榆神矿区杭来湾煤矿矿井水资源化利用前景分析

张博龙 邱长健 薛雄飞

摘要：煤炭作为我国一大主要能源，在能源结构中的主体地位在今后相当长一段时间内将无法被替代，长期以来煤炭开采产生的矿井水一直被作为水害进行预防和治理，排放至地面的矿井水大都没有利用便被直接排放掉，不仅给煤矿企业带来巨大的排水压力，而且需要支付高额的排污费用。如何实现矿井水资源的合理利用，已经成为我国煤炭系统实施节能减排以及发展循环经济的重要手段，同时也是改善矿区生产和生活环境以及附近居民生活环境的重要举措。本文以榆神矿区杭来湾煤矿为例，就矿井水资源化利用的前景进行了简单探讨。

关键词：榆神矿区;杭来湾煤矿;矿井水;资源化利用

在榆神矿区矿井水几乎完全来自地下水，水质优良，仅在采掘过程中受到轻微的污染，主要包含了有机物、悬浮物、细菌类以及放射性物质等。相比于工业污水和生活废水，矿井水的处理难度更小处理工艺更简单[1]。而实现矿井水资源化利用，不仅能够有效地缓解因为煤矿过度开采对环境资源造成的破坏，而且还可以在一定程度上缓解地区水资源短缺的问题，对榆神矿区整体的发展具有重要意义。

1.榆神矿区杭来湾煤矿矿井水资源化利用的必要性和意义

1.1榆神矿区杭来湾煤矿矿井水资源化利用的必要性

榆神矿区杭来湾煤矿位于国家重点规划矿区一陕北侏罗纪煤田榆神矿区一期的西南部，矿井的建设规模为8.OOMt/a，矿井自2012年6月投产以来矿井涌水量不断增长，据2018年资料统计杭来湾煤矿年矿井水的排放量约为950×10⁴m3，其中采空区清水约占70%，污水约占30%，平均每开采1吨煤就要抽排lm3的矿井水，这些矿井水经过处理后，除极少部分用于防尘洒水、园林绿化、周边农田灌溉、渔业养殖等方面，其余绝大部分被排放到产业园东约lOkm的清水河，排放量每年约为800×10⁴m3，矿井每年也因此负担着800多万元的排污费。杭来湾煤矿矿井水多来自井下采空区清水，水质优良、处理和净化工艺简单，经过简单的处理即可达到生产生活用水的标准，陕北榆神矿区缺水情况严重，水资源十分宝贵，加之陕西有色榆林新材料循环经济产业园其他项目用水需求量较大，因此，杭来湾矿井水资源化利用前景广阔、潜力巨大。

1.2榆神矿区杭来湾煤矿矿井水资源化利用的意义

归纳起来，榆神矿区杭来湾煤矿矿井水资源化利用的意义主要体现在三个方面：

（1）经济效益。将矿井水的资源化利用后，逐步用于产业园的生产、生活、农业灌溉、渔业等相关产业，在减少外部水资源使用量的基础上，减小了矿井水的外排量，降低了排水系统的用电和维护等方面的费用支出，同时减少企业缴纳的排污费用，除此之外还能实现矿井水中泥煤，用作燃料，因此经济效益显著。（2）社会效益。实现榆神矿区杭来湾煤矿矿井水资源化利用后，能够在一定程度上缓解该地区地下水资源短缺的问题，有效地缓解了农用水矛盾，并逐步改善了矿区的生态环境，提升了当地人们的生活质量，从而创造了巨大的社会效益[2]。（3）环境效益。站在生态环境的角度出发，实现榆神矿区杭来湾煤矿矿井水资源化利用也是生态环境的客观要求，不仅能够预防水资源枯竭，减小地下水位降低的幅度，保证合理的区域地下水生态水位，而且还能有效的解决矿井水对地表水环境造成的污染，实现了矿区生态环境的改善，环境效益显著[3]。

2.榆神矿区杭来湾煤矿矿井水资源化利用的前景

2.1用于生活用水

杭來湾煤矿矿井水较工业废水和生活污水而言组成成分相对单一，处理方法和工艺简单，加之杭来湾井下矿井水的排放实现了清污分流，因此处理难度将进一步降低。而且矿井水的构成以洁净矿井水为主，从当前榆神矿区杭来湾煤矿矿井水的水质来看，与其地下水水质基本相同，最大差异为榆神矿区杭来湾煤矿矿井水含有大量的悬浮物，基本上不存在具有毒害的污染物。而实现榆神矿区杭来湾煤矿矿井水资源化利用后，可以应用在生活中的卫生用水、洗涤等方面。

2.2农业灌溉用水

陕西位于中国西北部，整体属大陆季风性气候，气候差异很大，由北向南渐次过度为温带、暖温带和北亚热带，粮食作物以小麦和玉米为主，矿井水作为农业灌溉用水水质完全可以得到保证。而且陕北地区矿井分布面广，与农田交错相间，作为灌溉用水不需修建太长的运送水渠，能产生很好的经济效益。

