¿Análisis de diseño de drenaje y suministro de agua de minas de carbón?
La tarea básica del diseño del drenaje de las minas de carbón es descargar diversas aguas residuales de producción, aguas residuales domésticas y agua de lluvia generadas en las zonas industriales de la mina y las áreas residenciales en cuerpos de agua superficiales de una manera organizada y respetuosa con el medio ambiente.
En comparación con el diseño de suministro y drenaje de agua urbano, el diseño de drenaje y suministro de agua de las minas de carbón tiene muchas similitudes, pero también tiene sus propias particularidades. Por un lado, la producción y la vida requieren grandes cantidades de agua; por otro, la minería del carbón ha dañado enormemente los recursos hídricos subterráneos; En el proceso de construcción de minas de carbón, cómo cumplir con las leyes de la economía de mercado, llevar a cabo el diseño del suministro y drenaje de agua comercial y urbana, cómo utilizar racionalmente los recursos hídricos y proteger el medio ambiente de las aguas superficiales son cuestiones que el suministro y drenaje de agua de las minas de carbón Los diseñadores deben prestar atención. Basándose en muchos años de experiencia en el diseño de minas de carbón, se presentan algunas opiniones sobre algunos problemas existentes en el diseño del suministro de agua y drenaje de los edificios de las minas de carbón.
1 Diseño del suministro de agua
1.1 Selección de la fuente de agua
En la actualidad, la mayoría de los sitios industriales mineros y las áreas residenciales utilizan agua subterránea de pozos de agua como fuente principal de agua. fuente de suministro. Después de la purificación, se reutiliza como fuente auxiliar de suministro de agua.
Hay un problema con 1.1.1.
El método de suministro de agua anterior tiene los siguientes problemas:
(1) Para garantizar la producción minera y el uso doméstico del agua, se deben construir muchos pozos de agua. Tomando como ejemplo el área minera de Huainan, hay más de 10 pozos de agua en las minas de carbón de Pansan y Xieqiao. Se han realizado enormes inversiones en salas de bombas y equipos para estos pozos de agua, y cada pozo de agua requiere la adquisición y protección de tierras. . La tubería de agua desde el pozo de la fuente de agua es más larga. Además, la extracción de agua de pozos fuente de agua requiere un alto consumo de energía. Tomando a Huainan como ejemplo, la profundidad de los pozos es generalmente de más de 80 m, y se requiere una bomba de pozo profundo de 15 a 22 kW para elevar el agua subterránea a sitios industriales y piscinas residenciales.
②Las instalaciones de suministro de agua en zonas industriales y residenciales están dispersas y hay muchas construcciones repetidas. En particular, el suministro de agua de las minas en los sitios industriales es un sistema de agua no potable y el sistema de suministro de agua del pozo de la fuente de agua debe instalarse por separado, e incluso las tuberías deben construirse por separado. Por tanto, la inversión en sistemas de suministro de agua es elevada.
③La tasa de utilización del agua de la mina es baja y los recursos hídricos se desperdician gravemente.
1.1.2 Solución
Por lo tanto, en el diseño del suministro de agua de las minas de carbón, debemos emancipar nuestras mentes, romper el modelo habitual de suministro de agua, aprovechar al máximo los recursos de drenaje de las minas, y construir sistemas centralizados de purificación de agua en sitios industriales mineros. La planta trata el drenaje de la mina como agua potable y es responsable del suministro de agua a sitios industriales mineros y áreas residenciales. Tomando como ejemplo el agua de la mina en el área de Huaibei en la provincia de Anhui, los indicadores físicos, químicos y toxicológicos del agua de la mina cumplen con los estándares del agua potable, excepto los sólidos suspendidos y las bacterias. La mayor parte del drenaje de la mina se trata y se reutiliza, lo que es suficiente para garantizar la producción y el agua doméstica para los sitios industriales de la mina y las áreas residenciales. Algunas minas con suficiente volumen de agua tienen un excedente además de satisfacer sus propias necesidades de agua. La planta de purificación de agua puede proporcionar agua a los residentes cercanos después de cobrar una cierta tarifa por aumento de capacidad de agua y una tarifa por la construcción de la red de tuberías. El proceso de purificación del agua de mina se muestra en la Figura 2.
