榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水資源化利用前景分析

張博龍 邱長健 薛雄飛

摘要：煤炭作為我國一大主要能源，在能源結(jié)構(gòu)中的主體地位在今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)將無法被替代，長期以來煤炭開采產(chǎn)生的礦井水一直被作為水害進(jìn)行預(yù)防和治理，排放至地面的礦井水大都沒有利用便被直接排放掉，不僅給煤礦企業(yè)帶來巨大的排水壓力，而且需要支付高額的排污費(fèi)用。如何實(shí)現(xiàn)礦井水資源的合理利用，已經(jīng)成為我國煤炭系統(tǒng)實(shí)施節(jié)能減排以及發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要手段，同時(shí)也是改善礦區(qū)生產(chǎn)和生活環(huán)境以及附近居民生活環(huán)境的重要舉措。本文以榆神礦區(qū)杭來灣煤礦為例，就礦井水資源化利用的前景進(jìn)行了簡單探討。

關(guān)鍵詞：榆神礦區(qū);杭來灣煤礦;礦井水;資源化利用

在榆神礦區(qū)礦井水幾乎完全來自地下水，水質(zhì)優(yōu)良，僅在采掘過程中受到輕微的污染，主要包含了有機(jī)物、懸浮物、細(xì)菌類以及放射性物質(zhì)等。相比于工業(yè)污水和生活廢水，礦井水的處理難度更小處理工藝更簡單[1]。而實(shí)現(xiàn)礦井水資源化利用，不僅能夠有效地緩解因?yàn)槊旱V過度開采對環(huán)境資源造成的破壞，而且還可以在一定程度上緩解地區(qū)水資源短缺的問題，對榆神礦區(qū)整體的發(fā)展具有重要意義。

1.榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水資源化利用的必要性和意義

1.1榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水資源化利用的必要性

榆神礦區(qū)杭來灣煤礦位于國家重點(diǎn)規(guī)劃礦區(qū)一陜北侏羅紀(jì)煤田榆神礦區(qū)一期的西南部，礦井的建設(shè)規(guī)模為8.OOMt/a，礦井自2012年6月投產(chǎn)以來礦井涌水量不斷增長，據(jù)2018年資料統(tǒng)計(jì)杭來灣煤礦年礦井水的排放量約為950×10⁴m3，其中采空區(qū)清水約占70%，污水約占30%，平均每開采1噸煤就要抽排lm3的礦井水，這些礦井水經(jīng)過處理后，除極少部分用于防塵灑水、園林綠化、周邊農(nóng)田灌溉、漁業(yè)養(yǎng)殖等方面，其余絕大部分被排放到產(chǎn)業(yè)園東約lOkm的清水河，排放量每年約為800×10⁴m3，礦井每年也因此負(fù)擔(dān)著800多萬元的排污費(fèi)。杭來灣煤礦礦井水多來自井下采空區(qū)清水，水質(zhì)優(yōu)良、處理和凈化工藝簡單，經(jīng)過簡單的處理即可達(dá)到生產(chǎn)生活用水的標(biāo)準(zhǔn)，陜北榆神礦區(qū)缺水情況嚴(yán)重，水資源十分寶貴，加之陜西有色榆林新材料循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園其他項(xiàng)目用水需求量較大，因此，杭來灣礦井水資源化利用前景廣闊、潛力巨大。

1.2榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水資源化利用的意義

歸納起來，榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水資源化利用的意義主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

（1）經(jīng)濟(jì)效益。將礦井水的資源化利用后，逐步用于產(chǎn)業(yè)園的生產(chǎn)、生活、農(nóng)業(yè)灌溉、漁業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)，在減少外部水資源使用量的基礎(chǔ)上，減小了礦井水的外排量，降低了排水系統(tǒng)的用電和維護(hù)等方面的費(fèi)用支出，同時(shí)減少企業(yè)繳納的排污費(fèi)用，除此之外還能實(shí)現(xiàn)礦井水中泥煤，用作燃料，因此經(jīng)濟(jì)效益顯著。（2）社會(huì)效益。實(shí)現(xiàn)榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水資源化利用后，能夠在一定程度上緩解該地區(qū)地下水資源短缺的問題，有效地緩解了農(nóng)用水矛盾，并逐步改善了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，提升了當(dāng)?shù)厝藗兊纳钯|(zhì)量，從而創(chuàng)造了巨大的社會(huì)效益[2]。（3）環(huán)境效益。站在生態(tài)環(huán)境的角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水資源化利用也是生態(tài)環(huán)境的客觀要求，不僅能夠預(yù)防水資源枯竭，減小地下水位降低的幅度，保證合理的區(qū)域地下水生態(tài)水位，而且還能有效的解決礦井水對地表水環(huán)境造成的污染，實(shí)現(xiàn)了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的改善，環(huán)境效益顯著[3]。

2.榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水資源化利用的前景

2.1用于生活用水

杭來灣煤礦礦井水較工業(yè)廢水和生活污水而言組成成分相對單一，處理方法和工藝簡單，加之杭來灣井下礦井水的排放實(shí)現(xiàn)了清污分流，因此處理難度將進(jìn)一步降低。而且礦井水的構(gòu)成以潔凈礦井水為主，從當(dāng)前榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水的水質(zhì)來看，與其地下水水質(zhì)基本相同，最大差異為榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水含有大量的懸浮物，基本上不存在具有毒害的污染物。而實(shí)現(xiàn)榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水資源化利用后，可以應(yīng)用在生活中的衛(wèi)生用水、洗滌等方面。

