煤矿上的黄泥灌浆站是干什么用的

常用的矿井水害治理注浆技术方法，按工程施工的时间顺序划分，有提前预注浆、出水后注浆；按注浆材料划分，有水泥注浆、粘土注浆、化学注浆、混合注浆等；按工程性质划分，有突水口注浆、含水层帷幕截流注浆、含水层改造和隔水层加厚加固注浆、井巷或井筒隔离封堵注浆；按受注层中地下水运动状态（或流速）划分，有静水注浆、动水注浆。

我国初次成功地应用注浆堵水技术始于20世纪50年代中后期。1955～1957年，山东淄博矿务局采用注浆堵水技术成功地恢复了1934年被水淹没的夏家林矿。当时注浆堵水的工艺方法比较简单，只是采用了钻杆注浆方法，用生牛皮、干海带和黄豆作止浆塞，仅使用了水灰比为1.5～2.0的单液稀水泥浆方法，但它的成功却为中国煤矿防治水害提供技术途径和方法。在建井过程中我国首次采用注浆技术防治水害始用于1954～1955年当时在开滦林西矿风井施工过程中采用了水玻璃、氯化钙在直流电流驱动下，使钙离子与硅酸离子结合并固结治理流砂水害的技术方法，但因“电动硅化法”注浆工艺在当时还处于研究试验阶段，这次注浆治水工程未能获得成功。直到1959年，在开滦矿务局荆各庄矿建井过程中采用冻结法通过冲积层后，发生了5号煤层顶板砂岩水突水淹井事故，为了快速治理水害并恢复矿井建设工程，历时数年，打钻进尺5000 m以上，注入水泥2800 t以上、水玻璃800 t以上，才取得最后治水的成功。

进入20世纪60年代后期，我国才广泛使用注浆技术方法综合治理矿井水害，并逐渐成为一种行之有效的矿井水害治理技术方法。1962年，原唐山煤炭科学研究所矿井地质研究室与徐州矿务局首次在徐州矿务局夏桥矿开始了帷幕注浆截流治理水害的技术与工艺试验，并成功地进行了徐州青山泉矿注浆帷幕截流治理水害的工业性试验。从此，在我国逐渐形成了较为完整的注浆工艺方法和大规模造浆注浆的机械化系统，在注浆材料上研究使用了不易被水稀释的高稠度稠化浆，使注浆技术方法用于大规模改造不利于开采的水文地质条件方面迈出了重要的一步。

进入20世纪80年代后，采用注浆技术治理大流量、高流速突水灾害得到了快速发展，特别是1984年开滦范各庄矿在陷落柱特大突水灾害注浆治理中，形成了一套较完整的适用于动水条件注浆的水害治理理论与方法。80年代后期至90年代初，山东肥城矿务局在多次大流量突水灾害的注浆治理过程中，研究发展了利用注浆技术将煤层底板下伏薄层灰岩含水层改造为阻隔水层的工程工艺和方法，取得了良好的水害治理效果。目前，我国在矿山水害注浆治理技术方面，不仅具备了成熟配套的技术，而且形成了较为完善的装备系统。

1 引言

煤矿井下火灾是严重威胁矿井生产安全的五大灾害之一，它不仅会对井下工人的生命和财产安全产生巨大的威胁，还有可能烧毁大量宝贵的资源，因此如何有效的防治矿井火灾成了摆在广大科研工作者和现场技术人员面前的一个难题。防治矿井火灾的方法和手段有很多，比如说灌浆防灭火、阻化剂防灭火、凝胶防灭火、注氮防灭火、均压防灭火、堵漏风及固化泡沫防灭火技术等等，这些技术各有特点，也都有各自使用的条件或者范围，它们都对保证矿井安全生产起了重要作用，本文主要是结合笔者对于矿井防灭火的一些粗浅的认识，谈谈灌浆法对采空区进行防灭火。

2 灌浆防灭火技术的特点

灌浆防灭火是防治煤自然发火的直接技术。灌浆就是把粘土、粉碎的页岩、电厂飞灰等固体材料与水混合、搅拌，配制成一定浓度的浆液，借助输浆管路注入或喷洒在采空区里，达到防火和灭火的目的。 它的主要特点是通过一定浓度的浆液包裹煤体，一方面起到隔绝煤体与氧气的作用，使之缺少助燃剂从而到达灭火的作用，另一方面通过浆液中的水等液体蒸发吸收热量，从而降低煤体的温度，进而起到灭火的功效，另外，它还能起到胶结底板，进而增加漏风阻力的目的，最终减少漏风和供氧。灌浆防火的实质是抑制煤在低温时的氧化速度，延长自然发火期。灌浆防灭火技术的优点是整个工艺较简单，成本相对比较低廉，因而是矿井中使用最为广泛、效果最好的一种技术。灌浆防灭火技术的缺点是受重力作用的影响，浆体只流向地势低处，不能向高处堆积，所以对高位火的作用有限； 由于浆液不一定能够均匀的覆盖浮煤，因此容易形成“拉沟”现象；另外，由于浆液具有一定的流动性，所以可能造成跑浆和溃浆现象，从而恶化工作环境，影响煤质。

