矿井水综合利用途径分析

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绪言

我国水资源分布很不均衡，许多地区地表水与地下水资源严重不足，在全国600多座城市中有400多个城市存在不同程度的缺水，其中110多座城市严重缺水。随着人口的不断增加，水资源越来越少，人均水资源占有量及可供水水量还将呈下降趋势。全国国有重点煤矿区有70%面临缺水，其中40%属于严重缺水，在我国北方矿区缺水问题尤为突出。

矿井水综合利用是落实科学发展观，建设资源节约型和环境友好型煤炭矿区的重要组成部分。目前煤炭开采疏排大量的地下水，矿井排水经处理后作为矿区生活用水和生产用水来源。矿井水综合利用是国家支持鼓励发展的资源环保型综合利用项目，国务院发布关于全面落实《节能减排综合性工作方案》的通知，在实施水资源节约利用方面，强调要加快重点行业节水改造及矿井水利用重点项目的实施。《煤炭工业十二五规划》提出矿井水综合利用率要达到75%以上，预计2015年全国14个大型煤炭基地矿井水产生量将高达70.92亿m3，可以解决两个北京市的用水问题（2010年北京市用水总量35.7亿m3）。因此，矿井水综合利用不仅是保护矿区自然环境及节约地下水资源的重要内容之一，而且可以有效地解决矿区水资源的匮乏问题，具有明显的经济、环境和社会效益。

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矿井水水质特点

矿井开采过程中，从各种来源流入矿井的水，或流经矿井排水系统的水称为矿井水。矿井水质状况与开采品种、类型、方式以及所在地理位置有关，矿井水受开拓及采煤影响，含有大量煤粉、岩石粉尘等悬浮物杂质和微生物，颜色呈灰黑色；开采高硫煤层的矿井水，由于硫铁矿等含硫化合物的氧化作用致使水质呈现酸性，并含有大量的铁和重金属离子等污染物；此外，有些矿井水含有相当高的盐，有的甚至含氟和放射性物质等污染物[2]。

一般来说矿井水主要污染物为悬浮物（SS）、pH、COD、石油类，少数地区矿井水中还有部分有毒有害元素，如东北、华北北部、淮南、贵州等矿区矿井水中还含有汞、镉、铬、铅、锌等重金属，砷、氟以及放射性物质等[3]。

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矿井水处理及综合利用途径分析

矿井水处理工艺因矿井水水质不同而各异，但是基本都需要进行混凝沉淀处理，其目的是去除矿井水中的悬浮物以及COD等。其它处理环节如中和沉淀处理、反渗透过滤等深度处理与矿井水综合利用方向有很大关系。

结合目前煤矿常见的矿井水综合利用方式以及国内有关矿井水综合利用的研究，笔者总结了矿井水的综合利用途径，具体如下：

2.1 煤矿自身生产生活用水

矿井水经处理后第一综合利用途径即作为煤矿自身的生产生活用水，如井下消防洒水、黄泥灌浆用水、煤炭及矸石储存运输环节喷雾抑尘洒水、地面冲洗水，煤炭加工环节用水（如选煤厂洗选补充水）等，目前国内大中型煤矿基本已经做到了将矿井水处理后作为生产用水的水平，但是仅有少数矿井将处理后的矿井水作为生活用水。

以江苏大屯矿区为例，矿区位于江苏省沛县境内，总面积约245km2，建有4个煤矿、4座洗煤厂和1座电厂（含矸石电厂）。采煤产生的矿井水中不仅含有以煤屑为主的悬浮物，而且溶解性总固体、总硬度、硫酸盐含量也比较高，属于典型的悬浮物含量高的高矿化度矿井水，这类矿井水必须经过净化处理才能达到对水质要求不高的工业用水水质要求。净化处理后的矿井水必须经过深度处理才能达到洗浴用水或锅炉用水水质的要求。大屯矿区孔庄、徐庄、姚桥、龙东煤矿矿井水经过混凝沉淀絮凝处理后回用于矿区选煤厂生产用水、厂区冲洗、防尘及井下注浆等用水要求不高的生产用水。由于矿井涌水量较大，矿井水仅自身生产无法全部利用，大屯矿区4个矿井又对矿井水进行深度处理，处理工艺采用活性炭过滤、精密过滤、保安过滤、反渗透等处理工序，处理后其水质达到饮用水水质标准，进一步将其作为矿井锅炉房补充用水、食堂和洗浴用水，做到了矿井水全部综合利用。