1.1.3 Ventajas de utilizar agua pura
Las principales ventajas de utilizar un suministro de agua purificada de mina son:
① Los recursos de agua subterránea se utilizan en su totalidad. Debido a las diferentes condiciones climáticas, geografía y entorno geológico, la distribución espacial y temporal de los recursos hídricos en China es extremadamente desigual. Por un lado, una gran cantidad de drenajes mineros contaminan el medio ambiente; por otro lado, debido a la destrucción de los recursos de agua subterránea, el suministro de agua en las áreas mineras es gravemente insuficiente, la purificación y reutilización del agua de las minas reduce en gran medida la cantidad de agua; La extracción de agua subterránea evita la contradicción de la escasez de agua y es beneficiosa para las minas circundantes. El mayor desarrollo de la industria y la agricultura ha logrado importantes beneficios ambientales y sociales.
② Reduce en gran medida la duplicación de la construcción de instalaciones de drenaje y suministro de agua de las minas de carbón y ahorra muchos fondos de construcción. El agua de la mina se reutiliza por completo, lo que simplifica la red de tuberías de suministro de agua, las estructuras de suministro de agua y los equipos de los sitios industriales, lo que ahorra en gran medida la inversión y al mismo tiempo reduce el costo de nuevos pozos de agua, tuberías de agua, carreteras, adquisición de terrenos y el costo de la construcción. impacto del hundimiento de la superficie causado por la minería del carbón después de unos años. Costos de renovación de pozos de agua, tuberías de agua y caminos, reducción de los costos de tratamiento del agua de la mina.
(3) Reducir los costos de gestión y operación.
④ Reducir los costos de suministro de agua.
1.2 Discusión sobre el diseño del suministro de agua subterránea
Con la mejora de la mecanización y automatización de la tecnología de la minería del carbón, para cumplir con los requisitos de producción segura y prevención de polvo, el alcance del suministro subterráneo El suministro de agua en las minas de carbón es cada vez más amplio. Los principales objetos de suministro de agua se resumen en: agua a prueba de polvo para el proceso de extracción de carbón, agua de producción y agua contra incendios. Los requisitos para el consumo de agua y la presión del agua de los equipos de agua en varios puntos de agua subterránea se han estipulado en el "Código de diseño de minas de carbón" y no se repetirán aquí. A continuación se analizan principalmente los problemas existentes en el diseño de rociadores contra incendios subterráneos.
1.2.1 Selección de la fuente de agua
Actualmente, en la mayoría de los diseños de minas, el suministro de agua superficial para la producción y la vida se utiliza como suministro de agua subterránea. El agua se canaliza desde el suelo hasta el suelo mediante un suministro de agua centralizado. Su ventaja es que puede garantizar la calidad del agua y no requiere personal de gestión adicional. Para las minas desarrolladas con pozos verticales y pozos inclinados, la presión del agua subterránea es relativamente alta, lo que puede cumplir con los requisitos de presión de agua de los equipos de minería y los dispositivos de rociadores, y generalmente no requiere presurización. La desventaja es que la tubería en el pozo es larga y algunas minas tienen una altura de hasta 1000 m verticalmente hacia abajo. La presión del agua en el túnel en el fondo del pozo es demasiado alta, lo que hace que su uso sea inseguro, especialmente para las personas mayores en pozos y túneles profundos. De hecho, existen otras opciones para el suministro de agua subterránea, como el uso de agua subterránea profunda y drenaje subterráneo.
(1) Utilizar aguas subterráneas profundas. Si hay un buen acuífero debajo del piso inferior del túnel, se pueden perforar orificios para la fuente de agua y se puede usar la cabeza de agua subterránea que soporta presión para extraer agua y cumplir con los requisitos de presión de agua para equipos de minería subterránea, rociadores y agua contra incendios. . Las ventajas de la perforación profunda en el suelo para el suministro de agua descentralizado son: tuberías de suministro de agua subterránea cortas, sin consumo de energía, ahorro de energía, presión de tubería pequeña y uso seguro. La desventaja es que se deben realizar más trabajos hidrogeológicos porque no es posible perforar agujeros para el agua en todos los puntos subterráneos.
② Utilizar drenaje subterráneo. Cuando el volumen de drenaje subterráneo es grande y la mayor parte es agua del piso descargada, debido a que el volumen de agua es grande y el agua es clara, se puede construir un tanque de agua bajo tierra, después de una ligera sedimentación, se puede bombear al suministro de agua subterráneo. Red de tuberías con bomba de agua.
