煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术研究报告

Ⅲ-I目录 I第一章 1 1 2 2 5 7 7 7 7 8 8 9第二章矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术 20 21 21 22 23 25 32 33 33 33 35 36 38Ⅲ-II 研究报告 江西金达莱环保股份有限公司 3第一章绪论 61.1研究背景 1.2国内外研究现状 1.2.1煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术研究现状 71.2.2煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术技术研究现状 101.3研究内容和目标 121.3.2研究目标 1.3.4技术创新 1.4总体技术路线与技术架构 141.5本章小结 第二章矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下复用技术研究 162.1矿用水类型划分 2.2矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术.资源利用主要处理工艺 212.2.1水处理原则 212.4.2水处理工艺对比 222.3混凝分离技术 242.3.1混凝原理 242.3.2压缩双电层 262.3.3电性中和 272.3.4吸附架桥理论 272.4JDL混凝分离技术原理(简称UJDL技术") 28 282.5矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下混凝分离+RO技术研究 292.5.1膜分离法污水处理技术 292.5.2膜分离法污水处理系统设计 310.8为设计安全系数。 354）管道设计 355）加药系统 356）自动控制系统和仪表 367）膜分离浓水的处理 361）典型工艺流程 362）主要工艺参数 373）系统消毒灭菌工艺研究 371）次氯酸钠消毒法 372）臭氧消毒 373）紫外线消毒法 372.6本章小结 383.1自动化控制技术研究 393.1.1水处理流程 39 403.1.2控制方式 413.2矿用复用水管控系统 42Ⅲ-II3.3 44（2）运行管理人员必须熟悉本矿的污水处理工艺和设施，设备的运行要求 443.4本章小结 46第四章矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用地下工程改造研究 474.1矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用地下工程改造设计 474.1.1地下工程改造概况 474.1.2地下工程设计 47 474.2矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用地下空间支护研究 494.2.1支护参数理论计算 494.2.2支护参数设计 544.3围岩矿压观测方法 544.3.1围岩矿压观测的主要任务 544.3.2观测内容及技术要求 544.3.3巷道观测结果分析 574.4采空涌水复用水仓的防渗漏研究 584.5本章小结 59第五章矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下深度处理利用技术工业性试验 605.1试验背景 605.1.1试验单位介绍 605.1.2实施背景 615.2工业性试验情况介绍 625.2.1陕西陕煤黄陵矿业有限公司混凝分离+RO工艺设计 625.2.1陕西陕煤黄陵矿业有限公司消毒工艺设计 665.3应用效果 69第五章矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下深度处理利用技术工业性试验 70 70煤矿采空区涌水井下深度处理技术及应用 715.4本章小结 71第六章结论 726.1研究成果的作用、影响和应用前景 726.1.1经济效益 726.1.2社会效益 736.2主要结论 746.3主要创新点 75参考文献 76煤矿采空区涌水井下深度处理技术及应用Ⅲ-6第一章绪论1.1研究背景水是一切生命的源泉，在人类生存环境中是物质基础。随着全世界人口的持续增长和社题已是21世界人类面临的最严重的资源问题，制约着整个社会的经济发展。如伴随着我国煤炭工业的迅速发展，煤炭开采为矿开采区的地下水资源造成的破坏更加严重。矿产资源的开采常伴随着大量产为此国家相继颁发一系列政策法规加强矿井水资源保护与利用。2015年4月，国务院在《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)中指出推进煤矿采空区涌水井下深度处理技术及应用陕西陕煤黄陵矿业有限公司在煤矿生产过程中会排出大量的矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术，经处理达到排放要求后直接外排，浪费了大量宝贵的水资源。矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术资源化是在解决煤炭产区严重缺水和矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术浪费这两个困扰煤炭行业的难题的基础上提出的。合理的资源化可使煤矿矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术达到经济效益、社会效益和环境效益的统一。鉴于目前的开采现状，黄陵矿区提出煤炭开环重复使用的目的。为此，提出研究矿井水采空区多1.2国内外研究现状化学药剂法是将化学药剂加入介质水中，使药剂滞留物通常是浓缩溶液，需要采取其他方法进一步处理空区多级沉降直滤深度处理技术深度处理中，纳滤膜的二价盐，脱盐效率可达90%以上，故近几年来纳在高矿化度矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术的含悬浮物矿井水中的悬浮物主要来源于煤巷掘进及煤炭开混凝沉淀过滤法即将悬浮物含量较高的矿井超磁分离法原理是在磁粉体材料和絮凝剂(磁种)的共同作用下，使水体中的悬浮物与磁种凝聚在一起，形成具有一定磁性的絮体高强磁场力的作用将磁性絮团快速分离。该技术的核离和磁种回收设备的选择。