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摘要：采用超磁分离技术和水净化技术处理矿井水。具有处理时间短、占地面积小、污泥排放浓度高、能耗低、处理效果好等优点。在地下矿井水直接回用处理中，实现了水的输送、水井、降低作业负荷、力泵提升系统和储能管道系统，解决了地下蓄水箱疏浚的问题。超磁分离水净化技术操作简单，自动化程度高。
关键词：超磁分离技术；井下；矿井水处理；应用
引言：中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭占中国能源消费结构的70%以上。煤炭开采的性质决定了矿山开采过程中不可避免地产生大量的矿井水。在煤矿开采技术的影响下，矿井水含有大量的悬浮物，经过处理后必须进行处理，可用于综合利用。目前常用的矿井水处理技术主要是传统的混凝沉淀和过滤工艺。在实践中，煤浆的大面积、水力停留时间长、含水率高等缺点。超磁分离技术是近年来发展起来的一种矿井水处理技术，经过处理后的水质达到了水再利用的标准。与传统技术相比，超磁分离技术具有体积小、面积小、运行成本低的特点。
1、矿井水的悬浮物特性
1.1相较于传统处理技术因为水文地质条件、流体力学、地质化学和地质构造条件和采矿条件等因素的影响，矿井水悬浮物含量从几百上升到几千毫克，瞬时值将大于5000毫克。煤矿中悬浮物的主要成分为煤粉和岩粉。虽然有时矿井悬浮物不是很高，但它的黑色是非常凸显的，感官特性极差。矿井水悬浮物的粒径小，比重轻，沉降速度慢，细胶体不能自然沉降。经过长时间的沉淀，水体色仍然很高。矿井中悬浮颗粒的平均水平仅为2 至 8lam，约85%的悬浮颗粒均小于50um。煤粉的平均密度仅为1.3至1.59 / cm3，远低于地表水系统中泥沙颗粒的平均密度2.4至 2.69 / cm3。矿井水含有少量的废油、乳化油、废木料腐烂的地下、粪肥等有机污染物。有机质（煤）的悬浮固体材料和无机（岩粉）复杂，以及不同煤化作用阶段的煤分子结构是不一样的，煤炭颗粒表面电荷的数量不一样，所以不同程度的高分子亲水，低芳烃缩合阶段煤更极环集团与煤化作用的程度逐渐降低，最后完全失去这些极性基团和疏水材料。因此，煤粉表面与水、无机混凝剂在含悬浮物中的相容性比地表水系统中的泥砂颗粒要差得多。
1.2目前，用于矿井水处理的水净化设备主要是城市污水预处理的一般设施。由于矿井水和普通地表水水质的差异较大，一般水处理设施的处理能力只能达到原设计水处理量的40%-60%。在凝固沉降过程中，一般的处理过程包括一个平坦的流沉淀池、一个倾斜的板/管沉降槽，以及一个具有更高效率的迷宫斜板沉淀槽。开发成套水处理设备适用于矿井水质的特点，特别是在小面积，矿井水处理设备操作强，满足地下的水生产的同时，可以减少电力泵，减少悬浮物质和排水泵，具有重要的技术进步。超磁分离技术在处理煤矿排水时具有占地面积小、投资少、运行成本低、能耗小、操作维修简单等优点。
2、超磁分离工艺流程
2.1超磁分离技术
在煤矿水处理应用的起步阶段，当前是很少使用的。国内运用该技术处理矿井水的煤矿大多分布于山东、内蒙古，它的工艺流程为矿井水进入混凝系统之后，在混凝系统中投加重介磁种、PAC、PAM，经过将混凝搅拌，形成的磁“核”的悬浮物，含有磁种的悬浮物也被称之为磁性絮团，使用超磁分离机里面的稀土永磁磁盘的高强磁力宽素将磁性絮团与水进行分离。超磁分离机分离后的污泥，通过磁渣系统输送到磁分离磁鼓，实现有效的磁种与污泥分离，并利用回收循环运用磁种。
2.2工作原理