En resumen, a la hora de diseñar el suministro de agua subterránea, debemos analizar cuidadosamente los datos hidrogeológicos y adaptar las medidas a las condiciones locales en función de las condiciones reales de cada mina. Cuando hay agua de deshidratación bajo tierra o el acuífero inferior está cerca y el volumen de agua es grande, se debe dar prioridad al agua de deshidratación subterránea o al agua de pozo subterráneo como fuente de agua. Cuando la calidad del agua subterránea es mala o las condiciones para su extracción no están disponibles, el agua debe suministrarse desde el subsuelo.
1.2.2 Aspersor subterráneo a prueba de polvo y su automatización
El aspersor subterráneo a prueba de polvo sirve principalmente para eliminar el polvo de roca y el polvo de carbón, y tratar de controlar la concentración de polvo de roca en el el flujo de aire subterráneo es de 2 mg/m3 o menos, y la concentración de polvo de carbón se controla por debajo de 10 mg/m3 para garantizar la seguridad de la producción de la mina de carbón y la salud de los empleados. Pero la situación real es que la concentración de polvo de carbón en muchas minas excede el estándar y los equipos a prueba de polvo y rociadores están inactivos. Al analizar las razones, existen problemas como una gestión de producción y una comprensión ideológica insuficientes, una atención insuficiente al problema, el diseño no puede hacer que la boquilla funcione automáticamente y una gestión inconveniente. Debido al flujo desigual del carbón transportado bajo tierra, especialmente en el punto de carga de carbón o en el giro del tanque, el camión rociador es intermitente, lo que hace que la operación manual sea incómoda y oportuna. Rociar agua cuando no hay carbón provocará que el agua se desborde o afectará el funcionamiento de la correa. Como resultado, los trabajadores simplemente no activaron los aspersores. En el diseño, se pueden tomar las siguientes medidas para realizar la apertura y cierre automático de la boquilla: agregar una válvula solenoide a la tubería frente a la boquilla y configurar un sensor de luz en el punto de control del flujo de carbón. Cuando pasa un flujo de carbón o el vagón minero llega al punto de carga y a la jaula, la luz se bloquea, el dispositivo fotoeléctrico abre la válvula solenoide y el camión rociador rocía agua; de lo contrario, se cierra inmediatamente. Esto no sólo facilita la gestión, sino que también ahorra agua y garantiza principalmente la seguridad de la producción. Por lo tanto, se deben hacer esfuerzos para lograr la automatización en el diseño de sistemas de rociadores subterráneos a prueba de polvo.
1.2.3 Anticorrosión de las tuberías de suministro de agua subterránea y selección del material de las tuberías
La anticorrosión de las tuberías de suministro de agua subterránea siempre ha sido un problema difícil en el diseño del suministro de agua subterránea. Debido a las malas condiciones ambientales subterráneas y a la alta humedad del aire, las tuberías se corroen fácilmente. Y debido a la alta presión, a menudo se utilizan tubos de acero sin costura o tubos de acero galvanizado. En la actualidad, la presión nominal de las tuberías de PP-R utilizadas para reemplazar las tuberías de acero galvanizado en edificios civiles ha alcanzado los 2,5 mpa y no hay problemas de corrosión en las tuberías. En el futuro diseño del suministro de agua subterránea, cuando la presión de trabajo de la tubería no sea superior a 1,6 mpa, se podrán realizar algunas investigaciones experimentales.
1.3 Diseño del sistema de circulación de agua de refrigeración en una plaza industrial
Debido a las necesidades de ventilación de las minas de carbón, drenaje de gas y protección contra incendios subterráneos, las estaciones de compresión de aire y el drenaje de gas generalmente se construyen en la plaza industrial de la mina y la estación de producción de nitrógeno. Los compresores de aire, extractores de aire, generadores de nitrógeno y otros equipos requieren refrigeración por agua. Debido a la gran demanda de agua, se utiliza agua de refrigeración circulante. El proceso de suministro de agua se muestra en la Figura 3.