3 采空区灌浆防灭火的方法

3.1 灌浆系统

灌浆系统由制浆设备、输浆管道和灌浆钻孔三部分组成。目前灌浆使用的浆液的制备主要有水力制备和机械制备两种方法。水力制备是利用高压水枪冲刷松散的粘土层使水土混合形成泥浆，是一种操作较为简单的制浆方式，但浆液浓度难以保证，防火效果差；机械制浆是按照一定的比例将制浆材料和水送入搅拌池，经搅拌机搅拌，输入注浆管路送至井下，但目前的灌浆系统普遍存在易堵管、输浆力度小、浆材要求高、投资大等不足。目前已有煤矿防灭火灌浆系统选用移动式轻型设备、多组浆池协同灌浆、远距离输浆等特点，经过滤后有多个输浆出口，可用黄土、粉煤灰等多种灌浆材料，具有设备简单、投资少、建设速度快、输浆力度大、防冻等优点。

3.2 灌浆方法

预防性灌浆方法有多种，根据采煤与灌浆先后顺序关系可分为：采前预灌、随采随灌和采后灌浆。

采前预灌就是在煤未开采之前即对煤层进行灌浆，适用于老空区过多、自然发火严重的矿井；随采随灌就是随着采煤工作面推进的同时向采空区灌浆，主要有钻孔灌浆、埋管灌浆和洒浆，能及时将顶板冒落后的采空区进行灌浆处理；采后灌浆就等回采结束后，将整个采空区封闭起来后进行灌浆。为了保证及时、简便处理处理自燃隐患，设计采用埋管灌浆法。

采用埋管灌浆法，在放顶前沿回风巷在采空区预先铺好灌浆管，预埋管一端通采空区，一端接胶管，胶管长一般为20～30m，灌浆随工作面的推进，用回柱绞车逐渐牵引灌浆管，牵引一定距离灌一次浆，要求工作面采空区能灌到足够的泥浆。

3.3 灌浆参数的选择

泥浆的水固比是反映泥浆浓度的指标，是指泥浆中水与固体浆材的体积之比。水固比的大小影响着注浆的效果和泥浆的输送。泥浆的水固比越小，则泥浆浓度越大，其粘度、稳定性和致密性也越大，包裹遗煤隔离氧气的效果也越好，但同时流散范围也越小，输浆管路容易堵塞；水固比大，则输送相同体积的土所用的水量大，包裹和隔绝效果不好，矿井涌水量增加，在工作面后方采空区灌浆时容易流出而恶化工作面环境。浆液的水固比应根据泥浆的输送距离、煤层倾角，灌浆方式及灌浆材料和季节等因素通过试验确定，一般情况下为4：1，冬季为5：1。日灌浆所需浆材量、日灌浆量分别可以按照下面公式进行计算 、 ，其中Q材代表日灌浆所需浆材量，m3/d；m代表煤层采高，m；L代表工作面日推进度，m；H代表灌浆区倾斜长度，m；C代表回采率，%；K代表灌浆系数，为灌浆材料的固体体积与需要灌浆的采空区容积之比，一般取0.05～0.15；Q水2代表日灌浆用水量，m3/d；Q浆1代表日灌浆量，m3/d；M代表泥浆制成率，取0.88。需要说明的是：灌浆系统的灌浆系数、水土比等各项参数在实际生产中必须根据煤层发火情况、输送距离、煤层倾角、灌浆方式及灌浆材料和季节等因素通过实验确定，以确保灌浆效果和生产的安全。另外，灌浆工作是与回采工作紧密配合进行。

3.4 灌浆材料的选择

选择用于矿井防灭火的灌浆材料有一定的讲究，所选材料要求颗粒要小于2mm，而且细小颗粒要占大部分；其主要的物理性能指标如下，比重为：2.4～2.8t/m3；塑性指数为9～11（亚粘土）；胶体混合物（按MgO含量计）为25～30%；含砂量为25～30%；容易脱水和具有一定的稳定性；不含有可燃物。

目前常用的灌浆材料有黄土、粉煤灰等。与黄土相比，粉煤灰的粒度较粗，但体积密度小。就注浆灭火而言，粉煤灰质轻，颗粒表面具有一定光滑度，容易搅拌成浆，便于管道输送。注入火区后流动性、稳定性较好；粉煤灰具有一定的火山活性，其密封性能较好；粉煤灰亲水性差，粒度又大于黄土，注浆后浆体达到静态时脱水快，并随着水的泄流带走一部分热量。因此粉煤灰用于注浆灭火，可以起到隔绝、包裹、降温作用。

3.5 灌浆防灭火的安全措施

选择好灌浆系统、灌浆方法和合适的灌浆参数、灌浆材料后，还要在灌浆后采取相应的防止溃浆、透水事故的措施，主要的安全措施有以下几点。

（1）灌浆材料应满足相关规定的要求，严格控制浆液泥水比，并控制灌浆量不使过大。

（2）工作面顺槽内设有水沟和集水坑，并配备小水泵，能够满足工作面俯斜开采时的涌水和浆液析水的排放要求。

（3）本矿井下灌浆采用随采随灌方式，一部分灌浆水会从采空区流入工作面运输机道或顺槽水沟内，这时最好在巷道内构筑滤浆密闭将泥浆滞留于采空区，使水放出。

（4）加强水情观测，对采空区的灌浆量与排水量进行观测记录。排水量过少，灌浆区内可能有泥浆水积存；排水中含泥量较大，采空区可能形成了泥浆通路。

（5）采完毕的工作面与接替工作面间留有20m保安煤柱，联络巷及时按要求密闭并在密闭上部安置放水管，可保证工作面回采时采空区积水不致溃入生产工作面顺槽。如发现密闭内积水较多，必须制定措施，或进行放水。

