一种煤矿井水综合处理方法与流程

本发明涉及煤矿，尤其涉及一种煤矿井水综合处理方法。

背景技术：

1、在煤炭开采过程中，地下水与煤层、岩层接触，加上人类活动的影响，发生了一系列的物理、化学和生化反应形成煤矿井水，其水质具有显著的煤炭行业特征：含有悬浮物的煤矿井水的悬浮物含量远远高于地表水；并且所含悬浮物的粒度小(比表面积大，活性大)、比重轻、沉降速度慢、混凝效果差；且煤矿井水中含有的总离子含量比一般地表水高得多。煤矿井水主要存在如下问题：

2、(1)由于矿井水悬浮物含量太高，导致井下中央水仓煤泥沉积严重，严重影响水仓有效容积，由此形成的排水能耗严重，泵房及管网设备磨损维修高涨，水仓清淤频繁，水仓淤积影响安全有效容积等问题。

3、(2)排水耗能大、维护检修费用高。煤矿废水进入水仓，泥水混合提升导致提升耗能大，排水泵磨损严重，需要经常维修；排水管道磨损严重。

4、(3)地面矿井水处理站运行负荷大。进水悬浮物高导致地面水处理站的处理负荷大，运行费用高，沉淀出水悬浮物高，影响后续工艺的稳定运行。

5、因此，需要对煤矿井水的处理提出改进方案。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种煤矿井水综合处理方法，通过在井下进行固液分离，得到的固体煤泥于井下直接球磨活化，用于制备井下封堵材料或采空区回填注浆材料，产水作为矿区供暖或非饮生活用水，以减少排水能耗和减缓设备磨损，降低处理成本，解决了因煤矿井水处理方式相对比较粗放而增加了矿区周围环境的负担的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、第一方面，本发明提供一种煤矿井水综合处理方法，包括以下步骤：

6、s1、煤矿井水沉降分离：将煤矿井水通入斜板沉淀池中处理，斜板沉淀池下方排出第一含水煤泥，在斜板沉淀池上方设有浮渣排除机构，通过浮渣排除机构去除浮在煤矿井水表面的不溶固形物或油；所述斜板沉淀池输出第一处理水；

7、s2、第一处理水的净化：向第一处理水中添加混凝剂，并采用微砂强化絮凝沉淀池处理，得到第二含水煤泥和第二处理水；

8、s3、第二处理水的净化：使用农作物秸秆灰渣或锅炉煤渣对第二处理水进行吸附净化，排水经过滤后，得到第三混合渣和第三处理水；第三处理水作为非饮用生活用水或施工用水；

9、s4、将第一含水煤泥、第二含水煤泥合并，于井下球磨活化得到活性煤泥，将活性煤泥用于制备煤矿井下封堵材料；或者将所述活性煤泥、第三混合渣制成采空区回填注浆材料。

10、根据本发明的较佳实施例，s1中，所述煤矿井水的ss为10000-15000mg/l，油类为100-4000mg/l；s3中，第三处理水的ss≤50mg/l，油类≤5mg/l。

11、根据本发明的较佳实施例，s1中，所述斜板沉淀池为玻璃钢材质或金属板或高硬度树脂材料制成；所述浮渣排除机构设于所述斜板沉淀池上方，其包括传动带和设于传动带上的刮板，传动带包括第一区段和第二区段，其第一区段与所述斜板沉淀池的液面平行，第二区段位于所述传动带的尾端，其相对第一区段为倾斜向上，在所述斜板沉淀池的上端一侧设有斜坡，该斜坡对应平行于所述第二区段；通过所述传动带的转动，带动所述刮板在所述斜板沉淀池液面上方移动，将浮在煤矿井水表面的不溶固形物或油从所述斜板沉淀池的斜坡处排出。

12、根据本发明的较佳实施例，s1中，所述斜板沉淀池包括斜板组，所述斜板组中各斜板以倾斜且相互平行间隔的方式布置；所述斜板沉淀池底部排泥口，用于排出第一含水煤泥；且所述斜板沉淀池的进水口设于所述斜板组水平中线偏下的位置；所述斜板沉淀池相反于进水口的一侧的上端设有溢流墙，所述溢流墙连接溢流槽，该溢流槽设有出水口，该出水口输出第一处理水；所述溢流槽不直接与所述斜板组上方的清水连通。

13、根据本发明的较佳实施例，s2中，所述微砂强化絮凝沉淀池包括一个玻璃钢材质或金属板或高硬度树脂材料制成的池箱，池箱的一侧底部设有进水口，池箱内不设有第一隔板、第二隔板和第三隔板；其中第一隔板安装在池箱底部并向上延伸但不与池箱顶部连接，第二隔板安装在池箱顶部并向下延伸但不与池箱底部连接，第三隔板安装在池箱底部并向上延伸但不与池箱顶部连接；

14、第一隔板与池箱一端侧壁构成进水区；第二隔板与第一隔板之间构成加砂区；第二隔板和第三隔板之间构成过渡区，第三隔板与池箱另一端侧壁构成强化沉降区；所述进水区设有混凝剂加药口，加砂区设有微砂加料口和高分子助凝剂加药口；该强化沉降区内上方设有斜管组件，斜管组件浸没在水面以下，斜管组件上方为清水区，池箱上部设有连通该清水区的出水口，用于排出第二处理水；