1.3.1 Configuraciones repetidas del sistema de agua en circulación
Actualmente, el diseño de agua en circulación en las minas utiliza principalmente sistemas de agua de refrigeración en circulación de apoyo, como estaciones de compresores de aire, estaciones generadoras de nitrógeno y Estaciones de drenaje de gases. La adopción de este arreglo descentralizado tiene las siguientes desventajas:
(1) La construcción repetida de piscinas, salas de bombas y otras estructuras del sistema de circulación de agua de refrigeración, así como bombas de agua, torres de refrigeración, agua descalcificada y otros equipos. requiere un área grande y una alta inversión;
(2) La piscina de enfriamiento y el equipo de enfriamiento están dispuestos cerca del taller del equipo a enfriar, lo que resulta en un ambiente sanitario deficiente en el taller;
③El entorno disperso tiene un alto consumo de energía y altos costos operativos;
④ Hay muchos operadores y gerentes, y la fuerza técnica está dispersa. Los requisitos de calidad del agua para el agua de refrigeración en las estaciones compresoras de aire, las estaciones generadoras de nitrógeno y las estaciones de escape son todos agua ablandada. Se requiere que la temperatura de entrada del agua de refrigeración sea inferior a 35 °C y la temperatura del agua de salida del equipo sea de 39 ~ 42 °. DO. Por lo tanto, el diseño de la construcción de la mina debe considerarse de manera integral. Se debe diseñar una estación central de agua en circulación en una ubicación apropiada en el sitio industrial de la mina para suministrar agua al equipo que se está enfriando a través de tuberías. El agua de enfriamiento del equipo fluye hacia el agua en circulación. Estación central a través de ductos. Este acuerdo no sólo puede superar muchas de las deficiencias del acuerdo descentralizado mencionado anteriormente, sino que también tiene poco impacto en la producción debido a que el mantenimiento y reemplazo de equipos ahorra energía y reduce significativamente el consumo; Problemas técnicos en el suministro de agua circulante [3].
1.3.2 Configuración razonable del equipo de refrigeración
A juzgar por el efecto de uso del sistema de agua de refrigeración en circulación que se ha puesto en funcionamiento, la configuración del equipo de agua de refrigeración en circulación y el El equipo a enfriar no es razonable, lo que resulta en un efecto de enfriamiento deficiente o un efecto de ahorro de energía deficiente. Tomemos como ejemplo la configuración del sistema de agua de refrigeración circulante de las estaciones de compresores de aire de las minas de carbón Huainan Pansan y Xieqiao. Las estaciones de compresores de aire generalmente tienen de 3 a 5 compresores de aire. El número de compresores de aire se puede ajustar razonablemente de acuerdo con la ventilación subterránea. condiciones y la bomba de agua del sistema de circulación de agua. La configuración utiliza una bomba de agua fría, una bomba de agua caliente y una bomba de respaldo. Los caudales de las bombas de agua fría y caliente se seleccionan en función del agua de refrigeración necesaria para el volumen máximo de ventilación de la unidad del compresor de aire.
El resultado de esta configuración es que no importa cuántos compresores de aire estén encendidos, la bomba de agua de refrigeración funciona al caudal máximo. Cuando el número de compresores de aire cambia con frecuencia, solo se puede ajustar ajustando frecuentemente la apertura del frío. y las válvulas de las tuberías de salida de la bomba de agua caliente regulan el agua de refrigeración, que es difícil de controlar y, en ocasiones, provoca fugas en el compresor de aire. Para facilitar el ajuste, se debe agregar un bypass de retorno de agua a la tubería de salida de agua. Este modo de funcionamiento tiene un gran impacto en la vida útil de la bomba y consume mucha energía. Por lo tanto, en el diseño del sistema de circulación de agua, el equipo de refrigeración debe configurarse razonablemente de acuerdo con los cambios en la demanda de agua durante el funcionamiento del equipo a enfriar, como el número y la coincidencia de flujo de bombas de agua fría y caliente, torres de refrigeración. , aparatos de agua desalada, etc. Desde la perspectiva del ahorro de energía, también se puede considerar agregar funciones de ajuste de conversión de frecuencia a las bombas de agua fría y caliente del sistema de agua en circulación para hacer que el ajuste del flujo sea más razonable a medida que cambia la demanda de agua del equipo que se está enfriando. Aunque existe una inversión única en la función de ajuste de conversión de frecuencia, el aumento de la inversión se puede recuperar mediante el ahorro de energía en 4 a 5 años [4].
2 Problemas en el diseño del drenaje de las minas de carbón
La dificultad en el diseño del drenaje de las minas de carbón es el diseño del tratamiento de aguas residuales domésticas. Las nuevas minas de carbón en el sistema del carbón conceden gran importancia a la construcción de protección del medio ambiente e invierten una gran cantidad de fondos en la construcción de protección del medio ambiente. El departamento de diseño de carbón también comparó y exploró múltiples procesos y opciones para el tratamiento de aguas residuales domésticas. Como el proceso de aireación biológica de la mina Pan'er en el área de Huainan, el proceso de placa giratoria biológica de la mina Pansan, el proceso de aireación superficial de la mina Xieqiao y el proceso de zanja de oxidación de la mina Xinji, etc. Sin embargo, el efecto real y la tasa de utilización del capital de su puesta en uso no son ideales. A continuación se presentan algunos análisis y discusiones sobre el tratamiento de las aguas residuales domésticas de las minas de carbón.
