概述
矿井水是矿井开采过程中产生的地下涌水。为了保障矿井生产和安全，矿山企业投入大量人力、物力将矿井水排出地面。矿井水在开采过程中会受到粉尘和岩尘的污染，是煤矿及其它矿山具有行业特点的废水，这部分废水经处理后，可作为生产、生活和生态用水。据统计，目前全国煤矿矿井每年涌水量在42亿立方米左右，利用率为26%左右。
直接排放不仅浪费水资源，而且也污染环境。对矿井水进行处理并加以利用，不但可防止水资源流失，避免对水环境造成污染，而且对于缓解矿区供水不足、改善矿区生态环境、最大限度地满足生产和生活用水需求具有重要意义。
处理技术
根据矿井水的水质和水量确定矿井水的用途，井下矿井水主要由以下三种水构成：
(1)生产使用过的混水，通过原有部分水砂充填系统，用于井下消防火、采空区注浆及封堵；
(2)矿井自然涌出的清水，通过原有部分水砂充填系统，用于选煤厂洗煤用水；
(3)截流矿井的净水，这部分水可替代自来水，主要有两种用途：一是用于地面工业锅炉用水，需增加投入接设专门管路；二是直接用于井下综采生产机械用水、“一通三防”高静压注水和洗尘用水等。
根据以上方案，本着经济合理的原则，充分合理地发挥现有矿井系统、技术、设施的富余能力，实施井下生产排水和地面工业用水系统改造。
(1)井下生产排水系统改造。首先是对井下水仓进行改造，分为混水仓、清水仓、净水仓，合理进行配水，做到矿井水分贮分排，有效地保证了矿井水合理利用。
(2)地面工业用水系统改造，实现对生产混水的闭路循环。
在煤矿开采过程中产生的矿井污水一般分4 种类型，即含悬浮物、高矿化度、酸性及含特殊污染物的矿井水，不同类型的矿井水可采用不同的资源化处理工艺和方法。除了洁净矿井水可直接利用外，矿井水的利用都需要相应的矿井水处理技术，主要包括含悬浮物矿井水处理技术、高矿化度矿井水处理技术、酸性矿井水处理技术和特殊污染型矿井水处理技术。随着国家对矿井水资源利用力度的加大，矿井水处理利用率逐年提高，矿井水处理利用实用技术将会在矿井水资源化利用工作中起到有力的保障作用。现在的处理技术有：
(1)混凝剂和混合形式。含悬浮物矿井水净化处理通常采用铝盐或铁盐混凝剂，目前聚合氯化铝较为常用。絮凝剂主要采用聚丙烯酰胺。矿井水处理中混凝剂混合方式通常采用水泵混合、管道混合器混合和机械混合，其中水泵混合较常采用。
(2)曝气溶解。曝气的作用是将含有金属离子的水在进入净水器前得到充分的氧化；分解成无机分子化合物（二价氧化成三价）使之脱离析除于水，变成絮凝物。曝气装置利用空气中含有的20％的氧充分溶解于水，靠溶解氧将水中金属离子转化成三价无机分子化合物后进入净水器被除掉。
(3)氧化反应。经过混凝、曝气溶解水质已产生变化，胶体悬浮物和金属离子物质都已脱离于水，形成微小颗粒状，流进净水器反应室。进行一定时间的搅拌反应，反应室内设有小波形板通道，利用波形板的波峰与波谷之间水流变化，在波谷中形成对流旋涡，给水中的悬浮颗粒和金属氧化物颗粒造成了一个有利的相互碰撞、吸附机会，经过吸附氧化分解造成了雪状大颗粒絮体，比重逐渐增大，给沉淀工艺创造了有利条件。
(4)沉淀和澄清。矿井水净化处理采用沉淀池或澄清池作为主要处理单元。沉淀池采用平流式、斜管沉淀，其处理能耗小，存在处理设施占地面积大，沉淀污泥易堵塞造成排泥不畅等缺点。机械加速、水力循环澄清池都是集混凝反应和沉淀过程于一体的水处理设施，水循环澄清池具有处理过程中动力消耗低、耐负荷冲击能力强、设施维护简单和操作方便等优点。
(5)过滤。常用的过滤设施有快滤池和重力式无阀滤池。快滤池管路、阀门系统复杂，反冲洗操作繁琐；重力式无阀滤池能自动反冲洗，操作简便，管理和维护方便。滤池通常采用的滤料有无烟煤、磁铁滤料（可吸附水中三价铁，截留水中铅氧化物）、天然锰砂滤料（可接触催化吸附水中氧化锰、铅、镉、氧化物）和石英砂双层滤料（吸附、截留滤除水中胶体杂质和吸附多种金属氧化物及大量菌群）。
