用好矿井水，释放煤水双资源的叠加效应

来源：中国煤炭报

时间：2024-10-28 19:00:23

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在鄂尔多斯遗鸥国家级自然保护区，湖水清澈见底，两岸草木繁茂，水鸟纷飞。在鸟类迁徙时节，保护区内栖息觅食的各种飞鸟已达2万余只，其中遗鸥达400余只。良好的生态环境，得益于淮河能源西部煤电集团对水资源的保护利用。他们持续将部分矿井水通过管道分

在鄂尔多斯遗鸥国家级自然保护区，湖水清澈见底，两岸草木繁茂，水鸟纷飞。在鸟类迁徙时节，保护区内栖息觅食的各种飞鸟已达2万余只，其中遗鸥达400余只。

良好的生态环境，得益于淮河能源西部煤电集团对水资源的保护利用。他们持续将部分矿井水通过管道分别送往保护区和水务公司的中水综合利用系统，既作为保护区的补给用水，又解决了当地居民的用水问题。

“矿井水将是我国中长期稳定的非常规水资源。”中国工程院院士、煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室主任顾大钊表示。

“煤水双资源矿井协调建设与开发是我国煤炭工业绿色转型和可持续高质量发展的必由之路，也是绿色矿山建设和绿色矿业发展的基本要求。”中国工程院院士武强说。

今年3月，国家发展改革委等八部门联合发布了《关于加强矿井水保护和利用的指导意见》，提出到2025年，全国矿井水利用量持续提高，其中黄河流域力争达到68%以上，矿井水保护利用政策体系和市场机制基本建立。

“以水定煤”，实现“煤水”双资源协同开发，将成为大趋势。

是“水害”，还是新资源?

“我们在不同时期对煤矿地下水的认识是不断进步的，初期基本都是以水害防治为主，之后逐渐开始将水害防治与水资源保护、利用统筹兼顾起来”

在神东矿区，35座地下水库正在稳定运行，其最大储水量可达3500万立方米。该技术充分利用了采空区中垮落的岩体对矿井水的过滤、沉淀、吸附等作用，实现矿井水的大规模低成本处理。

“矿井水主要为受煤炭开采影响进入巷道的地下水。以个人多年的工作经历来说，我们在不同时期对煤矿地下水的认识是不断进步的。”中国煤科一级首席科学家董书宁说，“初期基本都是以水害防治为主，之后逐渐开始将水害防治与水资源保护、利用统筹兼顾起来。”

近年来，我国煤矿水害防治工作取得积极进展，各项政策法规逐步完善，在技术装备方面取得较大进步，水害防治水平不断提高。但我国煤炭主产区多是严重缺水、生态环境脆弱地区，煤水矛盾突出。随着煤矿开采范围的扩大，处理成本高、难以直接利用的高氟、高矿化度矿井水的占比逐年升高，进一步激化煤炭开采地的煤水矛盾。

“晋、陕、内蒙古、宁、甘西部五省份用全球仅0.2%的水资源支撑了全球35%的煤炭生产。”董书宁说。

同样，在黄河流域，水资源供需矛盾已成为制约黄河流域高质量发展的突出问题和生态文明建设的短板。

据统计，2022年沿黄河9省份煤炭产量35.9亿吨，矿井涌水量约为65亿立方米，接近我国南水北调西线工程一期设计调水量。矿井涌水量大但利用率低。

“加强矿井水资源综合利用在黄河流域生态保护和高质量发展中的支撑作用极为迫切。”武强说。

董书宁表示，现代化煤炭企业要从对矿井水“保、治、用”的角度和顺序来看待，以地下水资源保护为前提开展开采活动，尽量做到矿井水资源再利用，切实保障矿区绿色可持续发展。

技术保水，资源化用水

“先考虑源头保护，尽量减轻煤矿开采对矿区地下水的扰动与影响，减少矿井涌水量;对于不可避免进入矿井的地下水，通过分质处理和分级利用，保障这部分水不被浪费”

近日，中国矿业大学范立民教授团队在特厚煤层保水开采技术领域获得重要突破。

他们利用微生物、同位素以及全离子测试等技术，准确判断了矿井水来源，利用“采动间—直接释水机理”等方法预测了矿井涌水量，并以顶板减损开采技术为手段，以采空区巨厚土层隔水性能自修复为监测对象，提高工作面的一次开采高度，实现对生态潜水地下水水位的有效管控。

