榆神礦區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，在能源結構中的主體地位在今后相當長一段時間內將無法被替代，長期以來煤炭開采產生的礦井水一直被作為水害進行預防和治理，排放至地面的礦井水大都沒有利用便被直接排放掉，不僅給煤礦企業帶來巨大的排水壓力，而且需要支付高額的排污費用。如何實現礦井水資源的合理利用，已經成為我國煤炭系統實施節能減排以及發展循環經濟的重要手段，同時也是改善礦區生產和生活環境以及附近居民生活環境的重要舉措。本文以榆神礦區杭來灣煤礦為例，就礦井水資源化利用的前景進行了簡單探討。

關鍵詞：榆神礦區;杭來灣煤礦;礦井水;資源化利用

在榆神礦區礦井水幾乎完全來自地下水，水質優良，僅在采掘過程中受到輕微的污染，主要包含了有機物、懸浮物、細菌類以及放射性物質等。相比于工業污水和生活廢水，礦井水的處理難度更小處理工藝更簡單[1]。而實現礦井水資源化利用，不僅能夠有效地緩解因為煤礦過度開采對環境資源造成的破壞，而且還可以在一定程度上緩解地區水資源短缺的問題，對榆神礦區整體的發展具有重要意義。

1.榆神礦區杭來灣煤礦礦井水資源化利用的必要性和意義

1.1榆神礦區杭來灣煤礦礦井水資源化利用的必要性

榆神礦區杭來灣煤礦位于國家重點規劃礦區一陜北侏羅紀煤田榆神礦區一期的西南部，礦井的建設規模為8.OOMt/a，礦井自2012年6月投產以來礦井涌水量不斷增長，據2018年資料統計杭來灣煤礦年礦井水的排放量約為950×10⁴m3，其中采空區清水約占70%，污水約占30%，平均每開采1噸煤就要抽排lm3的礦井水，這些礦井水經過處理后，除極少部分用于防塵灑水、園林綠化、周邊農田灌溉、漁業養殖等方面，其余絕大部分被排放到產業園東約lOkm的清水河，排放量每年約為800×10⁴m3，礦井每年也因此負擔著800多萬元的排污費。杭來灣煤礦礦井水多來自井下采空區清水，水質優良、處理和凈化工藝簡單，經過簡單的處理即可達到生產生活用水的標準，陜北榆神礦區缺水情況嚴重，水資源十分寶貴，加之陜西有色榆林新材料循環經濟產業園其他項目用水需求量較大，因此，杭來灣礦井水資源化利用前景廣闊、潛力巨大。

1.2榆神礦區杭來灣煤礦礦井水資源化利用的意義

歸納起來，榆神礦區杭來灣煤礦礦井水資源化利用的意義主要體現在三個方面：

（1）經濟效益。將礦井水的資源化利用后，逐步用于產業園的生產、生活、農業灌溉、漁業等相關產業，在減少外部水資源使用量的基礎上，減小了礦井水的外排量，降低了排水系統的用電和維護等方面的費用支出，同時減少企業繳納的排污費用，除此之外還能實現礦井水中泥煤，用作燃料，因此經濟效益顯著。（2）社會效益。實現榆神礦區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地下水資源短缺的問題，有效地緩解了農用水矛盾，并逐步改善了礦區的生態環境，提升了當地人們的生活質量，從而創造了巨大的社會效益[2]。（3）環境效益。站在生態環境的角度出發，實現榆神礦區杭來灣煤礦礦井水資源化利用也是生態環境的客觀要求，不僅能夠預防水資源枯竭，減小地下水位降低的幅度，保證合理的區域地下水生態水位，而且還能有效的解決礦井水對地表水環境造成的污染，實現了礦區生態環境的改善，環境效益顯著[3]。

