用好礦井水，釋放煤水雙資源的疊加效應(yīng)

在鄂爾多斯遺鷗國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，湖水清澈見底，兩岸草木繁茂，水鳥紛飛。在鳥類遷徙時(shí)節(jié)，保護(hù)區(qū)內(nèi)棲息覓食的各種飛鳥已達(dá)2萬(wàn)余只，其中遺鷗達(dá)400余只。

良好的生態(tài)環(huán)境，得益于淮河能源西部煤電集團(tuán)對(duì)水資源的保護(hù)利用。他們持續(xù)將部分礦井水通過(guò)管道分別送往保護(hù)區(qū)和水務(wù)公司的中水綜合利用系統(tǒng)，既作為保護(hù)區(qū)的補(bǔ)給用水，又解決了當(dāng)?shù)鼐用竦挠盟畣栴}。

“礦井水將是我國(guó)中長(zhǎng)期穩(wěn)定的非常規(guī)水資源。”中國(guó)工程院院士、煤炭開采水資源保護(hù)與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任顧大釗表示。

“煤水雙資源礦井協(xié)調(diào)建設(shè)與開發(fā)是我國(guó)煤炭工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型和可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路，也是綠色礦山建設(shè)和綠色礦業(yè)發(fā)展的基本要求。”中國(guó)工程院院士武強(qiáng)說(shuō)。

今年3月，國(guó)家發(fā)展改革委等八部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)礦井水保護(hù)和利用的指導(dǎo)意見》，提出到2025年，全國(guó)礦井水利用量持續(xù)提高，其中黃河流域力爭(zhēng)達(dá)到68%以上，礦井水保護(hù)利用政策體系和市場(chǎng)機(jī)制基本建立。

“以水定煤”，實(shí)現(xiàn)“煤水”雙資源協(xié)同開發(fā)，將成為大趨勢(shì)。

是“水害”，還是新資源?

“我們?cè)诓煌瑫r(shí)期對(duì)煤礦地下水的認(rèn)識(shí)是不斷進(jìn)步的，初期基本都是以水害防治為主，之后逐漸開始將水害防治與水資源保護(hù)、利用統(tǒng)籌兼顧起來(lái)”

在神東礦區(qū)，35座地下水庫(kù)正在穩(wěn)定運(yùn)行，其最大儲(chǔ)水量可達(dá)3500萬(wàn)立方米。該技術(shù)充分利用了采空區(qū)中垮落的巖體對(duì)礦井水的過(guò)濾、沉淀、吸附等作用，實(shí)現(xiàn)礦井水的大規(guī)模低成本處理。

“礦井水主要為受煤炭開采影響進(jìn)入巷道的地下水。以個(gè)人多年的工作經(jīng)歷來(lái)說(shuō)，我們?cè)诓煌瑫r(shí)期對(duì)煤礦地下水的認(rèn)識(shí)是不斷進(jìn)步的。”中國(guó)煤科一級(jí)首席科學(xué)家董書寧說(shuō)，“初期基本都是以水害防治為主，之后逐漸開始將水害防治與水資源保護(hù)、利用統(tǒng)籌兼顧起來(lái)。”

近年來(lái)，我國(guó)煤礦水害防治工作取得積極進(jìn)展，各項(xiàng)政策法規(guī)逐步完善，在技術(shù)裝備方面取得較大進(jìn)步，水害防治水平不斷提高。但我國(guó)煤炭主產(chǎn)區(qū)多是嚴(yán)重缺水、生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)，煤水矛盾突出。隨著煤礦開采范圍的擴(kuò)大，處理成本高、難以直接利用的高氟、高礦化度礦井水的占比逐年升高，進(jìn)一步激化煤炭開采地的煤水矛盾。

“晉、陜、內(nèi)蒙古、寧、甘西部五省份用全球僅0.2%的水資源支撐了全球35%的煤炭生產(chǎn)。”董書寧說(shuō)。

同樣，在黃河流域，水資源供需矛盾已成為制約黃河流域高質(zhì)量發(fā)展的突出問題和生態(tài)文明建設(shè)的短板。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年沿黃河9省份煤炭產(chǎn)量35.9億噸，礦井涌水量約為65億立方米，接近我國(guó)南水北調(diào)西線工程一期設(shè)計(jì)調(diào)水量。礦井涌水量大但利用率低。

“加強(qiáng)礦井水資源綜合利用在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展中的支撐作用極為迫切。”武強(qiáng)說(shuō)。

董書寧表示，現(xiàn)代化煤炭企業(yè)要從對(duì)礦井水“保、治、用”的角度和順序來(lái)看待，以地下水資源保護(hù)為前提開展開采活動(dòng)，盡量做到礦井水資源再利用，切實(shí)保障礦區(qū)綠色可持續(xù)發(fā)展。