（6）加强管路检修。

4 结束语

由于灌浆防灭火技术整个工艺较简单，成本相对比较低廉，因而在矿井防灭火中占据非常重要的地位。本文主要是结合笔者对于矿井防灭火的一些粗浅的认识，从灌浆防灭火技术的特点、灌浆系统、灌浆方法、灌浆参数的选择、灌浆材料的选择等方面对灌浆防灭火进行了简要地介绍，希望能够起到一个抛砖引玉的作用。

灌浆的主要目的：

一、防渗：降低渗透性，减少渗流量，提高抗渗能力，降低孔隙压力。

二、堵漏：封填孔洞，堵截流水。

三、加固：提高岩土的力学强度和变形模量，恢复混凝土结构及圬工建筑物的整体性，

四、纠正建筑物偏斜：使已发生不均匀沉降的建筑物恢复原位或减少其偏斜度。

精

例如，将主要巷道尽量布置在煤层底板岩石中，采用长壁式采煤法、全部垮落法管理采空区，无煤柱开采，推广综合机械化采煤。开采顺序为：煤层问先采上层煤，后采下层煤；上山采区先采上区段，后采下区段；下山采区与此相反。 (2)防止漏风 防火对通风的要求是：风流稳定，漏风少和通风网路中各区段容易隔绝。因此，应选择合理的通风系统，如分区通风，工作面后退式采煤应采用U形、Y形或W形通风系统，矿井通风阻力分布适宜，通风设施位置合理，及时封闭采空区和废巷，利用调压法减少漏风。 (3)预防性灌浆 预防性灌浆是将水和浆材(如黄土、电厂的炉灰)制成一定浓度的浆液，通过输浆管路送往可能发生自燃的地区，以防止煤炭自燃的发生。其作用是：泥浆包住碎煤灰，隔绝空气，防止氧化；泥浆堵塞采空区中的空隙，减少漏风，泥浆水可使灌浆区冷却降温。灌浆方法可采用采前灌浆、随采随灌、工作面洒浆、采后封闭灌浆等。灌浆时应特别注意防止溃浆、透水事故。 (4)阻化剂防灭火 阻化剂防灭火是将某些能抑制煤炭氧化的物质(如氧化钙、氧化镁、水玻璃等)喷洒在采空区或压人煤体之中，以抑制或延缓煤的氧化过程。它的工艺分为喷洒阻化剂、压注阻化剂和雾化阻化剂。 (5)凝胶防火 凝胶防火是通过压注系统将基料(水玻璃)和促凝剂(铵盐)两种材料按一定比例与水混合后，注入煤体中凝结固化，起到堵漏和防火的目的。凝胶具有固水性、阻化性、热稳定性和吸热降温性等较好的防火性能，而且成胶时间可调，已成为矿山主要的防灭火技术之一。缺点是会产生大量氨气，污染井下空气。 (6)惰性气体防灭火 惰性气体防灭火是将不能助燃也不能燃烧的惰性气体注入已封闭或有自燃危险的区域，降低其氧气浓度，从而使火区中因缺氧将火源熄灭(叫惰气灭火)。或者使采空区中因氧含量不足而使煤不能氧化自燃(叫惰气防火)。目前应用最多的是氮气防灭火，因为氮气具有来源广泛、无毒、无臭和易与空气混合等优良特性。 (7)均压防灭火均压防灭火是通过降低漏风道两端的风压差来达到减少漏风的目的，主要用于煤层自燃火灾预防、封闭火区等。

我国是一个能源消耗大国，而在所消耗的能源中煤炭所占比例较大，所以保证矿井的安全生产对于我国的社会的稳定和经济的发展具有极其重要的意义。在煤矿开采过程中，自燃已成为煤矿生产过程中的重大自燃灾害，煤体自燃不仅导致煤炭资源严重浪费，而且还会对矿区的环境及安全带来较大的影响，所以做好矿井煤层自燃防灭火工作具有极其重要的意义。

