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利用采空区对矿井污水进行超低成本初级处理技术

作者:齐蓬勃 2017-11-21 14:19 来源:第三届国际采矿及环保技术交流论文集

   

   

   

      

   

     董家河煤矿位于澄合矿区中部,属于受奥灰水严重威胁、水文地质条件为极复杂型并具有突水危险性的矿井,该矿属澄合矿务局乃至陕西省受水害严重的矿井之一,在建井期间,曾因奥灰岩突水,淹没了已建成的+300水平和+ 330M 水平,给国家财产造成了很大的损失。最后不得不将一水平提到+ 355M 。  

  矿井2003年进入二水生产以来,回采的210572250222504因为底板突水而多次被淹。并发生了两次掘进工作面突水,报废了即将形成的煤6工作面,各种损失非常巨大。5个突水的采掘工作面突水量均在   120M3   /h- -190M3 /h之间,矿井总涌水量达到   700M3   /h左右,严重影响了矿井正常生产及矿井水达标排放。解决承压开采技术问题及大量矿井水达标排放成为制约董家河煤矿的首要问题。    

2005 年决定把暨将形成的22501工作面作为用新技术承压开采试验的第一个工作面,经历5个多月的施工及7个多月的生产实践,该工作面生产期间及回采结束后没有出现一点突水现象。至今用该技术已成功的安全回采了15个工作面,最大工作面回采宽度达到 190M ,施工防水闸墙21座防水闸墙(其中20座施工在工作面顺槽煤层巷道中)  

因为董家河煤矿承压开采技术的突破及在承压开采技术在其他地质复杂条件矿井的推广应用20102011年分别获得《澄合矿区矿井水害防治关键技术研究》和《地质条件复杂矿区产能提升关键地质技术及应用》两项陕西省政府科技二等奖。  

因为承压开采技术在董家河煤矿的突破,矿井天天抢险,月月完不成任务,年年亏损的,经济效益很差的局面得到根本扭转, 2006 年以来为稳定矿井职工队伍,解放矿井及澄合乃至渭北矿区承压区大量资源提供了技术基础和依据。并在澄合矿区及渭北矿区得到大力推广。    

    矿井采用斜井多水平开拓,多级排水方案。目前矿井正常 涌水量   600M3   /h,最大涌水量   800M3   /h- -1000M3 /h,水源主要来源于已采老空区和正在生产的采掘工作面,其中对水污染严重的是正在生产的采掘工作面水泵排出来的含有大量煤粉的高浓煤黑水。二采区和二水平正常排水量   400M3   /h- -900M3 /h(用电高峰期开两台泵低谷期开三台泵)。矿井污水处理站分为4个单元,前两个单位处理能力   200m3   /h+ 200m3 /h,后两个单元   320m3   /h+ 320m3 /h,根据要处理的水量可以任意单元组合,污水站总处理能力   1040m3   /h    

承压开采技解决了采掘期间不发生突水问题,但生产过程中 50M3/h--70M3/h 左右底板水和定期周期来压顶板水避免不了,这些采掘工作面的水在采掘过程中通过刮板运输机底部链与煤搅合后形成携带大量煤粉的黑煤水。这些黑煤水和冲洗巷道,皮带等大力煤黑水被工作面水泵排至工作面局部水仓、采区石门水沟、采区沉淀池、采区水仓、水平石门水沟、东大巷施工、二水平沉淀池、二水平水仓、地面污水处理站,而且这些多含煤粉黑水在流动过程中不断沉淀在巷道水沟、各级沉淀池、水仓、吸水小井,导致清理巷道水沟,沉淀池,水仓,水泵房水泵吸水、配水井周期缩短了很多。清理成本和矿井水处理成本非常大,地面矿井水处理站矿井每天产生的固体煤泥正常情况下每天 16 —25 吨左右。清理水仓、沉淀池,水仓,水泵房水泵吸水、配水井清理期间每天产生煤泥量达到 25 吨左右。在目前煤炭系统非常困难时期清理成本、矿井水处理成本及环保压力都非常巨大。    

二、目前因矿井水煤粉及悬浮物处理费用    

统计 2014 年底 2015 年水沟,沉淀池,水仓,吸水井清理及矿井污水处理在药品消耗费用如下:    

清理水沟人工及辅助费用(每天固定 2 人)年费用 15 万;    

2015 年清理二采区水仓,吸、配水井、沉淀池人工费用    

2015 年清理二水平水仓、吸、配水井、沉淀池人工费用    

2015 年维护清水仓设备(清仓机)费用: 120.6 万元    

2015 年地面污水站处理污水药品费用:    

