摘要：我国各领域迅猛发展的大背景下，工业与经济发展对能源、矿产的需求量不断增大，矿井生产的压力也就越来越大，尤其是当前矿山发展不断向着智能化、环保化方向发展，矿井生产的环保要求也在不断攀升。基于此，本文针对矿井水处理系统进行综合分析，以期为矿山生产及规划同仁提供些许参考。
关键词：矿井；水处理；智能化控制思路
一、前言
矿井水是煤炭开采过程中地下水渗透到巷道为安全生产而排除的废水，水污染治理仍然是煤矿当前主要的环境治理任务，富水煤矿尤为突出。煤矿矿井水主要污染物为悬浮物，处理流程短、工艺简单，但大部分矿井处理控制系统智能化程度不高，有甚者还未实现自动化，在当前智能化、少人化趋势下，矿井水处理实现智能化控制是必然的。
为提高智能化控制思路设计的可行性，以富水煤矿矿井水处理作为蓝本开展设计工作，矿井水处理站设计规模为1200m3/h，采用“预沉调节+高效澄清+转盘过滤”工艺，该工艺控制节点
少、工艺流程简单可靠、通用性强，为当前煤矿矿井水处理的主流工艺，并基于智能PLC、巡检机器人、智能操控系统等软硬件实现智能化控制。 实施矿井水处理智能化建设，实现少人化乃至无人化操作，并利用智能模糊控制功能，自主查矿井水污染物、水量规律，智能操作水泵、药剂、污泥排放等参数控制，避免药剂和电力浪费，可以节省大量人力物力，降低环境治理成本，提高了污水处理智能化水平。
二、矿井水处理简述
该煤矿为富水煤矿，排水量200-1100m3/h左右、悬浮物含量300-600mg/L，矿井排水执行避峰填谷、井下实行预沉和清污分流等措施，矿井水处理站设计规模为1200m3/h，采用“预沉调节+高效澄清+转盘过滤”工艺。
1.矿井水处理站整体布局
该矿井水处理站布局采用集中式布置，预沉调节池、提升泵房、加药车间建设为联合建筑，便于工艺管道布置和缩短加药通路，高效澄清池、纤维转盘过滤器、污泥池条形布置。（详见图1-1）
图1-1 矿井水处理站平面布置图
2.工艺流程
矿井水由井下排水泵提升后进入地面预沉调节池，首先部分大颗粒煤泥在调节池中得以沉淀，再由提升泵将矿井水提升进入高效澄清池，泵前投加混凝剂，泵后投加絮凝剂，经混凝反应、沉淀、澄清后，出水入纤维转盘过滤器，通过池中的纤维滤布对水中杂质进行彻底过滤，过滤后出水进入清水池回用，多余达标外排。
预沉调节池底部沉淀的煤泥水由刮吸泥机提升至煤泥水浓缩池，高效澄清池的煤泥水由可控电动排泥阀重力排泥到煤泥水浓缩池，纤维转盘过滤器反冲洗的煤泥水自流至煤泥水浓缩池，经浓缩减少体积后再由板框压滤机压滤成泥饼。（详见图1-2）
图1-2 矿井水处理工艺流程图
三、矿井水处理智能化思路
1.提升流量控制
根据给排水设计，污水处理系统污水泵流量要大于进水量，故该矿井水处理站提升泵站设置2台（流量500m3/h、扬程45米）变频渣浆泵、2台（流量300m3/h、扬程38米）定频渣浆泵，控制逻辑如下：
①接收流量计信号，当流量＜300m3/h时，开启一台300m3/h渣浆泵，调节池水位下降到设定位置时渣浆泵停止。
②当流量＜600m3/h时，开启两台300m3/h渣浆泵，调节池水位下降到设定位置时渣浆泵停止。
③当流量＞600m3/h、＜800m3/h时，开启1台300m3/h渣浆泵，开启1台500m3/h渣浆泵变频运行，使进水泵流量接近于进水量。
④当流量＞800m3/h时，开启2台300m3/h渣浆泵，开启1台500m3/h渣浆泵变频运行，使进水泵流量接近于进水量。
2.调节池、高效澄清池、纤维转盘过滤器排泥控制
矿井水主要污染物为悬浮物，当悬浮物沉淀到一定量后需尽快排至污泥池，否则会造成污泥板结、压损斜管、堵塞管路等，为此必须及时排泥才能保障处理系统正常运行。该矿井水处理站预沉调节池、高效澄清池、纤维转盘过滤器为集中排列，故采用巡检机器人携带泥位界面仪、悬浮物检测仪、高清设备监测仪等，考虑到成本和实际应用，巡检机器人通过巡检轨道定时测定各项数据，控制排泥、悬浮物含量检测和设备巡检等，实现一机多用。（详见图3-1、图3-2）
图3-1巡检机器人巡检路线图
图3-2高效澄清池泥位、悬浮物检测示意图
3.加药控制
该矿井水处理站采用液态PAC为絮凝剂、颗粒PAM为助凝剂，采用液态PAC更便于药量控制，药剂作为该水处理站主要运营成本和劳动力成本的要来源，通过智能化药剂配比、药量投入，并且在进水总管道安装混凝器，混凝器前端投加PAM助凝剂，使得泥水混凝效果更好，而且药剂溶解建议采用反渗透的纯净水，更加节省药剂，可实现无人值守和节省药品投入，控制逻辑如下：
①智控系统接收巡检机器人所采集的预沉调节池的悬浮物含量，自动计算出PAM的加药量，通过计量泵自动冲程控制器控制PAM计量泵加药量，投加浓度不变，根据巡检机器人的采集时间定期修改。
计算矿井水经泵通过管道进入高效澄清池药剂充分反应的时间，读取高效澄清池上清液悬浮物和高清巡检仪对比泥水絮凝状态，反馈给智控系统综合分析最佳药品投加量。
②PAM采用预先配置好浓度的液态药剂，也最容易实现智能加药，PAM加药管置于提升泵前端，当水泵开启时电磁阀开启，加装电磁阀是因为防止药剂流失至调节池造成浪费、电磁阀反应迅速无断药现象。由智控系统读取水量和泵的开启台数，通过计量泵自动冲程控制器控制PAC计量泵加药量和加药管电磁阀开闭。
4.设备巡检
由于该矿井水处理站所采用巡检机器人具备高清巡检仪，能够自动巡检水泵、加药泵和电控设备的状态，自动识别危险位置报警和参数异常报警。高低压配电系统配置“六摇”功能，能在集控平台显示所有供配电参数，出现异常能够及时报警。
5.回用控制
该矿井水处理站为加大中水回用量，在站内设置了回水回用系统，用生产、生活、绿化、防尘等用水点，智控系统通过处理水量和清水池水位控制水泵实现恒压供水。在清水池安装1台实时悬浮物在线检测仪实时检测清水池悬浮物含量，当悬浮物含量＞30mg/L时，迅速切换水源，并指令巡检机器人迅速巡检排水问题，反馈各子系统智能调节各参数使水质恢复正常。
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