一、煤的自燃因素分析

引起煤自燃的因素较多，主要如下：

（1）煤的炭化程度。煤层的自燃性一般随煤炭的变质程度的增高而降低，一般情况下挥发分含量在12％以下的烟煤难以自燃，但若有其它原因，也可能产生自燃。

（2）煤岩组分：煤层中有集中的镜煤和亮煤，特别是含有丝煤时，煤的自燃倾向就大；而暗煤多的煤，一般不易自燃。

（3）煤的含硫量：含硫分愈高，吸氧能力越大，越易自燃，含黄铁矿、黄铜矿结核较多，也具有自燃危险性。

（4）煤的破碎程度：煤的破碎程度大，增加了煤的氧化表面积，使煤的氧化速度加快，容易自燃。脆性与风化率较大的煤易于自燃。

（5）煤的水分：水分能加速煤的氧化过程，同时使煤体疏松、造成细微裂隙，加大吸氧能力，并降低着火温度，但过多水分则可抑制煤的氧化。

（6）地质构造：地质构造复杂、围岩及煤层破碎带易引起煤层自燃。

（7）开拓开采条件及通风方式：矿井开拓方式和开采方法与通风方式若选择不合理，往往造成丢煤多、煤柱破碎，漏风严重，给煤层自燃造成良好条件，增加自燃的可能性。

二、煤的自燃预测

1、人的感官可以察觉的自燃征兆

（1）巷道中出现雾汽或巷壁“挂汗”；

（2）风流中出现火灾气味，如煤油味、松香味、臭味等；

（3）从煤炭自燃点流出的水和空气较正常的温度高；

（4）当空气中有毒有害气体浓度增加时，人们有不舒服的感觉，如头痛、头晕、精神疲乏等。

2、仪表检测

（1）有下列情况之一者，定为自燃发火

(a)煤炭自燃出现明火、火灾烟雾、煤油味等；

(b)煤炭自燃使环境空气、煤层围岩及其它介质温度升高并超过70℃；

(c)采空区或风流中出现一氧化碳(CO)，其浓度已超过矿井实际统计的临界指标，并有上升趋势。

（2）有下列情况之一者，定为自燃发火隐患

(a)采空区或井巷风流中出现一氧化碳，其发生量呈上升趋势但尚未达到矿井实际统计的临界指标；

(b)风流中出现二氧化碳(CO2)，其发生量呈上升趋势，但尚未达到矿井实际统计的临界指标；

(c)煤炭、围岩及空气和水的温度升高，并超过正常温度，但尚未达到70℃，风流中氧(O2)浓度降低，其消耗量呈上升趋势。

三、防灭火措施

1、 灌浆防灭火。根据技术上可行、经济上节省的原则，建立矿井灌浆防灭火系统。当场地内黄土少，采用黄泥灌浆取土困难时，可采用注凝胶和粉煤灰的防灭火方法。凝胶是一种高分子化合物，粉煤灰可直接从邻近的火力发电厂取得，平时采取局部灌浆的方式，当采空区发火时，则采取满灌。

2、阻化剂防灭火。可以采用机动性喷洒压注工艺系统，对采空区、煤层巷道冒落孔洞、开采线、终采线和煤柱裂隙喷洒、压注阻化剂，覆盖或包裹碎煤，封堵裂隙，阻止煤的氧化，起到防火作用。

3、撒凝胶。对巷中的联络巷、断层带、工作面切眼、运输巷、回风巷等灌撒凝胶，阻止煤层与空气接触，防止煤层氧化自燃。另外，对发火严重的回采工作面，当工作面推进1 个月后，在整个工作面后方的采空区撒凝胶，形成凝胶隔绝带，对采空区起到封闭作用，可有效阻止采空区浮煤的自燃。

4、惰性气体防灭火。对已经自然发火的回采工作面，采用注入惰性气体使其尽快熄灭。在封闭自燃的回采工作面之前，先注入惰性气体，冲淡采空区中的氧气，再利用快速封闭铁门进行密闭，达到灭火和防止瓦斯爆炸的目的。

5、普瑞特防灭火新技术。为克服目前注浆、惰气、凝胶、阻化剂、三相泡沫等防灭火技术的不足，徐州吉安矿业科技有限公司联合中国矿业大学创新的提出了普瑞特防灭火新技术，并研制了普瑞特的装备与材料。普瑞特防灭火新技术很好的融合了黄泥灌浆、惰性气体、凝胶、阻化剂、三相泡沫等各项防灭火技术的优点，又避免了上述各项技术的多数缺点。

一、 概述

煤炭在我国能源结构中占70％以上，煤炭开采过程中排放大量废水，若不经处理直接排放，势必对环境造成严重污染，同时造成水资源的大量浪费，无法实现循环经济的目标。据统计我国40％的矿区严重缺水，已制约了煤炭生产的发展。西北矿区多处于山区，水资源更为缺乏，地表水又多为间歇性河流，枯洪水季节流量相当悬殊，常年流量稀释能力差，排入河流的污水造成严重污染。因此，开发、管理、利用好煤矿水资源，对煤炭工业可持续发展具有重要意义。

1、煤废水污染严重

据包括10多位院士在内的专家学者鉴定通过的一项课题研究表明，山西每年挖5亿吨煤，使12亿立方米的水资源受到破坏。这相当于山西省整个引黄河水入晋工程的总引水量。专家呼吁，应当从技术、人才、资金投入和经营机制等多方面解决这一世纪难题，帮助山西省等煤炭主产区摆脱“产煤致旱、因煤致渴”的困扰。

这项关于山西省煤炭产业可持续发展的研究表明，山西省采煤造成严重的水资源破坏，加剧了水资源短缺问题。这项课题研究表明，山西每挖1吨煤损耗2.48吨的水资源。每年挖5亿吨煤，使12亿立方米的水资源受到破坏。这相当于山西省整个引黄工程的总引水量。因此，这对于山西这个人均水资源量仅占全国平均水平不到五分之一的地区来说是个非常严重的问题。