(6)消毒。矿井水净化处理后作为生活用水必须经过消毒处理，一般采用二氧化氯消毒，次氯酸钠和液氯采用较少。次氯酸本身是一个中性分子，可扩散到带负电荷的细菌表面，并穿过细胞膜进入细菌内部，破坏细菌某种酶系统，导致细菌死亡，达到消毒目的。液氯作为消毒剂在杀死细菌的同时，与水中的某些有机或无机成分发生一系列的化学反应，产生对人身体有害的“三致”消毒副产品，造成二次污染。也可以选择过氧化氢作为消毒剂，因为过氧化氢能与水完全混溶，没有腐蚀性，分解速度慢，保证长时间的消毒作用，且分解后为H2O 和O2，不会带来二次污染。
煤矿矿井水经过水处理之后，其利用途径绝大多数是用于矿区及其矿区周边农村生产生活，主要分为生活用水、生产用水、井下工业用水、煤炭加工用水、农业灌溉用水等。其中生活用水包括城市生活用水、矿区生活用水（生活杂用水如冲洗用水、消防用水、浴室用水等和生活饮用水）和矿区周边农村生活用水。井下工业包括配乳化液、防尘（包括煤层注水、工作面回采洒水、掘进洒水、装运点洒水、运输机洒水等）、灭火灌浆、运输机保养、空气调节、设备冷却（包括冷冻机房、温度调节器、瓦斯抽放等）。煤炭加工用水包括选煤厂用水、洗煤补充用水、机修厂用水等。另外，经处理后的矿井水达到了选煤生产、电厂冷却用水和工业广场清洁撒水的标准，可用于选煤生产和电厂冷却用水，沉淀物经选煤厂压滤回收，还可与选煤厂煤泥一同供煤泥锅炉发电。
根据我国煤矿矿井水水质特征，对不同类型的矿井水要选择合理的处理技术和工艺流程，为矿井水资源化利用打下良好的技术基础。
(1)洁净矿井水处理
对洁净矿井水的处理方法较为简便，只要在源头妥善截流，清污分流后，清水由井下单独布设的排水管路排出，只需经过简单的消毒处理，即可作为生活饮用水。
(2)含悬浮物矿井水处理
含悬浮物矿井水分布较广，所含的有毒有害物质较少，主要是总硬度、浊度、细菌等超标，此类水经井下水仓初沉后排至地面，采用常规的混凝、沉淀、过滤、消毒等处理工艺，处理后可用于煤矿生产、生活用水。该工艺流程简单，基建投资少，设备占地面积小。
(3)高矿化度矿井水处理
高矿化度矿井水含盐高、硬度高，处理工艺分两阶段：首先是预处理阶段，采用常规混凝、沉淀技术，主要去除矿井水中的悬浮物；第二部分是脱盐处理，使出水含盐量达到我国生活饮用水标准。目前国内外采用的脱盐方法主要是：从盐水中分离淡水，主要采用蒸馏法、冷冻法、溶剂萃取法、离子交换法、电渗析法和反渗透法。
(4)酸性矿井水处理
酸性矿井水在我国南方煤矿尤为常见，处理方法有石灰石中和法、人工湿地法、离子交换法等。通常采用化学中和法处理工艺，投加碱性药剂或以石灰石、白云石为滤料进行过滤中和；最近开发了利用湿地生态系统来处理酸性矿井水，该技术日趋成熟。湿地生态工程处理酸性矿井水是根据自然水藓(或泥炭)、香蒲在高酸性水条件下生长良好的原理发展起来的，利用自然生态系统中物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化处理。经过预处理的酸l生矿井水进入人工湿地，湿地的去污机理包括稀释、过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解。
(5)含特殊污染物的矿井水处理
对于含有毒有害元素的矿井水，可以采用活性氧化铝吸附等处理方法；用电渗析除盐法可去除氟离子；含油类较高的矿井水可采用混凝、气浮、过滤、消毒的处理工艺。
国内应用和发展