2.3水源热泵制冷技术

矿井采空区清水温度常年稳定在lOcC左右之间，出水量持续而稳定、水质达标，给水源热泵技术提供了良好的水源条件，夏季利用矿井清水水源进行换热实现产业园区建筑物的整体制冷，其制冷系数可达3.5-4.4，机组运行费用是普通中央空调的50%-60%，项目的实施和运行将达到节约电能，节约用水，最大限度减少对生态环境的影响。目前整个陕西有色榆林新材料产业园已经实现了电厂冷却水供暖的问题，并且取得了良好的效果，矿井水采空区清水水源热泵技术给产业园夏季制冷提供了有效的解决方式，经济效益和社会效益十分显著，发展潜力巨大[4]。

3.榆神矿区杭来湾煤矿矿井水资源化利用策略

由于榆神矿区杭来湾煤矿矿井水的水质会受到其所在地区地质特征、地质年代、自然环境以及各种煤系伴生矿成分等影响。当矿井水流过采煤工作面时，必然会带走大量的岩粒、煤粉等悬浮物，再加上受到井下开采的影响，导致矿井水中溶解了岩石中的各种化学成分，在各种因素综合作用下决定了榆神矿区杭来湾煤矿矿井水和其他地区矿井水的水质也存在较大差异。根据当前榆神矿区杭来湾煤矿矿井水含有污染物的情况，尽量按照“清污分流、水质处理、分级应用”的原则进行排放，保证矿井水资源化利用最大化[5]。根据榆神矿区杭来湾煤矿矿井水质分析成果，将矿井水分成两种类型，其中近30%为矿井污水，70%为清水，由于污水中混合了岩粉、油污、煤泥等杂质，需要采用污水处理系统处理后再利用，而清水水量大、水质较好，矿化度低、澄清度高，处理工艺简单可以直接进行过滤和反渗透处理。

3.1污水处理工艺

井下排水由井下排水泵加压后由主斜井排出，利用余压流至工业场地井下排水处理站调节沉淀池内，沉淀处理后的水由泵提升至高密度迷宫斜板净水器，在高密度迷宫斜板净水器进水管中，加入PAC，其投加量为13mg/L-20mg/L，经混合、反应、沉淀、除油处理后，进入过滤转输水池经消毒后，一部分由井下粉煤灰胶体灌浆加压泵将水送至地面粉煤灰胶体灌浆搅拌站供灌浆搅拌用水，剩余部分再由泵将水提升至水力自动过滤器，经过滤器过滤后的清水进入出厂清水池及场地消防水池，再经消毒后，由场地消防泵供消防用水，综合办公楼自喷消防泵供自喷消防用水，井下消防洒水加压泵将水送至主斜井井口供井下消防洒水用水，出厂加压泵（含场地绿化）将水送至场地绿化用水及新材料循环经济产业园复用水。调节沉淀池、高密度迷宫斜板净水器的排泥（渣）均进入污泥池内，由泵将泥提升至污泥浓缩罐内，经浓缩后，再由泵将污泥送至污泥压滤一体机，在污泥脱水前加入PAM，经混合后进人压滤一体机。经脱水后，污泥含水率在80%以下，然后掺人末煤出售。排水处理工艺流程如图1所示。

3.2清水處理工艺

针对榆神矿区杭来湾煤矿矿井中清水的处理选用反渗透工艺进行深度处理，具体处理如下：将榆神矿区杭来湾煤矿矿井中清水引入清水池，由原水泵提升加压进入预处理系统，流量为40t/h。冬季通过旁路进入换热器加热后，进入自清洗过滤器，其他季节直接进入自清洗过滤器，再进入超滤装置，超滤装置出水进入超滤水池，由增压泵加压进入保安过滤器，再经高压泵加压打人反渗透装置，流量为38t/h，反渗透浓水出水流人浓水池，反渗透产品水25t/h，流人成品水池，通过供水泵供至各个用水单位。其中超滤装置、反渗透装置通过清洗装置进行定期化学清洗，以保持工艺设备的处理性能。矿井水深度处理工艺流程如图2所示。

4.结语

综上所述，矿井水的开发和利用是缓解煤矿地区水资源紧张的有效途径，本文通过对榆神矿区杭来湾煤矿矿井水资源化利用分析，发现矿井水资源化处理和利用具有良好的经济效益、社会效益以及环境效益，具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]倪深海，彭岳津，张楠，许成友，王亨力.煤矿矿井水资源综合利用潜力研究[J]煤炭加工与综合利用，2018（11）：78-81.

[2]贾玉州，李南骏.矿井水处理及其资源化利用[J].技术与市场，2018，25（10）：125-126.

[3]张保太.矿井水资源化利用技术在煤化工企业的应用[J].大氮肥，2018， 41（03）：203-205+209.

[4]王一淑.煤矿矿井水资源利用市场开发浅析[J]科技创新导报，2017，14 （26）：160-161+163.

[5]张喜文.浅析矿井水综合利用技术[J]内蒙古煤碳经济2017（14）：1-2+27.