目前，由于煤炭开采对地下水系破坏非常严重。据统计，山西采煤对水资源的破坏面积已达20352平方公里，占全省总面积的13％。山西省大部分农村人畜吃水靠煤系裂隙水，而煤矿开采恰好破坏了该层段的含水层。据统计，全省由于采煤排水引起矿区水位下降，导致泉水流量下降或断流，使近600万人及几十万头大牲畜饮水严重困难。

2、煤炭采掘业废水治理技术问题

99%的采煤项目废水没有进行治理，从主观上应该说是环保监管不力。从客观上说是我们环保部门对采煤项目废水治理技术持谨慎态度。采煤废水治理技术多如牛毛，那种技术最适用、工艺最成熟、操作管理最方便、投资最省、运行费用最低，一直是我们环保部门在寻求的。由于采煤废水复杂多变，在同一矿井废水中，同时含有铁、锰等重金属，硫、氟、氯等非金属及有机污染物和悬浮物，有的矿井废水呈弱酸性（如织金县珠藏、凤凰山等），再就是即使是同一矿井，所采层不同，废水性质也不同，甚至是差别很大。这就给煤矿废水治理技术的选用带来很大的困难。通常情况是某一技术只能有效处理某一污染物，不可能把所有超标的污染物都处理好。一个煤矿不可能投入很多资金对污染物进行单项处理，这就是采煤废水治理在技术上的难点。有的业主自行修了一两个池子，把矿井废水往池子一放，就是对废水进行处理了。事实上不是这样简单，可能连悬浮物也处理不了，金属和非金属就更不可能处理了。

3、煤矿废水处理要求

1.1煤矿废水包括矿井涌水、煤场和矸石场淋溶废水等。在进行处理前，应先委托地区环境监测站进行监测，以监测资料作为废水处理工程设计的依据。DFMC煤矿废水治理技术和成套设备是目前经实践证明的实用技术，50万吨以下、小时涌水量50m3以下的煤矿可采用此技术和设备。对于酸性煤矿废水还需新增设备和药剂。煤矿废水经处理达标后尽可能循环使用，循环使用率不低于50％，经处理后排放的废水列为总量控制指标进行考核。

1.2新建煤矿必须执行“三同时”规定，试产三个月必须申请地区环保局验收，验收达标的发给排污许可证，不达标的停产治理。

1.3原有煤矿分期分批进行治理，2005年50%左右的原有煤矿治理完工并通过达标验收。列入家2005年治理计划的煤矿不治理的，依法予以处罚；治理不达标的，停产治理。治理计划由各县市环保局商煤炭局提出，报地区环保局综合平衡后以治理计划下达执行。

表1 某A煤矿废水处理监测结果 单位：mg/l

指标 排放

标准 处理前

浓度 超标倍数（倍） 处理后

浓度 比排放标准低（%） 悬浮物 70 258 2.7 11.5 83.6 铁 1 2.58 1.6 0.68 32 硫化物 1 2.8 1.8 0.5 50 COD 100 281.9 1.8 7 93 锰 2 0.13 未超标 0.1 —

表2某B煤矿废水处理监测结果单位：mg/ l

指标 排放

标准 处理前

浓度 超标 倍数 （倍） 处理后

浓度 比排放标准低（%） 悬浮物 70 318 3.5 4.5 93.6 铁 1 2.28 1.3 0.74 26 硫化物 1 3.21 2.2 0.5 50 COD 100 228.4 1.3 18.8 81.2 锰 2 0.37 未超标 0.18 — 1.4、煤矿废水中铁含量高，如浓度大于100mg/l，其处理设备投资和运行费用将要增加。因为铁含量过高，要达到1mg/l的排放标准，一级除铁是不行的，必须三至四级除铁。

1.5、酸度高的煤矿废水应使达标（6～9）。

1.6、煤矿要对煤场、矸石场进行硬化处理，建导流沟，把因大气降水产生的这一部分淋溶水引入废水处理系统进行处理。

1.7、 预防事故和自然因素引起的非正常排放

为预防因降暴雨致使废水次理池溢流，工程设计必须考虑废水处理池有足够的容积。为防止事故性排放，必须建事故调节池。四、煤矿生活废水处理要求洗煤厂和煤矿生活废水处理采用深圳开发研制的微型生活废水处理装置进行处理。生活废水经处理达标后可排放。五、煤矿废水治理技术选用

实践证明是可行的 DFMC煤矿废水治理技术和成套设备可选用。未经试点的技术只能试点，不能推广。经试点并由A地区环境监测站监测、提出监测报告，从治理效果、投资、运行费用等全面评价后由地区环保局决定是否推广。

二、废水主要处理技术

我国煤矿矿井水处理技术起始于上世纪70年代末，大多污水治理工作都只停留在为排放而治理。然而回用才是当今污水治理发展的必然趋势，将防治污染和回用结合起来，既可缓解水源供需矛盾，又可减轻地表水体受到污染。现国内使用的处理技术主要有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤等。处理后直接排放的矿井水，通常采用沉淀或混凝沉淀处理技术；处理后作为生产用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀过滤处理技术；处理后作为生活用水，过滤后必须再经过除酚等对人体有害物质及消毒处理；有些含悬浮物的矿井水含盐量较高 ，处理后作为生活饮用水还必须在净化后再经过淡化处理。

