寶日希勒露天煤礦水資源綜合利用優化配置研究

吳慧光 徐蕓 陶玲 王海棠 王曉雷 曹志國

（1 國能寶日希勒能源有限公司 內蒙古呼倫貝爾 021000 2 國家能源集團北京低碳清潔能源研究院 北京 102209 3 煤炭開采水資源保護與利用國家重點實驗室 北京 102209）

1 概述

煤炭開采產生的礦井水是一種寶貴的水資源，大量的礦井水未經處理直接排放，既浪費寶貴的水資源又污染了周邊環境。如果將礦井水經過處理后回用，不僅可以極大地降低企業用水成本，還可以保護自然環境［1-2］。

寶日希勒露天煤礦屬于國能雁寶能源集團，2022年煤炭生產能力為2 459 萬t/a。2014 年1 月，國家煤炭安監局對露天礦的生產能力進行了核定及文件批復，生產能力增加至3 500 萬t/a，預計2025 年達產。隨著煤炭開采量的增加，礦坑涌水量也隨之增加，2022 年涌水量為145 萬t/a。2025 年礦區內礦坑水經處理后80%左右的水量用于土地復墾種植用水，其他途徑用水如沖洗用水、道路噴灑用水等得不到有效分配和利用，導致整個礦區水資源利用率低、配置不均衡。因此，從企業長遠發展角度出發，有必要對未來礦區水資源的水量及供需平衡進行測試分析，探索出合理的水資源配置方案及可行性節水建議。

該礦生產取水水源為露天煤礦自身礦坑涌水排水。露天礦坑內的匯水主要為礦坑匯水區的降水徑流量和煤層含水層的地下水2 部分。礦坑疏干排水系統采用坑底儲水、半固定泵站排水方式將積水從采坑內分2 次提升排出。礦坑內沿道路邊緣設排水溝，將采掘面涌水導流至礦坑底部蓄水池沉積，將蓄水池內積水加壓提升后用于企業生產用水［3-6］。

2 水資源綜合利用情況分析

在寶日希勒露天煤礦未來供、需水量預測的基礎上，結合水處理工藝特點和能力，按照不同用水途徑和水質需求，開展水資源供需平衡分析和優化配置研究。本著開源節流、分質利用的原則，分析水資源現狀，建立現有水資源供需平衡體系。礦坑涌水、礦坑水處理系統進水、出水水質分析測試如表1 所示。

表1 水質分析表

本次取樣的礦坑涌水濁度不高、TDS＜600 mg/L，COD 在30 mg/L 左右，硬度低，總體水質很好，滿足《煤炭工業污染物排放標準》（GB 20426—2006）。圖1 是礦坑涌水處理站工藝流程，坑內排水經沉砂調節池匯聚在集水池，經廢水提升泵入凈水器凈化，泥濃縮經脫水機、輸送機排出。

圖1 礦坑涌水處理站工藝流程圖

寶日希勒礦坑水經測試得到的2022 年水平衡如圖2所示，夏季用水量大、冬季水量小，礦坑水經1 號蓄水池進入排水泵站，再進入老觀禮臺蓄水池和地面檢修蓄水池，然后抽出當作坑底降塵用水、土方剝離和排土場降塵用水。礦坑涌水處理站處理后的礦坑水用于消防或進入720、715、735 平臺，再供復墾種植、復墾灌溉用水，也可供輸煤廊橋、廠區灑水降塵、廠區綠化用水，礦坑水全部利用。市政取自來水用于生活用水、食堂用水、浴室用水、洗衣房用水、單身宿舍用水、汽車沖洗用水等。

3 優化配置研究

3.1 優化配置基本原則與途徑

對礦井水進行優化配置的目的就是要提高礦井水的利用率，從時間、空間、用途及水量4 個方面進行配置，同時還要保護環境，提高社會經濟效益。為了礦井水能夠順利地實現資源優化配置，按高效利用、工業生產用水優先、總量控制、國家鼓勵原則實施［7］。

根據2022 年現狀年水量平衡數據折算2025 年達產工況下露天礦供需水量情況。其中生活用水和工業場地道路用水量、輸煤廊橋沖洗用水量和車輛沖洗用水量維持現狀不變，采坑灑水量、排土場降塵水量、綠化水量按廠區規劃設計面積及現狀用水定額進行計算。

按照 《煤炭工業給水排水設計規范》（GB 50810—2012）（以下簡稱“GB 50810—2012”）和《內蒙古自治區行業用水定額》（DB15/T 385-2020）（以下簡稱“行業用水定額”）中規定的相關用水定額，對2025 年達產工況下用水水量進行核定優化。核定前沖洗用水量指標5.41 L/（m2·次），日用水指標為16.23 L/（m2·d），優化核定后輸煤廊橋沖洗用水量361.86 m3/d，比原配置節約水量227.25 m3/d。優化后礦區生產用水比例如圖3 所示。優化后主要用水途徑為排土場表土噴灑、復墾種植用水、坑底降塵用水，分別占比41.10%、24.45%、23.89%，用水比例趨向配置合理，是寶日希勒礦坑水主要利用途徑［7］。