2.2 煤炭下游项目用水

当煤矿自身无法全部回用全部矿井水时，可以考虑将矿井水深度处理后作为下游项目生产生活用水，下游项目包括坑口电厂，矸石电厂，兰炭项目，煤制石油、天然气、甲醇烯烃等煤化工项目。宁夏***矿区****煤矿（8.0Mt/a）、***煤矿（8.0Mt/a）以及附近的***矸石电厂（一期2×330MW）根据所处区域水资源匮乏及地下水水质较差（高矿化度）的特点，结合自身用水特征，采取分质供水，实现了矿井水的全部综合利用。***煤矿副井工业场地和***矸石电厂距离***煤矿主工业场地约4.0km和0.5km，****煤矿经过简单预处理后全部通过管道进入***矿井水处理站，***煤矿井下水处理站规模34000m3/d（***矿15168m3/d，***矿18380m3/d，两矿共计33548m3/d），采用混凝沉淀工艺处理后，供***矿、***矿井下消防洒水、黄泥灌浆和选煤厂补充用水，道路洒水等，富余矿井水经过过滤反渗透等深度处理后供给***矸石电厂作为生产用水使用，反渗透产生的浓盐水进入生态湖作为景观用水，真正实现了矿井水资源化多途径的综合利用。

2.3 煤矿生态恢复用水

当煤矿自身无法全部回用全部矿井水而周围有没有下游项目用水需求时，可以考虑将矿井水深度处理达到农灌标准后作为生态恢复用水以及农业灌溉用水。

神东矿区***煤矿（21.0Mt/a）采取一矿两井的管理模式，***井矿井正常涌水量约8400m3/d，最大涌水量约9600m3/d，进入****矿井水处理站采用混凝沉淀过滤工艺（处理规模12000m3/d）处理后约7952.6 m3/d回用于井下消防洒水、绿化、电厂、洗煤补充水，灌溉季节剩余约447.4 m3/d用于场地绿化及周边生态恢复用水，非灌溉季节进入乌兰木伦河橡胶坝内作为景观用水；***井矿井正常涌水量约6240m3/d，最大涌水量约7200 m3/d，进入活鸡兔矿井水处理站采用气浮混凝沉淀法（处理规模7200m3/d），处理后2775m3/d回用于井下消防洒水，灌溉季节剩余约3465m3/d用于场地绿化及周边生态恢复用水，非灌溉季节进入乌兰木伦河橡胶坝作为景观用水。根据现场勘查周边矿区生态环境恢复良好，建成了神府东胜矿区采空沉陷区沙棘生态修复示范基地，得到了国内外专家的一致好评。

2.4 地下水回灌

矿井水地下水回灌可以降低采矿对地下水水资源量的影响，同时也可以减轻地表沉陷对地表的影响程度。矿井水地下水回灌目前处于技术研究阶段，地下水回灌方法主要取决于回灌目的及回灌目标层的水文地质条件，回灌井淤堵(塞或积)是地下水人工回灌要解决的主要问题，主要内容包括淤层的形成过程、补给效率及控制措施等。高矿化度矿井水深层地下水回灌工程目前在国际上鲜有报道。