技術(shù)保水，資源化用水

“先考慮源頭保護(hù)，盡量減輕煤礦開采對(duì)礦區(qū)地下水的擾動(dòng)與影響，減少礦井涌水量;對(duì)于不可避免進(jìn)入礦井的地下水，通過(guò)分質(zhì)處理和分級(jí)利用，保障這部分水不被浪費(fèi)”

近日，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)范立民教授團(tuán)隊(duì)在特厚煤層保水開采技術(shù)領(lǐng)域獲得重要突破。

他們利用微生物、同位素以及全離子測(cè)試等技術(shù)，準(zhǔn)確判斷了礦井水來(lái)源，利用“采動(dòng)間—直接釋水機(jī)理”等方法預(yù)測(cè)了礦井涌水量，并以頂板減損開采技術(shù)為手段，以采空區(qū)巨厚土層隔水性能自修復(fù)為監(jiān)測(cè)對(duì)象，提高工作面的一次開采高度，實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)潛水地下水水位的有效管控。

“做好礦井水保護(hù)和利用工作，先考慮源頭保護(hù)，盡量減輕煤礦開采對(duì)礦區(qū)地下水的擾動(dòng)與影響，減少礦井涌水量;對(duì)于不可避免進(jìn)入礦井的地下水，通過(guò)分質(zhì)處理和分級(jí)利用，保障這部分水不被浪費(fèi)。”董書寧說(shuō)。

目前，礦井水源頭保護(hù)主要有減損開采法、煤(巖)柱留設(shè)和堵截法。

減損開采利用充填開采、限高(厚)開采、條帶式開采等特殊采礦工藝，降低采煤對(duì)圍巖的擾動(dòng)損傷，從而減少礦井涌水量。

煤(巖)柱留設(shè)將采掘工程避開強(qiáng)含水區(qū)，避免開采擾動(dòng)這些區(qū)域時(shí)可能造成的高強(qiáng)度涌水。

堵截法目前使用較多的是對(duì)煤層底板含水層的超前區(qū)域治理和頂?shù)装搴畬佣伎墒褂玫膫?cè)向帷幕截流，構(gòu)造區(qū)注漿、天窗和隔水層薄弱區(qū)修復(fù)等，也都屬于堵截法的適用范疇。

中國(guó)煤科西安研究院針對(duì)露天煤礦境界外河流濕地常年補(bǔ)水條件及對(duì)露天煤礦安全開采和區(qū)域水文環(huán)境的影響，開發(fā)了露天煤礦帷幕截水關(guān)鍵技術(shù)體系。

為解決防滲膜大深度垂向隱蔽密貼鋪設(shè)與連接、超深松散地層穩(wěn)定成槽等難題，他們?cè)诘乇砘虻叵滤w與礦坑之間建設(shè)一條一定深度狹長(zhǎng)的人工不透水帶，使地表水和地下水得到原位保護(hù)，地表徑流和生態(tài)水位得到良好保持，礦坑內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)涌水或少涌水開采，實(shí)現(xiàn)保水與資源綠色開發(fā)雙效益。

有關(guān)科研人員巧妙地將礦井水處理與井下空間利用相結(jié)合，開發(fā)出了一種井下直接處理礦井水的技術(shù)與設(shè)備。能夠在井下及時(shí)處理產(chǎn)生的礦井水，使其能夠直接服務(wù)于井下生產(chǎn)作業(yè)、降塵以及消防安全等。同時(shí)，對(duì)于處理后多余的礦井水，還可以儲(chǔ)存在經(jīng)過(guò)改造的井下采空區(qū)所形成的地下水庫(kù)中，有效地降低了礦井水處理的總成本。

其中，顧大釗及其團(tuán)隊(duì)提出應(yīng)用煤礦地下水庫(kù)技術(shù)就很有代表性。該技術(shù)運(yùn)用地下水運(yùn)移規(guī)律，通過(guò)構(gòu)建人工壩體與煤柱連接形成連續(xù)壩體，實(shí)現(xiàn)在采空區(qū)巖體空隙中規(guī)?；?、低成本儲(chǔ)水，可避免外排蒸發(fā)損失、地面水處理廠建設(shè)和運(yùn)行成本高等問題。

目前，該技術(shù)已應(yīng)用在神東礦區(qū)、神華寧煤煤制油項(xiàng)目、榆林化工煤制油項(xiàng)目、鄂爾多斯煤制油項(xiàng)目等。地下水庫(kù)可供應(yīng)神東礦區(qū)95%以上的用水，年供水量超過(guò)7000萬(wàn)立方米，累計(jì)創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益逾100億元。

