引言

煤業有限公司一采區回采煤層為二疊統山西組下部的3號煤層。該煤層賦存穩定，煤厚變異較小，煤層結構較簡單，煤體黑色塊狀為主，局部為粒狀，亮煤為主，夾鏡煤帶條，具有線里狀結構。現有資料顯示，K7砂巖是3號煤層底板間接充水含水層，頂板砂巖裂隙含水層為3號煤層的間接充水含水層，屬弱富水性含水層，距3號 煤 頂 板 約35．44m;工作面范圍內地質條件較為簡單，局部地方底板可能出現起伏變化，形成小型向斜及背斜，在向斜及背斜轉折端有煤層及頂板裂隙發育，出現淋水現象。為了保證礦井生產安全，司馬礦在副井底建立1個中央水泵房，水倉有效容積為1800m3，水泵房內安裝4臺MD280型多級離心式水泵，并通過管路將污水排出地面。由于司馬礦回采的3號煤層穩定性差，煤層在頂板淋水作用下出現軟化現象，采掘工作面生產過程中噴霧降塵時工作面內產生大量煤泥水，煤泥水進入水倉沉淀后產生大量煤泥，每 隔180d需進行1次水倉煤泥清理，水倉將污水直接排至地面，且排放量大，嚴重污染環境。司馬礦通過技術研究，決定在中央水倉安裝1套閉環式污水自動控制處理系統。

1系統結構及原理

1．1系統結構閉環式污水自動控制處理系統主要包括閉環式污水處理裝置和恒壓供水裝置兩部分。

1．1．1裝置結構

1)閉環式污水處理裝置主要由水砂分離器、混泥反應池、固液分離設備、電控系統、混凝系統、污泥池、壓濾機、磁分離機等部分組成，如圖1所示。

2)混凝系統主要包括磁種箱、混 凝 劑、PAC箱。混凝系統主要用于向混凝反應池中添加混凝劑，加速污 水 混 凝。磁 種 箱、PAC箱內添加磁分離材料，對污水中磁性離子進行分離沉淀。預沉池內安裝3趟管路，與污水池連接，利用3趟管路及時將池內底部的煤泥排出。

3)固液分離裝置與混泥反應池連接，裝置內安裝1根管路，管路與磁分離機連接，磁分離機將重介分離器和攪拌器連接起來，并通過一根管路將磁分離器與污泥池連通。其中污水池采用吸料泵通過管路與壓濾機上方的帶式輸送機接通，將廢料運送至壓濾機。

4)電控系統主要包括聯鎖開關、PLC控 制器、遠程控制系統等部分。遠程控制系統主要由上位機、打印機、顯示器組成，上位機內安裝專用組態軟件，利用組態軟件將污水處理系統工作狀況顯示在顯示器上，操作人員可遠程觀察系統工況，并可實現遠程控制。

1．1．2恒壓供水裝置結構恒壓供水裝置主要由水泵、防 爆 變 頻 器、操 控臺、閥 門 控 制 箱、PLC控制箱等部分組成，見 圖2。中央水泵房內共安裝兩套恒壓供水裝置，一臺工作一臺備用。該裝置的控制方式有:自動控制、手動一鍵控制以及就地檢修控制。

1．2系統工作原理

1．2．1閉環式污水處理裝置工作原理

1)排放污水時首先進入水砂分離器，過濾煤泥水中大顆粒砂石炭塊，過濾后的污水進入預沉池內，通過沉淀作用，上部有懸浮顆粒的污水進入混凝反應池內，下部沉淀煤泥水通過管路進入污泥池內。

2)污水進入混凝反應池內后，混凝系統向反應池內添加混凝劑，污水在混凝劑的作用下，對污水中的懸浮物進行沉降以及稀釋;稀釋后的污水進入固液分離設備內。

3)污水進入固液分離設備進行分離過濾，上部清水通過管路進入恒壓供水裝置內，下部污水通過吸料泵進入磁分離機進行磁化分離作用，將煤泥吸入污泥池內，若磁化分離的污水重介質含量高，通過重介質作用進行沉降，如污水懸浮物含量高，通過攪拌器攪拌并添加助凝劑沉降，最終污水再次進入混凝反應池內進行二次過濾。

4)煤泥進入污泥池中通過攪拌作用，經吸料泵進入壓濾機，壓濾機主要對煤泥進行水分過濾以及烘干，將煤泥擠壓成塊狀，通過帶式輸送機運出。

1．2．2恒壓供水裝置工作原理恒壓供水裝置主要通過高壓水泵將水源進行加壓，利用裝置中的電控液閥集控系統進行水壓控制和水流流量控制，從而實現水流恒壓控制。水經恒壓控制后通過管路輸送至各個采掘工作面用水點。恒壓控制方式主要包括自動恒壓控制和手動恒壓控制兩種。

1)自動恒壓控制原理:當系統監測到水位不在設計值時，自動開啟水泵加壓供水，并根據供水管路的壓力值自動調節變頻器，保證供水管路壓力在設定范圍內。當系統監測到水位超過上限值時，自動關閉水泵，關閉供水管路進水閘閥，同時打開溢水閥門流入水倉。

2)手動一鍵控制:當自動控制系統故障時可通過人工手動控制，人工一鍵控制時可對系統中的獨立設備進行啟停操作，但是變頻器頻率需預先設定。采用手動控制時，一旦水位降低，水泵無法自動開啟。

2系統優缺點

2．1優點

1)操作簡單、便于維護。閉環式污水自動控制處理系統各設備之間采用聯鎖控制，系統便于操作與維護。系統在運行過程中可自動巡檢設備運行狀態，檢查出故障源可及時排除，有效降低了故障率。

2)自動化水平高。污水處理過程中只需1人操作，大大降低了污水處理作業強度。該系統可遠程察看設備運行狀況，并可進行遠程控制，提高了污水處理自動化水平。

3)實現了污水二次利用。閉環式污水自動控制處理系統可將井下生產污水進行沉淀、過濾，將污水進行二次利用，一方面減少了煤礦靜壓水供應量，另一方面減少了井下污水排放量，避免了污水對地面的污染;處理后的煤泥可出售，提高了煤礦經濟效益。

2．2缺點

1)由于礦井生產污水中含大量金屬異物，在對污水磁分離時，磁分離機工作負荷大，容易導致故障，增加了設備維修費用。

2)由于礦回采的3號煤層穩定性差，煤層易破碎，導致生產污水中含大量煤泥，污泥池內堆積的煤泥量大且無法及時排出，需人工定期進行清理。3結語司馬礦安裝閉環式污水自動控制處理系統后，2021年3月—2021年9月，該系統處理污水能力達320m3/h，共計處理污水1．64萬m3，減少地面污水排放量1．42萬m3，污水利用率達95%以上，大大減少了井下污水排放量，減少了煤礦生產過程中靜壓水供給量，預計全年可創造經濟效益800余萬元，取得了顯著的應用成效。