采用超磁分离法处理矿井相互冲洗滤池、溶解性总固体TDS处理工艺中反渗透RO浓水利用技术以及人工郭强等围绕灵新煤矿高矿化度矿井水处理工程，详细论述了“直滤系统+反李培云等人设计采用曝气氧化＋絮凝沉淀＋过足处理工艺流程和实用的前提下，分别将污泥池与废液池、V型滤池与清水池进程志伟将高效旋流一体化净化技术，应用于张家峁煤处理水质范围宽、占地面积小、运行成本低、可以吊装移动和模块化拓展等优煤矿采空区涌水井下深度处理技术及应用Ⅲ-6度处理中的应用，分析了不同膜分离技术的特雷兆武等总结了九龙矿基于国内高矿化度矿井卞伟等详细分析了宁东基地矿井水处理的工程实践，并围绕低成本热源利在全球水资源日益短缺的形势下，开展矿井水的综合党辉等以瑞能煤矿为例，通过研究采空区处理含王莉娜以神东矿区含悬浮物矿井水为例对悬浮水处理的调节、混凝、沉淀等工艺参数应充分考虑矿井水悬浮物具有粒径差异裴菲等提出使用“混凝/澄清/过滤/消毒”工艺对含悬浮物矿井水进行处理煤矿采空区涌水井下深度处理技术及应用Ⅲ-6准后，通过15km长的管网供给矿区附近的PadangPanjang和Dahai两个村子，万m3矿井水被用于灌溉2000hm2的农作物。此西班牙的AsPontes矿山，通过使用矿井水创建了一个新的湿地湖泊，从而南非的Kolomela铁矿位于南非开普省北部，开采活动破坏了地下含水层，澳大利亚Mt.Whaleback铁矿位于澳大利亚西北角的Pilbara地区，气候干旱，蒸发量大且降雨量极不均衡。每年抽取1千万m3地下水供给铁矿生产和附近充地下水，每年将790万m3的矿井水和地表河水注入地下含水层，支撑了当地地面处理，针对煤矿高矿化度矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术，常用“超滤+反渗透”双膜法进行高矿化度矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-161.3研究内容和目标本项目重点研究黄陵矿区矿井水采空区多级沉降及其水质指标，探明黄陵矿区矿井水采空区多级沉降直深度处理技术处理工艺，得出混凝分离工艺理技术的高品质出水；研究不同的消毒工艺，采用RO为动力的膜分离过滤技术，实现矿井水采空区多级沉系，提出矿井水采空区多级沉降直滤深度处岩变形控制技术，研制矿井水采空区多级沉降直滤深（1）划分矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术水质类型，重点研究黄陵矿区矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术形成原因及其水质指标，并对比采空区多级沉降直滤深度处理技术质特点，提出JDL混凝分离技术原理，揭示混（2）提出膜分离法处理污水的水质要求以及各子系统的预处理原则，研究次氯酸钠、臭氧、紫外线辐射三种灭菌工艺的消毒灭细菌、灭病毒、pH影响、（3）通过理论计算试验场所主要支护参数，设计矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用水仓围岩控制技术体系，实现矿井水采空区多级沉降直滤（4）搭建矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用自动控制技术以及矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用管控系统，实现矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用系统常态化无人值守作业。（1）探明黄陵矿区矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术的水质指标（2）设计构建水、火、瓦斯、煤尘、顶板、油型气、油气井灾害齐全的复杂地质条件下矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用水仓围岩控制技术体系，提出复杂地质条件下矿井水采空区多防渗、防漏、防围岩变形控制技术，研发适用于井下防Ⅲ-16（3）首次研制矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下复用智能化控制成套装备系统，完成生产过程对矿井水采空区多级复用系统的自动报警、自动保护、自动操作、自动调（4）矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下复用系统在黄陵矿区成功投入生产应用，成品水达到饮用标准并可直接接入井下供水网。1.4总体技术路线与技术架构本项目围绕“矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下深度处理利用技术研究”，首先通过现场调研，研究黄陵矿区的矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术水质指标，探明黄陵矿区的矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术水质特征，然后进行矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下深度处理利用技术的理论分析，并对比了不同的矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术处理工艺以及消毒灭菌工艺，提出JDL混凝分离+RO分离技术，最后设计构建矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用水仓围岩控制技术体系，研制矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井采取现场调研、理论分析和现场试验相结合的滤深度处理技术井下复用系统的常态化无人值守。矿井水采空区多级沉降直滤Ⅲ-16图1.4.1总体技术路线图1.5本章小结第二章矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下复用技术研究2.1矿用水类型划分在采煤过程中，掘进巷道或开采煤层附近的地下水或或涌入巷道形成矿井水采空区多级沉降直滤深Ⅲ-16洁净矿井水一般不含煤岩粉及其他污染物，质量阈值。酸性矿井水pH小于6，常含有硫酸盐、重金物矿井水pH一般呈中性，矿化度较低，但煤岩粉细小微粒占比很高，地下开包括氟、重金属元素汞、铬、铅、砷等及放射性元素镭矿井水氟离子质量浓度大于1.0mg/L，与高矿化度矿井水类似，其水质一般呈弱碱性或碱性。