礦井水資源多元利用方案研究與實(shí)施

盧永戰(zhàn)

摘要：邯礦集團(tuán)亨健公司通過應(yīng)用水源熱泵技術(shù)和超高水材料充填開采技術(shù)，并結(jié)合自身?xiàng)l件，在礦井水余熱回收利用的基礎(chǔ)上，將礦井水作為充填原料，用于超高水材料制漿充填，使每年約20萬m3礦井水的二次入井，實(shí)現(xiàn)了礦井水資源的多元利用。

關(guān)鍵詞：水源熱泵綠色開采超高水材料多元利用

0 引言

礦井水是伴隨煤炭開采而產(chǎn)生的地表滲透水、巖溶水、礦坑水、地下含水層的疏放水以及生產(chǎn)、防塵用水等組成，內(nèi)部蘊(yùn)藏著大量的低溫?zé)崮?，由于受采掘和人為活?dòng)的影響，礦井水極易受到污染，含有大量煤、巖塵等雜質(zhì)，懸浮物濃度較高，并含有少量有機(jī)物和微生物，礦井水的大量排放，會(huì)對地表上河流等水資源產(chǎn)生較嚴(yán)重的污染，影響到人民的生活環(huán)境，同時(shí)也給人民的生命安全帶來威脅。

于此同時(shí)，邯鄲礦區(qū)9億多噸煤炭資源儲(chǔ)量中，建筑物下壓煤達(dá)3.5億噸。其中，主采2號煤層中的建筑物下壓煤達(dá)1.5億噸。超高水材料充填開采技術(shù)在邯礦集團(tuán)試驗(yàn)成功并實(shí)現(xiàn)規(guī)模化充填開采，既為邯礦集團(tuán)解決“三下”壓煤難題、提高資源回采率、延長礦井壽命提供了技術(shù)保證，又降低了煤層采動(dòng)對周圍環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)煤炭的綠色生態(tài)開采。

1 發(fā)展水源熱泵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦井水余熱利用

1.1 水源熱泵技術(shù)的引進(jìn)與使用 水源熱泵系統(tǒng)是一種高效、節(jié)能，有利于環(huán)境保護(hù)和資源可持續(xù)發(fā)展的新型空調(diào)冷、熱源技術(shù)，冬季將低溫礦井排水中的低品位熱能進(jìn)行提升，向建筑物供暖，夏季將室內(nèi)的熱量釋放到低溫礦井排水中去，為建筑物制冷，具有較使用常規(guī)能源節(jié)能、環(huán)保、資源再利用、清潔安全、性能穩(wěn)定、運(yùn)行靈活等的特點(diǎn)。亨健公司工業(yè)廣場內(nèi)有職工宿舍樓兩棟，職工澡堂一個(gè)，聯(lián)合建筑體1座（包括礦燈房和區(qū)隊(duì)辦公區(qū)域）。亨健公司冬季對上述建筑物均采用燃煤鍋爐供暖，職工澡堂的洗澡用水也采用鍋爐燃燒所產(chǎn)生的熱蒸汽來加熱，夏季制冷采用單機(jī)空調(diào)制冷方式。

亨健公司礦井排水常年排放溫度在20℃左右，未經(jīng)過任何處理，直排到了周圍環(huán)境中。鍋爐燃煤產(chǎn)物及礦井水的排放，周圍環(huán)境帶來的巨大影響。

1.2 水源熱泵技術(shù)在亨健公司的應(yīng)用 為了提高亨健公司綠色礦山的建設(shè)水平，亨健公司引進(jìn)了水熱源泵相關(guān)設(shè)備和技術(shù)，礦井水余熱通過水熱泵吸收再利用，使亨健公司工業(yè)廣場建筑群冬季供暖，夏季制冷及職工澡堂用水加熱全部利用礦井余熱資源，淘汰了原燃煤鍋爐，降低了空調(diào)電費(fèi)和鍋爐原煤的投入，降低了污染物的排放。

2 實(shí)施充填開采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦井綠色開采

超高水充填材料漿體是由超高水充填材料和水混合攪拌制作而成，水的體積比占95%左右，漿體的制作是通過地面制漿系統(tǒng)完成的，亨健公司地面建造了2NJ160-

