金龙铁矿给排水系统的优化设计

张乃丰 王向阳

随着我国采矿业不断发展，矿坑涌水作为非常规水源加以利用取得了较大的进展。但是，如何循环高效地利用矿坑涌水，发掘矿区给排水系统中水进一步回收利用空间的研究还较少。矿坑涌水作为矿区给排水系统中重要的新水补充来源，在矿区特定的水文地质条件下，研究矿区给排水系统优化设计，提高矿坑水资源高效重复利用是一个值得深入探讨的课题。

本文以金龙铁矿为例，以模拟预测的矿坑正常涌水量，作为矿山给排水系统优化设计研究的基础和前提，应用城市给排水技术中计算设计需水量的方法预测矿区需水量，结合地面生产用水，对矿山给排水系统中的各参量进行相应分析，为系统优化设计提供技术依据。

一、需水量与用水量计算

1.需水量

采用铁矿用水定额标准为1.8m3/t，计算得到采选矿生产用水为5478m3/d；矿区生活用水量包括职工生活用水、食堂用水、淋浴用水和环境绿化用水。根据《建筑给水排水规范》，取食堂用水15L/人·餐，用水量为24.8m3/d；沐浴用水60L/人·班，用水量为33m3/d；职工宿舍用水200L/人·d，用水量为110m3/d；得到用水量Q2为167.8m3/d。研究区建筑总面积400亩，绿化面积占总面积的10%，绿化用水1.5m3/d，绿化用水量为40m3/d，矿区地表冲洗、道路洒水抑尘等用水量 50 m3/d。计算得 Q3为90m3/d。本文取消防用水定额35L/s，同一时间内，火灾次数为2次，火灾延续时间为2h，合计总用水量为8.4m3/s。

2.用水量

矿区采选工程生产过程中循环回用水量为16776.5m3/d，采选工程生产用水新水取水量为5478m3，矿区生产总用水量为22254.5m3/d，生活用水量257.8m3/d（10.7m3/h）。

矿区采选工程设计生产用水（新水）5478m3/d，新水水源为矿坑排水。如矿坑排水不足由裕溪河补给，生活用水的水源为浅层地下水。

二、用水水质分析

本矿区矿坑充水水源主要是三叠系中统徐家山组大理岩、白云岩及角砾岩中的裂隙岩溶水，另外有少量来自三叠系中统黄马青组基岩裂隙水与上覆的松散孔隙水。徐家山组裂隙岩溶水水质检测结果见表1。

根据水质监测结果，三叠系中统徐家山组裂隙岩溶含水层受岩浆侵入和矿化、蚀变作用影响，地下水中SO42-含量和矿化度较高，水化学类型较复杂，总硬度141～568mg/L，属软～极硬水；三叠系中统黄马青组裂隙含水层受岩浆侵入的影响，水化学类型为SO4-HCO3-Ca·Na型，矿化度1.28g/L，总硬度212.3mg/L，属微硬水。上述水质条件作为矿山企业的采、选矿等生产用水，是可行的。

锅炉用水包括第四系松散岩类孔隙水、三叠系中统徐家山组裂隙岩溶水，评价结果见表2，第四系松散岩类孔隙水水质属锅垢多～很多、具有软沉淀的、不起泡～半起泡的非腐蚀性水；三叠系中统徐家山组裂隙岩溶水属锅垢多的、具有软沉淀～硬沉淀的、不起泡的～起泡的非腐蚀性水。因此，可作为锅炉用水使用。

生活用水为第四系全新统孔隙含水层易于接受降水硬度补给，水化学类型主要为 HCO3-Ca 型、HCO3-Ca·Mg型，矿化度为0.189～0.944g/L，一般为0.50g/L左右，总硬度 168～487mg/L，属微硬～极硬水。除局部地段地下水偏高外，一般物化指标均符合生活饮用水标准，可以作为居民较好的生活用水水源。三叠系中统黄马青组基岩裂隙水和徐家山组裂隙岩溶水，水化学类型较复杂，不宜作生活用水。

