施階段
第一階段為試驗(yàn)階段，主要檢驗(yàn)采空區(qū)過濾凈化水的效果，同時(shí)監(jiān)測注水過程中密閉墻及周邊巷道的變化情況，確定方案的可行性。具體實(shí)施步驟為: 完善優(yōu)化排水系統(tǒng)、疏水密閉墻加固完成及各項(xiàng)監(jiān)測設(shè)備安裝到位，驗(yàn)收合格后開始注水，初期操作按照注水 8h、停 16h 的方式進(jìn)行，隨時(shí)觀測密閉墻周圍及周邊巷道的變化情況，根據(jù)具體情況逐步增加或減少注水時(shí)間，并觀測出水口水量變化情況及凈化水效果[3]。
第二階段為運(yùn)行階段，主要針對第一階段試驗(yàn)效果進(jìn)行評估，對存在的問題提出合理解決方案，最終確定具體可行的實(shí)施方案。
3 采空區(qū)注水實(shí)施效果
2020 年 10 月 15 日 ～ 11 月 23 日，完成了排水系統(tǒng)的優(yōu)化及疏水密閉墻的加固; 11 月 23 日 17 時(shí)開始進(jìn)行試驗(yàn)階段的注水，進(jìn)水口水量平均 35 ～ 40m3 /h，且均為污水; 11 月 25 日 21 時(shí)，歷經(jīng) 52h 的注水，出水口水量開始增大，最終水量穩(wěn)定在 40 ～ 48m3 /h，經(jīng)觀測，出水口為清水。在試驗(yàn)階段對采空區(qū)注水過程中，瓦檢員隨時(shí)對密閉墻的完好、滲水情況及密閉墻空氣成分進(jìn)行檢查監(jiān)測，并做了相關(guān)記錄，截至目前，未發(fā)現(xiàn)任何異常。
通過采空區(qū)注水試驗(yàn)階段的總結(jié)，選擇的 50107、 50109 采 空 區(qū) 注 水 污 水 流 經(jīng) 約 530m，容 納 水 量 約 2000m3 ，在這種利于水存儲(chǔ)且進(jìn)、出水口有一定高差的采空區(qū)，成功實(shí)現(xiàn)了污水的沉淀、過濾。
該項(xiàng)目已通過試驗(yàn)階段的注水，成功將礦井污水沉淀、過濾為清水，效果比較明顯。11 月 29 日，該項(xiàng)目正式進(jìn)入運(yùn)行階段，每天沉淀、過濾污水量約為 1000m3 。該項(xiàng)目大大減少甚至消除了礦井中央主副水倉的清淤次數(shù)，減輕了井下中央水倉排水壓力，且節(jié)約了地面污水處理成本，預(yù)計(jì)每年節(jié)約費(fèi)用約 200 萬元。
4 采空區(qū)注水安全技術(shù)措施
待排水系統(tǒng)優(yōu)化和疏水密閉墻加固完成，并通過相關(guān)部門驗(yàn)收后，可以開始向采空區(qū)注水。在試驗(yàn)階段的采空區(qū)注水過程中，瓦檢員隨時(shí)對密閉墻的完好、滲水情況及密閉墻空氣成分進(jìn)行了檢查監(jiān)測，并做了記錄。隨時(shí)對采空區(qū)內(nèi)水位高度進(jìn)行監(jiān)測，并建立水位觀測臺(tái)賬，若水位過高，必須通過停止注水、放水等措施降低水位。編制應(yīng)急預(yù)案及處理措施，采空區(qū)一旦發(fā)生突水，會(huì)對礦井造成安全隱患，聯(lián)合相關(guān)部門提前編制完善的應(yīng)急 預(yù) 案。單項(xiàng)工程負(fù)責(zé)單位必須編制安 全技術(shù)措施[4]。
5 結(jié)論
煤礦大多數(shù)位于干旱地區(qū)或者半干旱地區(qū)，水資源十分短缺。然而，礦井排水在煤礦區(qū)十分普遍，不僅污染地表水和土壤，而且浪費(fèi)了大量的水資源。由于污水處理成本高，企業(yè)負(fù)擔(dān)不起，礦井污水已成為煤礦管理的一大難題，也關(guān)系到環(huán)境保護(hù)。站在礦區(qū)的角度上，礦井污水可通過排水工程排入老采空區(qū)，自然滲透使污水變成清水，有效節(jié)約礦井污水處理成本，維護(hù)了煤礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境。——論文作者：趙智民，席小平，張航
參考文獻(xiàn):
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