三、矿井水处理回用的条件

1、矿井废水的产生及特点

煤矿矿井废水包括：煤炭开采过程中地下地质性涌渗水到巷道为安全生产而排出的自然地下水，井下采煤生产过程中洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备产生的含煤尘废水。因此，它既具有地下水特征，但又受到人为污染。矿井废水的特性取决于成煤的地质环境和煤系低层的矿物化学成分，其中井田水文地质条件及充水因素对于矿井开采过程矿井废水的水质、水量有决定性的影响。因此，对矿井废水处理要考虑开采过程中水质、水量的变化。某矿区M煤矿矿井废水水质取矿井正常排水时井口水样，结果见表1。

M煤矿矿井废水污染物监测表

表1 单位：mg/L

序号 监测项目 日均值浓度范围 序号 监测项目 日均值浓度范围 1 肉眼可见物 微粒悬浮物 9 总氮 5.600～5.854 2 PH值 8.41～8.55 10 砷(ng/L) 3.4～5.2 3 CODcr 66.4～131.7 11 总磷 0.085～0.104 4 硫化物 1.09～1.67 12 粪大肠菌 260～393 5 悬浮物 360～500 13 铜 0.0207～0.0294 6 酚 0.006～0.051 14 铅 -- 7 BOD5 14.10～24.73 15 镉 -- 8 LAS 0.198～0.220 16 锌 0.0381～0.0407

通过网络调查和资料查找，收集了多年来某矿区有关矿井水和地下水的化验数据资料，以及环境监测站监测数据（表1）综合分析，该煤矿矿井废水含煤泥为主要悬浮物，有机物略有超标，粪大肠菌群超标，挥发酚超标。

2、矿井废水回用途径

煤矿矿井水处理后可作生产用水或生活用水，矿井生产用水主要是井下采掘设备液压用水、消防降尘洒水，生活用水主要是冲厕、洗浴水以及深度处理后用于饮用水。水质标准分别为：

a、防尘洒水《煤矿工业矿井设计规范》（GB50215－94）

SS≤150mg/L，粒径d<0.3mm；PH值为6～9；大肠菌群≤3个/L。

b、空压机、液压支柱用水水质SS≤10～200mg/L，粒径d <0.15mm；硬度（碳酸盐）2～7mg/L；pH值为6.5～9；浊度<20。

c、矿井洗浴水水质达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）的Ⅲ类水体标准。

d、中水水质达到《生活杂用水水质标准》（CJ/T 48-1999）。

5、生活饮用水达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）。

四、处理工艺

从上表可知，M煤矿矿井废水处理工程的设计处理能力为800～1000m3/d，处理后作为生产和生活用水，采用混凝反应、过滤、活性炭吸附及消毒工艺，流程见图1。

图1　矿井废水处理工艺流程

矿井废水由井下排水泵提升至灌浆水池，部分用于黄泥灌浆，其余废水自流进入曝气池，气浮除油后进入斜板沉淀池进行初步沉淀，由提升泵提升进入混凝沉淀设备，同时加入混凝剂，经过斜管沉淀后，将絮状物沉淀到底部而被去除，清水从上部溢流出水自流进入砂滤罐，出水自流进入清水池，清水池前投加二氧化氯进行杀菌消毒。砂滤罐的反冲冼水自流进入污泥池，上清液自流进入曝气池，以提高矿井废水资源的利用率。出水若用作生活用水，则砂滤罐出水进入活性炭吸附装置处理后流入清水池用作生活用水。

五、主要处理单元

1、预沉池曝气

矿井废水中含有少量的有机物，通过曝气接触氧化去除废水中的有机物。另外，井下液压支柱等设备产生少量油类，通过气浮除油，使废水中油类达标。

2、混凝沉淀

煤矿矿井水主要污染物为悬浮物，处理悬浮物主要采用混凝沉淀法，用铝盐或铁盐做混凝剂，混凝剂混合方式采用管道混合器混合。混凝沉淀装置采用倒喇叭口作为反应区，水流在反应区中流速逐渐降低，使废水和混凝剂药液的反应在反应器中逐渐全部完成。完全反应的废水流出反应区后开始形成混凝状物质，经过布水区进入斜管填料，由于斜管填料采用PVC六角峰窝状填料，利用多层多格浅层沉淀，提高了沉淀效率。将絮状物沉淀到底部而被去除，清水从上部溢流排出。

3、砂滤净化

矿井废水经混凝沉淀后，水中还含有较小颗粒的悬浮物和胶体，利用砂滤设备将悬浮颗粒和胶体截留在滤料的表面和内部空隙中，它是混凝沉淀装置的后处理过程，同时也是活性炭吸附深度处理过程的预处理。砂滤罐为重力式无阀滤池，采用自动虹吸原理达到反冲洗，不需要人工单独管理，操作简便，管理和维护方便。砂滤罐通常采用不同等级的石英砂多层滤料。

