矿井水综合利用技术分析-其林贝尔混合器的使用

0 引言

河钢集团矿业公司沙河中关铁矿是集采、选、尾 矿充填为一体的大型矿山企业，矿石储量 8 000 多 万 t。为了适应矿山发展的需要，河钢矿业机电检修 公司以产线承包的形式对中关铁矿水系统、自动化 等部分工作进行了承包，实施了一系列革新和改造。 由于中关铁矿为大水矿山，在生产过程中会排出大 量的矿井水，且中关铁矿位于缺水严重的邯邢地区， 如果按照传统矿山的处理方式会将矿井水直接排入 河道，浪费水资源，引起当地水生态的失衡。为了更 好地利用中关铁矿的矿井水资源，积极做好矿井水 系统的自动化改造和工艺优化，探索中关铁矿矿井 水综合利用的新途径成为重中之重。

1 中关铁矿矿井水资源现状

中关铁矿位于百泉岩溶水系统强径流带中，矿 床赋存于闪长岩与奥陶系中统石灰岩接触带。奥陶 系中统石灰为矿体直接顶板，厚度大、分布广，补给 条件好，并具较高水压，岩溶发育，富水性强，水平上 呈北强南弱的特征; 垂向上分为 2 个相对的强带( + 100 ～ + 40 m、－ 230 ～ － 410 m 标高) 和 2 个相对弱 带( + 40 ～ － 230 m 及 － 410 m 以下) 。天然条件 下，矿区地下水与区域地下水联系密切，具有丰富的 动储量和静储量，属于水文地质条件复杂型岩溶充 水矿床。全封闭注浆帷幕后，对矿区地下含水系统 进行了改造，在深部闪长岩相对隔水层之上、矿床周 围形 成 相 对 隔 水 带，注浆帷幕平均渗透系数 0． 061 m / d，小于设计要求的 0． 08 m / d，表明帷幕体 防渗性能指标满足设计。帷幕内外灰岩地下水位形 成了明显差异，说明帷幕体起到了很好的堵水效果。 但由于矿区内复杂的构造，特别是深部闪长岩相对隔水层中可能存在断裂，从而与帷幕外含水体的沟 通，导致矿区水文条件仍较复杂。

2 中关铁矿矿井水综合利用研究方向

为了解决中关铁矿矿井水综合利用的问题，针 对矿井水产生过程、排放流程和整个生产系统的工艺特点，对各个用水环节均进行了详细梳理，提出了 矿井水“两零循环”综合利用模式。“两零循环”中 的第一个“零”是指地下水通过岩石裂隙进入采区 形成矿井水，经过井下排泥系统梯级沉淀除去固体 杂质，经过中央水泵房集中排出地表，在地表经过3# 机械加速澄清池进一步净化，经过水源热泵提取水 中蕴含的低品位热量，然后进入水处理系统，转变为三类水标准后经过管道全部回灌入地下，达到矿井 水来自地下含水层又回到地下含水层的目的，从而 实现矿井 水 的 零 排 放。“两零 循 环”中 的 第 二 个 “零”是指生产用水经过总供水泵站的环水泵、加压 泵进入选矿系统，作为生产用水在选厂参与一系列 选矿作业，形成携带矿砂的矿浆水，携带尾砂进入压 滤车间，经过压滤设备实现泥水分离，最后滤液经过 管道泵再次回到总供水泵站，从而实现生产用水的 闭环循环，同时生活用水也经过类似的过程实现相 应的闭环循环，实现生产生活废水的零排放。优化 后的中关铁矿基于“两零循环”的矿井水综合利用 工艺流程如图 1 所示。


3 矿井水的梯级利用实施过程

矿井水会在工作面附近的低洼地带汇集，夹杂 大量杂质，为此在工作面潜水泵吸口附近设计了一 套“矿用潜水泵吸水防护装置”，对生产中产生的导 爆管碎屑等杂质进行收集和清理。随后，矿井水会 在潜水泵的作用下进入巷道水沟。由于矿井水在巷 道水沟内的流速变缓，造成水中的较大颗粒逐渐下 沉，为此在巷道中合适地点逐级设置巷道沉淀池，收 集沉淀下来的较大颗粒并及时清理。针对中关铁矿的特点，设计了“带隔墙的沉淀池”、“矿山巷道沉淀 体系”，“矿山巷道过路水沟”等装置，增强巷道内的 泥沙沉淀效果，减少进入水仓的泥沙量。最后，经过 巷道水沟多级沉淀的矿井水进入水仓，在水仓内适 当地点布置了不同高度的挡墙，进一步减缓水仓内 水的流动速度，加速矿井水中微小颗粒的沉降速度。 经过上述一系列沉淀措施，取得了很好的沉降效果。经过梯级沉淀的矿井水，较大的杂质已经完全 排除，只有部分微小固体颗粒难以排除。需要经过化学的方法对这些杂质进一步去除。为此，在中关 铁矿矿区内地表设置了 3 #机械加速澄清池。矿井 水从进水管进入澄清池，聚合氯化铝( PAC) 与聚丙 烯酰胺( PAM) 通过投药管加到进水管旋涡混合器VORTEX-5（海门市其林贝尔提供）之前，再一起流入混合区，进行水、药剂和回流污泥 的混合。跟药剂充分混合的矿井水进入第一反应 室，与反应室中的泥沙颗粒进行进一步混合，形成更 大的利于沉淀的泥沙颗粒。这些颗粒被第一反应室 顶部的搅拌机提升，在涡轮提升作用下，混合后的泥 水被提升到第一反应室顶部的反应区，继续进行混 凝反应，形成更大、更致密的固体泥沙颗粒，并溢流 到导流区。导流区的导流板消除反应区过来的环形 流动，使废水平稳地沿伞形罩进入分离区。在分离 区内因流速下降，泥渣靠重力自然下沉，上清液由集 水槽和出水管流出池外，泥渣则通过回流缝回流到 混合区，重新进行循环。3#澄清池底部设 2 条排泥 管，将反应形成并沉淀的泥沙颗粒排出澄清池，排泥 时间和排泥周期视现场情况而定

4 生产用水的综合利用实现“零”( 闭环) 循环

中关铁矿的矿井水经过一系列的物理化学作用 进入水处理车间，经过水处理车间处理完的含有少 量离子的浓水进入总供水泵站生产环水池、生产新 水池、消防水池，这些水池设置在水处理车间东侧设 总供水泵站旁边，水池储水量满足中关铁矿生产工 艺最高耗水要求。

4． 1 消防水系统

中关铁矿的消防水供应主要分为井下、室内和 室外消防水系统。为了保证供水的稳定性，配备 2 台高压消防泵 11 /20 － 100N － Ⅱ及稳压罐等设备， 满足矿区所有消防用水的要求。

4． 2 生产新水系统

生产新水系统由生产新水泵作为主泵，补充生 产系统内流失的水分，同时为厂区的绿化、消防、洒 水抑尘等过程提供用水。

4． 3 生产环水系统

生产环水系统主要为整个生产过程中提供循环 水。生产环水由生产环水池提供，所需供水由 3 台 KQSN350 － N9 /437F 环水泵根据生产需要进行供 水。环水池内的水主要在中关铁矿的生产过程中完 成循环: 这些水通过环水泵进入选厂的生产系统，经 过一系列选矿生产工艺后进入浓缩池，再通过渣浆 泵和尾砂一起进入压滤车间，经过压滤机实现固体 和液体的分离，其中尾矿过滤液再次进入环水池，实 现生产工艺内水的闭环循环。