2.2農(nóng)業(yè)灌溉用水

陜西位于中國西北部，整體屬大陸季風(fēng)性氣候，氣候差異很大，由北向南漸次過度為溫帶、暖溫帶和北亞熱帶，糧食作物以小麥和玉米為主，礦井水作為農(nóng)業(yè)灌溉用水水質(zhì)完全可以得到保證。而且陜北地區(qū)礦井分布面廣，與農(nóng)田交錯(cuò)相間，作為灌溉用水不需修建太長的運(yùn)送水渠，能產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3水源熱泵制冷技術(shù)

礦井采空區(qū)清水溫度常年穩(wěn)定在lOcC左右之間，出水量持續(xù)而穩(wěn)定、水質(zhì)達(dá)標(biāo)，給水源熱泵技術(shù)提供了良好的水源條件，夏季利用礦井清水水源進(jìn)行換熱實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)園區(qū)建筑物的整體制冷，其制冷系數(shù)可達(dá)3.5-4.4，機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用是普通中央空調(diào)的50%-60%，項(xiàng)目的實(shí)施和運(yùn)行將達(dá)到節(jié)約電能，節(jié)約用水，最大限度減少對生態(tài)環(huán)境的影響。目前整個(gè)陜西有色榆林新材料產(chǎn)業(yè)園已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電廠冷卻水供暖的問題，并且取得了良好的效果，礦井水采空區(qū)清水水源熱泵技術(shù)給產(chǎn)業(yè)園夏季制冷提供了有效的解決方式，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著，發(fā)展?jié)摿薮骩4]。

3.榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水資源化利用策略

由于榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水的水質(zhì)會(huì)受到其所在地區(qū)地質(zhì)特征、地質(zhì)年代、自然環(huán)境以及各種煤系伴生礦成分等影響。當(dāng)?shù)V井水流過采煤工作面時(shí)，必然會(huì)帶走大量的巖粒、煤粉等懸浮物，再加上受到井下開采的影響，導(dǎo)致礦井水中溶解了巖石中的各種化學(xué)成分，在各種因素綜合作用下決定了榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水和其他地區(qū)礦井水的水質(zhì)也存在較大差異。根據(jù)當(dāng)前榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水含有污染物的情況，盡量按照“清污分流、水質(zhì)處理、分級應(yīng)用”的原則進(jìn)行排放，保證礦井水資源化利用最大化[5]。根據(jù)榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水質(zhì)分析成果，將礦井水分成兩種類型，其中近30%為礦井污水，70%為清水，由于污水中混合了巖粉、油污、煤泥等雜質(zhì)，需要采用污水處理系統(tǒng)處理后再利用，而清水水量大、水質(zhì)較好，礦化度低、澄清度高，處理工藝簡單可以直接進(jìn)行過濾和反滲透處理。

3.1污水處理工藝

井下排水由井下排水泵加壓后由主斜井排出，利用余壓流至工業(yè)場地井下排水處理站調(diào)節(jié)沉淀池內(nèi)，沉淀處理后的水由泵提升至高密度迷宮斜板凈水器，在高密度迷宮斜板凈水器進(jìn)水管中，加入PAC，其投加量為13mg/L-20mg/L，經(jīng)混合、反應(yīng)、沉淀、除油處理后，進(jìn)入過濾轉(zhuǎn)輸水池經(jīng)消毒后，一部分由井下粉煤灰膠體灌漿加壓泵將水送至地面粉煤灰膠體灌漿攪拌站供灌漿攪拌用水，剩余部分再由泵將水提升至水力自動(dòng)過濾器，經(jīng)過濾器過濾后的清水進(jìn)入出廠清水池及場地消防水池，再經(jīng)消毒后，由場地消防泵供消防用水，綜合辦公樓自噴消防泵供自噴消防用水，井下消防灑水加壓泵將水送至主斜井井口供井下消防灑水用水，出廠加壓泵（含場地綠化）將水送至場地綠化用水及新材料循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園復(fù)用水。調(diào)節(jié)沉淀池、高密度迷宮斜板凈水器的排泥（渣）均進(jìn)入污泥池內(nèi)，由泵將泥提升至污泥濃縮罐內(nèi)，經(jīng)濃縮后，再由泵將污泥送至污泥壓濾一體機(jī)，在污泥脫水前加入PAM，經(jīng)混合后進(jìn)人壓濾一體機(jī)。經(jīng)脫水后，污泥含水率在80%以下，然后摻人末煤出售。排水處理工藝流程如圖1所示。

3.2清水處理工藝

針對榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井中清水的處理選用反滲透工藝進(jìn)行深度處理，具體處理如下：將榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井中清水引入清水池，由原水泵提升加壓進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)，流量為40t/h。冬季通過旁路進(jìn)入換熱器加熱后，進(jìn)入自清洗過濾器，其他季節(jié)直接進(jìn)入自清洗過濾器，再進(jìn)入超濾裝置，超濾裝置出水進(jìn)入超濾水池，由增壓泵加壓進(jìn)入保安過濾器，再經(jīng)高壓泵加壓打人反滲透裝置，流量為38t/h，反滲透濃水出水流人濃水池，反滲透產(chǎn)品水25t/h，流人成品水池，通過供水泵供至各個(gè)用水單位。其中超濾裝置、反滲透裝置通過清洗裝置進(jìn)行定期化學(xué)清洗，以保持工藝設(shè)備的處理性能。礦井水深度處理工藝流程如圖2所示。

4.結(jié)語

綜上所述，礦井水的開發(fā)和利用是緩解煤礦地區(qū)水資源緊張的有效途徑，本文通過對榆神礦區(qū)杭來灣煤礦礦井水資源化利用分析，發(fā)現(xiàn)礦井水資源化處理和利用具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益以及環(huán)境效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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