4、活性炭吸附

该煤矿矿井废水主要含有挥发酚，酚类属于高毒物质，它可以通过皮肤、粘膜、口腔进入人体内，低浓度可使细胞蛋白变性，高浓度可使蛋白质沉淀。长期饮用被酚污染的水源，会引起蛋白质变性和凝固，引起头晕、出疹、贫血及各种神经症状，甚至中毒。处理中水用作生活饮用水，必须用活性炭吸附装置处理。活性炭的比表面积可达800～2000m2/g，具有很强的吸附能力。该装置采用连续式固定床吸附操作方式，活性炭吸附剂总厚度达3.5m，废水从上向下过滤，过滤速度在4～15m/h，接触时间一般不大于30～60min。随着运行时间的推移，活性炭吸附了大量的吸附质，达到饱和丧失吸附能力，活性炭需更换或再生。

5、消毒

废水中含有一定的病菌、大肠菌群，处理后回用于洗浴时，若不经过消毒，对人体皮肤伤害严重。所以矿井废水处理后作为生活用水必须经过消毒处理，本工艺采用二氧化氯消毒，现场用盐酸和氯酸钠反应产生二氧化氯，二氧化氯无毒、稳定、高效、杀菌能力是氯的5倍以上。

六、处理工艺特点

1、以上可知A煤矿矿井废水处理工程是根据矿井水水质特点确定工艺技术参数，采用一次提升到混凝沉淀装置，再自流进入后续各处理构筑物，出水水质稳定可靠，动力设备较少，能耗较低。

2、采用混凝沉淀装置与砂滤罐相结合的工艺技术，主要处理构筑物采用组合式钢结构，具有占地面积小、使用寿命长、工程投资省、工艺简单、操作管理方便、运行成本低等特点。砂滤罐设计采用重力式无阀滤池，反冲洗完全自动，操作管理方便。

3、该煤矿矿井废水处理系统实现了自动加药、自动反冲洗的全过程监控，包括电控系统、上位监控系统和仪表检测系统。仪表检测系统包括加药流量、处理流量 、水池液位和加药箱液位、进水和出水浊度等连续自动检测。

煤炭是我国的主要能源，在国民经济能源结构中占据十分重要的位置。随着国民经济的快速发展，煤炭的需求量也越来越大。在原煤产量快速增长的同时，必须要保证矿井的安全高效开采。矿井火灾是煤矿的主要自然灾害之一，而煤炭自燃又是矿井火灾的主要形式，采用防灭火材料是有效防治煤炭自燃的措施之一。

防灭火材料灭火原理主要是破坏火灾发生的三个必要条件之一。选用各种性能的防灭火材料以保证矿井安全生产。为了防治煤炭自燃，国内外广泛采用注水、灌浆、喷洒阻化剂、注惰气等技术。近年来，又比较广泛地采用了凝胶、胶体泥浆、阻化汽雾、泡沫树脂等防灭火技术。该类技术对保证矿井安全生产起到了重要作用，从而推动了矿井防灭火科技的进步。

1、灌浆防灭火材料

灌浆防灭火即将不燃性灌浆原料（粘土、粉煤灰、矸石以及砂等固体材料）细粒化后与水按一定配比制成悬浮液，利用静压或动压，经由钻孔或输浆管路水力输送至防灭火区，以阻止煤炭氧化或扑灭已经自燃的煤体。

2、阻化剂防灭火材料

阻化剂防灭火技术是指利用阻化原理将具有阻化性能的药剂送入拟处理区，利用阻化剂的负催化作用，煤炭经阻化处理后，在煤炭表面上形成一层能抑制氧与煤接触的保护膜，阻止了氧气和结构上的活动链环的羧基反应，使煤炭和氧的亲合力降低，阻化剂有一种主动排斥氧和煤化合的功能，但它并不和煤、氧等物质化合，从而达到防灭的目的。

3、泡沫防灭火材料

防灭火材料的载体最初都是使用水溶液，如灌浆材料和卤盐类阻化剂等。水溶液流动性好，渗透性强，容易从煤岩裂隙流失，材料不易保留在目标区域，浪费严重；水溶液难以向上堆积和驻留，不能处理高处煤岩体。之后，又针对卤盐类阻化剂研究了用气体作为载体的气雾阻化剂，但是气雾的喷洒距离有限，而且难以向煤岩扩散。

近年来，高稳定泡沫作为载体已经在三相泡沫和阻化泡沫等材料上得到了成功的应用，取得了较好的施工效果。泡沫易于和现有的防灭火材料的浆液或粉体混合，形成的混合泡沫有压力下流动性好，无压力情况下黏度高，堆积性、黏壁性强，可以很好地适应地形复杂的各种煤自燃区域，是防灭火材料载体的良好选择，显示出很大的应用潜力。

4、惰化防灭火材料

惰化技术主要是指将惰性气体如氮气、二氧化碳等充入封闭区域内可稀释此空间的氧浓度从而降低氧化速度，抑制煤自燃的技术。该技术主要用在当发生外因火灾或因自燃火灾而导致的封闭区，近年来，注氮防灭火技术已在我国煤矿迅速推广应用。