超磁分离水净化系统可在3分钟内完成整个微絮凝和固液分离过程，其工作原理和传统的混凝沉淀方式。它有以下两个特点：
2.2.1微磁絮凝
超磁分离水净化系统将磁性种子与混凝剂和混凝剂结合，在处理后的水中加入磁性种子。一方面，磁性物质作为絮凝物，加强和加速絮凝物的形成；另一方面，磁性物质赋予絮凝剂微磁性。在超磁分离和净化设备的超磁场下，絮凝体只需要微絮凝，而不形成大型絮凝沉淀。因此，所需剂量为普通絮凝沉淀的三分之一至二分之一。根据不同的水质，磁性种子的用量、混凝剂和混凝剂的用量不同，但总絮凝时间仅为2-3分钟。与普通絮凝相比，早期磁絮凝的时间约为普通磁絮凝所需时间的三分之一至四分之一。
2.2.2超磁分离
从絮凝设备出来的通过微磁絮凝的水流入超磁分离机，其采用了稀土永磁强磁性材料，经过聚磁技术，其磁盘能够产出超过640倍的重力磁力，瞬时（小于0.1 s）可以吸收弱磁性材料，平行磁盘水流量能够达到300 m / h - 1000 m / h，实现微磁絮团与水的迅速分离，水流通过整个超磁分离机的时间小于12s。因为固液分离的时间较短，可以显著减少被占用的区域。一体化机械设备占常规沉淀池的1 / 50至1 / 300，是高速净化器的1 / 10至1 / 30。总占地面积为20000吨/天，仅为12mX9m。
3、工艺特点
通过对超磁分离技术原理及实际应用的分析，发现了该工艺的主要特点有：
3.1药剂投加量少
该过程由磁力吸附分离，只需少量的化学物质就可以在水体中的悬浮物质中形成微絮凝。与传统工艺相比，该药物的用量可减少60%。并且还能够节约土地。相较于传统工艺，该工艺的水力保留时间较短，与传统工艺相比，所需的空间和空间减少了83%。
3.2污泥含水率低
磁分离装置通过磁吸附实现絮凝和水的完全分离。与传统工艺相比，污泥含水率降低了5% ～6%，有效降低了池容量，节约了土地占用。
3.3超磁分离井下与地面布置优劣势分析
因为这种工艺有着占地面积小的明显优势，当前已经建设成的采取超磁分离技术的矿井水处理站都使位于井下，井下的排水自流进入处理站之后，通过排水管进入地下蓄水，截止到当前，还有地面的处理应用。由于矿井水处理的存在条件地下车站布局、加工站排列在地上地下没有建设条件，处理规模为1000 m3 / h矿山地下和地面车站分别安排在两种形式来模拟水处理的设计，比较分析两种形式的优点和缺点。
结论：总而言之，采用超磁分离水净化技术的矿井水处理具有以下优点：最大化解决井下水仓的清淤问题，降低井下水仓清淤作业的安全风险。可减少泵动力升降系统和管路系统的运行负荷，节约能源。井下作业的用水（防尘、冷却、冷却、消防等）直接重复回收利用，改变了重复上井再回收井下的情况，经济价值十分凸显，由于设备占地的面积非常小，可以充分利用现有的井下巷道空间，硐窒矿山的地下空间建设项目数量很小，且节省投资。污泥脱水到井中实现资源利用，具有经济效益。通过协庄煤矿的应用，超磁分离水净化技术对矿井水处理，水处理技术是一个突破的方法，特别是可以再井下运用当前所有的硐窒实行改造，矿建的工程量非常小，而且还节省了投资，实现矿井水污染直接现场处理水返回井下，大大提高了井下泵系统工作环境的能力，并减少安全风险间隙带来的经济、安全和社会效益。
參考文献：
[1]刘艳辉，陈明阔，刘媛，张泽民，张珂，胡先霞，郭文清，张源野，谢芳，陈曦，薛春雷，杨虹，李奇斌.超磁分离技术在矿井水处理中的应用[J].给水排水，2015，51（04）：55-57.
[2]李培云，李爱民，许晓丽.超磁分离技术在井下矿井水处理中的应用[J].煤炭工程，2013，45（S2）：56-57.