2.1 La construcción duplicada de instalaciones de tratamiento de aguas residuales domésticas en las minas de carbón es común.
En la actualidad, algunas minas de carbón han construido plantas de tratamiento de aguas residuales en sus sitios industriales y áreas residenciales, lo que ha resultado en la adquisición de terrenos y repetidas construcciones, un aumento significativo de la inversión, un alto consumo operativo de energía, altos costos de gestión, dispersión fuerzas técnicas y toneladas de tratamiento de agua El costo es alto. En términos generales, el sitio de la industria minera no está lejos de la zona residencial, por lo que es más razonable construir conjuntamente una planta de tratamiento de aguas residuales. Teniendo en cuenta que el drenaje de las zonas residenciales a las zonas industriales es demasiado profundo, se puede instalar una estación de bombeo de aguas residuales en el medio o se puede adquirir un terreno para construir una planta de tratamiento de aguas residuales entre las zonas industriales y las zonas residenciales. La adopción de un enfoque de construcción conjunta no sólo puede ahorrar inversión, sino también reducir en gran medida los costos operativos.
2.2 La selección de los parámetros de diseño del tratamiento de aguas residuales no es razonable.
Al diseñar una depuradora de aguas residuales domésticas de una mina de carbón, los valores de los indicadores contaminantes DBO5, CODCr y SS en las aguas residuales no se miden ni son análogos, sino que se basan en los indicadores contaminantes de las aguas residuales domésticas urbanas. Tomando como ejemplo la DBO5, el valor de las aguas residuales domésticas urbanas es de 200 mg/L, mientras que el valor real de DBO5 de las minas de carbón es generalmente de sólo 70 ~ 80 mg/L. Debido a que el contenido orgánico en las aguas residuales domésticas es demasiado bajo, muchas de ellas se diseñaron originalmente. Los procesos de tratamiento de lodos activados son Durante la operación, no se obtienen los nutrientes mínimos, sino que se "mueren de hambre", se descomponen y mineralizan, y no pueden formar lodos activados. Por esta razón, muchas plantas de tratamiento detuvieron el flujo de retorno de lodos activados en el diseño original y retuvieron el enlace de aireación, lo que provocó que el diseño original perdiera el enlace central de lodos activados y su flujo de proceso, y se convirtiera en un simple tratamiento mejorado de primer nivel. Incluso en el proceso de tratamiento de aguas residuales de zanjas de oxidación, existe el mismo problema. A menudo, el lodo activado devuelto durante el proceso de diseño no puede regresar, lo que hace que el sistema de zanjas de oxidación original se convierta en un tanque de sedimentación por advección en forma de franja con aireación adicional. Las instalaciones de apoyo se han vuelto redundantes, como tanques antiespumantes, tanques de tratamiento centralizado de lodos, campos de secado de lodos, etc., lo que genera una gran cantidad de desperdicio de fondos [5].
Muchas minas en el área minera de Gujiao en la provincia de Shanxi utilizan el método de oxidación biológica por contacto en dos etapas para tratar las aguas residuales domésticas de las minas de carbón, y el efecto es muy bueno. La característica de este proceso es que puede adaptarse a la baja concentración y grandes cambios de aguas residuales en las zonas mineras. Al mismo tiempo, requiere menos inversión y es más sencillo de operar y mantener que el método de lodos activados. El principio es utilizar la biopelícula formada en la superficie del material filtrante sólido para purificar las aguas residuales. Hay varios materiales filtrantes disponibles, como escoria, fibra de vidrio o materiales plásticos alveolares, bolas de fibra semiblanda, etc. [6].
Por lo tanto, al diseñar las aguas residuales de las minas de carbón, es necesario analizar los indicadores de contaminantes del agua entrante, seleccionar un plan de tratamiento de aguas residuales con gran aplicabilidad y alta carga de impacto y presentarlo al grupo de expertos del departamento de protección ambiental para su evaluación. revisión para determinar el proceso de tratamiento final.
3 Conclusión
En resumen, la utilización de los recursos hídricos en la construcción de minas de carbón, la configuración razonable de los sistemas de suministro de agua y los sistemas de circulación de agua de las minas de carbón, el tratamiento de aguas residuales de las minas de carbón y la protección del medio ambiente. Todos son dignos de un estudio en profundidad por parte de los diseñadores de drenaje y suministro de agua de las minas de carbón.
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