4S3000型漿體生產(chǎn)泵站（如圖1所示），該泵站通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制，人為設(shè)定參數(shù)后可以自動(dòng)配料、自動(dòng)攪拌、自動(dòng)放漿等特點(diǎn)，攪拌完成漿液分別通過輸送管路由地面自流經(jīng)垂直鉆孔進(jìn)入井下，在通過井下巷道內(nèi)布置的充填管路流向充填施工地點(diǎn)（如圖2所示），進(jìn)入采空區(qū)進(jìn)行充填，使煤炭實(shí)現(xiàn)了煤炭的“綠色開采”。

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圖1地面充填泵站

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圖2井下充填管路布置圖

3 構(gòu)建礦井水資源的多元利用體系

從水源熱泵流出的礦井水，僅僅提取了水的熱能量，其內(nèi)部的有害物質(zhì)并沒有處理，若直接排放仍會(huì)對環(huán)境造成污染，同時(shí)，亨健公司實(shí)施的超高水材料充填開采技術(shù)，又是一個(gè)需水量比較大的地方，每天需近700m3的水用于與超高水材料混合制漿，并輸送井下充填。

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圖3礦井水的利用示意圖

亨健公司綜合兩者之間的矛盾，經(jīng)試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)礦井水中的成分對超高水材料強(qiáng)度沒有影響，因此，亨健公司從地面布設(shè)管路，將水源熱泵排出的礦井水引入地面充填泵站，地面充填泵站建有臨時(shí)蓄水池，通過合理安排井下水倉排水時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了邊排水邊制漿、充填，據(jù)統(tǒng)計(jì)，亨健公司每年用于充填的水量20萬m3以上，該方法的實(shí)施，即解決了亨健公司超高水材料充填所需“水原料”的問題，又有效地減少了礦井水的排放，極大的降低了對周圍環(huán)境的污染，使礦井水的二次入井，實(shí)現(xiàn)了礦井水能源的多元利用。

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圖4礦井水的二次入井

4 建立健全各項(xiàng)規(guī)章制度，實(shí)施精細(xì)化管理模式

亨健公司針對風(fēng)、水源熱泵及超高水材料充填建立的嚴(yán)格的管理制度，針對各環(huán)節(jié)、工序合理安排，妥善布置，細(xì)化施工流程，規(guī)范崗位責(zé)任，量化考核標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)工序安排專人管理及施工，設(shè)備包機(jī)到人，定時(shí)維護(hù)，定期檢修，確保設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。礦井抽水、充填時(shí)間遵循‘避峰填谷的政策，由調(diào)度室統(tǒng)一協(xié)調(diào)安排，保障礦井水資源的多元利用系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

5 成果實(shí)施效果

5.1 經(jīng)濟(jì)效益 風(fēng)水源熱泵自安裝完成后，熱泵機(jī)組工作穩(wěn)定可靠，職工宿舍制冷效果好，職工澡堂洗浴用水溫度適中，該工程已取代鍋爐加熱。以2013年8月份統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，設(shè)備當(dāng)月消耗電能12萬kwh。電費(fèi)為：

120000kwh×0.68元/kwh=8.1萬元

如當(dāng)月采用傳統(tǒng)鍋爐供熱，辦公樓、宿舍樓采用空調(diào)制冷（夏季），每臺(tái)空調(diào)功率按2kw計(jì)算，整個(gè)建筑群大約要200臺(tái)，每臺(tái)空調(diào)每天開機(jī)4小時(shí)計(jì)算。鍋爐供熱大約需要10噸煤，每天開機(jī)12小時(shí)，功率為20kw，費(fèi)用為：

2kw×4h×200臺(tái)×0.68元/kwh×31天+10t×500元/t（售價(jià)）×31天=18.87萬元

因此僅在8月份即節(jié)約費(fèi)用為18.87-8.1=10.77萬元。

另使用礦井水為原料充填開采的實(shí)施成功，減少了單獨(dú)打井及布置水泵抽水費(fèi)用，經(jīng)粗略計(jì)算，每月可以節(jié)省電費(fèi)6萬元左右。

5.2 社會(huì)效益 亨健公司礦井水多元利用方案的實(shí)施，使亨健公司實(shí)現(xiàn)了開采方式的綠色化、資源利用的高效化、推進(jìn)了亨健公司綠色生態(tài)礦山的建設(shè)步伐，促進(jìn)了企業(yè)的科學(xué)健康發(fā)展，具有較高的借鑒意義。

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