0 引言

河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司沙河中關(guān)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(yīng)礦山發(fā)展的需要，河鋼礦業(yè)機(jī)電檢修 公司以產(chǎn)線承包的形式對中關(guān)鐵礦水系統(tǒng)、自動化 等部分工作進(jìn)行了承包，實施了一系列革新和改造。 由于中關(guān)鐵礦為大水礦山，在生產(chǎn)過程中會排出大 量的礦井水，且中關(guān)鐵礦位于缺水嚴(yán)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(dāng)?shù)厮鷳B(tài)的失衡。為了更 好地利用中關(guān)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(guān)鐵礦礦井 水綜合利用的新途徑成為重中之重。

1 中關(guān)鐵礦礦井水資源現(xiàn)狀

中關(guān)鐵礦位于百泉巖溶水系統(tǒng)強(qiáng)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(bǔ)給 條件好，并具較高水壓，巖溶發(fā)育，富水性強(qiáng)，水平上 呈北強(qiáng)南弱的特征; 垂向上分為 2 個相對的強(qiáng)帶( + 100 ～ + 40 m、－ 230 ～ － 410 m 標(biāo)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(zhì)條件復(fù)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(jìn)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(shè)計要求的 0． 08 m / d，表明帷幕體 防滲性能指標(biāo)滿足設(shè)計。帷幕內(nèi)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(nèi)復(fù)雜的構(gòu)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(dǎo)致礦區(qū)水文條件仍較復(fù)雜。

2 中關(guān)鐵礦礦井水綜合利用研究方向

為了解決中關(guān)鐵礦礦井水綜合利用的問題，針 對礦井水產(chǎn)生過程、排放流程和整個生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝特點，對各個用水環(huán)節(jié)均進(jìn)行了詳細(xì)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(jìn)入采區(qū) 形成礦井水，經(jīng)過井下排泥系統(tǒng)梯級沉淀除去固體 雜質(zhì)，經(jīng)過中央水泵房集中排出地表，在地表經(jīng)過3# 機(jī)械加速澄清池進(jìn)一步凈化，經(jīng)過水源熱泵提取水 中蘊(yùn)含的低品位熱量，然后進(jìn)入水處理系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變?yōu)槿愃畼?biāo)準(zhǔn)后經(jīng)過管道全部回灌入地下，達(dá)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(chǎn)用水經(jīng)過總供水泵站的環(huán)水泵、加壓 泵進(jìn)入選礦系統(tǒng)，作為生產(chǎn)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(jìn)入壓 濾車間，經(jīng)過壓濾設(shè)備實現(xiàn)泥水分離，最后濾液經(jīng)過 管道泵再次回到總供水泵站，從而實現(xiàn)生產(chǎn)用水的 閉環(huán)循環(huán)，同時生活用水也經(jīng)過類似的過程實現(xiàn)相 應(yīng)的閉環(huán)循環(huán)，實現(xiàn)生產(chǎn)生活廢水的零排放。優(yōu)化 后的中關(guān)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(zhì)，為此在工作面潛水泵吸口附近設(shè)計了一 套“礦用潛水泵吸水防護(hù)裝置”，對生產(chǎn)中產(chǎn)生的導(dǎo) 爆管碎屑等雜質(zhì)進(jìn)行收集和清理。隨后，礦井水會 在潛水泵的作用下進(jìn)入巷道水溝。由于礦井水在巷 道水溝內(nèi)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(shè)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(guān)鐵礦的特點，設(shè)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(qiáng)巷道內(nèi)的 泥沙沉淀效果，減少進(jìn)入水倉的泥沙量。最后，經(jīng)過 巷道水溝多級沉淀的礦井水進(jìn)入水倉，在水倉內(nèi)適 當(dāng)?shù)攸c布置了不同高度的擋墻，進(jìn)一步減緩水倉內(nèi) 水的流動速度，加速礦井水中微小顆粒的沉降速度。 經(jīng)過上述一系列沉淀措施，取得了很好的沉降效果。經(jīng)過梯級沉淀的礦井水，較大的雜質(zhì)已經(jīng)完全 排除，只有部分微小固體顆粒難以排除。需要經(jīng)過化學(xué)的方法對這些雜質(zhì)進(jìn)一步去除。為此，在中關(guān) 鐵礦礦區(qū)內(nèi)地表設(shè)置了 3 #機(jī)械加速澄清池。礦井 水從進(jìn)水管進(jìn)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(jìn)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(jìn)行水、藥劑和回流污泥 的混合。跟藥劑充分混合的礦井水進(jìn)入第一反應(yīng) 室，與反應(yīng)室中的泥沙顆粒進(jìn)行進(jìn)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(yīng)室 頂部的攪拌機(jī)提升，在渦輪提升作用下，混合后的泥 水被提升到第一反應(yīng)室頂部的反應(yīng)區(qū)，繼續(xù)進(jìn)行混 凝反應(yīng)，形成更大、更致密的固體泥沙顆粒，并溢流 到導(dǎo)流區(qū)。導(dǎo)流區(qū)的導(dǎo)流板消除反應(yīng)區(qū)過來的環(huán)形 流動，使廢水平穩(wěn)地沿傘形罩進(jìn)入分離區(qū)。在分離 區(qū)內(nèi)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(jìn)行循環(huán)。3#澄清池底部設(shè) 2 條排泥 管，將反應(yīng)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(chǎn)用水的綜合利用實現(xiàn)“零”( 閉環(huán)) 循環(huán)

中關(guān)鐵礦的礦井水經(jīng)過一系列的物理化學(xué)作用 進(jìn)入水處理車間，經(jīng)過水處理車間處理完的含有少 量離子的濃水進(jìn)入總供水泵站生產(chǎn)環(huán)水池、生產(chǎn)新 水池、消防水池，這些水池設(shè)置在水處理車間東側(cè)設(shè) 總供水泵站旁邊，水池儲水量滿足中關(guān)鐵礦生產(chǎn)工 藝最高耗水要求。

4． 1 消防水系統(tǒng)

中關(guān)鐵礦的消防水供應(yīng)主要分為井下、室內(nèi)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(shè)備， 滿足礦區(qū)所有消防用水的要求。

4． 2 生產(chǎn)新水系統(tǒng)

生產(chǎn)新水系統(tǒng)由生產(chǎn)新水泵作為主泵，補(bǔ)充生 產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)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(chǎn)環(huán)水系統(tǒng)

生產(chǎn)環(huán)水系統(tǒng)主要為整個生產(chǎn)過程中提供循環(huán) 水。生產(chǎn)環(huán)水由生產(chǎn)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(chǎn)需要進(jìn)行供 水。環(huán)水池內(nèi)的水主要在中關(guān)鐵礦的生產(chǎn)過程中完 成循環(huán): 這些水通過環(huán)水泵進(jìn)入選廠的生產(chǎn)系統(tǒng)，經(jīng) 過一系列選礦生產(chǎn)工藝后進(jìn)入濃縮池，再通過渣漿 泵和尾砂一起進(jìn)入壓濾車間，經(jīng)過壓濾機(jī)實現(xiàn)固體 和液體的分離，其中尾礦過濾液再次進(jìn)入環(huán)水池，實 現(xiàn)生產(chǎn)工藝內(nèi)水的閉環(huán)循環(huán)。