0 引言
河鋼集團礦業(yè)公司沙河中關鐵礦是集采、選、尾 礦充填為一體的大型礦山企業(yè),礦石儲量 8 000 多 萬 t。為了適應礦山發(fā)展的需要,河鋼礦業(yè)機電檢修 公司以產線承包的形式對中關鐵礦水系統(tǒng)、自動化 等部分工作進行了承包,實施了一系列革新和改造。 由于中關鐵礦為大水礦山,在生產過程中會排出大 量的礦井水,且中關鐵礦位于缺水嚴重的邯邢地區(qū), 如果按照傳統(tǒng)礦山的處理方式會將礦井水直接排入 河道,浪費水資源,引起當?shù)厮鷳B(tài)的失衡。為了更 好地利用中關鐵礦的礦井水資源,積極做好礦井水 系統(tǒng)的自動化改造和工藝優(yōu)化,探索中關鐵礦礦井 水綜合利用的新途徑成為重中之重。
1 中關鐵礦礦井水資源現(xiàn)狀
中關鐵礦位于百泉巖溶水系統(tǒng)強徑流帶中,礦 床賦存于閃長巖與奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r接觸帶。奧陶 系中統(tǒng)石灰為礦體直接頂板,厚度大、分布廣,補給 條件好,并具較高水壓,巖溶發(fā)育,富水性強,水平上 呈北強南弱的特征; 垂向上分為 2 個相對的強帶( + 100 ~ + 40 m、- 230 ~ - 410 m 標高) 和 2 個相對弱 帶( + 40 ~ - 230 m 及 - 410 m 以下) 。天然條件 下,礦區(qū)地下水與區(qū)域地下水聯(lián)系密切,具有豐富的 動儲量和靜儲量,屬于水文地質條件復雜型巖溶充 水礦床。全封閉注漿帷幕后,對礦區(qū)地下含水系統(tǒng) 進行了改造,在深部閃長巖相對隔水層之上、礦床周 圍形 成 相 對 隔 水 帶,注漿帷幕平均滲透系數(shù) 0. 061 m / d,小于設計要求的 0. 08 m / d,表明帷幕體 防滲性能指標滿足設計。帷幕內外灰?guī)r地下水位形 成了明顯差異,說明帷幕體起到了很好的堵水效果。 但由于礦區(qū)內復雜的構造,特別是深部閃長巖相對隔水層中可能存在斷裂,從而與帷幕外含水體的溝 通,導致礦區(qū)水文條件仍較復雜。
2 中關鐵礦礦井水綜合利用研究方向
為了解決中關鐵礦礦井水綜合利用的問題,針 對礦井水產生過程、排放流程和整個生產系統(tǒng)的工藝特點,對各個用水環(huán)節(jié)均進行了詳細梳理,提出了 礦井水“兩零循環(huán)”綜合利用模式。“兩零循環(huán)”中 的第一個“零”是指地下水通過巖石裂隙進入采區(qū) 形成礦井水,經過井下排泥系統(tǒng)梯級沉淀除去固體 雜質,經過中央水泵房集中排出地表,在地表經過3# 機械加速澄清池進一步凈化,經過水源熱泵提取水 中蘊含的低品位熱量,然后進入水處理系統(tǒng),轉變?yōu)槿愃畼藴屎蠼涍^管道全部回灌入地下,達到礦井 水來自地下含水層又回到地下含水層的目的,從而 實現(xiàn)礦井 水 的 零 排 放。“兩零 循 環(huán)”中 的 第 二 個 “零”是指生產用水經過總供水泵站的環(huán)水泵、加壓 泵進入選礦系統(tǒng),作為生產用水在選廠參與一系列 選礦作業(yè),形成攜帶礦砂的礦漿水,攜帶尾砂進入壓 濾車間,經過壓濾設備實現(xiàn)泥水分離,最后濾液經過 管道泵再次回到總供水泵站,從而實現(xiàn)生產用水的 閉環(huán)循環(huán),同時生活用水也經過類似的過程實現(xiàn)相 應的閉環(huán)循環(huán),實現(xiàn)生產生活廢水的零排放。優(yōu)化 后的中關鐵礦基于“兩零循環(huán)”的礦井水綜合利用 工藝流程如圖 1 所示。
3 礦井水的梯級利用實施過程
