第4期㊀山西焦煤科技
超低碳钢㊀
No.42021年4月㊀
㊀Shanxi Coking Coal Science &Technology㊀
㊀Apr.2021㊀
㊃专题综述㊃
㊀㊀收稿日期:2021-01-12
作者简介：田云福(1967 )，男，山西代县人,1989年毕业于中国矿业大学，高级工程师，主要从事矿山生态环境保护工作
(E-maiL)ch4117883@sohu
田云福，陈雪红
(西山煤电集团有限责任公司环保部，山西㊀太原㊀030054)
㊀㊀摘㊀要㊀为进一步提高水资源综合利用率，对西山煤电集团矿井水排水现状及用水需求进行分析，制定了西山矿区水资源优化利用方案，通过采用先进的膜处理工艺，提升了矿井水出水品质，满足了山西省环保要求，同时根据不同用水途径及水质要求，采取了区域优化配置㊁按需求分质利用的方法，实现了矿井废水资源化，极大地提高了废水综合利用率，并形成了污水处理厂 电厂水产品产业链，中水作为下游企业产品，对冲了治污成本，达到降低利用成本，提高利用效率的目的㊂ 关键词㊀矿井废水；分质利用；提标改造；水产品产业链
中图分类号:X752㊀文献标识码:B㊀文章编号:1672-0652(2021)04-0045-04
㊀㊀随着社会经济的发展，水资源短缺的问题日益严重，因此，采取合适的技术实现水资源的重复利用是实现可持续发展的必经之路[1].煤炭企业生产过程
中，一方面因地下开采产生大量的生产废水，需要进
行处理后方能排放；另一方面配套的煤炭洗选㊁坑口电站㊁矸石灭火㊁抑尘㊁消防等又需要消耗大量新鲜水，造成矿区资源开发与水资源紧张矛盾突出，严重制约了煤炭企业发展，成为企业实现可持续发展的瓶颈㊂因此，打通两者之间的通道，建立上下游之间水产品产业链，实现废水资源优化配置，磨头
既是推进生态文明建设㊁实现人与自然和谐的迫切需要，也是企业提高生态支撑能力㊁实现可持续发展的内生动力㊂1㊀概㊀况
西山煤电集团本部拥有矿井8对，年产生矿井废水约1700万t，大容量火力发电厂一座，年消耗新鲜
水量约700万t，另建有配套选煤厂㊁矸石处置场等耗水设施，总耗水量大于300万t /年㊂1.1㊀水资源利用情况
西山煤电8对矿井均配套建有污水处理厂，处理工艺基本采用混凝+沉淀+过滤技术，处理后的中水
部分回用于选煤厂补水㊁井下洒水灭尘冲厕㊁绿化等，年利用量约680万，其余排入外环境㊂
火力发电厂总装机容量3000MW，采用直接空
冷凝汽机组，实际用水量约19000m 3/d，按365天
计，年用水量700万t.1.2㊀矿井排水情况
矿井废水主要来源于生产过程中进入工作面的地表水㊁断层水㊁含水层水㊁老窑水等，其主要特点是水质㊁水量随地质条件变化较大，主要污染物为SS㊁COD㊁酸碱度㊁盐类㊁铁㊁锰及少量重金属，
处理工艺一般采用混凝+沉淀+过滤技术，处理后水质可以满足‘煤炭工业污染物排放“要求，如果作为回用，需按回用水质要求进行针对性处理㊂矿井水原水水质情况见表1，处理后矿井水水质情况见表2.