近年來(lái)，高鹽高氟礦井水一直是制約我國(guó)西部礦區(qū)煤炭綠色開發(fā)的重要瓶頸。

中國(guó)煤炭加工利用協(xié)會(huì)綜合利用部副主任王吉坤表示，隨著開采深度增加，礦井水中的礦化度和氟化物含量明顯升高。

“要通過(guò)科技創(chuàng)新，開發(fā)‘井下預(yù)處理—地面深度處理’的高效低耗技術(shù)，充分利用西部礦區(qū)豐富的太陽(yáng)能、地?zé)岬刃履茉匆约盎痣姀S余熱等，大幅降低礦井水能耗成本，實(shí)現(xiàn)礦井水綠色節(jié)能處理利用。”王吉坤說(shuō)。

董書寧認(rèn)為，應(yīng)該從三個(gè)方面綜合考慮用好礦井水。首先，對(duì)于高校及科研院所，需要著力推進(jìn)高鹽高氟礦井水處理技術(shù)革新，研發(fā)高效低耗的反滲透膜處理技術(shù)，結(jié)合核晶誘導(dǎo)造粒(NCP)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高鹽高氟礦井水資源化處理及利用。其次，對(duì)于煤礦企業(yè)，要積極探尋礦井水分質(zhì)處理與分級(jí)利用新模式，細(xì)化各個(gè)用水場(chǎng)景并完善井下管網(wǎng)系統(tǒng)，針對(duì)符合回用標(biāo)準(zhǔn)的礦井水在相應(yīng)場(chǎng)景直接回用。第三，對(duì)于政府部門，要繼續(xù)著力完善《意見》，形成不同時(shí)期的階段性目標(biāo)，做到礦井水保護(hù)利用有法可依。

整體而言，目前我國(guó)在礦井水保護(hù)和利用方面仍面臨區(qū)域治理不均衡、政策標(biāo)準(zhǔn)不完善、技術(shù)裝備不完備、保護(hù)利用不充分等問題。專家建議，必須綜合考慮各部門間協(xié)作，加強(qiáng)政府、煤炭企業(yè)、科研院所、高校、公民以及其他相關(guān)者之間的區(qū)域治理程度，把握礦井水資源的全方面屬性，共同下好礦井水保護(hù)利用的這盤大棋。

建市場(chǎng)，讓礦井水真正活起來(lái)

“經(jīng)濟(jì)效益是客觀的，建立合理的市場(chǎng)化機(jī)制便成為關(guān)鍵。并且隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和突破，礦井水的處理成本將進(jìn)一步降低，水質(zhì)將更加優(yōu)良，適用范圍也將不斷擴(kuò)大”

據(jù)顧大釗預(yù)測(cè)，以西部礦區(qū)為例，若礦井水利用率由2018年的35%提高到2035年的80%，則到2035年，我國(guó)西部地區(qū)將新增利用23億立方米礦井水。新增利用的23億立方米的礦井水，能夠支撐32萬(wàn)立方米的生態(tài)復(fù)墾、1億噸煤制油和2000萬(wàn)噸煤制烯烴生產(chǎn)，增加工業(yè)產(chǎn)值超過(guò)4000億元。

據(jù)了解，在工業(yè)領(lǐng)域，礦井水有望成為更多行業(yè)的重要水源，為工業(yè)發(fā)展提供持續(xù)的支撐;在農(nóng)業(yè)方面，礦井水的精準(zhǔn)灌溉和土壤改良技術(shù)將不斷完善，為保障糧食安全和促進(jìn)鄉(xiāng)村振興發(fā)揮更大的作用;同時(shí)，礦井水市場(chǎng)化應(yīng)用還將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如水處理設(shè)備制造、技術(shù)研發(fā)等，可以創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

目前，不少地方政府已經(jīng)開始有益探索。

近年來(lái)，榆林市先后出臺(tái)礦井礦井水綜合利用意見和相關(guān)規(guī)劃，按照“政府牽頭，企業(yè)出資，統(tǒng)一規(guī)劃，逐步推進(jìn)”的模式，建設(shè)了五大片區(qū)礦井礦井水綜合利用工程，解決礦井水回收利用問題。

2022年，榆林市煤礦開采產(chǎn)生礦井水2.65億立方米，利用量達(dá)2.14億立方米，利用率達(dá)80.7%。處理后達(dá)標(biāo)的礦井水通過(guò)管道點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、有計(jì)劃地補(bǔ)給農(nóng)田、廠區(qū)等。

內(nèi)蒙古伊金霍洛旗境內(nèi)有煤礦74座，每年產(chǎn)生礦井水8000多萬(wàn)立方米。為破解生態(tài)保護(hù)和地區(qū)發(fā)展“水梗阻”，該旗于2019年印發(fā)了礦井水綜合利用實(shí)施意見，并與17家煤炭企業(yè)合作，統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)了全旗礦井水綜合利用項(xiàng)目暨“東水西輸”工程，將礦井水納入水資源調(diào)配體系。