矿井水水质的形成过程及演化机制十分复杂，总体受水文地质结构等。受干旱–半干旱气候及季节性降水的影响，我国西北部矿区(新疆、宁夏、甘肃、陕西、内蒙古)地表水及浅层地下水矿化度较高，导致矿井酸盐矿物(如石英、长石、云母)、碳酸盐+、Mn2＋、As5＋等。在不同矿区，地下水的温度、酸碱度、氧化还原电位等水文岩石中黄铁矿沉积及水文地球化学环境的影响，我国西南矿区(云南、贵州)多为酸性矿井水，pH较低，SO2－含量较高，且含有Fe2＋、Zn2+、Mn2＋、As5+等重金属离子。此外，矿区水文地质结构的不同，直接Ⅲ-16用，影响矿井水水质；另一方面扰动后形成采空区次水–岩作用，促进岩石中离子化合物的溶解，改素及人类活动对矿井水水质特征形成作用的控制，将矿井水水质形成划分为2个阶段，概念模型如图2.2.1所示。第一个阶段，含水层水–岩作用阶段。煤层覆岩导水裂隙带形成，沟通不同含水层，改变了地下水的天然循环状态。与此同时，原生的水文地球化学环境也发生了改变，控制地下水与岩石之间的相互作用，改变地下水的水质特征，进而影响矿井水的水此外，采空区中矿井水的水动力条件及水化学条图2.1.1矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术形成过程工程揭露的地层由老到新有三叠系上统永坪组（T3y侏罗系下统富县组（J1f）；侏罗系中统延安组（J2y）、直罗）；）；），Ⅲ-16图2.1.2矿井综合地层岩性矿井充水水源有大气降水、地表水、采空区积水和延安组砂岩含组下段砂岩含水层地下水，大气降水及地表水为间接充水水及周边老空区积水，而采空区积水及延安组含水层、图2.1.3含水层Ⅲ-16该项目处理的矿井涌水为北一、三盘区采空区自流水。矿井涌水主要是地下水，水质情况复杂，无法直接用于生产。对矿水采样，经化验后得到水质表2.1.1黄陵矿区水质化验结果1--23NTU4度567铁8锰90从表2.1.1中的化验结果不难看出，这20项指标中有5项指标较高，分别为Ⅲ-16型属于高矿化度矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术。根据《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）标准，该矿采空涌水不能直接满足井下设备用水和饮用水需求，需结合国内外水处理技术，合理选配水工艺处理设备，把矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术净化处理后达到工业用水标准，为生产、2.2矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术资源利用主要为了保证能源基地经济建设健康发展，保障当地维持良好的生态环境，解决愈演愈烈的水资源供求矛盾，开发利用矿井水资源是缓解陕北能源基地水资源供需矛盾的一条重要途径。矿井水资源化无疑是解决煤矿缺水和矿井水根据进出水水质及当地的实际条件，需选择切实可行、经济合理的处理工艺方案，经全面技术经济比较优选出最佳的工艺方案和实施方式。在本工程高矿化度矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术，水中含盐量高，硬度建设于进风巷中，用地狭长，宽度高度均受限制，且地下地质复杂，污水Ⅲ-16本工程操作空间小，要求污水站自动化程度高，本工程位于高瓦斯矿井内，防爆要求高，对电机采用三级反应混凝沉淀、机械过滤器、活性炭过滤器图2.2.1三级沉淀+多级过滤工艺流程图图2.2.2混凝分离工艺流程图 第二章矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下复用技术研究Ⅲ-17根据该项目污水处理站建设规模及用地情况，综合表2.2.1工艺对比表行低无无命通过上述对比分析，从该项目的实际情况可以看出混凝分离工煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-18（6）具有良好经济性、设备少、投资省、后期运维方便简单，运行成本2.3混凝分离技术混凝是中水处理中通常用的方法。处理的对混凝是向水中投加药剂，通过快速混合，使速混合形成大的可沉絮体。胶体颗粒脱稳碰撞形成微粒的过程称为“絮凝”。处理的重要环节。混凝产生的较大絮体通过后续的沉淀或澄清、气浮等从水中分（1）悬浮的有机物和无机物主要是由生物处理流失出的生物絮体碎片、游质不同。中水混凝的处理对象的处理对象主要混凝就是水中胶体以及微小悬浮物的聚集过程。这一过程涉及三方面的问煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-19题：水中粒子的性质，混凝剂在水中的水解的在于向水中投加一些药剂，产生两种效应，混合；二是混凝剂水解。水解产物与胶体作用根据胶体化学的理论，胶体物质的核心是一个由多原子或者分子构成的粒离子，组成吸附层；另一部分反离子不随微粒移动形成扩散层，称为自由反离投加混合药剂后，污泥颗粒周围溶液的离子Ⅲ-20污泥胶体颗粒的聚集是通过凝聚、絮凝（通过胶体微利能在水中长期保持分散状态而不下沉，此特性就是胶体微粒可以相互接近或凝聚，取决于布朗运动、胶为了从理论上解释混凝作用，应用较多的是有胶体粒子的双电层结构可知，反离子浓度在胶体表面最大离子，它们之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中，扩散层厚度减Ⅲ-21与此同时，电位降低，胶体间的排斥力减弱，定的水质，这些特征是不变的，因此，降低排斥能峰的方法就是降低或消除电了，这些离子可挤进扩散层，乃至吸附层，使胶粒带电数减少，也就降低了电它主要是指高分子物质与胶粒的吸附、桥连作用。构，含有某些化学基因及长键分子，能与胶粒性，从而形成具有网状结构的较大的絮凝体。Ⅲ-22最佳投量应使既能把胶粒快速絮凝起来又可以絮凝起2.4JDL混凝分离技术原理(简称UJDL技术")矿井涌水主要来自于断层水，水质成分较为简单，有微颗粒进行物理分离，后出水进一步通过反实现高品质出水，出水可资源化回用于生产用水。JDL技术图2.4.1JDL技术工作原理示意图RO反渗透技术是利用压力差为动力的膜分离过滤技术，用反渗透处理废水，如图2.4.2所示，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水，对应废水处理，低压侧为产水，高压侧为浓水。