2015 年地面矿井水处理站产生煤泥每天 16 —25 吨,平均每天 20 吨左右左右。    

2014 年因为矿井水煤粉含量太高造成矿井污水处理站滤料中毒,更换滤料人工及材料花费 20 多万元。    

而且因为矿井水含煤粉及悬浮物多,排水设备磨损严重,主要排水设备更新周期由原来的 12 个多月短为 6 个月左右,二水中央水泵房 7 台主排水泵和二采区水泵房 5 台主排水泵每年水泵叶轮、平衡盘更换费用多增加了 20 万左右,而且曾经因为煤泥及悬浮物堵塞了平衡盘导致烧毁 450KW 水泵电动机事故,并导致水泵实测效率只有 26%--35% ,电力消耗多增加了一倍多。水泵工经常要陶煤泥、更换水泵配件,检查吸水阀等,劳动强度很大。    

更为严重的是在目前新环保法对污水事件处理会让本来就极度困难的煤炭企业在交不起罚款情况下被关闭。因此让含大量煤粉及悬浮物的的矿井水在井下得到初步处理不仅可以节省大量的费用,而且可以大大减少矿井水对河流的污染事件概率,特别是在目前煤炭行业处于非常困难的寒冬时期,该技术的应用意义非常深远重大。    

三、技术方案    

   1 、第一个被利用的 22509 工作面采空区概况    

     二采区 22509 工作面位于二采区中部、各个采掘工作面的涌水经过工作面水泵直接或经过水泵接力排至二采区石门再自流入二采区水仓。二采区石门底板标高为 +285M ,高于 22509 工作面顺槽开口处平均 18.3M ,与 22509 工作面最低处高差 68.146M    

     22509 工作面走向长度 1210M 、倾斜长度 185M 、采空区走向长度 921M (其余为留设的村庄煤柱)采高平均 3.8M ,采空区体积 64.7 万立方米。顺槽外部三条顺槽开口点从北向南底板标高分别为 +264.969M +265.729M +269.536M 、工作面最低点从北向南底板标高分别为 216.854 234.324 243.70 。顺槽开口处平均底板标高为 +266.744M ,工作面最低处底板平均标高 +231.584M ,平均高差、 35.159M ,最高点和最低点高差为 52.682M 。最低点位于从外向里 900M 处。在地面要形成 64.7 万立方米的初级沉淀池不但没有地方可建,而且就是能建设土地成本和建设成本是非常高的。而且这么大的缓冲空间能够很好的解决地面上难以承受的超大环保事故池问题。大量的煤泥和悬浮物留在采空区。如果 22509 工作面采空区经过多年煤泥和悬浮物沉淀满后可以再找一个符合条件的采空区如 22511 工作面采空区再作为下一个接续初级“沉淀池”。    

22509 工作面现状及位置图见附图 1  

2 、技术方案如下    

  将二采区集中水沟的水经过五号联络巷的引水沟引入 2209 工作面北端(南高北低)运输顺槽特制防水闸墙内,经过 900M 自流及由低到高的减速沉淀后从 22509 工作面南端轨道顺槽特制防水闸墙内通道再引入二采区石门集中排水沟,进水通道需要安装管路、闸阀,及加风管路,排水通道需要安装管路和闸阀。防水闸墙位置和引水通道、出水通道。    

引入压风系统是为了给进水侧加压一便能把“采空区沉淀池”水排到最低位。    

 

另外在出水的南侧轨道顺槽做 4 道过滤段,第一段为格栅网,防止原来采空区从编制袋、塑料袋等杂物堵塞外部过滤段,第二道过滤长度为 10M         附图2

   

董家河煤矿属于水文地质条件极复杂矿井,七十年代建井初期,因承压奥灰岩岩溶突水报废了两个当时施工的 +300 水平和 +330 水平、最后将第一水平提高到 +355m.    

 

 

3 25 ,一般 8 20 5 20 之间。断层在矿区内普遍发育,几乎全为正断层;落差大多在   4.5以下,并具有成带密集分布和疏密相间的特点,以近东西向及南北向断层最为发育。除断层外,5      

3 0 1.28 0.71m 308 458 ,煤层底板标高 +255 + 298  5 0 5.07 ,一般   3.5左右。煤层结构比较复杂,含夹矸132182420,煤层底板标高+234+ 380       

10 0 3.94 ,一般厚度   1.44左右。10360489,煤层底板标高+212+ 252    号煤层全部处于奥灰静水位标高以下(+ 370m )0.42-4的铝质泥岩相隔,目前承压开采技术下不具备开采条件,暂不进行开采。    

   

2003 年刚进入二水平以来,先后有三个采煤工作面,两个掘进工作面掘进期间发生过奥灰岩突水。 2006 年以来随着承压开采技术在董家河煤矿取得突破,采掘工作面生产期间没出现大的突水,但生产期间工作面排水量仍然在 70M3/h 左右,而且多为高浓度煤粉水,高浓度煤粉水在流动过程中不断沉淀,导致水沟、各级沉淀池、水仓、吸水小井,    

目前矿井正常涌水量 600M3/h ,最大涌水量 800M3/h--1000M3/h ,矿井水主要来源为已采老空区和正在生产的采掘工作面,其中对水污染严重的是正在生产的采掘工作面水泵排出来的含有大量煤粉的高浓黑水。    

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