表1㊀矿井水原水水质情况表
/mg /L 项目水质指标项目水质指标SS
80~3428
Cl
-
65~80pH(无量纲)
4~9
COD 50~230
Fe
3~11
石油类1~15COD 50~160
Mn
1~5
表2㊀处理后矿井水水质情况表
项目水质指标项目水质指标pH 6.2~7.8悬浮物/mg /L 4~20浊度/NTU 3~18BOD 5/mg /L 2.31~5.98COD Cr /mg /L 12~40铁/mg /L打棉机
2~4
锰/mg /L 2.5氯离子/mg /L 65~80总硬度/mg /L (以CaCO 3计)500~800总碱度/mg /L (以CaCO 3计)150~220氨氮/mg /L 0.8~3.2总磷/mg /L 0.07~0.4溶解性总固体/mg /L 1000~2800
扩管机余氯/mg /L
0.1~0.2粪大肠菌/个/L
<1000
石油类/mg /L
0.1~1
1.3㊀用水情况
1.3.1㊀电厂用水情况
电厂地处严重缺水区，生产用水与城市用水矛盾较为突出，用水需求见表3，表4.
通过与处理后矿井水水质对比可看出，经混凝沉淀过滤后水质并不能满足电厂用水水质需求，主要是总硬度及总溶解性固体超标㊂1.3.2㊀选煤厂补水需求
选煤厂用水主要集中在选煤补水，按照‘选煤厂清洁生产标准“一级标准，煤泥水闭路循环，洗水重
㊀
表3㊀电厂用水情况表项目
用水量/m 3/h 耗水量/m 3/h
回用量/m 3/h 通风冷却塔
蒸发损失风吹损失17500
(17550)
0(45)0(5)
17500(17500)
化学处理用水
锅炉用水热网补水
662(332)212(170)162(12)288(150)脱硫工艺用水575(575)525(525)
50(50)干灰场喷洒用水
20(20)20(20)0(0)输煤系统加湿㊁除尘㊁冲洗补水
5(5)5(5)0(0)煤场喷洒及绿化100(100)18(18)82(82)工业废水处理7.5(7.5)7.5(7.5)0(0)职工生活用水 2.5(2.5)0.75(0.75)
1.75(1.75)主厂房杂用水25(25)5(5)20(20)不可预见用水
25(25)25(25)0(0)
合计
18922(18642)
980.5(788.25)
17941.5(17853.75)
㊀㊀注:()为夏季用㊁耗水情况
表4㊀电厂用水水质要求表
项目水质要求项目水质要求
pH 7~9悬浮物/mg /L <5浊度/NTU <5BOD 5/mg /L <5
COD Cr /mg /L <30铁/mg /L
<0.3锰/mg /L <0.1氯离子/mg /L <120总硬度/mg /L (以CaCO 3计)<220(450)
总碱度/mg /L (以CaCO 3计)<170氨氮/mg /L <5总磷/mg /L <0.5溶解性总固体/mg /L <500余氯/mg /L 0.1~0.2粪大肠菌/个/L
<1000
石油类/mg /L
<3复利用率达90%以上，新鲜水用于损耗补充，吨煤补充量应小于0.1t，西山煤电旗下一选煤厂生产用水
平衡图见图1.
西山煤电年入洗原煤2850万t，按吨煤补充
0.1t 新鲜水计，需水量为285万
t.
图1㊀选煤厂水平衡图
选煤厂补水对水质要求不高，经混凝+沉淀后的矿井水可以满足要求㊂
1.3.3㊀冲厕㊁绿化㊁道路清洗㊁抑尘需求分析
冲厕㊁绿化㊁道路冲洗等水质要求不高，经过处理后的中水基本可以满足要求，水量需求视季节㊁具体使用面积㊁频率而定㊂2㊀水资源优化配置方案2.1㊀污水处理厂提标升级
通过调研分析，电厂用水需求量最大，但经过混凝㊁沉淀㊁过滤后的矿井水不满足电厂用水水质要求，同时按照‘山西省水污染防治行动计划“要求，煤矿
㊃
64㊃山西焦煤科技
2021年第4期
排水要求应达到‘地表水环境质量标准“三类区标准，随着矿井开采的延伸，井下排水量逐年增加，污
静水天平水处理厂现有能力已不能满足要求㊂鉴于以上原因，需要对矿井水处理厂进行进一步提标改造㊂改造工艺采用先进的膜处理工艺，改造后出水水质达到‘地表水环境质量标准“三级标准，改造前后工艺流程图见图
2,3,4.