反渗透膜又称RO膜，孔径小于1nm，反渗煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-23图2.4.2反渗透原理图2.5矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下混凝分离+RO技术研究在设计膜系统时，应符合进水要求，选择合适的膜元表2.5.1内压式中空纤维微滤、超滤系统进水参考值表2.5.2外压式中空纤维微滤、超滤系统进水参考值设计卷式膜微滤、超滤系统进水时，可参照表2.5.3的规定。纳滤、反渗透煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-24表2.5.3纳滤、反渗透系统进水限值在设计纳滤、反渗透膜分离系统时，应对进水水质进行分析。进表2.5.3限值时，须增加预处理工艺。膜单元适宜性各种膜单元功能适宜性见表表2.5.4各种膜单元功能适宜性类度>100000~0.002~0.001~价离子和分子量200~~>100为防止膜降解和膜堵塞，须对进水中的悬浮煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-25（1）防止膜化学氧化损伤，可采用活性炭吸附或在进水中添加还原剂(如亚（2）预防铁、铝腐蚀物形成的胶体、粘泥和颗粒污堵，可采用以无烟煤和（4）控制结垢，加酸可有效控制碳酸盐结垢；投加阻垢剂或强酸阳离子树（5）微滤或超滤能除去所有的悬浮物、胶体粒子及部分有机物，出水达到（1）应依据原水水量、水质和产水要求、回收率等资料，选择膜分离法污（5）为防止预处理加酸、加氯造成管道及设备的腐蚀，在纳滤、反渗透系统的低压侧，应采用PVC管材及连接件，在高压侧应采用不锈钢管材及连接（6）膜分离系统浓水，应处理后达标排放。一级多段纳滤、反渗透系统压煤矿采空区涌水井下深度处理技术及应用Ⅲ-26（2）工艺流程：微滤、超滤系统的运行方式可分为间歇式和连续式；组件图2.5.1基本工艺流程qs=CmξSmξq0.....................................................（2.1）mqst=qsξ(1+0.0215)t25...................................................（2.2）...................................................................qs煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-27=()R..............................................................（2.4）V①一级一段系统工艺流程：进水一次通过纳滤或反渗透系统即达到产水要图2.5.2一级一段批处理式基本工艺流程图图2.5.3一级一段连续式基本工艺流程图②一级多段系统工艺流程：一次分离产水量达不到回收Ⅲ-28(b)(c)图2.5.4一级多段系统工艺流程图③多级系统工艺流程：当一级系统产水不能达到水质要求时，将一级系图2.5.5多级系统工艺基本工艺流程图Ⅲ-29式中QP——设计产水量，m3/h；式中NV——压力容器数，Ne——设计元件数，（3）各段产水宜直接输入产水箱。如各段产水管应并联到一根总管时，则（6）高压泵进水口应设置低压保护开关；高压泵出水口应设置高压保护开Ⅲ-30加药系统应设置带有温度计的药液箱，将药剂配制污水处理过程产生的膜分离浓水可并入污水生图2.5.6浓水处理基本工艺流程图Ⅲ-31进水JDL膜分离系统RO反渗透出水回用预处理预处理图2.5.7典型工艺流程图出水回用率可达60%及以上，主要出水指标可达：SS≤10mg/L、氯化物≤臭氧消毒是杀菌彻底可靠，危险性较小，对环境基煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-32抗悬浮固体干扰的能力差，对水中SS浓度有严格要求。三种消毒方式的比较详表2.5.4三种尾水消毒方式的综合因素比较表毒业等集中用户水处理2.6本章小结本章主要划分了矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技了黄陵矿区矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术形成原因及其水质指标，分离法处理污水的水质要求以及各子系统的预处理原则，对比了次氯酸钠、臭氧、紫外线辐射三种灭菌工艺在消毒灭细菌、灭病毒、pH影响、在配水管网中的剩余消毒作用、国内应用情况、接触时间、适用条件等性能上的优缺点，煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-34第三章煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术系统常态化无人值守研究煤矿井下水处理系统是矿井水采空区多级沉降直用的有效手段，可以最大限度的利用、回收、复矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术资源在井下采取清浊分流、水仓预沉等措施，使矿井水采空区多级沉降直的井下处理难度更低。随着科学技术的高速遍采用反渗透法。反渗透除盐适用范围广、工艺简单、脱盐率高97%）、水回收率高、操作管理方便、工艺技术先进可靠、运行稳定、出水水质好，不需要酸碱再生和酸洗，可实现自动化控制，渗透膜淡化对原水预处理要求高，使用高压泵能耗增加，一次性设备投资较高,但从使用稳定性、可靠性、安全性和脱盐率、产水量等方面，经过技术经3.1自动化控制技术研究该项目矿井涌水采用“混凝分离+RO”工艺工艺，矿井涌水经管道收集后进入污水处理站调节池，在调节池内均匀水质水量系统前端加药调节废水pH值，再经混凝分离池进行固液分离，通过膜的过滤作用将污水中的各类污染物去除，保证了出水水煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术池，出水通过中转泵泵入保安过滤器，再经高压泵泵入RO系统，RO系统产水进入成品水池，回用于主供水系统，成品水进入主供水管程流量监测控制，与主供水管网可切换控制使用。RO系统浓水进入浓水池再排入一号中央水仓沉淀后外排至地面污水处理站二次处理复用。工艺流程图如图↓↓图3.4.1工艺流程图一复用水处理站调节池，在调节池内均匀水质分离系统前端加药调节废水pH值，再经混凝分离池进行固液分离，通过膜的过滤作用将污水中的各类污染物去除，保证了出间水池，出水通过中转泵泵入保安过滤器，再经高压泵泵入RO系统，RO系统产水进入成品水池，回用于主供水系统，成品控制、远程流量监测控制，与主供水管网可切换控制使用。