礦井水不僅可以修復(fù)生態(tài)、綠化城鎮(zhèn)，凈化后還能達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)接近礦泉水。處理后的礦井水每立方米僅為3元至5元，相較于黃河水每立方米10元左右的價(jià)格更為便宜，受到眾多企業(yè)的青睞。

該旗創(chuàng)新性構(gòu)建了由旗屬國(guó)企引領(lǐng)的經(jīng)營(yíng)模式。該模式以企業(yè)化方式運(yùn)作、專業(yè)化手段管理，將礦井水作為商品，成功推動(dòng)礦井水的市場(chǎng)化進(jìn)程。在充分整合現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的前提下，該旗積極爭(zhēng)取上級(jí)輸水工程專項(xiàng)撥款，同時(shí)，針對(duì)資金缺口，各煤礦企業(yè)依據(jù)自身排水量、開采年限以及輸水距離等因素按比例分擔(dān)費(fèi)用。這一市場(chǎng)化經(jīng)營(yíng)策略不僅減輕了政府的財(cái)政負(fù)擔(dān)，還為礦井水的綜合高效利用提供了堅(jiān)實(shí)保障。

此外，煤礦企業(yè)積極響應(yīng)，紛紛投入到礦井水回收利用項(xiàng)目中。

寧夏煤業(yè)公司從南到北建立了12個(gè)煤礦礦井水處理廠、14個(gè)單位生活污水處理站、12座外排泵站，對(duì)礦井水及生活污水進(jìn)行處理，將深度處理后的礦井水回用于煤礦生產(chǎn)和化工園區(qū)，實(shí)施了“南水北調(diào)”工程，將紅柳礦、石槽村礦的礦井水復(fù)用及管路進(jìn)行改(擴(kuò))建，以滿足生產(chǎn)用水需求，并解決了黃河水用水指標(biāo)不足的問題。

山東能源濟(jì)三煤礦針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的高鹽礦井水，投資建成了礦井水脫鹽處理項(xiàng)目。該項(xiàng)目穩(wěn)定運(yùn)行后，處理后的產(chǎn)品水一部分被礦井復(fù)用，用于井筒注水、空壓機(jī)等;另一部分達(dá)標(biāo)外排，實(shí)現(xiàn)了礦區(qū)水資源優(yōu)化配置。特別是濃鹽水通過(guò)除鹽工藝蒸發(fā)結(jié)晶出的工業(yè)鹽，達(dá)到了一類一等品質(zhì)，成為暢銷的工業(yè)原材料，被廣泛用于化肥、玻璃制造等領(lǐng)域。

平煤股份十一礦投資安裝陶瓷膜處理系統(tǒng)，將礦井水綜合處理后達(dá)到一級(jí)D標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)礦井水循環(huán)利用。該項(xiàng)目不僅為十一礦節(jié)約了水資源稅和自來(lái)水費(fèi)用，而且向周邊環(huán)境每天進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，實(shí)現(xiàn)環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益雙贏。

“經(jīng)濟(jì)效益是客觀的，建立合理的市場(chǎng)化機(jī)制便成為關(guān)鍵。”董書寧說(shuō)，“隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和突破，礦井水的處理成本將進(jìn)一步降低，水質(zhì)將更加優(yōu)良，適用范圍也將不斷擴(kuò)大。”

鏈接

《國(guó)家發(fā)展改革委等部門關(guān)于加強(qiáng)礦井水保護(hù)和利用的指導(dǎo)意見》

【主要目標(biāo)】

到2025年，全國(guó)礦井水利用量持續(xù)提高，利用率不斷提升，其中黃河流域力爭(zhēng)達(dá)到68%以上，礦井水保護(hù)利用政策體系和市場(chǎng)機(jī)制基本建立。

到2030年，礦井水管理制度體系、市場(chǎng)調(diào)節(jié)機(jī)制和技術(shù)支撐能力不斷增強(qiáng)，礦井水利用效率和效益進(jìn)一步提高。

【主要內(nèi)容】

共4個(gè)方面14項(xiàng)重點(diǎn)工作任務(wù)

加強(qiáng)礦井水源頭保護(hù)

推行源頭控制、合理選擇治理工藝、落實(shí)安全監(jiān)管

推進(jìn)礦井水分質(zhì)分級(jí)處理

含懸浮物礦井水規(guī)?；悄芑幚怼⒏叩V化度礦井水分級(jí)綠色處理、酸性和含特殊組分礦井水高效定向處理

推進(jìn)礦井水綜合利用

加強(qiáng)礦井水配置、生產(chǎn)和生活利用、生態(tài)和農(nóng)業(yè)用水

健全礦井水利用體制機(jī)制

完善統(tǒng)計(jì)計(jì)量考核制度、健全政策標(biāo)準(zhǔn)、健全價(jià)稅機(jī)制、完善財(cái)金政策、強(qiáng)化科技支撐