1990年我国重点煤矿矿井涌水量约为16．4亿m ，煤矿自用量2．1亿m ，利用率12．8％，吨煤涌水量2．43m ；2000年我国重点煤矿矿井涌水量约为17．2亿m ，煤矿自用量5．1亿m ，利用率29．6％，吨煤涌水量2．23m ；到2005年，全国煤矿矿井涌水量约45．4亿m。，吨煤涌水量平均为2．07m ，利用率43．8％。
根据2005年煤矿矿井水排放情况，各矿区矿井水排放量差距较大，矿井水排量大的矿区主要集中在中南、华北地区，这两个地区矿井水排放量占全国排放量的一半以上；西南、华东、和东北产煤区排放量较少；西北产煤区矿井水排放量最少，吨煤涌水量只有0．97m 。
1)煤矿矿井水水质及分布特征
根据《国家计委、财政部关于对煤矿矿井水收取排污费有关问题的通知》(计价格[1994]1005号)的精神： “鉴于在煤炭开采过程中抽放的矿井水污染物成分主要是煤粉、岩粉等悬浮物，一般不降低水体水质，并且大部分用于矿区生产、生活和农灌”，“不属于污水排污费的征收范围”。因此煤矿矿井水不属于污水。
我国煤矿矿井水6o％以上为含悬浮物型，特别是在东北、华北等地，水质较好、pH值为中性。只需稍加处理和消毒即可达到生产、生活用水的标准。
高矿化度矿井水指溶解性总固体高于lO00mg／L的矿井水，我国煤矿高矿化度矿井水含盐量一般在1000—3000mg／L。主要分布于甘肃、宁夏、内蒙西部、新疆的大部分矿区，以及淮海平原、东北、华北、华东的部分矿区。由于西北地区生态环境脆弱，缺水现象严重，水质较差，一定要做好采煤保水工作。
酸性矿井水指pH值小于5．5的矿井水，主要分布在南方矿区，川、贵、粤、湘、鄂、桂、浙和闽等省。北方缺水矿区分布较少，但部分煤矿如乌达、铜川、枣庄、淄博、义马等也有酚l生矿井水。
据统计，2006年全国煤矿矿井涌水量约在42亿m3，矿井水处理利用率在26%左右。按照国家发展和改革委员会2006年8月发布的《矿井水利用专项规划》，到2010年，全国煤矿矿井水利用量将达到36亿m3，利用率达到70%。矿井水处理利用实用技术是提高矿井水利用率的有力技术保障。矿井水水质状况随煤矿开采的品种、类型、方式以及煤矿所处的区域和地质构造等不同有较大的差异。矿井水经处理后主要用于以下几个方面：矿区生产、绿化、防尘等用水；矿区周边企业的工业补充用水；矿区周边农田灌溉用水；居民生活用水。在矿区保护水资源，控制水污染是一项综合过程，需要进行多方面的工作。积极开展矿井水处理，实现矿井水资源化。对矿井水进行资源化处理，既可减少排污，又可节约水资源，缓解矿区缺水的严重状况。
国外应用和发展
生物化学处理法处理含铁酸性水是目前国内外研究比较活跃的处理方法。在美国、日本等国已进行了实际应用。其原理是:利用氧化亚铁硫杆菌,在酸性条件下将水中Fe2 + 氧化成Fe3 + ,然后再用石灰石进行中和处理,以实现酸性矿井水的中和及除铁。此法的优点是:对二价铁具有很高的氧化率;二价铁氧化细菌无需外界添加营养液;处理后的沉淀物可综合利用;利用生物转盘工艺是可靠的,日本于1976年已建成两座这种处理站。其缺点是:反应器体积大,投资高;煤炭矿井水成份复杂,常含有一些不利的重金属(如Pb、Zn 等) ,对微生物具有抑制作用。
美国一些煤矿一直在尝试用人工湿地处理酸性矿井水。从70 年代开始,美国科学家在湿地上建造人工浅池沼, 在其底部铺上碎石灰石, 其上填入混合肥料或其他一些有利于根系生长的有机质, 在混合肥料上种植香蒲(一种植物) 。酸性矿井水流经人工湿地后, pH值可上升, 并可去除50 %以上的污染物(如铁可降低80 %左右) 。但此法处理效果并非很理想, 有些酸性矿井还需要进行其他化学处理。