RO系统浓水进入浓水池再排入一号中央水仓，由1#中央水仓排至地面污水处理站进行二次处理。煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-36图3.4.2矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用技术图能，矿用复用水集成控制系统图如图3.4.3所示。化管理，远程数据中心智慧控制的方案，现场站采用触摸屏的表，保存工艺参数、电气参数、电气设备运行状态、报警数据、故障数据，并自动生成工艺参数的趋势曲线。能打印年、月、日、班运行报表、报警报表Ⅲ-36煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术图3.4.3矿用复用水集成控制系统图3.2矿用复用水管控系统是基于智能化综合管控平台得以实施的，智控平台是实现智能化复用水实施的载体，也是空涌水复用智能化综合管控平台结构图如图3.2.1所示。在管控平台上能清晰的（a）水泵监测 第三章煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术系统常态化无人值守Ⅲ-37（b）运营界面（c）能耗分析界面Ⅲ-39（d）循环作业图图3.2.1矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用智能化综合管控平台结构图3.3自动化控制系统管理工艺过程以分散控制为主，集中调度。控制方式。在就地控制箱或就地按钮箱上设置自动要。仪表选用煤矿用防爆设备，需有煤安认证、防爆认、工艺设备控制和安全生产要求，并确保工艺的精度要护方便，运行稳定。为强化双降双增、安全环保意识，高矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用的使用（1）运行班组负责污水处理构筑物及机电设备的运行、维修保养、安全管（2）运行管理人员必须熟悉本矿的污水处理工艺和设施，设备的运行要求（3）操作人员必须了解本矿处理工艺，熟悉本岗位设施、设备的运行要求（5）制定技术经济指标，用以反映处理程度、处理能力、设备状态、运行（6）浓水池、成品水池、中间水池的提升泵每次开启后，使用扳手将不锈钢螺栓松动排气、排水，随后轻轻紧固即可（7）北一泵房、三盘区水仓均在操作台控制，点击自动开即可，当这两个水仓水位达到高水位自动排水；当调节池液位达到2.8m，这两个水池自动排水（8）开启或关闭三号车场供水闸阀，与队部值班员进行安全确认。如果采件（远控、故障灯显示绿色，开到位、关到位显示红色）、电话汇报队部值班（9）如果采用井口为北一供水，观察操作台三号车场供水闸阀是否具备关班员，则点击三号车场供水闸阀开到位、停止北一复用水处理站成品水池提升养措施:一是根据水质及反渗透指标进行定期清洗；二是保安过滤器滤芯使用2-3个月，过短需对预处理系统进行检查，过长易造成微生物污染；三是保持进水煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-403.4本章小结开发了矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用智能控控制系统对矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用水站的工艺过程以分散控制和集中调度，研发了矿用复用水管控系统，完成了生产过程中各工艺流程中的重要参数、设备工况等在线实时监控，第四章煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术地下工程改造研究Ⅲ-41第四章矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用地下工程改造研究排水系统运行安全可靠，结合黄陵一号矿实际情况，滤深度处理技术井下复用技术需要满足处4.1矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用地下工程究2）施工长度：陕西陕煤黄陵矿业有限公司采空涌水复用技术研究与应用3）施工方案：本次矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用技术研究与应用（矿建部分）地基开挖采用炮掘落底施工，铲车配合人工出矸，防爆无轨胶轮车排矸，平均运距9.4km；落底完成后底板及帮部采用锚杆+锚索+。本工程新建构筑物为调节池、混凝分离系统、中间水池、成品水池、浓水池。由于井下建设施工条件狭小受限，各构筑物池煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-42图4.1.1施工平面图水仓开挖采用炮掘落底、人工清渣、装矸，4.1.2所示，主要工艺参数设计图如图4.1.3所示，各水池参图4.1.2施工平面图图4.1.3主要工艺参数设计图第四章煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术地下工程改造研究Ⅲ-43表4.1.1各水池施工参数汇总表号位1座1腐2座1腐3座1腐4座1腐5座1腐4.2矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用地下空间支本项目所处的五盘区上覆地表以黄土塬地形为主，沟谷纵横，塬面支离破碎，地表主要建筑物为花家庄、圪崂寺等村庄p0巷道顶部垂直地压，MPaσ2顶板围岩体抗煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-44代入相关数值得：巷道宽度4.6m，巷道高度2.8m，顶板泥岩的抗拉强度L≥L1+L2+L3（式中L——锚杆总长度，m；），），式中L——锚索总长度，m；），式中K——安全系数，取为2；fa锚索抗拉强度，N第四章煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术地下工程改造研究Ⅲ-45普氏理论认为，在松散介质中开挖巷道后，其上方会压和密实煤（岩）层中层理、节理裂隙等不连续面，增加不连续面支护的摩擦b=[+Htan(45。-)]/f顶（4.6）f顶——顶板岩石普氏系数，2～3.2，取,2.5；o=arctanfo=arctanf顶c=Htan(45。