水倉(cāng)是煤礦井下必不可少的安全設(shè)施之一，其主要作用是存集井下各處涌水，對(duì)礦井水 可起存放緩沖作用，可提高礦井水害防治能力，能夠保證煤礦安全生產(chǎn)。礦井涌水中攜帶大量以煤、巖顆粒為主的固體懸浮物，水中懸浮物逐漸在水倉(cāng)底部淤積，減小了水倉(cāng)的有效容積，形成安全隱患。為保障礦井生產(chǎn)安全，井底水倉(cāng)淤泥必須定期進(jìn)行清理，水倉(cāng)清淤工作存在安全風(fēng)險(xiǎn)大、作業(yè)環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、機(jī)械故障多、設(shè)備損壞率高等問(wèn)題。同時(shí)由于礦井水中懸浮物濃度較大，排水過(guò)程中對(duì)主排水泵葉輪造成較大磨損，排水泵維修周期縮短，維修費(fèi)用增加，單位排水電耗增加。
“水倉(cāng)防淤積系統(tǒng)”利用多級(jí)磁分離技術(shù)，在污水進(jìn)入水倉(cāng)前進(jìn)行凈化處理，變“礦井水倉(cāng)被動(dòng)清淤”為“主動(dòng)預(yù)防積淤”，有效地解決了水倉(cāng)淤積的難題。
項(xiàng)目首次在井下應(yīng)用多級(jí)磁分離技術(shù)對(duì)礦井水進(jìn)行處理，2018 年 2 月份通過(guò)專家項(xiàng)目鑒定。系統(tǒng)主要應(yīng)用在礦井采區(qū)水倉(cāng)、中央水倉(cāng)等容易造成淤積的場(chǎng)所。為保證礦井安全生產(chǎn)，系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì)，當(dāng)防淤積系統(tǒng)出現(xiàn)故障或維修維護(hù)時(shí)，礦井水臨時(shí)通過(guò)備用通道流入水倉(cāng)。
一、多級(jí)磁分離技術(shù)處理礦井水優(yōu)點(diǎn)
多級(jí)磁分離技術(shù)是針對(duì)含有金屬微粒、磁化顆粒等導(dǎo)磁性污染物的污染水體的處理技術(shù)，通過(guò)投加混凝劑、助凝劑使污染物形成磁性絮團(tuán)，利用污染物的導(dǎo)磁性物理特性，借助多級(jí)磁分離設(shè)備將磁性絮團(tuán)快速吸附分離，達(dá)到水質(zhì)凈化的目的，技術(shù)優(yōu)點(diǎn)如下：
（一）采用永磁磁鋼，構(gòu)造分離磁場(chǎng)，技術(shù)穩(wěn)定成熟
（二）多級(jí)磁分離處理時(shí)間短，占地面積小
聚磁組合磁盤表面產(chǎn)生的磁力能快速地捕捉到微磁性絮團(tuán)，從而可以采用一體化、短流程的設(shè)備集成，使水處理凈化過(guò)程的時(shí)間縮短，大大優(yōu)于傳統(tǒng)的沉淀法。與傳統(tǒng)處理方法相比，設(shè)備分離時(shí)間短，相應(yīng)的設(shè)備占地僅為傳統(tǒng)工藝的 30%。
（三）與傳統(tǒng)工藝比運(yùn)行成本低
多級(jí)磁分離依靠強(qiáng)磁力進(jìn)行吸附和分離，不需要大量的藥劑使水體中的懸浮物形成大的絮團(tuán)，而僅需微絮凝。與常規(guī)的混凝沉降系統(tǒng)比較，節(jié)約水處理藥劑使用量，節(jié)省藥劑費(fèi)用，同時(shí)設(shè)備總裝機(jī)功率低，電耗少，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定使用壽命長(zhǎng)，維修費(fèi)用低，綜合運(yùn)行成本為傳統(tǒng)工藝的 1/2。
（四）出渣污泥濃度高
多級(jí)磁分離污泥含泥量大于 70000mg/L，含水率小于 93%（普通沉淀污泥含水率為98%-99%），可不經(jīng)過(guò)濃縮直接進(jìn)入脫水設(shè)備，節(jié)省污泥濃縮池占地和污泥脫水設(shè)備選型時(shí)的大小。
二、項(xiàng)目簡(jiǎn)介
煤礦井下水倉(cāng)防淤積系統(tǒng)采用“三級(jí)顆粒濃縮去除+污泥脫水處理”實(shí)施方案，煤泥處理分為大顆粒去除、中小顆粒去除、細(xì)微顆粒去除和污泥脫水處理四個(gè)步驟，將礦井水中的煤泥去除并脫水處理，提前將礦井水中的懸浮物分離、濃縮、脫水、機(jī)械外運(yùn)處理，實(shí)現(xiàn)水倉(cāng)防淤積。
（一）大顆粒篩分去除
系統(tǒng)在水溝前端設(shè)計(jì)、安裝滾筒篩，去除礦井水中所含的大顆粒，滾筒篩現(xiàn)場(chǎng)照片如圖1所示。
（二）中小顆粒重力自然沉淀+泵送去除
根據(jù)礦井水中不同懸浮顆粒的沉降特性和規(guī)律，合理設(shè)計(jì)沉淀池尺寸，改變過(guò)流面積，降低水流速度，利用重力實(shí)現(xiàn)自然沉淀，并通過(guò)預(yù)設(shè)的污泥泵將沉淀物排入煤泥集中池。沉淀池一座分四格，根據(jù)礦井涌水量、水流速度設(shè)計(jì)沉淀池尺寸如下： 預(yù)沉池結(jié)構(gòu)布置示意圖如圖 2 所示。
（三）細(xì)微顆粒多級(jí)磁分離