总之, 世界上不少国家在矿井废水的处理和利用方面,进行了广泛的研究和实践,已取得了许多成果, 积累了不少经验。但由于煤炭矿井废水成份的复杂性和地域的特点等因素。所以, 现有的处理与回用工艺技术还不够完善和成熟。因此, 针对不同的水质情况和回用的具体要求,开发研究工艺简单、技术可靠、管理方便、经济合理的新工艺、新设备和新药剂,仍是矿井废水处理和利用的重要课题。
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节能减排经典案例
老虎台井田和龙凤井田位于抚顺煤田的中部和东部，呈东高西低赋存，两矿之间留设50m保护煤柱，但因地质构造和采掘影响，实际只有30余m，局部仅4m，作为矿界煤柱，其作用和价值已不存在。如果龙凤井田内巷道和采空区被矿井自然涌水充满后，将形成400多万m3的水柱，如不采取措施排放，在矿界煤柱煤层底板—580m标高以上，水压将达到60个大气压以上，这就对老虎台矿安全生产构成严重威胁，一旦透水，后果不堪设想，防治龙凤矿井水问题迫在眉睫。
老虎台井田内水文地质条件，根据地质构造复杂程度和矿床充水类型，依照《矿井水文地质规程》地质分类为水文地质简单型矿井。老虎台矿和龙凤矿1994～1995年5年的矿井实测涌水量统计如下。
(1)老虎台井田：枯水期4月份最小涌水量平均为10.96m3/min;主汛期8月份最大涌水量平均为14.36 m3/min;其中1995年8月份最大涌水量为15.47 m3/min，为百年一遇。
(2)龙凤井田：枯水期4月份最小涌水量平均为14.60 m3/min;主汛期8月份最大涌水量平均为20.81 m3/min;其中1995年8月份最大涌水量为29.50 m3/min，为百年一遇。
1 矿井水的防治
1.1 老虎台矿排水系统能力现状
老虎台矿排水系统分三段：第一段从—580m至地面，共有12GD×5水泵10台，目前
能使用的8台，排水管路4趟，最大排水能力为720×4=2880 m3/h，正常排水能力720×3=2160 m3/h，;第二段从—730m至—580m，共有300 S250 A水泵12台，目前能使用9台，排水管路6趟，最大排水能力750×6=4500 m3/h;第三段从—830m至—730m，共有DDM360—75×3型水泵3台，排水管两趟，最大排水能力360×2= 720 m3/h.
1.2可行性论证及实施
龙凤矿于1999年8月停产，10月正式关井，12月中旬—635m水平泵房停运。在此前，1999年6月4日，抚顺矿务局和煤炭科学研究总院抚顺分院有关专家就老虎台矿防治龙凤矿井水问题进行了专题研究，经科学分析、论证，确定老虎台矿防治龙凤矿井下水必须坚持“以疏为主，疏堵结合”和分两步走的原则。
第一步：于1999年10月龙凤矿关井前，在两矿之间掘一条疏水巷道，设一道防水闸门，截流龙凤矿井水到老虎台井下，达到防治龙凤矿井水的目的。根据两矿百年一遇的最大涌水量和老虎台矿—580m水平的排水能力，即老虎台矿—580m水平最大排水能力720×4 =2880 m3/h大于两矿最大涌水量(15.47+29.50)×60 = 2689.2 m3/h，确定老虎台矿的经济截水标高为—570m，遇特殊情况则关闭防水闸门，采取疏堵结合的防治方法;
第二步：老虎台矿综采工作面过老龙煤柱开采，在—570m水平以上把两矿采通，使龙凤矿井水位上涨时通过采空区溢流到老虎台矿井田内，达到泄水的目的。
老龙疏水道于1999年6月17日施工，10月6日贯通，全长265m，接设两趟Φ426mm流水管，到2000年4月23日正式从管路过水，当时水量为4.47 m3/min，经过两年采用超声波流量计观测结果：
(1) 枯水期4月份最小来水量5.7 m3/min;
(2) 主汛期8月份量大来水量8.7 m3/min;
(3) 年平均为7.2 m3/min.
