走煤水共采與協(xié)同發(fā)展之路

“開發(fā)西部煤炭是保障國(guó)家能源安全的重大需求。實(shí)現(xiàn)煤炭開采與礦區(qū)生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，是黃河流域煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展必須破解的重大科學(xué)問題。”12月5日，中國(guó)工程院院士王雙明在2020年“西部煤炭綠色開采”中國(guó)工程科技論壇上說。

堅(jiān)持綠色開采理念

我國(guó)煤炭資源富集區(qū)主要位于沙漠黃土廣泛覆蓋區(qū)，如陜西內(nèi)蒙古交界的大型礦區(qū)。生態(tài)環(huán)境脆弱、采動(dòng)損害嚴(yán)重等造成黃河中段煤炭開發(fā)和環(huán)境保護(hù)矛盾尖銳。

“煤炭開采必須做到生態(tài)環(huán)境保護(hù)優(yōu)先。采動(dòng)隔水性變化是生態(tài)環(huán)境損害的根源，煤層上覆隔水巖組保護(hù)是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)，生態(tài)水位保護(hù)是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的核心。”王雙明表示。

自2000年開始，當(dāng)時(shí)的陜西煤炭工業(yè)局、西安科技大學(xué)等單位協(xié)同攻關(guān)，揭示了鄂爾多斯盆地北部生態(tài)脆弱礦區(qū)環(huán)境損害機(jī)理，提出了以減少采動(dòng)損害為途徑、以生態(tài)水位保護(hù)為核心的環(huán)保理念與技術(shù)。

王雙明介紹，綠色開采理念與技術(shù)的核心在于減沉(隔水性穩(wěn)定區(qū))、減損(隔水性變化區(qū))、保水(隔水性損害區(qū))和防崩(貧水或無水區(qū))。

如在隔水性變化區(qū)的大型煤礦采用分層限高開采，含水層未受影響;在隔水性損害區(qū)的中小型煤礦，用留設(shè)煤柱替代充填柱模擬充填開采，實(shí)現(xiàn)了保水位開采;在隔水性穩(wěn)定區(qū)的大型煤礦，采用一次采全高開采，含水層未受影響。

“以煤水共生地質(zhì)特征為基礎(chǔ)，以采動(dòng)地質(zhì)條件變化分區(qū)為途徑，以減少隔水巖組損害為目標(biāo)，以保護(hù)生態(tài)水位為核心的減沉、減損、保水綠色開采技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)黃河流域煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要技術(shù)支撐。”王雙明說。

礦井水轉(zhuǎn)向資源化處理

“傳統(tǒng)礦井水以無害化處理為主，目前更多轉(zhuǎn)向資源化處理。”中國(guó)工程院院士顧大釗在論壇上說。

2018年3月，中國(guó)工程院重點(diǎn)戰(zhàn)略咨詢項(xiàng)目“2035我國(guó)礦井水保護(hù)利用戰(zhàn)略與工程科技研究”開始執(zhí)行。根據(jù)調(diào)查，我國(guó)目前煤礦礦井水年產(chǎn)68.8億立方米，但利用率僅為35%左右。礦井水利用率差異較大，主要受礦井水量大小、周邊產(chǎn)業(yè)布局和水質(zhì)等多種因素影響。

目前，我國(guó)礦井水綜合處理利用有幾種方式。一是井下復(fù)用，如井下降塵、噴灑和機(jī)泵冷卻液等。二是內(nèi)部利用，如選煤用水、植被灌溉和生活用水等。三是外部供水，如周邊電廠、煤化工企業(yè)用水等。神東礦區(qū)每年約產(chǎn)生1億立方米礦井水，其中用作生產(chǎn)、生活和生態(tài)的礦井水分別占35.1%、24.0%和15.3%，外排量占17.6%。