“做好矿井水保护和利用工作，先考虑源头保护，尽量减轻煤矿开采对矿区地下水的扰动与影响，减少矿井涌水量;对于不可避免进入矿井的地下水，通过分质处理和分级利用，保障这部分水不被浪费。”董书宁说。

目前，矿井水源头保护主要有减损开采法、煤(岩)柱留设和堵截法。

减损开采利用充填开采、限高(厚)开采、条带式开采等特殊采矿工艺，降低采煤对围岩的扰动损伤，从而减少矿井涌水量。

煤(岩)柱留设将采掘工程避开强含水区，避免开采扰动这些区域时可能造成的高强度涌水。

堵截法目前使用较多的是对煤层底板含水层的超前区域治理和顶底板含水层都可使用的侧向帷幕截流，构造区注浆、天窗和隔水层薄弱区修复等，也都属于堵截法的适用范畴。

中国煤科西安研究院针对露天煤矿境界外河流湿地常年补水条件及对露天煤矿安全开采和区域水文环境的影响，开发了露天煤矿帷幕截水关键技术体系。

为解决防渗膜大深度垂向隐蔽密贴铺设与连接、超深松散地层稳定成槽等难题，他们在地表或地下水体与矿坑之间建设一条一定深度狭长的人工不透水带，使地表水和地下水得到原位保护，地表径流和生态水位得到良好保持，矿坑内实现无涌水或少涌水开采，实现保水与资源绿色开发双效益。

有关科研人员巧妙地将矿井水处理与井下空间利用相结合，开发出了一种井下直接处理矿井水的技术与设备。能够在井下及时处理产生的矿井水，使其能够直接服务于井下生产作业、降尘以及消防安全等。同时，对于处理后多余的矿井水，还可以储存在经过改造的井下采空区所形成的地下水库中，有效地降低了矿井水处理的总成本。

其中，顾大钊及其团队提出应用煤矿地下水库技术就很有代表性。该技术运用地下水运移规律，通过构建人工坝体与煤柱连接形成连续坝体，实现在采空区岩体空隙中规模化、低成本储水，可避免外排蒸发损失、地面水处理厂建设和运行成本高等问题。

目前，该技术已应用在神东矿区、神华宁煤煤制油项目、榆林化工煤制油项目、鄂尔多斯煤制油项目等。地下水库可供应神东矿区95%以上的用水，年供水量超过7000万立方米，累计创造直接经济效益逾100亿元。

近年来，高盐高氟矿井水一直是制约我国西部矿区煤炭绿色开发的重要瓶颈。

中国煤炭加工利用协会综合利用部副主任王吉坤表示，随着开采深度增加，矿井水中的矿化度和氟化物含量明显升高。

“要通过科技创新，开发‘井下预处理—地面深度处理’的高效低耗技术，充分利用西部矿区丰富的太阳能、地热等新能源以及火电厂余热等，大幅降低矿井水能耗成本，实现矿井水绿色节能处理利用。”王吉坤说。

董书宁认为，应该从三个方面综合考虑用好矿井水。首先，对于高校及科研院所，需要着力推进高盐高氟矿井水处理技术革新，研发高效低耗的反渗透膜处理技术，结合核晶诱导造粒(NCP)技术实现高盐高氟矿井水资源化处理及利用。其次，对于煤矿企业，要积极探寻矿井水分质处理与分级利用新模式，细化各个用水场景并完善井下管网系统，针对符合回用标准的矿井水在相应场景直接回用。第三，对于政府部门，要继续着力完善《意见》，形成不同时期的阶段性目标，做到矿井水保护利用有法可依。

整体而言，目前我国在矿井水保护和利用方面仍面临区域治理不均衡、政策标准不完善、技术装备不完备、保护利用不充分等问题。专家建议，必须综合考虑各部门间协作，加强政府、煤炭企业、科研院所、高校、公民以及其他相关者之间的区域治理程度，把握矿井水资源的全方面属性，共同下好矿井水保护利用的这盘大棋。

建市场，让矿井水真正活起来

“经济效益是客观的，建立合理的市场化机制便成为关键。并且随着技术的不断创新和突破，矿井水的处理成本将进一步降低，水质将更加优良，适用范围也将不断扩大”