经过两年的方案实施，平均每年将有近380万m3的龙凤矿井水被安全地截流到老虎台—580m水平的水仓内。从2001年12月开始，老虎台矿63001#综采放顶煤工作面正在实施跨老龙煤柱开采。通过对龙凤矿井水位的定期观测，其水位标高稳定在—560m±3.2m，从而达到对龙凤矿井水害的有效防治，解除了对老虎台矿安全生产的严重威胁。
2 矿井水的利用
矿井水一方面是地质灾害之一，严重威胁矿井安全生产，另一方面也是宝贵的淡水资源，有着很大的开发利用价值。老虎台矿的矿井水防治工作已经实施由被动防治向“防用结合”的主动防治方向转移，将矿井水资源化，纳入矿井资源开发利用管理范畴，变水害为水利，建立矿井水可持续利用管理模式，充分发挥淡水作为商品的经济价值，确立资源节约型发展战略，做到了有效防治与合理利用相结合。
2.1 利用矿井水的意义
水作为人民生活及企业生产的命脉作用越来越受到重视，水资源不断减少，城市供水形势已十分严峻，节水已刻不容缓，挖掘企业自身潜力，合理利用水资源，已是企业当前和长远的一项大事，寻找和开发新的水源，对缓解企业用水紧张局势，降低生产成本具有十分重要的战略意义。
2.2 利用矿井水的起因
老虎台矿是一个生产系统完善、生产水平较多且具有百年开采历史的大型井工矿井，井下生产和地面工业用水量相当大。老虎台1993年曾在矿井浅部水平—330m和—430m等地点截流矿井水，用于深部水平原煤生产和“一通三防”工作，但由于受大气降雨和其它诸多因素的影响，导致水质恶化，多次造成损坏综采机械和中断生产等恶性事故。其中一次性损坏综采工作面液压阀30多组，造成40多万元的经济损失。最后，又改由自来水供水，因此这次利用矿井水没有获得成功。
近几年来，由于实施集中生产、系统简化和机械化水平的不断提高，各生产系统都具有一定的富余能力，矿井原来的四大水砂充填闭路循环系统的规模逐渐简化直到封存。针对两矿井下涌水量大而且水质较好的现状，充分合理地发挥现有矿井系统、技术、设施的富余能力，只要少量投入就能开发利用。对此，我们总结经验，坚持可持续发展战略，实施了井下生产排水和地面工业用水系统改造，给企业带来了可观的经济效益。
2.3 矿井水利用的方案
根据矿井水的水质和水量确定矿井水的用途，井下矿井水主要由以下三种水构成：
(1)生产使用过的混水，月排水量为22.96万m3，通过原有部分水砂充填系统，用于井下消防火、采空区注浆及封堵，用量约15.0万m3/月;
(2)矿井自然涌出的清水，月排水量为36.32万m3.通过原有部分水砂充填系统，用于选煤厂洗煤用水，用量约21.0万m3/月;
(3)截流龙凤矿井的净水，月平均来水量为31.10万m3.这部分水可替代自来水，主要有两种用途：一是用于地面工业锅炉用水，需增加投入接设专门管路，月排水量为13.42万m3，用量约11.59万m3/月;二是直接用于井下综采生产机械用水、“一通三防”高静压注水和洗尘用水等，用量约15.10万m3/月。
2.4 矿井水利用方案的实施
根据以上方案，本着经济合理的原则，充分合理地发挥现有矿井系统、技术、设施的富余能力，实施了井下生产排水和地面工业用水系统改造。
(1)井下生产排水系统改造。首先是对井下—580m的16条水仓进行改造，1～10号仓为混水仓，11～13号仓为清水仓，14～16号仓为净水仓，合理进行配水，做到矿井水分贮分排，有效地保证了矿井水合理利用。
井下在—580m水平由老龙流水巷至水仓接设管路4000m，用于截流龙凤矿井的来水，再由—580m水仓至地面充填水池和选煤厂接设管路1800m.
(2)地面工业用水系统改造。首先利用了选煤厂闲置的两座浓缩机作为地面锅炉用水的配水设施，并采取技术手段对龙凤矿净水进行必要的处理，配分给地面的各个锅炉，接设管路2365m.启用封停的2#充填系统的两个水池(容积为8000 m3)，贮存井下的清水，靠自然压差供选煤厂洗煤，接设管路1200m.利用3#和4#充填系统，不需任何投入，即可实现对生产混水的闭路循环。
3 利用矿井水的效果
老虎台矿坚持矿井水防治与合理利用相结合的可持续发展战略，在现有的自然、经济、技术条件下，建立优化模式，实施经济合理的方案，做到在有效防治的同时合理利用，采用高度节水和重复用水的工艺流程和技术手段，取得了显著的效果。
通过实施矿井水利用方案，老虎台矿井下已于2001年3月停止使用自来水，全面应用矿井水，于2001年10月洗涤和部分锅炉也开始利用矿井水。如果今后井下生产、洗煤和锅炉全部利用矿井水，经测算全年节约自来水400多万m3，每年可节约生产成本800多万元。
部分参考文献
[1]崔玉川,杨云龙,谢锋.煤炭矿井水处理利用技术进展[J].2000.31(2):1-3
http://www.edu24ol.com/web_news/html/2009-10/2009101910330218.html