-)煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-46L<nF/[BHY-(2F1sinθ)/L1]（4.9））；T=KSHY2第四章煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术地下工程改造研究Ⅲ-47经计算得出：n>3水仓底板及帮部支护锚杆均采用φ20×2500mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，每锚索采用φ17.8×8300mm钢绞线，图4.2.1水仓落底支护示意图煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-48底板锚杆+锚索梁+金属网+喷砼支护完成后全断面铺设C20垫层对巷道底板采用φ14螺纹钢200mm间距，通长“井字型”铺设，采用14#铁丝梅花状绑1000×1000mm间隔固定模板，马蹬筋用14#螺纹钢加工4.3围岩矿压观测方法向和两帮水平（腰线靠上30mm左右）方向各钻直径为29mm、第四章煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术地下工程改造研究Ⅲ-49CADB图4.3.1“十字布桩”法量测对水仓顶板离层监测采用的是深部两点位移计。用钻煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-50图4.3.3巷道顶板离层仪安装照图4.3.4帮部深部位移监测测点布置图4.3.5矿用本安型位移传感器第四章煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术工程改造研究Ⅲ-51从主帮深部位移曲线能够看出，随着主帮围图4.3.6主帮深部位移曲线帮，变形量明显更大，主帮6m范围内变形23mm基本达到稳定，而副帮6m范煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-52图4.3.7副帮深部位移曲线4.4采空涌水复用水仓的防渗漏研究在处理矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术的过考虑到水池的防腐蚀和抗渗透能力。由于采用五布七"五布七涂"是指屋面防水工程中的一种施工技术，主要应用于屋面防水处步骤2：第一道布料：在基层表面涂布一层水泥砂浆，并在湿润后铺设第一步骤3：第一次涂层：在第一道布料上涂刷第一次涂料，通常使用聚合物改第五章煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术工业性试验Ⅲ-554.5本章小结本章设计构建了矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技技术体系，通过理论计算确定了煤矿采空区复用地下空间支护参数，采用无纵筋螺纹钢锚杆、钢筋绑扎、水仓支模浇筑砼等对水仓进行了加固支护，同时采用“五布七涂”工艺实现采空涌水复用水仓的防渗、防漏，并在现场进行了实地测量验证了该方法的可行性，为矿井水采空区多第五章煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术工业性试验Ⅲ-55第五章矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下深度处理利用技术工业性试验该项目于2022年7月10日开始在陕西陕煤黄陵矿业有限公司正式安装，20225.1试验背景一号煤矿是陕西陕煤黄陵矿业有限公司下属的核心骨干矿井开工建设，是国家“八五”重点建设项目和20项兴陕工程之一。核定产能600万吨/年，井田面积184平方公里，截至2022年底，剩余地质储量3.44亿吨，剩余可采储量2.69亿吨，2号煤层为唯一可采煤层，煤层厚度0.8～4.69m，平均厚度2.18m选煤厂年入洗能力600万吨。矿井采用平硐+斜井联合开拓，单水平开采，混合式通风方式，综合机械化长壁后退式采煤，综合机械化送机，辅助运输采用无轨胶轮车。矿井瓦斯等级为高瓦斯，水文地质类型为中等，煤层自燃倾向性为Ⅱ类，最短自然发火期52天；煤尘具有爆炸危险性，无近年来，一号煤矿认真贯彻落实科学发展观，大力实施循环经济煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-56了陕西省能源局智能化示范煤矿验收，矿井和选煤厂均达到了高级建设水平。一号煤矿在集团公司和矿业公司的带领下以创建“智能矿井、智慧矿区、一流企业”为目标，以“实文化”凝魂聚力，聚焦改革创新、奋力追赶超越，率先成为全国首个薄、中、厚煤层智能化开采全覆盖、常态化运行的煤炭企业，多项核心技术开创了行业先河，智能化建设呈现出规划“准”、模式“新”、探索“深”、成效“实”等特点，实现了系统智能化向智能系统化的跨越发展。与此同时，一号煤矿聚焦“双碳”目标，各项经营指标连年创历史新高，成为了全国煤炭行业高质量发展的一张靓丽名片。煤炭在开采和利用过程中产生的环境问题是十分在煤炭开采过程中，要排放大量的矿井水。在排放过程中，为全球经济形势的重要议题。实现碳达峰、碳中和是党中央战略决策。2020年9月，在七十五届联合国大会上，我国提出“双碳”目标——2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。2021年，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》对碳达峰、碳中和路线图做了一系列规划部署，这对我国未来经济社会发展具10月，国务院制定《2030年前碳达峰行动方案》，明确提出要推动我国工业领域绿色低碳发展。这将对我国能源和相关矿产供需格局及以第五章煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术工业性试验Ⅲ-575.2工业性试验情况介绍矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下复用智能化控制系统分为调节系统、混凝分离系统、RO图5.2.1陕西陕煤黄陵矿业有限公司混凝分离+RO工艺设计图本工程进水由业主负责接入调节池，经处理后的污水站出水图5.2.2设计参数及结构图米。在污水处理场站上风口附近设置煤矿用固定式甲烷断电仪、一氧化碳检测煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-58仪、温度检测仪，主要用于检测污水处理场站巷域内的甲烷浓度显示、报警并对被控设备进行规程》第一百六十八条规定，固定式甲烷断电仪报警浓度为≥1.5%CH4，断电浓（2）控制系统对污水处理厂的工艺过程以分散控制为主，集中调度，达到（3）控制方式采用自动与手动控制相结合方式。