据顾大钊预测，以西部矿区为例，若矿井水利用率由2018年的35%提高到2035年的80%，则到2035年，我国西部地区将新增利用23亿立方米矿井水。新增利用的23亿立方米的矿井水，能够支撑32万立方米的生态复垦、1亿吨煤制油和2000万吨煤制烯烃生产，增加工业产值超过4000亿元。

据了解，在工业领域，矿井水有望成为更多行业的重要水源，为工业发展提供持续的支撑;在农业方面，矿井水的精准灌溉和土壤改良技术将不断完善，为保障粮食安全和促进乡村振兴发挥更大的作用;同时，矿井水市场化应用还将带动相关产业的发展，如水处理设备制造、技术研发等，可以创造更多的就业机会和经济增长点。

目前，不少地方政府已经开始有益探索。

近年来，榆林市先后出台矿井矿井水综合利用意见和相关规划，按照“政府牵头，企业出资，统一规划，逐步推进”的模式，建设了五大片区矿井矿井水综合利用工程，解决矿井水回收利用问题。

2022年，榆林市煤矿开采产生矿井水2.65亿立方米，利用量达2.14亿立方米，利用率达80.7%。处理后达标的矿井水通过管道点对点、有计划地补给农田、厂区等。

内蒙古伊金霍洛旗境内有煤矿74座，每年产生矿井水8000多万立方米。为破解生态保护和地区发展“水梗阻”，该旗于2019年印发了矿井水综合利用实施意见，并与17家煤炭企业合作，统一规划建设了全旗矿井水综合利用项目暨“东水西输”工程，将矿井水纳入水资源调配体系。

矿井水不仅可以修复生态、绿化城镇，净化后还能达到饮用标准，水质接近矿泉水。处理后的矿井水每立方米仅为3元至5元，相较于黄河水每立方米10元左右的价格更为便宜，受到众多企业的青睐。

该旗创新性构建了由旗属国企引领的经营模式。该模式以企业化方式运作、专业化手段管理，将矿井水作为商品，成功推动矿井水的市场化进程。在充分整合现有基础设施的前提下，该旗积极争取上级输水工程专项拨款，同时，针对资金缺口，各煤矿企业依据自身排水量、开采年限以及输水距离等因素按比例分担费用。这一市场化经营策略不仅减轻了政府的财政负担，还为矿井水的综合高效利用提供了坚实保障。

此外，煤矿企业积极响应，纷纷投入到矿井水回收利用项目中。

宁夏煤业公司从南到北建立了12个煤矿矿井水处理厂、14个单位生活污水处理站、12座外排泵站，对矿井水及生活污水进行处理，将深度处理后的矿井水回用于煤矿生产和化工园区，实施了“南水北调”工程，将红柳矿、石槽村矿的矿井水复用及管路进行改(扩)建，以满足生产用水需求，并解决了黄河水用水指标不足的问题。

山东能源济三煤矿针对生产过程中产生的高盐矿井水，投资建成了矿井水脱盐处理项目。该项目稳定运行后，处理后的产品水一部分被矿井复用，用于井筒注水、空压机等;另一部分达标外排，实现了矿区水资源优化配置。特别是浓盐水通过除盐工艺蒸发结晶出的工业盐，达到了一类一等品质，成为畅销的工业原材料，被广泛用于化肥、玻璃制造等领域。

平煤股份十一矿投资安装陶瓷膜处理系统，将矿井水综合处理后达到一级D标准，实现矿井水循环利用。该项目不仅为十一矿节约了水资源税和自来水费用，而且向周边环境每天进行生态补水，实现环保和经济效益双赢。

“经济效益是客观的，建立合理的市场化机制便成为关键。”董书宁说，“随着技术的不断创新和突破，矿井水的处理成本将进一步降低，水质将更加优良，适用范围也将不断扩大。”

链接

《国家发展改革委等部门关于加强矿井水保护和利用的指导意见》

【主要目标】

到2025年，全国矿井水利用量持续提高，利用率不断提升，其中黄河流域力争达到68%以上，矿井水保护利用政策体系和市场机制基本建立。

到2030年，矿井水管理制度体系、市场调节机制和技术支撑能力不断增强，矿井水利用效率和效益进一步提高。

【主要内容】

共4个方面14项重点工作任务

加强矿井水源头保护

推行源头控制、合理选择治理工艺、落实安全监管

推进矿井水分质分级处理