圖3 優化后礦區生產用水比例

3.2 礦坑水工藝優化

根據礦區情況及國內礦井水主流處理工藝，建議采用“活性炭過濾器+膜處理+消毒”的工藝路線。具體工藝流程見圖4。

圖4 礦坑涌水深度處理工藝流程圖

礦坑涌水處理站出口清水池由泵提升至活性炭過濾器，在活性炭過濾器中，可對礦坑廢水中的COD 及懸浮物有效去除。活性炭過濾器出水進入后續超濾和反滲透膜系統，用于降低礦坑廢水中的TDS，起到軟化水質的作用。反滲透系統共設計2 級：一級反滲透系統產生的濃水用于煤場灑水降塵；一級反滲透產水水質較好，一部分可用于廠區綠化用水、沖洗系統用水、排土場復墾種植用水及沖廁用水。剩余部分則進入二級反滲透膜系統進行二次軟化，二級反滲透膜系統產水經加氯消毒后能夠滿足《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2022），并入生活管網用來供應礦區生活用水。

3.3 智慧水務

2019 年4 月，國家發展改革委和水利部聯合發布了《國家節水行動方案》（發改環資規〔2019〕695 號），針對工業節水減排，提出了要“完善供用水計量體系和在線監測系統，強化生產用水管理”。礦區部分管路缺少取水計量儀器儀表，建議在各計量點增加流量計，實現遠程在線監控。建設項目用水系統及流量計安裝位置如圖5 所示。

圖5 建設項目用水系統及流量計安裝位置圖

圖6 MES 分析系統九大功能板框

后期可考慮按照三級用水體系（裝置、中心、公司）、多水種分類，開發水平衡測試分析軟件平臺，充分利用“互聯網+”和信息化手段，建立比較完善的水平衡測試分析及在線監測系統，實現水平衡測試工作的信息化和日常供、用水系統監測的信息化。以MES 分析軟件平臺為例，計量儀表在線監測數據可上傳到平臺上，并繪制用水網絡圖，公司和部門領導對礦區用水情況就可以進行日常監測和數據分析。同時，該平臺還可以實現歷史數據庫保存、與上年度用水量對比、節水潛力分析、異常用水量報警提示等功能，便于企業在日常管理中及時追蹤分析公司用水情況。

引入智能灌溉控制系統，智能灌溉能夠對智能系統做出科學應用，利用水分傳感器獲取土壤水分情況，將監測信息交由監控器或計算機分析處理，對植物不同生長時期對水分的需求量進行檢測和測算，控制噴灌系統的啟停，從而使土壤含水率保持在某一設定值附近，提高水利用效率，減少用水量。針對需水量相對較多、灌溉頻率相對較低的植物，采取輸水型灌溉方法，使得灌溉效率得到明顯增加，還能夠有效節約灌溉水源。單次灌溉完成后，系統便可將綜合信息存儲至系統內。特殊條件下，工作人員可參考存儲信息數據，通過手動控制完成灌溉，有效增強灌溉管理效率，大大節省人工成本。

同時，礦區應加強日常綠化用水管理啟動第三方監管，隨時對日常綠化用水情況進行監督，并將用水管理情況納入年度考評體系。加強綠化用水管理，加大巡查檢查力度，杜絕作業中“跑冒滴漏”問題的發生，避免雨天灌溉灑水、高溫天氣中午灌溉灑水。建議礦區能夠調整綠化時間，控制夜間噴灌可減少蒸發損失8%～10%，采用滴灌系統預計可節約水量10%～15%。

3.4 完善用水制度和經濟管理機制

國能寶日希勒能源有限公司作為國有大型能源企業，建議進一步完善用水制度及經濟管理機制，做節水型企業的領頭羊和主力軍，在促進社會經濟發展創造良好社會環境效益方面發揮表率作用。從組織建設、制度建設等方面優化管理，開展節約用水、保護水資源的公益活動；充分利用網絡、廣播等媒體，開展節約用水宣傳教育活動；企業管理部門計量中心負責按照測量體系要求和相關標準監督各單位計量器具的安裝配備情況，做好計量器具的建賬、檢驗、校準等工作，為監督考核提供可靠依據；相關運行管理單位按照劃定的責任范圍，負責供用水配套設施的維護和節約用水工作的日常管理，采取防滲、防漏措施，加強地面所有供用水配套設施的檢查與維護，確保管網漏損率控制在相關標準規定范圍內。明確主體責任部門，完善各項管理及考核制度；開展定額管理、獎懲和考核措施；大力開展用水管理制度宣貫和節水意識宣傳工作。

4 結語

礦坑水是寶貴的非常規水資源。開展礦坑水資源綜合利用研究，根據不同的用水需要重復利用礦坑內存有的水資源，既能滿足煤礦生產需要，提高企業效益，減少污水對環境的影響，又能充分利用好現有的水資源，對緩解礦區水資源供需矛盾，保護礦區生態環境、防止水污染具有重要現實意義。

本文對寶日希勒露天礦礦坑水水質、水資源綜合利用情況進行分析，開展礦坑水優化配置研究，從優化配置基本原則與途徑、礦坑水工藝優化、智慧水務、完善用水制度和經濟管理機制等5 個方面進行研究。建議寶日希勒煤礦優化水處理工藝，建設精準計量系統、智慧水務，從加強用水制度和經濟管理機制等角度提高對礦區水資源的利用率。