礦井水資源多元利用方案研究與實施

盧永戰(zhàn)

摘要：邯礦集團亨健公司通過應用水源熱泵技術和超高水材料充填開采技術，并結合自身條件，在礦井水余熱回收利用的基礎上，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，實現(xiàn)了礦井水資源的多元利用。

關鍵詞：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)部蘊藏著大量的低溫熱能，由于受采掘和人為活動的影響，礦井水極易受到污染，含有大量煤、巖塵等雜質，懸浮物濃度較高，并含有少量有機物和微生物，礦井水的大量排放，會對地表上河流等水資源產(chǎn)生較嚴重的污染，影響到人民的生活環(huán)境，同時也給人民的生命安全帶來威脅。

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

1 發(fā)展水源熱泵技術，實現(xiàn)礦井水余熱利用

1.1 水源熱泵技術的引進與使用 水源熱泵系統(tǒng)是一種高效、節(jié)能，有利于環(huán)境保護和資源可持續(xù)發(fā)展的新型空調冷、熱源技術，冬季將低溫礦井排水中的低品位熱能進行提升，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、運行靈活等的特點。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，聯(lián)合建筑體1座（包括礦燈房和區(qū)隊辦公區(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，夏季制冷采用單機空調制冷方式。

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 水源熱泵技術在亨健公司的應用 為了提高亨健公司綠色礦山的建設水平，亨健公司引進了水熱源泵相關設備和技術，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，降低了空調電費和鍋爐原煤的投入，降低了污染物的排放。

2 實施充填開采技術，實現(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），該泵站通過自動化控制系統(tǒng)控制，人為設定參數(shù)后可以自動配料、自動攪拌、自動放漿等特點，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（如圖2所示），進入采空區(qū)進行充填，使煤炭實現(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)部的有害物質并沒有處理，若直接排放仍會對環(huán)境造成污染，同時，亨健公司實施的超高水材料充填開采技術，又是一個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)試驗研究，發(fā)現(xiàn)礦井水中的成分對超高水材料強度沒有影響，因此，亨健公司從地面布設管路，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蓄水池，通過合理安排井下水倉排水時間，實現(xiàn)了邊排水邊制漿、充填，據(jù)統(tǒng)計，亨健公司每年用于充填的水量20萬m3以上，該方法的實施，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 建立健全各項規(guī)章制度，實施精細化管理模式

亨健公司針對風、水源熱泵及超高水材料充填建立的嚴格的管理制度，針對各環(huán)節(jié)、工序合理安排，妥善布置，細化施工流程，規(guī)范崗位責任，量化考核標準，每個工序安排專人管理及施工，設備包機到人，定時維護，定期檢修，確保設備的正常運轉。礦井抽水、充填時間遵循‘避峰填谷的政策，由調度室統(tǒng)一協(xié)調安排，保障礦井水資源的多元利用系統(tǒng)的可靠運行。

5 成果實施效果

5.1 經(jīng)濟效益 風水源熱泵自安裝完成后，熱泵機組工作穩(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)計數(shù)據(jù)為例，設備當月消耗電能12萬kwh。電費為：

120000kwh×0.68元/kwh=8.1萬元

如當月采用傳統(tǒng)鍋爐供熱，辦公樓、宿舍樓采用空調制冷（夏季），每臺空調功率按2kw計算，整個建筑群大約要200臺，每臺空調每天開機4小時計算。鍋爐供熱大約需要10噸煤，每天開機12小時，功率為20kw，費用為：

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

因此僅在8月份即節(jié)約費用為18.87-8.1=10.77萬元。

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

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

參考文獻：

[1]劉亞峰，趙桂華.淺談水資源利用及水環(huán)境污染控制的管理及對策[J].價值工程，2010(21).

[2]邱偉.建筑施工水資源利用與節(jié)水措施[J].價值工程，2013(28).

[3]何廣武，于忠勝.我國水資源利用及水環(huán)境污染控制對策[J]. 價值工程，2010(01).