摘 要: 矿井废水中含有大量的淤泥，地下开采产生的矿山废水在采空沉陷中会发生一定程度上的自然过滤，这就会降低矿山废水中悬浮物和污染物的浓度，结果就是部分地下水可以被直接回用，其余部分可在地表污水处理厂处理，简化了处理环节，节约了成本。本文主要阐释了矿井污水过滤在采空区的实施，就此进行了深入探讨。
关键词: 矿井; 污水; 采空区; 过滤
矿井污水的主要来源为回采工作面的采空区水，污水排放携带大量淤泥进入水仓，造成水仓淤煤严重。矿井每年要对中央主副水仓分别清淤两次，造成人力、财力的大量浪费，经过长期研讨，现利用采空区过滤污水，达到污水沉淀净化，减少矿井排水压力，减少清淤次数，提高排水效率。
1 矿井污水产生源头
①基岩裂隙水。在掘进工作面顶板的过程中，辅助支护工作沿裂隙形成煤层顶板基岩含水层的渗漏空间。巷道掘进时，随着巷道的持续掘进，顶板含水层会随巷道顶板基岩裂隙水渗入，在巷道内形成积水。
②生产用水。在工业生产过程中，地下生产设备需要用到冷却水。一部分冷却水会随着原煤直接输送至地面原煤仓，其余汇集在巷道低洼处形成巷道积水。另外，巷道除尘喷雾也会导致巷道积水的形成[1]。
③采空区里存水。在采收过程中，与采收后的岩盘塌陷区相邻的工作面形成采空区，在天花板陷落后，上部含水层的水沿陷落裂缝流入采空区内，形成采空区的水洼。相邻的采水区域必须预先放水，否则会造成安全威胁。
④大气降水。大气降水为富含氧气和二氧化碳的重碳酸盐水，溶解能力强。砂层中的碳酸盐矿物主要在降水渗入砂层后溶解。在基岩裂隙入渗过程中，由于岩石裂隙面对 Ca 2+ 具有较强的吸附能力，水中的 Ca 2+ 取代了岩石中的 Na + ，增加了地下水中 Na + 的含量，使碳酸钙脱碳。同时，由于岩盘裂缝水的流动性差，岩石长期的溶蚀，使盐的含量显著增加，盐度增大。pH 值表明，矿区的水体主要是中性、弱碱性。
2 矿井污水采空区过滤实施方案
2. 1 矿井污水情况分析
陕西澄城董东煤业有限责任公司矿井污水主要包括采空区水、生产过程中的洒水降尘、机械设备废水等。针对矿井污水，将井下污水通过管路注入已经废弃的采空区，在采空区达到过滤、沉淀作用，净化后的洁净水通过泄水管路流入大巷水沟，经水沟流入中央水仓内，由中央水泵房排至地面污水处理站。
矿井每天产生污水量达 9000 ～ 10000m3 ，大量淤泥进入中央水仓，局部淤泥携带排出地面，给地面污水处理带来难度。利用井下采空区对污水进行过滤、沉淀，起到净化作用，净化后的洁净水进入中央水仓，并排出地面，提高排水效率的同时，减少了污水处理压力。
2. 2 采空区位置的选择
通过分析，污水过滤的采空区必须符合两个条件: 一是要利于水存储的构造形态，如向斜构造，利于水的储存、沉淀; 二是进水口与出水口要有一定的高差，便于水的流动。结合矿井实际情况，50107 工作面、50109 工作面采用沿空留巷开采方式，其煤层底板高程分别为 +300. 0 ～ +332. 0m、+318. 0 ～ +338. 0m，整体为南高北低，东高西低，工作面高差为 6 ～ 18m，满足以上两个条件。因此选定 50107、50109 工作面采空区，50109 回风巷巷口 为 主 进 水 口，50109 进风巷巷口为备用进水口， 50107 进风巷 巷 口 为 出 水 口，主 进 水 口 与 出 水 口 高 差 9. 2m，备用进水口与出水口高差 4. 4m。
2. 3 矿井污水采空区过滤实施方案
2. 3. 1 排水系统优化
为了采空区过滤的洁净水排水畅通，需对 501 采区轨道上山 50107 进风巷巷口至甩车道段重新铺设管路，考虑铺设 3 趟 6 寸排水管路，需要铺设管路 2000m。对 501 采区回风上山 50109 回风巷巷口至西翼集中回风巷段铺设 2 趟 6 寸排水管路，约需要铺设管路 310m，排水管路连接至 501 采区回风上山主排水管路，且加设阀门，以便控制水流方向[2]。
相关知识推荐：污水处理相关的论文投稿期刊
若 50109 回风巷进水口因其他原因无法实施排水，采用 50109 进风巷巷口为进水口，对 501 采区轨道上山 50109 进风巷巷口主排水管路接头处加设三通及阀门。 50107 进风巷( 出水口) 疏水密闭墙里侧挖设集水坑，规格为长 10m×宽 3m×深 1. 0m。见图 1 所示。