礦井水會在工作面附近的低洼地帶匯集,夾雜 大量雜質,為此在工作面潛水泵吸口附近設計了一 套“礦用潛水泵吸水防護裝置”,對生產中產生的導 爆管碎屑等雜質進行收集和清理。隨后,礦井水會 在潛水泵的作用下進入巷道水溝。由于礦井水在巷 道水溝內的流速變緩,造成水中的較大顆粒逐漸下 沉,為此在巷道中合適地點逐級設置巷道沉淀池,收 集沉淀下來的較大顆粒并及時清理。針對中關鐵礦的特點,設計了“帶隔墻的沉淀池”、“礦山巷道沉淀 體系”,“礦山巷道過路水溝”等裝置,增強巷道內的 泥沙沉淀效果,減少進入水倉的泥沙量。最后,經過 巷道水溝多級沉淀的礦井水進入水倉,在水倉內適 當?shù)攸c布置了不同高度的擋墻,進一步減緩水倉內 水的流動速度,加速礦井水中微小顆粒的沉降速度。 經過上述一系列沉淀措施,取得了很好的沉降效果。經過梯級沉淀的礦井水,較大的雜質已經完全 排除,只有部分微小固體顆粒難以排除。需要經過化學的方法對這些雜質進一步去除。為此,在中關 鐵礦礦區(qū)內地表設置了 3 #機械加速澄清池。礦井 水從進水管進入澄清池,聚合氯化鋁( PAC) 與聚丙 烯酰胺( PAM) 通過投藥管加到進水管旋渦混合器VORTEX-5(海門市其林貝爾提供)之前,再一起流入混合區(qū),進行水、藥劑和回流污泥 的混合。跟藥劑充分混合的礦井水進入第一反應 室,與反應室中的泥沙顆粒進行進一步混合,形成更 大的利于沉淀的泥沙顆粒。這些顆粒被第一反應室 頂部的攪拌機提升,在渦輪提升作用下,混合后的泥 水被提升到第一反應室頂部的反應區(qū),繼續(xù)進行混 凝反應,形成更大、更致密的固體泥沙顆粒,并溢流 到導流區(qū)。導流區(qū)的導流板消除反應區(qū)過來的環(huán)形 流動,使廢水平穩(wěn)地沿傘形罩進入分離區(qū)。在分離 區(qū)內因流速下降,泥渣靠重力自然下沉,上清液由集 水槽和出水管流出池外,泥渣則通過回流縫回流到 混合區(qū),重新進行循環(huán)。3#澄清池底部設 2 條排泥 管,將反應形成并沉淀的泥沙顆粒排出澄清池,排泥 時間和排泥周期視現(xiàn)場情況而定
4 生產用水的綜合利用實現(xiàn)“零”( 閉環(huán)) 循環(huán)
中關鐵礦的礦井水經過一系列的物理化學作用 進入水處理車間,經過水處理車間處理完的含有少 量離子的濃水進入總供水泵站生產環(huán)水池、生產新 水池、消防水池,這些水池設置在水處理車間東側設 總供水泵站旁邊,水池儲水量滿足中關鐵礦生產工 藝最高耗水要求。
4. 1 消防水系統(tǒng)
中關鐵礦的消防水供應主要分為井下、室內和 室外消防水系統(tǒng)。為了保證供水的穩(wěn)定性,配備 2 臺高壓消防泵 11 /20 - 100N - Ⅱ及穩(wěn)壓罐等設備, 滿足礦區(qū)所有消防用水的要求。
4. 2 生產新水系統(tǒng)
生產新水系統(tǒng)由生產新水泵作為主泵,補充生 產系統(tǒng)內流失的水分,同時為廠區(qū)的綠化、消防、灑 水抑塵等過程提供用水。
4. 3 生產環(huán)水系統(tǒng)
生產環(huán)水系統(tǒng)主要為整個生產過程中提供循環(huán) 水。生產環(huán)水由生產環(huán)水池提供,所需供水由 3 臺 KQSN350 - N9 /437F 環(huán)水泵根據(jù)生產需要進行供 水。環(huán)水池內的水主要在中關鐵礦的生產過程中完 成循環(huán): 這些水通過環(huán)水泵進入選廠的生產系統(tǒng),經 過一系列選礦生產工藝后進入濃縮池,再通過渣漿 泵和尾砂一起進入壓濾車間,經過壓濾機實現(xiàn)固體 和液體的分離,其中尾礦過濾液再次進入環(huán)水池,實 現(xiàn)生產工藝內水的閉環(huán)循環(huán)。