細(xì)微顆粒多級(jí)磁分離工藝中集中了藥劑投加、磁絮凝反應(yīng)、磁盤分離、磁種循環(huán)、污泥處理等工藝環(huán)節(jié)，經(jīng)過(guò)過(guò)濾、沉淀處理的水首先進(jìn)入磁絮凝反應(yīng)系統(tǒng)，投加磁種和混凝劑（PAC、PAM）后在反應(yīng)池內(nèi)充分混合，使懸浮物在較短時(shí)間內(nèi)形成以磁種為載體的絮團(tuán)，經(jīng)過(guò)絮凝反應(yīng)之后的水自流進(jìn)入磁盤分離系統(tǒng)，多級(jí)磁分離機(jī)通過(guò)磁盤吸附分離，使出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)出水指標(biāo)，處理后的清水自流進(jìn)入中央水倉(cāng)；由多級(jí)磁分離機(jī)吸附分離出的煤泥經(jīng)卸渣裝置刮下后進(jìn)入磁體循環(huán)系統(tǒng)，由磁鼓對(duì)磁種進(jìn)行回收后循環(huán)使用，回收磁種后的煤泥經(jīng)煤泥中轉(zhuǎn)池收集后再用污泥泵輸送至煤泥處理系統(tǒng)進(jìn)行脫水處理。
（四）煤泥脫水
水倉(cāng)防淤積系統(tǒng)運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)都產(chǎn)生大量的煤泥，其中第一級(jí)經(jīng)滾筒篩過(guò)濾產(chǎn)生的煤泥直接裝車外運(yùn)；第二級(jí)經(jīng)沉淀產(chǎn)生的煤泥由污泥泵抽排進(jìn)入煤泥集中池；第三級(jí)經(jīng)超磁分離機(jī)分離出的煤泥先進(jìn)入煤泥中轉(zhuǎn)池，積累一定量后由污泥泵抽排進(jìn)入煤泥集中池。煤泥集中池內(nèi)的煤泥經(jīng)料位計(jì)檢測(cè)，積累到一定程度后由污泥泵抽排進(jìn)入污泥脫水設(shè)備進(jìn)行脫水處理，脫水處理后的低含水煤泥裝車外運(yùn)。煤泥脫水現(xiàn)場(chǎng)照片如圖 3。
（五）電氣控制系統(tǒng)
電氣控制系統(tǒng)主要包括防爆配電柜、防爆控制箱、檢測(cè)用傳感器等電氣單元。防爆控制箱以西門子 PLC 作為控制主機(jī)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)、手動(dòng)控制功能。
（六）處理效果
經(jīng)大顆粒去除、預(yù)沉淀、絮凝反應(yīng)后的礦井水成絮團(tuán)進(jìn)入多級(jí)磁分離機(jī)，經(jīng)多級(jí)磁分離機(jī)去除其中的細(xì)微顆粒物絮團(tuán)，清水直接進(jìn)入中央水倉(cāng)，絮凝反應(yīng)及多級(jí)磁分離處理效果見(jiàn)圖4，5，6。
（七）主要技術(shù)指標(biāo)
達(dá)到的目標(biāo)及主要技術(shù)指標(biāo)：
（1）出水指標(biāo)： SS≤20mg/L；PH：6~9
（2）處理水量：200—600m3/h
（3）水倉(cāng)清淤時(shí)間的間隔大于 5 年
（八）效益分析
1）社會(huì)效益
項(xiàng)目實(shí)施完成后，社會(huì)效益主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
①可提前將礦井水中的懸浮物分離、濃縮、脫水、機(jī)械外運(yùn)處理，實(shí)現(xiàn)水倉(cāng)防淤積功能，把礦井水倉(cāng)被動(dòng)清淤變?yōu)橹鲃?dòng)預(yù)防積淤，減少水倉(cāng)煤泥淤積風(fēng)險(xiǎn)；從根本上解決傳統(tǒng)水倉(cāng)清淤工作中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)大、作業(yè)環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。
②可增加井底水倉(cāng)的有效容積，提高了礦井水害防治能力，保證了煤礦安全生產(chǎn)。
③減小流體狀煤泥外運(yùn)過(guò)程中對(duì)沿途環(huán)境的二次污染。
④減少了顆粒污染物的排放量，最大限度的減少煤泥的外排，減少對(duì)水系及周圍環(huán)境的污染，對(duì)礦區(qū)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)起到積極的作用。
2）經(jīng)濟(jì)效益
項(xiàng)目實(shí)施完成后，直接經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
①項(xiàng)目完成后，水倉(cāng)不存在煤泥淤積現(xiàn)象，可以最大程度實(shí)現(xiàn)“避峰填谷”排水，節(jié)約礦井排水電費(fèi)。
②減少水倉(cāng)清淤費(fèi)用。礦井水倉(cāng)清淤難度大，耗時(shí)長(zhǎng)，耗費(fèi)大量的人力、物力，項(xiàng)目完成后，可以保證 5~7 年水倉(cāng)不清淤，節(jié)約大量水倉(cāng)清淤人工費(fèi)、材料費(fèi)。
③降低主排水泵維護(hù)費(fèi)用。項(xiàng)目實(shí)施后，主排水泵排水由污水變成清水，可以減少主排水泵磨損，減少主排水泵的維修維護(hù)費(fèi)用。
三、推廣應(yīng)用
