保护和科学利用矿井水 中国煤科有哪些“黑科技”？

• 2022-03-25 18:20:39 来源：科技日报

科技日报记者 崔爽

地球上仅0.5%的水可用作淡水，全球约1/4人口面临“极度缺水”危机，世界上大约20%的含水层正在遭到过度开采。

3月22日是第三十届“世界水日”，3月22日至28日是第三十五届“中国水周”。

地下水是水资源的重要组成部分，由于水量稳定，水质好，是农业灌溉、工矿生产和城市生活的重要水源之一，在我国水资源供给中占有极其重要的位置。

煤矿矿井水来源于地下水，是煤炭企业在生产过程中为了保证生产安全，抽排到地面的深层地下水。煤炭开采过程中，不可避免地会对地下水资源造成影响，过度抽排地下水会造成地下水位严重下降，形成大面积的地下水下降漏斗，在部分地区还会引起地面沉降，严重影响经济发展和人民生命财产安全；同时未经合适处理的矿井水排至地面也会对地面水环境造成破坏。

煤炭企业的生产活动对地下水资源有着非常重要的影响，如何解决矿井水的排量、监测以及高效利用，一直是行业发展长期探索的问题。

 

 

作为我国煤炭行业科技创新的国家队和排头兵，中国煤炭科工集团积极履行中央企业的环保责任，注重科技创新，专注于矿井水的资源化处理与利用、监测，研发了地面顺层孔区域超前治理保水采煤关键技术和露天煤矿帷幕截水关键技术，保护了地下水资源，实现了保水采煤、绿色采煤，走出了一条人与自然和谐共生的绿色发展道路。

地面顺层孔区域超前治理保水采煤关键技术

——实现矿井水害的超前、精准预治理

 

中国煤科西安研究院研发的该项技术创建了地面定向钻顺层钻进、注浆改造薄层灰岩，实现煤矿深部灾害型水患超前区域防治与水资源保护的新方法，提出了煤矿深部开采“水源—通道一体化”超前区域水患防治与水资源保护技术，成功研发了导水陷落柱及断层破碎带增压注浆改造含水层、封堵导水通道，超前区域保水采煤技术，实现了矿井水害防治由被动治理向超前治理的转变，由过程治理为主向源头预防为主转变，由局部治理向区域治理转变，由井下治理为主向井上下综合治理的转变，由治水为主向治保结合转变。目前，该技术已在多个矿区推广应用，解放煤炭储量7000万吨，累计安全回采1500万吨，减少矿井涌水70%，大大减少了矿井排水量，保护了地下水资源。

露天煤矿帷幕截水关键技术

——实现安全绿色开采、节能降碳

 

 露天煤矿帷幕截水关键技术由中国煤科西安研究院研发，该技术是我国露天煤矿首次采用帷幕截水综合技术，实现截水减排的重大专项研究和实践工程。该技术揭示了截水减排影响机制，实现帷幕墙抗渗与抗变形性能的量级提升，通过截水帷幕建造新工艺的研发，突破了防渗膜大深度垂向隐蔽密贴铺设与连接技术，实现了防渗膜高效完全连接，革新了超高压角域变速射流注浆技术，解决了墙体厚度不均的技术难题，为露天煤矿地下水控制、安全绿色开采、生态修复及节能降碳提供了新思路、新技术。该技术研发成功后在内蒙古大雁矿业集团扎尼河露天煤矿得到了应用，截水帷幕形成后，帷幕墙外围约20k㎡范围内地下水位回升至生态水位，解决了当地牧民取水困难的问题；帷幕外围归一化植被指数由0.1增加至0.4，植被多样性增加15%以上，生态环境得以改善，促进了植被生长，同时有效保护了地下水资源，降低了环保风险。自2019年以来，扎尼河露天煤矿结余疏排水电费7800万元以上，相当于减排约1933.5×104kg“碳”，2021年后预计平均每年减排约863.6×104kg“碳”，由截水帷幕带来的生态修复、节能降碳效果显著。

矿井水井下就地处理与利用技术

——井下多利用、少升井

 

针对煤矿井下矿井水涌水多、用水多的特点，中国煤科杭州研究院开发了包含煤矿矿井水井下就地处理与利用技术与成套设备，通过水仓防淤积分级处理、多污染物耦合沉淀、互冲洗过滤、非能动本质安全型局部用水深度处理等技术，实现了煤矿矿井水井下多利用、少升井，从源头保护地下水资源的目的。

矿井水净化处理技术

——黑水变清水，污染变资源

 

矿井水作为一种具有行业特点的废水，处理不好是一种污染物，流到哪里黑到哪里，观感极差；处理好了又是一种宝贵的非常规水源，可以变害为利，解决煤矿周边工业企业用水难题。在国内规模最大的矿井水净化处理工程——山东能源淄矿集团正通煤矿矿井水净化处理站，中国煤科杭州研究院针对水量大、悬浮物含量高的特点，开发了具有预沉调节、分级处理能力的矿井水净化处理工艺，4000t/h乌黑的矿井水，经过预沉、调节、搅拌澄清、过滤，“瞬间”变得清可见底，出水浊度≤10NTU，该工艺具有抗冲击负荷能力高、运行稳定、处理费用低等突出优势，处理后煤泥的销售收入高于处理费用，整个矿井水处理站实现了盈利运行。

高盐矿井水零排放处理技术

——咸水变淡水，排污变供水

 

在中国煤科杭州研究院的努力下，苦咸的矿井水通过“适度分步协同预处理+多级耦合膜浓缩+多组分分盐结晶”等工艺处理，变成清澈甘甜的优质水源，助力煤炭行业实现了多种资源共采。在国内规模最大的单一矿井水零排放处理示范工程——内蒙古营盘壕煤矿高盐矿井水零排放处理EPCO项目，大量的高盐矿井水正被处理成优质的生产生活用水。该项目设计规模3000t/h，采用“适度分步协同预处理+多级耦合膜浓缩技术（BWRO+BWRO+DTRO）+MED热法分盐结晶”工艺，产品水达到《地表水环境质量标准》III类水质要求；具有工艺完善、设备可靠、运行稳定、自动化程度高的显著优势，具有行业示范作用。

矿用水质监测传感器

——监测煤矿地下水的“眼睛”

 

该套设备由中国煤科常州研究院研制，它共包含浊度传感器、电导率传感器和pH值传感器三种类型的传感器，可实时监测井下各类水仓、水池（箱）、水渠、管道等场所的水质，并将数据反馈至各类水文监测系统、水处理系统、井下水库安全监测系统、瓦斯抽放监测系统等。一钩一挂、安装简便、免于维护，减少了煤矿工人的使用数量。在煤矿水害防治、生产用水保障、井下水库监测等应用领域具有重要意义。

智能型矿用反渗透水处理系统

——为大型综采设备提供“保鲜液”

 

为解决煤矿企业采煤工作面的多层次用水需求，中国煤科常州研究院特别开发了智能矿用反渗透水处理系统。该系统采用了更强的“组合介质过滤+反渗透除盐”工艺，在采煤工作面可自动为“三机”冷却和支架喷雾提供高精密过滤水、为乳化液自动配比提供纯水，相当于为采煤机和液压支架等大型综采设备提供“保鲜液”，助力大型综采设备延长使用寿命约30%。同时，该系统还增加了现场无人值守、远程监测操控、触屏人机交互、耗材寿命自动提醒等人性化功能，助推井下大型综采设备减人增效和智能安全生产。

（受访者供图）

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