在就地控制箱或就地按钮（2）仪表选型立足于可靠性、先进性，并确保工艺的精度要求和实时要（3）选择性价比高的产品，但要择优选择价格合理、性能可靠的、在国内操作员站等放置在井上地面办公楼中控室。两者之间通过井下原有光纤进行通（2）可编程控制箱选用KXJ5-114（3）在污水处理场站内设置煤矿用固定式甲烷断电仪、一氧化碳传感器、第五章煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术工业性试验Ⅲ-59仪表选用煤矿用防爆设备，需有煤安认证、防爆（1）流程1煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-60（2）流程2（3）流程3图5.2.3现场安装完工图第五章煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术工业性试验Ⅲ-61本项目采用JDL混凝分离+RO工艺，通过反渗透膜可以将水中的悬浮物、细标均可达《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)要求，详见表表5.2.1饮用水中消毒剂常规指标及要求43-谱、高效，对病毒、芽孢等具有较强的杀灭能力，用量少，接触时间短，效果），煤矿采空区涌水井下深度处理技术及应用Ⅲ-62第五章矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下深度处理利用技术工业性试验Ⅲ-63矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-64图5.2.5现场饮用净化水5.3应用效果通过陕西陕煤黄陵矿业有限公司矿井水复用水站的Ⅲ-65第五章矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下深度处理利用技术工业性试验运行前后对比：运行后可减少1890m³采空区自流水排放及自来水投入。有表5.3.1项目完成情况表段5.3.2试验期间存在问题及处理措施预计需添加盐酸、氢氧化钠、亚5.3.3处理后水质对比表号1--2─3NTU4度51煤矿采空区涌水井下深度处理技术及应用Ⅲ-66号6─7铁8锰9────体─00出由表5.3.3可知，陕西陕煤黄陵矿业有限公司采空涌水经过矿井水采空区多5.4本章小结艺进行调试应用，结果表明经处理的采空涌水第六章结论6.1研究成果的作用、影响和应用前景井下建设了污水处理站进行水处理复用，综合回收利用矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术，出水水质达《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006)标准，减少了矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术的排放量，进而大幅降低SS（固体悬浮物浓度）等污染物排放总量，在实现矿区污水有效治理的同时，为生产提供大量水资源，产生客观的经济效益，很好的解决了矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术污染环境与矿区供水严重短缺矛盾，更降低了对矿区周边环境的污染，对保护周边生态环境起到积极作用，具有长对矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下深度处理利用技术各项工程所陕西陕煤黄陵矿业有限公司采空涌水井下复用项目地下工程改造部分所需费用约为2587.9万元，设备购置费用约为2040.64万元，设备按照费用约为Ⅲ-68Ⅲ-73该项目已投入运行，处理成本为2.55元/吨，年水处理3000m³/天×365天=76.7万方，水质达到饮用水标准，为二、三、四号风井地面生活供水提供保障，年节约水费76.7万方×（5.4-2.55）/吨=218.6万元，经济效益比较可观,可以（1）通过陕西陕煤黄陵矿业有限公司矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用水站的建成，对推进煤炭安全智能绿色开发利用，建设集约、安全、采和改造，发展了矿区循环经济，加强了矿区生态环境治理，建成一座绿色矿山，资源综合利用水平全面提升；同时配套智能化控制系统管理，实现无人（2）黄陵矿区水、火、瓦斯、煤尘、顶板、油型气、油气井灾害齐全，通产需求，更满足矿井生活区域人员用水，开创了复杂（3）该项目的实施，对煤矿企业进一步提升矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术资源利用、绿色开采管理提供了有力借鉴，对矿井成本管控提供了（5）通过该项目的实施，对构建资源节约型、环境友好型煤炭工业，促进煤炭工业可持续发展具有显著效果；污水处6.2主要结论通过开展矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用技术研究与应用项（1）划分了矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术的类型，重点研究了黄陵矿区矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术形成原因及其水质指标，并从污水处理站建设规模及用地情况，综合考虑处理效率、节地等多方面因对不同的矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术处理工艺进行了对比分析，得出了混凝分离工艺具有流程短，构筑物少，占地简单，运行成本低等特点；同时该工艺控制系统具有一定的先进性，安全防护（2）研究了混凝分离技术的原理，得到了膜分离法处理污水的水质要求以及各子系统的预处理原则，在此基础上自主研发了JDL混凝分离技术，实现了高品质出水，出水可资源化回用于生产用水；并通过对比不同的消毒工艺，采用RO反渗透技术，利用压力差为动力的膜分离过滤技术，实现矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术的消毒灭菌，产水水质符合《生活饮用水卫生标准》（3）开发了矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用智能控制系统，实现了控制系统对煤矿采空涌水复用水站的工艺过程以分散控制和集中调度，（4）设计构建了矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用水仓围岩控制技术体系，通过理论计算确定了煤矿采空区复用地下空间支护参数，采用无纵筋螺纹钢锚杆、钢筋绑扎、水仓支模浇筑砼等对水仓进行了加固支护，同时采用“五步七涂”工艺实现采空涌水复用水仓的防渗、防漏，并在现场进行了实地测量验证了该方法的可行性，为矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术地下处理场地的防渗漏以及围岩变形控制提供新方法。