2.榆神礦區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現了清污分流，因此處理難度將進一步降低。而且礦井水的構成以潔凈礦井水為主，從當前榆神礦區杭來灣煤礦礦井水的水質來看，與其地下水水質基本相同，最大差異為榆神礦區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。而實現榆神礦區杭來灣煤礦礦井水資源化利用后，可以應用在生活中的衛生用水、洗滌等方面。

2.2農業灌溉用水

陜西位于中國西北部，整體屬大陸季風性氣候，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，礦井水作為農業灌溉用水水質完全可以得到保證。而且陜北地區礦井分布面廣，與農田交錯相間，作為灌溉用水不需修建太長的運送水渠，能產生很好的經濟效益。

2.3水源熱泵制冷技術

礦井采空區清水溫度常年穩定在lOcC左右之間，出水量持續而穩定、水質達標，給水源熱泵技術提供了良好的水源條件，夏季利用礦井清水水源進行換熱實現產業園區建筑物的整體制冷，其制冷系數可達3.5-4.4，機組運行費用是普通中央空調的50%-60%，項目的實施和運行將達到節約電能，節約用水，最大限度減少對生態環境的影響。目前整個陜西有色榆林新材料產業園已經實現了電廠冷卻水供暖的問題，并且取得了良好的效果，礦井水采空區清水水源熱泵技術給產業園夏季制冷提供了有效的解決方式，經濟效益和社會效益十分顯著，發展潛力巨大[4]。

3.榆神礦區杭來灣煤礦礦井水資源化利用策略

由于榆神礦區杭來灣煤礦礦井水的水質會受到其所在地區地質特征、地質年代、自然環境以及各種煤系伴生礦成分等影響。當礦井水流過采煤工作面時，必然會帶走大量的巖粒、煤粉等懸浮物，再加上受到井下開采的影響，導致礦井水中溶解了巖石中的各種化學成分，在各種因素綜合作用下決定了榆神礦區杭來灣煤礦礦井水和其他地區礦井水的水質也存在較大差異。根據當前榆神礦區杭來灣煤礦礦井水含有污染物的情況，盡量按照“清污分流、水質處理、分級應用”的原則進行排放，保證礦井水資源化利用最大化[5]。根據榆神礦區杭來灣煤礦礦井水質分析成果，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，需要采用污水處理系統處理后再利用，而清水水量大、水質較好，礦化度低、澄清度高，處理工藝簡單可以直接進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，利用余壓流至工業場地井下排水處理站調節沉淀池內，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水管中，加入PAC，其投加量為13mg/L-20mg/L，經混合、反應、沉淀、除油處理后，進入過濾轉輸水池經消毒后，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過濾器，經過濾器過濾后的清水進入出廠清水池及場地消防水池，再經消毒后，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經濟產業園復用水。調節沉淀池、高密度迷宮斜板凈水器的排泥（渣）均進入污泥池內，由泵將泥提升至污泥濃縮罐內，經濃縮后，再由泵將污泥送至污泥壓濾一體機，在污泥脫水前加入PAM，經混合后進人壓濾一體機。經脫水后，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

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

4.結語

綜上所述，礦井水的開發和利用是緩解煤礦地區水資源緊張的有效途徑，本文通過對榆神礦區杭來灣煤礦礦井水資源化利用分析，發現礦井水資源化處理和利用具有良好的經濟效益、社會效益以及環境效益，具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]倪深海，彭岳津，張楠，許成友，王亨力.煤礦礦井水資源綜合利用潛力研究[J]煤炭加工與綜合利用，2018（11）：78-81.

[2]賈玉州，李南駿.礦井水處理及其資源化利用[J].技術與市場，2018，25（10）：125-126.

[3]張保太.礦井水資源化利用技術在煤化工企業的應用[J].大氮肥，2018， 41（03）：203-205+209.

[4]王一淑.煤礦礦井水資源利用市場開發淺析[J]科技創新導報，2017，14 （26）：160-161+163.

[5]張喜文.淺析礦井水綜合利用技術[J]內蒙古煤碳經濟2017（14）：1-2+27.