[3]李福勤，何绪文，吕晓龙，王少雄.煤矿矿井水井下处理新技术及工程应用[J].煤炭科学技术，2014，42（01）：117-120.
关键词：超磁分离技术；井下；矿井水处理；应用
引言：中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭占中国能源消费结构的70%以上。煤炭开采的性质决定了矿山开采过程中不可避免地产生大量的矿井水。在煤矿开采技术的影响下，矿井水含有大量的悬浮物，经过处理后必须进行处理，可用于综合利用。目前常用的矿井水处理技术主要是传统的混凝沉淀和过滤工艺。在实践中，煤浆的大面积、水力停留时间长、含水率高等缺点。超磁分离技术是近年来发展起来的一种矿井水处理技术，经过处理后的水质达到了水再利用的标准。与传统技术相比，超磁分离技术具有体积小、面积小、运行成本低的特点。
1、矿井水的悬浮物特性
1.1相较于传统处理技术因为水文地质条件、流体力学、地质化学和地质构造条件和采矿条件等因素的影响，矿井水悬浮物含量从几百上升到几千毫克，瞬时值将大于5000毫克。煤矿中悬浮物的主要成分为煤粉和岩粉。虽然有时矿井悬浮物不是很高，但它的黑色是非常凸显的，感官特性极差。矿井水悬浮物的粒径小，比重轻，沉降速度慢，细胶体不能自然沉降。经过长时间的沉淀，水体色仍然很高。矿井中悬浮颗粒的平均水平仅为2 至 8lam，约85%的悬浮颗粒均小于50um。煤粉的平均密度仅为1.3至1.59 / cm3，远低于地表水系统中泥沙颗粒的平均密度2.4至 2.69 / cm3。矿井水含有少量的废油、乳化油、废木料腐烂的地下、粪肥等有机污染物。有机质（煤）的悬浮固体材料和无机（岩粉）复杂，以及不同煤化作用阶段的煤分子结构是不一样的，煤炭颗粒表面电荷的数量不一样，所以不同程度的高分子亲水，低芳烃缩合阶段煤更极环集团与煤化作用的程度逐渐降低，最后完全失去这些极性基团和疏水材料。因此，煤粉表面与水、无机混凝剂在含悬浮物中的相容性比地表水系统中的泥砂颗粒要差得多。
1.2目前，用于矿井水处理的水净化设备主要是城市污水预处理的一般设施。由于矿井水和普通地表水水质的差异较大，一般水处理设施的处理能力只能达到原设计水处理量的40%-60%。在凝固沉降过程中，一般的处理过程包括一个平坦的流沉淀池、一个倾斜的板/管沉降槽，以及一个具有更高效率的迷宫斜板沉淀槽。开发成套水处理设备适用于矿井水质的特点，特别是在小面积，矿井水处理设备操作强，满足地下的水生产的同时，可以减少电力泵，减少悬浮物质和排水泵，具有重要的技术进步。超磁分离技术在处理煤矿排水时具有占地面积小、投资少、运行成本低、能耗小、操作维修简单等优点。
2、超磁分离工艺流程
2.1超磁分离技术
在煤矿水处理应用的起步阶段，当前是很少使用的。国内运用该技术处理矿井水的煤矿大多分布于山东、内蒙古，它的工艺流程为矿井水进入混凝系统之后，在混凝系统中投加重介磁种、PAC、PAM，经过将混凝搅拌，形成的磁“核”的悬浮物，含有磁种的悬浮物也被称之为磁性絮团，使用超磁分离机里面的稀土永磁磁盘的高强磁力宽素将磁性絮团与水进行分离。超磁分离机分离后的污泥，通过磁渣系统输送到磁分离磁鼓，实现有效的磁种与污泥分离，并利用回收循环运用磁种。
2.2工作原理
超磁分离水净化系统可在3分钟内完成整个微絮凝和固液分离过程，其工作原理和传统的混凝沉淀方式。它有以下两个特点：
2.2.1微磁絮凝