图2㊀
提标改造前矿井水处理工艺流程图
图3㊀
提标改造后矿井水处理工艺流程一图
图4㊀提标改造后矿井水处理工艺流程二图
2.2㊀电厂用水方案
矿井水经深度处理后，出水水质大部分指标优于电厂用水指标，但由于矿井水来自地下，硬度和总溶解性固体及铁离子含量较高，无法满足电厂用水要求㊂考虑到其它用水途径对水质要求不高，所有污水厂增加软化装置成本过高，经对矿井水水质进行分析，确定在电厂单独增加一套深度处理系统，采用石灰凝聚澄清过滤工艺降低水中总硬度和可溶性固体浓度㊂流程见图
5.
图5㊀电厂深度处理矿井中水流程图
经上述系统处理后的水质:SS <10mg /L,COD <
20mg /L,pH7.0~8.0，碳酸盐硬度ɤ80mg /L (以
CaC03计)，可溶性固体<1000mg /L.
2.3㊀选煤㊁冲厕㊁绿化等用水方案
按照城市杂用水标准及污水处理各工序出水水
质，建立污水分质回用体系，经沉淀㊁过滤后中水用于绿化㊁冲厕㊁消防；对于水质要求不高的选煤厂则使用澄清池出水㊂3㊀方案实施
该方案于2018年启动，历经两年，本部8个污水处理厂全部完成升级改造，出水水质达到地表水三类标准，回用管网由污水厂向各用水点辐射，废水综合利用率达到80%以上，企业用水成本大幅降低，方案实施后用水情况见表5.
表5㊀方案实施后用水情况表
/m 3/d 回用途径火电厂选煤厂生产补水矸石山用水绿化㊁冲厕洒水㊁灭尘合计回用量
18055
5680
6547
7905
38187
㊀㊀方案实施过程中，充分考虑了排水水质特征㊁产业分布㊁用水途径㊁成本等因素，确定了以下技术路线:
1)分质利用㊂不同的用水需求对水质要求不
同，其中电厂对水质要求高，绿化㊁冲厕次之，选煤厂㊁
矸石山又次之㊂因此，电厂采用集中建设软化处理系统进行处理；经澄清㊁过滤后中水用于绿化㊁冲厕㊁消防；对于水质要求不高的选煤厂则使用澄清池出水，既满足了不同的用水需求，又有效降低了成本㊂
2)优化配置㊂按照供水点与需水点分布情况,
分为两个区域，第一区域以矿井水处理厂为起点，以电厂为中心，以选煤厂㊁矸石山㊁矿区绿化冲厕为支线的技术路线；第二区域因各矿及用水点位置分散，结合地形㊁高差㊁地质条件㊁输水压力㊁需水量㊁输水距离等分析，确定了就近便利㊁分片输水㊁分质利用的技术
路线㊂在管线设计㊁水泵配置上充分考虑地形㊁高差㊁压力变化，管线布置合理，水泵配置灵活，既保留有一定的裕量，又避免了大马拉小车现象，有效提高了能源利用效率，降低了运营成本㊂
3)经营模式㊂通过污水处理厂 电厂形成水
产品产业链，中水作为下游企业产品，对冲了治污成本，电厂减少了购买新鲜水的费用，形成双赢的局面㊂4㊀社会经济效益4.1㊀经济效益
经济效益按下式计算:
P =X +Y +Z -C -D
式中:
㊃
74㊃2021年第4期田云福等：矿井废水资源优化配置研究与应用
P 日经济效益，元;
X 新鲜水，元/t，按现行水价取4;
Y 环境税，元/t，取1.5;Z 水资源税，元/t，取0.7;C 矿井水处理成本，元/t，取3;
D 输水成本(含电费㊁维修㊁折旧㊁人工费等)，元/t，取2.