6.3主要创新点（1）探明了黄陵矿区矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术的水质指标，创新采用了RO反渗透技术，自主研发了JDL混凝分离+RO技术，并通过对比不同的矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术处理工艺，开创了JDL混凝分（2）设计构建了水、火、瓦斯、煤尘、顶板、油型气、油气井灾害齐全的复杂地质条件下矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术复用水仓围岩控制技（3）首次研制了矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下复用智能化控制成套装备系统，完成了生产过程对矿井水采空区多级线监控，实现了矿井水采空区多级沉降直滤深（4）矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下复用系统首次在黄陵矿区成功投入生产应用，实现了矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术井下深度处理Ⅲ-73参考文献[1]张洪亮.煤矿矿井水深度处理与复用的应用研究[J].山西化工,2022,42(08):195-196+199.[2]许朦,赵文虎.我国矿井水处理研究领域的知识图谱分析[J].中国矿业,2023,32(05):8-15.[3]王旭东.我国煤矿矿井水处理用于生活用水的现状和建议[J].山西化工,2023,43(01):221-223.[4]王东升.煤矿矿井水处理技术应用现状及前景分析[J].煤质技术,2021,36(03):30-34.[5]马艳,尚秀全.煤矿矿井水处理技术与利用现状探究[J].内蒙古煤炭经济,2021(09):48-49.[6]郭中权,崔东锋.智能化煤矿水务技术的发展与展望[J].智能矿山,2022,3(07):97-104.讯,2023,21(02):95-98.[8]豆硕超.高悬浮物高岩粉矿井水高效处理工艺研究[D].河北工程大学,2022.[9]李楠.煤矿矿井水的净化处理技术研究[J].山西化工,2022,42(08):188-189.[10]李楠.煤矿矿井水的净化处理技术研究[J].山西化工,2022,42(08):188-189.[11]柴新庚.煤矿矿井水处理方法与综合利用策略分析[J].山西化工,2022,42(03):49-51.[12]孙文洁,任顺利,武强等.新常态下我国煤矿废弃矿井水污染防治与资源化综合利用[J].煤炭学报,2022,47(06):2161-2169.[13]李松子.关闭煤矿酸性矿井水热能利用中水质调控模拟实验研究[D].中国矿业大学,2023.[14]徐坤.关于煤矿矿井水井下再利用新技术的研究分析[J].四川有色金属,2022(01):20-22+62.[15]高占彬,宁掌玄,叶军建等.矿井水处理工艺综述[J].华北自然资源,2021(01):31-33.[16]曹庆一,陈思瑶,梁朝铭等.关于制定矿井水综合利用技术标准的思考[J].标准科学,2021(01):68-71.[17]任辉,朱士飞,王行军等.煤系矿井水资源开发利用问题与对策研究[J].中国煤炭地质,2020,32(09):9-20.[18]武彦辉.煤矿污水处理工艺及问题探讨[J].环境与发展,2020,32(08):82-83.[19]孙亚军,陈歌,徐智敏等.我国煤矿区水环境现状及矿井水处理利用研究进展[J].煤炭学报,2020,45(01):304-316.[20]曹庆一,任文颖,陈思瑶等.煤矿矿井水处理技术与利用现状[J].能源与环保,2020,42(03):100-[21]谢佳宏,邵立南,杨晓松.我国煤矿矿井水处理的研究现状和发展趋势[J].中国矿业,2019,28(S2):434-435+439.[22]王汝庆,陈晨,刘毅.营盘壕煤矿矿井水井下复用技术研究[J].山东煤炭科技,2022,40(10):21-23.[23]卢振,郭洋楠,李国庆等.神东矿区地表水、地下水和矿井水水质特征及健康风险评价[J/OL].安全与环境工程:1-13[2023-08-14].[24]李青山,杨广焱,康小兵等.川东华蓥山废弃矿井水化学特征及影响因素分析[J].四川环境,2023,42(03):130-139.煤矿复杂矿井水采空区多级沉降直滤深度处理技术Ⅲ-74术,2023,51(05):269-283.[26]李波.酸性矿井水中含铝矿物抑制黄铁矿氧化溶解过程与机制[D].西南科技大学,2023.[27]王昱同,王皓,王甜甜等.蒙陕接壤区浅埋煤层矿井水水化学特征及来源分析[J].煤田地质与勘探,2023,51(04):85-94.[28]李竞赢,刘启蒙,杨明慧.矿井水水化学特征及资源化利用研究——以张集煤矿为例[J].煤炭科学技术,2023,51(04):254-263.[29]高杰.两级预沉-澄清工艺处理大型高悬浮物含氟矿井水——以正通煤业为例[J/OL].能源环境保护,2023(04):165-170[2023-08-14][30]杨秋,曹英杰,张宇等.闭坑铅锌矿区地下水—矿坑水水化学特征及成因分析[J].生态环境学报,2023,32(02):361-371.[31]王昱同,王皓,王甜甜等.蒙陕接壤浅埋煤层区矿井水水化学特征及资源化利用研究[J].煤炭科学技术,2022,50(S2):423-432.[32]王甜甜,薛建坤,尚宏波等.蒙陕接壤区矿井水中氟的污染特征及形成机制[J].煤炭学报,2022,47(11):4127-4138.[33]刘爽.煤矿矿井水处理技术及资源化综合利用[J].资源节约与环保,2022(08):104-107.学,2022,43(12):5547-5559