超磁分离水净化系统将磁性种子与混凝剂和混凝剂结合，在处理后的水中加入磁性种子。一方面，磁性物质作为絮凝物，加强和加速絮凝物的形成；另一方面，磁性物质赋予絮凝剂微磁性。在超磁分离和净化设备的超磁场下，絮凝体只需要微絮凝，而不形成大型絮凝沉淀。因此，所需剂量为普通絮凝沉淀的三分之一至二分之一。根据不同的水质，磁性种子的用量、混凝剂和混凝剂的用量不同，但总絮凝时间仅为2-3分钟。与普通絮凝相比，早期磁絮凝的时间约为普通磁絮凝所需时间的三分之一至四分之一。
2.2.2超磁分离
从絮凝设备出来的通过微磁絮凝的水流入超磁分离机，其采用了稀土永磁强磁性材料，经过聚磁技术，其磁盘能够产出超过640倍的重力磁力，瞬时（小于0.1 s）可以吸收弱磁性材料，平行磁盘水流量能够达到300 m / h - 1000 m / h，实现微磁絮团与水的迅速分离，水流通过整个超磁分离机的时间小于12s。因为固液分离的时间较短，可以显著减少被占用的区域。一体化机械设备占常规沉淀池的1 / 50至1 / 300，是高速净化器的1 / 10至1 / 30。总占地面积为20000吨/天，仅为12mX9m。
3、工艺特点
通过对超磁分离技术原理及实际应用的分析，发现了该工艺的主要特点有：
3.1药剂投加量少
该过程由磁力吸附分离，只需少量的化学物质就可以在水体中的悬浮物质中形成微絮凝。与传统工艺相比，该药物的用量可减少60%。并且还能够节约土地。相较于传统工艺，该工艺的水力保留时间较短，与传统工艺相比，所需的空间和空间减少了83%。
3.2污泥含水率低
磁分离装置通过磁吸附实现絮凝和水的完全分离。与传统工艺相比，污泥含水率降低了5% ～6%，有效降低了池容量，节约了土地占用。
3.3超磁分离井下与地面布置优劣势分析
因为这种工艺有着占地面积小的明显优势，当前已经建设成的采取超磁分离技术的矿井水处理站都使位于井下，井下的排水自流进入处理站之后，通过排水管进入地下蓄水，截止到当前，还有地面的处理应用。由于矿井水处理的存在条件地下车站布局、加工站排列在地上地下没有建设条件，处理规模为1000 m3 / h矿山地下和地面车站分别安排在两种形式来模拟水处理的设计，比较分析两种形式的优点和缺点。
结论：总而言之，采用超磁分离水净化技术的矿井水处理具有以下优点：最大化解决井下水仓的清淤问题，降低井下水仓清淤作业的安全风险。可减少泵动力升降系统和管路系统的运行负荷，节约能源。井下作业的用水（防尘、冷却、冷却、消防等）直接重复回收利用，改变了重复上井再回收井下的情况，经济价值十分凸显，由于设备占地的面积非常小，可以充分利用现有的井下巷道空间，硐窒矿山的地下空间建设项目数量很小，且节省投资。污泥脱水到井中实现资源利用，具有经济效益。通过协庄煤矿的应用，超磁分离水净化技术对矿井水处理，水处理技术是一个突破的方法，特别是可以再井下运用当前所有的硐窒实行改造，矿建的工程量非常小，而且还节省了投资，实现矿井水污染直接现场处理水返回井下，大大提高了井下泵系统工作环境的能力，并减少安全风险间隙带来的经济、安全和社会效益。
參考文献：
[1]刘艳辉，陈明阔，刘媛，张泽民，张珂，胡先霞，郭文清，张源野，谢芳，陈曦，薛春雷，杨虹，李奇斌.超磁分离技术在矿井水处理中的应用[J].给水排水，2015，51（04）：55-57.
[2]李培云，李爱民，许晓丽.超磁分离技术在井下矿井水处理中的应用[J].煤炭工程，2013，45（S2）：56-57.
[3]李福勤，何绪文，吕晓龙，王少雄.煤矿矿井水井下处理新技术及工程应用[J].煤炭科学技术，2014，42（01）：117-120.