煤矿供水系统优化改造探讨

【摘要】图1 石槽村煤矿供水系统现状 经过长期运行，发现这种供水方式存在严重的安全隐患： （1）反渗透膜老化，导致深度处理水质中氯化物含量为244.9mg/L，接近生活饮用水卫生标准250mg/L...

【摘 要】保证煤矿供水可靠性是煤矿供水单位需要认真研究和探讨。本文针对石槽村煤矿供水系统存在的安全隐患，从水量和水质两个方面入手，提出了分质供水的设想和方案，并对方案进行经济、技术比较，探讨煤矿供水系统优化改造提高供水可靠性。

【关键词】煤矿供水；优化改造；分质供水；备用水源

0 引言

石槽村煤矿位于宁夏回族自治区宁东煤田河东规划区鸳鸯湖矿区中部，矿井设计规模600万吨/年，石槽村配水泵站为矿井建设初期提供生产生活用水。石槽村加压泵站仅将梅花井加压泵站输送到石槽村的水加压输送到红柳加压泵站。石槽村加压泵站和石槽村配水泵站进水水质均符合生活饮用水卫生标准。

石槽村矿井水处理站与煤矿同时设计、同时施工、同时投入生产和使用。石槽村矿井水处理站水源引自石槽村煤矿井下排水，井下排水总矿化度11185.99mg/L，溶解性总固体11096.10mg/L。石槽村矿井水处理站预处理后水质达到排放标准，深度处理工艺采用反渗透膜处理工艺，反渗透膜设计寿命3年，深度处理后水质达到生活饮用水标准，通过水泵机组供煤矿生活用水，从水池重力自流至生产消防管网供煤矿生产、消防等用水[1]。2009年5月石槽村矿井水处理站通过验收并投入运行，同时拆除回收石槽村配水泵站水泵机组和输水管道，石槽村煤矿供水系统见图1所示。

图1 石槽村煤矿供水系统现状

经过长期运行，发现这种供水方式存在严重的安全隐患：

（1）反渗透膜老化，导致深度处理水质中氯化物含量为244.9mg/L，接近生活饮用水卫生标准250mg/L的限值，长期饮用不利于职工身体健康。

（2）运行方式不合理，矿井水处理站井下生产、消防用水无备用水源[2]，一旦发生全站失电或井下排水不可靠等情况，石槽村配水泵站和石槽村加压泵站均为稳定水源，地理位置接近却无联通管道，两座泵站水池10000立方米储存水量却无法供给石槽村煤矿使用，有可能导致煤矿停产造成严重的经济损失。

1 改造原则

针对石槽村煤矿供水系统存在的问题，对其进行优化改造，改造原则如下：

（1）科学合理的确定更新改造的规模、方案和技术经济指标。

（2）在不影响泵站性能和安全的前提下充分利用原有的设施和设备。

（3）积极采用经过试验和鉴定的新技术、新材料、新工艺和新设备。

（4）通过优化改造实现向石槽村煤矿提供优质的生活饮用水和可靠的生产、消防备用水源。

2 改造方案

矿井水深度处理水质悬浮物含量、悬浮物粒度、pH值和大肠菌群4项指标均未超过规范的要求[2]。经过分析石槽村煤矿用水现状，决定采用分质供水，即石槽村煤矿的生活用水水源引自达到生活饮用水卫生标准的加压泵站或配水泵站，井下生产、消防、洒水采用矿井水深度处理水。

查阅统计石槽村煤矿2013年最高日用水量为6467m3/d，平均日用水量2905m3/d，其中生活水1515m3/d。在设备选型过程中既要保证备用水源能够满足最高日用水量，还要考虑日常供水时保持在水泵机组高效运行区间，减少运行费用。

方案一：在配水泵站水池进水管至矿井水处理站清水池进水管敷设一条DN300、PN1.0MPa螺旋焊接钢制输水管道，长度2000m。

梅花井配水泵站水泵机组单台流量160m3/h，扬程125m，功率90kW，两用一备，两台并联运行流量230m3/h，24小时运行供水量5520m3/d，作为备用水源不能满足最高日用水量的要求，由于输水管道为DN300、PN1.6MPa螺旋焊接钢管，三台并列运行流量无明显增加。已安装在矿井数处理站的水泵机组流量160m3/h，扬程32m，功率30kW，一用一备，既可以满足日常供水时保持在水泵机组高效运行区间，减少运行费用，又充分利用原有的设施和设备，减少固定资产投资。

由于现场地形平坦，管线平顺，取局部水损是沿程水损的百分之五[3]，经查表[4]，该段管道增加水损9.18m。石槽村配水泵站水池标高1423.55m，矿井水处理站清水池标高1415.20m，高差8.35m。地形高差与水头损失基本相同。通过调节石槽村配水泵站水池进水阀门和矿井水处理站清水池进水阀门，利用梅花井配水泵站水泵机组将水直接输送至矿井水处理站清水池，再由已经安装的水泵机组供煤矿生活用水。同时作为矿井消防、洒水的备用水源。