该项目日复用水量38187m 3，则蓄电池恒温箱
P =38187ˑ(4+1.5+0.7-3-2)=45824.4元，按
年生产300天计，年产生经济效益1375万元㊂
4.2㊀社会效益
我国水资源匮乏，许多城市都处于缺水或严重缺水的状况[2].因此，通过发展中水复用来缓解缺
水的问题是必然的趋势㊂山西是贫水大省，但长期以来，西山煤电集团所属各矿井水厂产水回收复用
率较低，平均40%，其余排入水体，既增加了企业的经济负担，也对水环境造成了一定程度的破坏㊂
废水资源化为矿山用水提供了新水源，减少了远距离引水所需要的巨大投资，解决了水资源短缺的现实问题；通过回用，减少了污染物排放，年减少COD 排放261t，氨氮13t，减轻了环境污染；减少了新鲜水
用量，电厂年减少新鲜水用量657万t，减少了对自然水体的消耗，对保护生态环境起到了积极作用㊂
5㊀结㊀语
随着矿区的发展和采煤量的增加，矿井排水量将进一步增加，而矿井水来源于地下水，污染程度轻，处理工艺相对简单，成本低，是宝贵的水资源㊂矿井废水资源优化配置是解决煤矿缺水和环境污染的最佳选择，是建立企业循环经济发展的最佳模式，具有明显的经济效益㊁环境效益和社会效益㊂
参㊀考㊀文㊀献
[1]㊀李㊀勇，刘㊀静，王文鹏.中水回用技术发展现状及存在问题探讨[J].绿科技,2018(2):49-50.[2]㊀洪㊀鲲，周美春.我国中水回用的前景及约束性因素分析[J].污染防治技术,2012(8):12-13.
(上接第39页)
3.4㊀不同孔深轨迹分析
在同一地点，对相同人员㊁相同钻机施工的一个顺层钻孔按照要求进行轨迹测定㊂将一个200m 深 的钻孔施工结束后退杆，然后对钻孔进行多次轨迹测定㊂不同孔深钻孔轨迹测定情况见图
4.
图4㊀不同孔深钻孔轨迹偏差情况图
㊀㊀由图4可知，钻孔轨迹偏差随着孔深加深而不断加大㊂当钻孔孔深到100m 以下时，钻孔终孔偏差较
小且小于上下偏差和左右偏差；钻孔孔深到100m 时，终孔偏差开始快速增加；当钻孔孔深达到120m 时，终孔偏差大于左右偏差；当钻孔孔深达到150m
时，终孔偏差大于上下偏差和左右偏差㊂4㊀结㊀语
ZXC1000矿用钻孔测斜仪的应用与分析，验证
了钻孔测斜仪在不同影响因素下测定结果的技术可靠性㊂仪器操作简单，性能稳定，受影响因素少，可直接通过软件绘制出钻孔的轨迹图㊂为实际操作中尽量减少影响因素，选择最优的施钻方案，为钻孔设计
和施工工艺优化提供理论依据㊂
参㊀考㊀文㊀献
[1]㊀姜根慧.矿用钻机钻孔轨迹及工况参数监测系统的设计[J].自动化应用,2019(1):62-63.
[2]㊀成轶斌.YZG7.2随钻轨迹测量系统在什林煤业的应用[J].电子技术与软件工程,2015(5):100-198.[3]㊀孙荣军.国产随钻测量定向钻进系统在宁夏汝箕沟煤矿的应用[A].中国煤炭学会.第六届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C].
北京：中国煤炭学会,2011:8.
[4]㊀辛㊀珂.井下上行钻孔深度高精度测量分析[J].能源与节能,2020(12):47-48.
[5]㊀张㊀凤，王军委.基于Web 3D 的钻孔运动轨迹三维建模关键技术[J].黑龙江工程学院学报,2020,34(3):42-45,50.
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