5、胶体防灭火材料

根据胶体防灭火材料的性质和原料特点，可分为凝胶类、稠化胶体类和复合胶体类三种类型。

（1）凝胶类。溶胶或真溶液通过化学反应形成一种不能流动且具有一定几何形状的材料：纯吸水性树脂等吸水后形成的胶粒堆积称为假凝胶。

（2）稠化胶体类。向泥砂、粉煤灰等的浆液中加入少量亲水性材料基料，使浆液量稠度增加，宏观上更加均匀，管道流动性、与煤壁附着性较好，不易沉降。

（3）复合胶体类。向泥砂或粉煤灰的浆液中加入少量高分子添加剂，由于高分子材料的架桥作用，形成一种使浆液几乎不能流动的复合胶体。泥砂、粉煤灰等的浆液中加入某些材料，通过化学反应失去流动性，也称为复合胶体，这类复合胶体中的固体颗粒仅起充填作用，不参与网状结构骨架。稠化胶体中继续加入基料会失去流动性，也会制成复合胶体。

6、普瑞特防灭火材料

为克服目前注浆、惰气、凝胶、阻化剂、三相泡沫等防灭火技术的不足，徐州吉安矿业科技有限公司联合中国矿业大学创新的提出了普瑞特防灭火新技术，并研制了普瑞特的装备与材料。

普瑞特防灭火材料技术特点：

1、集凝胶、黄泥灌浆、两相或三相泡沫、惰性气体和阻化剂的防灭火优点于一体，能把泡沫中的水固结在凝胶体内，避免了黄泥灌浆和其它泡沫大量水流失或者溃浆的缺点；

2、在采空区具有良好的扩散性能，生成的普瑞特以泡沫为载体能够对采空区或煤田火区的高、中、低位火源进行大范围、全方位的覆盖，持久保持煤体湿润冷却，隔绝氧气，且添加剂中含有的阻化剂能长久对煤体阻化，彻底防治煤炭自燃；

3、普瑞特被注入火区后，会在火区全方位覆盖一层凝胶层，并且凝胶层中95%以上都是水，具有长久的吸热降温作用，能够有效防止火区复燃；

4、普瑞特以泡沫为载体，在防灭火区域内能向高处堆积，所到之处普瑞特都能有效覆盖并黏附浮煤裂隙，具有良好的封堵漏风通道的性能；

5、泡沫中的氮气缓慢释放，避免单独注氮时氮气容易流失的缺点，持久保持火区惰化。

总结

在防治矿井煤炭火灾的过程中，没有一种方法是能解决所有问题的。只有摸清煤炭火灾的机理，并且将理论和现场实践研究相结合，深入的认识煤矿火灾的特点和规律，坚持“预防为主，防治结合”的指导方针，根据各个矿井的实际情况，选择合适的技术和手段，才能有效地防治煤矿火灾，减少事故造成的损失，从而保证矿井安全、高产、稳产。

满意回答

1、隔离法，中间部分取走，适用于矿脉煤，大型料场；

2、窒息法，用土用其他不燃物料覆盖，适用于料场煤；

3、抑制法，用化学制剂抑制。

4、冷却法，灌水，适用于中、小型矿堆。

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一、冷却灭火法冷却灭火法，就是将灭火剂直接喷洒在燃烧着的物体上，将可燃物的温度降低到燃点以下，从而使燃烧终止。这是扑救火灾最常用的方法。冷却的方法主要是采取喷水或喷射二氧化碳等其它灭火剂，将燃烧物的温度降到燃点以下。灭火剂在灭火过程中不参与燃烧过程中的化学反应，属于物理灭火法。 在火场上，除用冷却法直接扑灭火灾外，在必要的情况下，可用水冷却尚未燃烧的物质，防止达到燃点而起火。还可用水冷却建筑构件、生产装置或容器设备等，以防止它们受热结构变形，扩大灾害损失。二、隔离灭火法隔离灭火法，就是将燃烧物体与附近的可燃物质隔离或疏散开，使燃烧停止。这种方法适用扑救各种固体、液体和气体火灾。采取隔离灭火法的具体措施有：将火源附近的可燃、易燃、易爆和助燃物质，从燃烧区内转移到安全地点；关闭阀门，阻止气体、液体流入燃烧区；排除生产装置、设备容器内的可燃气体或液体；设法阻拦流散的易燃、可燃液体或扩散的可燃气体；拆除与火源相毗连的易燃建筑结构，造成防止火势蔓延的空间地带；以及用水流封闭或用爆炸等等方法扑救油气井喷火灾；采用泥土、黄沙筑堤等方法，阻止流淌的可燃液体流向燃烧点。三、窒息灭火法窒息灭火法，就是阻止空气流人燃烧区，或用不燃物质冲淡空气，使燃烧物质断绝氧气的助燃而熄灭。这种灭火方法适用扑救一些封闭式的空间和生产设备装置的火灾。在火场上运用窒息的方法扑灭火灾时，可采用石棉布、浸湿的棉被、湿帆布等不燃或难燃材料，覆盖燃烧物或封闭孔洞；用水蒸气、惰性气体(如二氧化碳、氮气等)充人燃烧区域内；利用建筑物上原有的门、窗以及生产设备上的部件，封闭燃烧区，阻止新鲜空气进入。此外在无法采取其它扑救方法而条件又允许的情况下，可采用水或泡沫淹没(灌注)的方法进行扑救。