表1 徐家山组裂隙岩溶水水质检测报告表

表2 锅炉用水水质评价表

表3 方案效益对比分析表

三、矿区用水保证程度分析

项目生产用水首先利用4857m3/d的矿坑排水量，再从裕溪河补充621m3/d；矿区取水量是裕溪河多年平均径流量的0.01%，是最枯年份的0.3%；相对当地地表水资源量而言，该用水量仅占95%年份当地地表水资源量的0.79亿m3的0.2%左右；因此矿区生产用水在水量上是有保证的。

生活用水257.8m3/d依靠当地浅层地下水，仅占95%年份当地浅层地下水资源量0.12亿m3的0.7%左右；研究区内第四系松散孔隙水水质优良，单井出水能力500～1000m3/d。因此，就近建井供生活用水是可行、可靠的。

四、优化设计

1.给水系统的优化

图1 优化前的水量平衡图

对矿区给水系统进行优化设计，主要优化设计内容是优先回用选矿厂中铁精矿和采矿厂等车间的生产排水混凝沉淀处理后的污水，还要优先回用尾矿库处理后的污水，当以上水量不满足时，用矿坑涌水量来补给。停用原裕溪河的水源，裕溪河地表水仅作为应急备用水源，当尾矿库回水系统故障或涌水发生突变时，裕溪河的水源可以及时补给，确保矿山生产用水安全。矿区的生产用水一般对水质要求不高，混凝沉淀后的采选矿回水和自然净化后的尾矿库回水可满足矿山生产工艺用水水质要求。对于给水系统优化的重点是只需适当提高尾矿库污水回用系统回水能力，图1为优化前的水量平衡图。

2.排水系统的优化

对矿区排水系统进行优化设计，主要内容是将以尾矿库的合流制系统改为分流制系统。主要改造内容为选矿厂中铁精矿和采矿厂等车间的生产排水混凝沉淀处理后全部回用外，剩余均随尾砂排入尾矿库，尾矿库除接纳选矿废水外不再另行接纳生活污水。进入尾矿库的选矿废水回用水由原来的220.64m3/h增加到现在的264.1m3/h，因此，尾矿库收纳的选矿废水循环利用水量得到了很大提高。生活污水经过处理后所形成的中水，可以直接用于矿区绿化（40m3/d）和矿区地表冲洗、道路洒水抑尘等（50 m3/d），剩余116.2 m3/d中水，可用到充填站水处理设施进行进一步处理，再进入选矿工艺用水环节循环利用（见图2）。

图2 优化后的水量平衡图

3.方案优化前后的效益对比

通过对矿区给排水系统优化设计，根据图1和图2统计了优化前和优化后两种不同方案的用水量指标，重复利用率指标，统计结果见表2。对矿区给排水系统优化后，新水用量减少了621m3/d，矿坑涌水量减少了539m3/d，即剩余的涌水量经过相应的处理排入到裕溪河。全矿水重复利用率提高了5.2%，尾矿库污水回用率提高了13.8%，实现了选矿废水串联使用。将废水分配和消纳各级生产工序中，实现了水资源的高效利用。

五、结论

现有供水水源地和各类地面水体，水质检测结果基本符合国家有关标准要求。矿区水质分析结果表明：裕溪河和矿坑涌水的水质良好，均可满足生产用水要求，浅层地下水水质满足矿区生活用水要求。

经过优化，矿区生产用水全部由矿坑涌水供给，裕溪河地表水只作为应急备用水源。生产用水水源的这一优化，是对“优水优用、劣水劣用”号召的积极响应，是对水污染防治法、安徽省节约用水条例的贯彻落实。

通过对矿区给排水系统优化，新水用量减少了621m3/d，全矿水重复利用率提高了5.2%，尾矿库污水回用率提高了13.8%。也可以达到清污分流、分质处理、一水多用的环境保护要求，可以实现选矿废水和尾矿库污水全部回用，避免了因其他废水排入尾矿库导致尾矿库污水不能全部回用外排的现象■