中國(guó)工程院院士劉合指出，西部地區(qū)煤炭開采對(duì)水資源系統(tǒng)影響深刻又全面。與此相匹配的煤水協(xié)同發(fā)展工程技術(shù)包括“煤—水”雙資源型煤炭開采技術(shù)、煤礦地下水庫(kù)技術(shù)、保水采煤技術(shù)、“海綿礦井”技術(shù)、多源異構(gòu)水污染控制系統(tǒng)協(xié)同應(yīng)用技術(shù)等。

如今，地下水庫(kù)技術(shù)已在神東礦區(qū)取得一定進(jìn)展。據(jù)了解，神東礦區(qū)已建成33座地下水庫(kù)，儲(chǔ)水量達(dá)3100萬立方米，年供水量近7000萬立方米。地下水庫(kù)技術(shù)已開始推廣，如陜煤集團(tuán)、晉能控股煤業(yè)集團(tuán)、山東能源集團(tuán)等已實(shí)施或正在實(shí)施地下水庫(kù)工程。

“不過，我國(guó)礦井水利用方面存在一些體制和機(jī)制的問題：缺少礦井水利用的區(qū)域整體規(guī)劃、缺乏對(duì)礦井水利用的相關(guān)扶持政策、‘零排放’政策執(zhí)行中存在誤區(qū)、水資源稅的制定及執(zhí)行仍須優(yōu)化、礦井水利用與排放標(biāo)準(zhǔn)亟待研究和更新。”顧大釗說。

礦井水處理面臨新挑戰(zhàn)

“礦井水將是我國(guó)中長(zhǎng)期穩(wěn)定的水資源。”顧大釗指出，隨著煤炭生產(chǎn)重心不斷西移，到2035年，西部六省份煤炭產(chǎn)量占比將達(dá)到90%左右，礦井水量占比接近80%，礦井水高效利用對(duì)西部礦區(qū)的戰(zhàn)略意義更加凸顯。而且，隨著西部煤炭開采逐漸向深部轉(zhuǎn)移，水資源保護(hù)技術(shù)難度更大，礦井水質(zhì)更趨復(fù)雜，這會(huì)帶來新的挑戰(zhàn)。

此外，東部和其他地區(qū)礦井大量進(jìn)入資源枯竭期，需要高度重視廢棄礦井水污染控制和水資源利用。

“以前，我們更多關(guān)注的是‘含水層’的保護(hù)，未來應(yīng)更關(guān)注‘水資源’的保護(hù)。井下儲(chǔ)水和礦井水的高效利用也是對(duì)水資源的有效保護(hù)。”顧大釗建議，要堅(jiān)持“保護(hù)”與“開發(fā)”并舉，重要水源地、生態(tài)保護(hù)區(qū)要科學(xué)實(shí)施分區(qū)開采，采用水資源保護(hù)性開采措施;堅(jiān)持“分級(jí)處理、分質(zhì)利用”，科學(xué)合理制定礦井水排放和利用標(biāo)準(zhǔn)，充分利用礦區(qū)特有優(yōu)勢(shì)，大力發(fā)展井下處理、利用礦區(qū)低成本熱源的處理技術(shù)。

“在煤水協(xié)同管理策略建議方面，主要為基于水循環(huán)全過程評(píng)價(jià)煤炭對(duì)水系統(tǒng)的影響、創(chuàng)新按礦井水抽取量征收水資源費(fèi)機(jī)制、加強(qiáng)礦井排水的合理配置與綜合高效利用、推進(jìn)以水為關(guān)鍵要素的現(xiàn)代綠色礦山建設(shè)。”劉合說。

能源的開發(fā)利用全過程與水資源密切相關(guān)，同時(shí)氣候變化對(duì)能源的開發(fā)利用和“自然—社會(huì)”水循環(huán)全過程造成系統(tǒng)影響。未來氣候變化對(duì)西部地區(qū)水和能源開發(fā)利用存在正負(fù)影響和不確定性，如氣溫持續(xù)升高、降水可能繼續(xù)增多，進(jìn)一步影響區(qū)域徑流、水資源及生態(tài)環(huán)境等。

“亟須加強(qiáng)能源—水資源—氣候變化領(lǐng)域的協(xié)同管理。”劉合說。