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，引起當地水生態(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 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相 應的閉環(huán)循環(huán)，實現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 當地點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場情況而定

4 生產用水的綜合利用實現“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 現生產工藝內水的閉環(huán)循環(huán)。