15、在所述强化沉降区底部设有泥砂循环口，在泥砂循环口上方设有漏砂网，在该漏砂网上方设有刮泥器，所述刮泥器通过推动泥砂之间产生摩擦，将微砂表面的泥刮掉后粒径变小落入漏砂网的泥砂循环口，被刮掉的泥成片状沉积在强化沉降区底部，在池箱底部设有排泥口，用于排出第二含水煤泥。

16、根据本发明的较佳实施例，s3中，所述农作物秸秆灰渣为将农作物秸秆(麦秸秆、稻草、大豆秸秆、玉米杆等)粉碎后，压缩成型，在焚烧炉中燃烧后得到秸秆灰渣，焚烧的热量可以供给矿区供暖设备，秸秆灰渣作为吸附剂处理水中的酸碱离子(去除腐蚀性)或重金属离子。

17、根据本发明的较佳实施例，s3中，所述锅炉煤渣按照如下方法制成煤渣灰吸附材料后用于处理水中的酸碱离子或重金属离子：

18、取工业锅炉煤渣，粉碎成100-150目；将锅炉煤渣与水泥按照5-10:1的质量比混合后、造粒、煅烧，得到锅炉煤渣吸附材料。

19、根据本发明的较佳实施例，s3中，所述非饮用生活用水包括暖气水、灌溉水等；所述施工用水包括混凝土施工水。

20、根据本发明的较佳实施例，s4中，球磨活化的过程为，按质量份数，取第一含水煤泥、第二含水煤泥的混合物20-50份，铝硅酸盐矿物5-30份，硬脂酸类改性剂0.1-1份，球磨珠50-150份混匀，球磨1-10h，去除球磨珠，制得颗粒比表面积达到450-550m2/kg的活性煤泥。

21、根据本发明的较佳实施例，s4中，所述煤矿井下封堵材料的制备方法为：取20-40质量份活性煤泥、15-25质量份硅酸盐水泥、2-5质量份早强快硬水泥、1-3质量份可溶性硅酸盐、0.2-0.8质量份聚羧酸系减水剂、12-20质量份水性乳液、0.01-0.1质量份碳酸锂、1-10质量份水，在1000-3000rpm高速下搅拌20-40min，制得煤矿井下封堵材料；所述水性乳液为丙烯酸乳液、硅烷化聚合物乳液、聚氨酯乳液、聚丙烯酸酯乳液、水性树脂乳液、聚乙烯乙酸乳液中的一种或几种。

22、优选地，所述铝硅酸盐矿物为高岭土、长石、云母、橄榄石、石榴子石、红柱石、绿帘石、辉石、角闪石、硅灰石、滑石、高岭石、绿泥石、蛇纹石中的一种或几种。

23、根据本发明的较佳实施例，所述采空区回填注浆材料的制备方法为：取20-35质量份活性煤泥、50-70质量份第三混合渣、0-80质量份渣石骨料、4-10质量份钻井泥浆材料、1-5质量份水溶性粘合剂；加水调配成固含量为75-85％的采空区回填注浆材料。

24、其中，渣石骨料的添加量和第三混合渣有关，若第三混合渣的主要组成是农作物秸秆灰渣，则渣石骨料的量需要增大；若第三混合渣的主要组成是锅炉煤渣吸附材料，则可以少加渣石骨料或不加渣石骨料。所述渣石骨料为煤炭开采等产生的矸石等颗粒，粒径为0.001-5mm。钻井泥浆材料是市购产品，水溶性粘合剂为cmc或聚乙烯醇或hec。

25、(三)有益效果

26、本发明煤矿井水综合处理方法，一方面可以大幅降低煤矿井水的ss值，并降低其中所含重金属含量，使产出的水可以满足非饮用及灌溉的需求，另一方面，高ss含量达到煤矿井水并不需要输送到井外；分离煤矿井水中ss的步骤在井下完成，产生的含水煤泥可制作成井下封堵材料或采空区回填注浆材料，因此可以大幅减小输送成本和高固形物对输送设备的磨损。本发明所设计的斜板沉淀池和微砂强化絮凝沉淀池，为玻璃钢材质或金属板或高硬度树脂材料制成的箱体结构，具有体积小、占地面积小，处理效率高、造价低、启动快、药剂成本低等优点，非常适合在煤矿井下完成s1-s2的煤矿井水高效处理过程。s3中，采用农作物秸秆灰渣或锅炉煤渣制作成吸附剂，用于去除水中少量油、酸碱性离子或重金属离子，使第三处理水满足非饮用水、如施工水或灌溉水，供暖水等要求，避免对设备带来腐蚀。而农作物秸秆灰渣或锅炉煤渣为可降解材料，使第三混合渣可用于制成煤矿井下采空区注浆回填材料或与水泥混合后制成混凝土以构筑井下防护支撑体，不仅成本低，且能实现废料二次利用和无害填埋，不会给环境带来不可降解性污染。