图2 方案一示意图

方案二：在石槽村加压泵站加装2台水泵机组，单台流量300m3/h，扬程32m，功率45kW，一用一备，加装1台45kW软启动柜，拖动方式为软启动一拖二。在加装水泵机组出水母管至矿井水处理站清水池进水管敷设一条DN300、PN1.0MPa螺旋焊接钢制输水管道，新敷设管道分别与配水泵站水池进水管和加压泵站水池连接，总长度2160m。

加装的水泵机组单台流量300m3/h，单台24小时运行供水量7200m3/d，作为备用水源满足最高日用水量的要求。已安装在矿井数处理站的水泵机组流量160m3/h，扬程32m，功率30kW，一用一备，既可以满足日常供水时保持在水泵机组高效运行区间，减少运行费用，又充分利用原有的设施和设备，减少固定资产投资。

由于现场地形平坦、管线平顺，取局部水损是沿程水损的百分之五[3]，经查表[4]，水泵机组出水管道至矿井数处理站清水池输水管道水损14.30m。石槽村加压泵站水池标高1420.80m，矿井水处理站清水池标高1415.20m，高差5.60m。所选水泵机组扬程满足使用要求。

通过调节矿井水处理站清水池进水阀门，加装的水泵机组将加压泵站的水直接输送至矿井水处理站清水池，再由已经安装的水泵机组供煤矿生活用水。同时作为矿井消防、洒水的备用水源。配水泵站和加压泵站水源互为备用，一旦加压泵站水池蓄水量不足，可以调节阀门将配水泵站的水输送到加压泵站水池，大大提高了供水可靠性。

图3 方案二示意图

方案三：在石槽村加压泵站加装2台水泵机组，单台流量200m3/h，扬程50m，功率45kW，一用一备，加装1台45kW变频柜，拖动方式为变频一拖二。在加装水泵机组出水母管至矿井水处理站清水池进水管敷设一条DN300、PN1.0MPa螺旋焊接钢制输水管道，新敷设管道分别与配水泵站水池进水管和加压泵站水池连接，并且将清水池进水管与石槽村煤矿地面生活管网连接，总长度2210m。

加装的水泵机组单台流量200m3/h，两台并联运行流量约320m3/h，24小时运行供水量7680m3/d，作为备用水源满足最高日用水量的要求。单台运行可以满足日常供水时保持在水泵机组高效运行区间，减少运行费用。

由于现场地形平坦、管线平顺，取局部水损是沿程水损的百分之五[3]，经查表[4]，水泵机组出水管道至矿井数处理站清水池输水管道水损6.74m。石槽村加压泵站水池标高1420.80m，矿井水处理站清水池标高1415.20m，高差5.60m。石槽村地面建筑最高6层，最小服务水头28m[3]，所选水泵机组扬程满足使用要求。

通过调节矿井水处理站清水池进水阀门，加装的水泵机组将加压泵站的水直接输送至石槽村煤矿地面生活管网。同时作为矿井消防、洒水的备用水源。配水泵站和加压泵站水源互为备用，一旦加压泵站水池蓄水量不足，可以调节阀门将配水泵站的水输送到加压泵站水池，大大提高了供水可靠性。采用变频恒压供水方式向用户直接供水，减少运行设备，节省运行成本，使运行方式更加简洁。

图4

3 不同方案经济性评价

对上述3个方案从固定资产投资和运行费用2个方面进行经济比较，计算过程中设计运行年限选择10年，运行电费0.747元/度，维护费5000元/台年。

表1 方案经济性对比表（单位：万元）

通过对比不同方案的经济性可知：

（1）方案一固定资产投资最少，但是作为备用水源不能满足最高日用水量的要求，并且运行费用非常高。

（2）方案二和方案三作为备用水源均能满足最高日用水量要求，方案二多设置一级水泵机组，运行费用较高，方案三固定资产投资最多，但是运行费用最低，按照设计使用年限10年计算综合成本最低，并且完全满足改造原则，故方案三是石槽村煤矿供水系统优化改造的最优方案。

4 结语

（1）经过本次技术改造，石槽村煤矿供水系统形成了以加压泵站为主生活水源，矿井水处理站深度处理水为主生产、消防水源，生活用水为生产用水的备用水源。石槽村加压泵站和配水泵站互为备用的运行方式，消除了存在的安全隐患，提高了石槽村煤矿供水系统的可靠性，使水资源得到充分利用。

（2）矿井水处理站的水源为井下涌水，通过预处理和深度处理工艺，水质可以达到生活饮用水标准。但井下涌水溶解性总固体含量较高，对滤膜损伤较大，大大降低滤膜的使用寿命，且水质恶化不宜作为生活饮用水，建议在附近有可靠供水水源时实现分质供水。

（3）煤矿作为高危行业之一，在对煤矿供水系统进行优化改造是必须要充分了解当前运行方式、用户用水需求和特点，充分考虑煤矿紧急情况或最不利情况下保证最大供水能力的方法。

【参考文献】

[1]邬象牟，张世良.神华宁夏煤业集团有限责任公司石槽村煤矿矿井水回收利用工程模块式工艺设计方案专篇[R].中煤国际工程集团武汉设计研究院，2007.

[2]GB50383-2006 煤矿井下消防、洒水设计规范[S].

[3]GB50013-2006 室外给水设计规范[S].

[4]中国市政工程西南设计研究院，主编.给水排水设计手册：第1册 常用资料[M].2版.2000.