2. 3. 2 加固疏水密闭墙
为了保证采空区注水顺利进行，对 50107、50109 进风巷巷口和 50109 回风巷巷口疏水密闭墙进行重新加固处理。密闭墙厚度为 2. 0m( 两边各 0. 5m 厚砖墙，中间1. 0m 厚混凝土墙) ，高度为 4. 8m，宽度为 6. 0m。混凝土强度不小于 C25，混凝土的浇筑采用机械振捣，上部混凝土采用人工插钎紧密，塌落度应控制在 1 ～ 2cm。按照相关要求设置好观测孔、措施孔、疏水管及压力表。见图 2 所示。
2. 3. 3 监测内容
在注水过程中对进、出水口的水位、水压、流量进行实时监测，出水口安设瓦斯监测仪，对水流携带出的瓦斯进行监测。计划在进、出水口分别安装水位检测仪及管路流量计，观测水位、流量。
2. 3. 4 实施阶段
第一阶段为试验阶段，主要检验采空区过滤净化水的效果，同时监测注水过程中密闭墙及周边巷道的变化情况，确定方案的可行性。具体实施步骤为: 完善优化排水系统、疏水密闭墙加固完成及各项监测设备安装到位，验收合格后开始注水，初期操作按照注水 8h、停 16h 的方式进行，随时观测密闭墙周围及周边巷道的变化情况，根据具体情况逐步增加或减少注水时间，并观测出水口水量变化情况及净化水效果[3]。
第二阶段为运行阶段，主要针对第一阶段试验效果进行评估，对存在的问题提出合理解决方案，最终确定具体可行的实施方案。
3 采空区注水实施效果
2020 年 10 月 15 日 ～ 11 月 23 日，完成了排水系统的优化及疏水密闭墙的加固; 11 月 23 日 17 时开始进行试验阶段的注水，进水口水量平均 35 ～ 40m3 /h，且均为污水; 11 月 25 日 21 时，历经 52h 的注水，出水口水量开始增大，最终水量稳定在 40 ～ 48m3 /h，经观测，出水口为清水。在试验阶段对采空区注水过程中，瓦检员随时对密闭墙的完好、渗水情况及密闭墙空气成分进行检查监测，并做了相关记录，截至目前，未发现任何异常。
通过采空区注水试验阶段的总结，选择的 50107、 50109 采 空 区 注 水 污 水 流 经 约 530m，容 纳 水 量 约 2000m3 ，在这种利于水存储且进、出水口有一定高差的采空区，成功实现了污水的沉淀、过滤。
该项目已通过试验阶段的注水，成功将矿井污水沉淀、过滤为清水，效果比较明显。11 月 29 日，该项目正式进入运行阶段，每天沉淀、过滤污水量约为 1000m3 。该项目大大减少甚至消除了矿井中央主副水仓的清淤次数，减轻了井下中央水仓排水压力，且节约了地面污水处理成本，预计每年节约费用约 200 万元。
4 采空区注水安全技术措施
待排水系统优化和疏水密闭墙加固完成，并通过相关部门验收后，可以开始向采空区注水。在试验阶段的采空区注水过程中，瓦检员随时对密闭墙的完好、渗水情况及密闭墙空气成分进行了检查监测，并做了记录。随时对采空区内水位高度进行监测，并建立水位观测台账，若水位过高，必须通过停止注水、放水等措施降低水位。编制应急预案及处理措施，采空区一旦发生突水，会对矿井造成安全隐患，联合相关部门提前编制完善的应急 预 案。单项工程负责单位必须编制安 全技术措施[4]。
5 结论
煤矿大多数位于干旱地区或者半干旱地区，水资源十分短缺。然而，矿井排水在煤矿区十分普遍，不仅污染地表水和土壤，而且浪费了大量的水资源。由于污水处理成本高，企业负担不起，矿井污水已成为煤矿管理的一大难题，也关系到环境保护。站在矿区的角度上，矿井污水可通过排水工程排入老采空区，自然渗透使污水变成清水，有效节约矿井污水处理成本，维护了煤矿区的地质环境。——论文作者：赵智民，席小平，张航
参考文献:
[1]朱小娇. 水生态修复技术在采矿废水治理中的应用与研究[J]. 世界有色金属，2019( 08) : 231+233.
[2]钱兆明. 浅谈采矿工程中绿色开采技术的相关应用[J]. 世界有色金属，2018( 24) : 37+39.
[3]李佳，陈秀梅. 采矿塌陷区综合治理———以唐山市南部塌陷区为例[J]. 中国园林，2007( 04) : 92-94.
[4]Frank Repmann，刘伟，余强，等. 利用当地污水、污泥和工业残渣，使采矿废弃堆场植被重建[J]. 资源·产业，2000 ( 07) : 35-39.