河北邯郸峰峰矿区梧桐庄煤矿矿井水具有Ca2+、Mg2+离子含量较高的高矿化度特征和煤粉为主的高悬浮物特征,矿化度达5000mg/L、总硬度达2000mg/L、悬浮物含量1800mg/L，属典型的“三高”(高矿化度、高硬度和高悬浮物)废水。河北峰峰集团梧桐庄矿实施了“高矿化度矿井水处理回灌工程”，该项工程是梧桐庄矿与中国地质科学院环境工程技术设计研究院联合进行研究的，在全国同行业中属于首例，在实现矿井水零排放，降低环境污染，有效保护地下水资源，提高矿区居民生活质量等方面具有重大意义[5]。

2.5 其它用水

除上述回用途径外，距离城市、工业园区较近的矿区还可将矿井水处理后作为城市、工业园区企业生产用水、道路洒水、绿化用水等。

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提高矿井水综合利用效果的探讨

（1）清污分流技术。有些矿区将井下未被污染的洁净矿井水与其他受污染的含悬浮物较多的矿井水分开，单独排至地面，直接用于生产和生活饮用水。如神东矿区乌兰木伦矿地面强排孔工程：井下(清)水由地面强排孔排入地面净水厂的供水管道，经净水厂净化处理后进入供水管网，供水能力达到4000 m3/d；再如大柳塔井下净水工程:它充分利用井下采空区的蓄水能力，将所蓄清水在井下经过澄清、过滤、消毒处理后，供入矿区自来水主管网，设计处理能力达10000m3/d，缓解了矿区用水紧张的局面[6]。

（2）利用矿井水所含热能供热。如唐山矿矿井每小时排水约1218m3，水温20℃至23℃，其中老风井泵房排水528m3/h，水温23℃，9道巷泵房130m3/h，20℃；11道巷560m3/h，水温21℃，利用水源热泵空调机组可以提取10℃至13℃的温差所产生的热量作为职工洗浴水的热源，经计算每小时余热资源量为：Q=1218×1.163×(18-8)×1.2=16998kW，有较大的余热利用价值[7]。

（3）矿区统筹规划，将矿区各煤矿富余矿井水集中收集后用于非煤项目生产生活用水。如宁东煤炭基地鸳鸯湖矿区专门编制了矿区矿井水综合利用规划，统筹协调，如将红柳煤矿矿井水经过深度处理后作为宁东矸石电厂生产用水，随着煤制石油、甲醇、烯烃等煤化工项目的上马，矿井水还可以作为煤化工项目的生产用水，做到矿井水的全部综合利用。此外，对于严重缺水矿区，还可以将经过处理后的矿井水进一步采取过滤消毒等深度处理，达到饮用水水质标准后作为矿区内村庄供水水源。

（4）加强管理，确保矿井水处理及综合利用落到实处。可以在煤矿井下水主排水管出口处以及各井下水用水单元处安装水资源计量装置，实时监控井下水去向，确保矿井水资源全部综合利用，防止偷排。

（5）加强矿区矿井水管网建设，将一些井下涌水量大而自身无法全部利用的矿区矿井水收集后建立供水工程，为矿区外缺水单位提供生产生活用水。

（6）积极开展矿井水综合利用科技攻关，结合部分地区矿井水矿化度高、铁锰及硫酸盐含量高的特点进一步优化矿井水处理工艺。

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结论

矿井水是一种宝贵的资源，实施矿井水资源和综合利用，对保护环境和节约水资源具有重要的意义，也是建设资源节约型、环境友好型社会的必然要求。矿井水在经过处理达到相应水质标准后后可回用于煤矿自身生产生活用水、煤矿下游企业生产生活用水、矿区生态恢复用水及农业灌溉用水等方面，使其发挥显著的经济、社会和环境效益。通过清污分流技术，矿井水热能利用，矿区统筹规划  管理，加强矿区矿井水管网建设，积极开展矿井水综合利用科技攻关等工作的开展，进一步提高和拓宽了矿井水综合利用的效率和途径，促进了矿区科学和谐发展。

本期编辑：铁菩萨、小唐

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