济三煤矿矿井水资源化工程的实践与研究

基于目前国内矿井水处理技术现状,探索把矿井水资源化利用作为一个系统工程,集成嵌入到煤炭生产过程,作为煤炭开采的必然行为同时进行系统的设计和规划,实现煤炭资源与水资源的同步开采模式。研究实施了矿井水处理系统的信息化管理、矿井水井下处理就地复用及自动化监测和控制、井下突水工作面矿井水的有效分流与处理等关键技术,以及电吸附除盐技术在煤矿高矿化度矿井水处理中的推广应用,为矿井水资源化利用提供有效的途径和技术支持。     

我国煤矿矿井水资源化现状

煤矿矿井水是一种重要的水资源。运用资源化的相关原理,对国内煤矿矿井水资源化进行了经济可行性分析,讨论了不同类型煤矿矿井水的资源化技术,并对其中存在的问题进行了探讨,提出了合理利用煤矿矿井水的建议。     

我国煤矿矿井水资源化现状

煤矿矿井水是一种重要的水资源。运用资源化的相关原理,对国内煤矿矿井水资源化进行了经济可行性分析,讨论了不同类型煤矿矿井水的资源化技术,并对其中存在的问题进行了探讨,提出了合理利用煤矿矿井水的建议。     

煤矿矿井水处理利用实用技术

矿井水是具有煤矿行业特点的废水,也是一种水资源.矿井水分为洁净矿井水、含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水和特殊污染型矿井水.针对我国煤矿矿井水的水质特点,介绍了煤矿含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、含铁矿井水和含氟矿井水处理利用实用技术.     

我国煤矿区水环境现状及矿井水处理利用研究进展

煤炭长期占据我国能源消费结构的主体地位,因煤矿建设、开采、洗选、加工、废旧煤窑和矿井关闭等引发矿区一系列水环境问题尤为突出。国家大力支持"煤炭革命",煤炭安全绿色开采成为新时代的主题,环保部门越发重视煤矿区的水环境问题。分析研究了我国煤矿矿区现阶段的水环境现状,针对不同矿区、不同矿井水类型,从矿井水污染模式和类型、含水岩组结构破坏、水资源流失、矿区土壤重金属富集和废弃矿井水位回升诱发的环境地质问题出发,总结我国煤矿区水环境研究现状、技术水平和未来发展趋势,并以矿井水处理为重点,分析归纳了洁净矿井水(物理法)、含悬浮物矿井水(混凝和超磁分离法)、高矿化度矿井水(蒸馏、离子交换和膜分离法)、酸性矿井水(物理、化学和生物法)、特殊组分矿井水(絮凝沉淀和离子交换法)和矿井水回灌(深层回灌)的水质特点、处理工艺和优缺点,并指明了未来的研究方向。根据煤矿区矿井水资源化利用现状,提出矿井水用于工农业生产、生活和特殊组分的矿井水资源化利用的优势和局限,针对特殊组分的矿井水提出了矿井水资源化利用的技术体系和理论框架,为进一步丰富和完善矿区水资源利用提供技术支撑。最后,针对矿井水资源化利用过程中的问题提出了"阻断、减量和保护"三原则,并对未来我国煤矿区环境现状和矿井水处理利用进行了展望。     

我国煤矿矿井水处理技术现状及其发展趋势

在充分分析我国矿井水利用现状的基础上,指出了矿井水完全可以作为一种良好的水资源用于煤矿生产、生活和其他相关领域;分析了矿井水被充分利用的可行性、矿井水的主要水质类型等,总结了矿井水处理的一般工艺,指出了矿井水处理技术的发展趋势。     

煤矿矿井水处理技术与利用现状

我国《节水型社会建设“十三五”规划》中明确提出大力发展非常规水资源利用，将矿井水纳入国家水资源统一配置，且《煤炭工业发展“十三五”规划》提出，计划到2020年矿井水综合利用率达到80%以上。煤矿矿井水作为矿井水的主体，约占总矿井水量的97%，对地区水资源供应结构调整有突出意义。通过论述国内外煤矿矿井水利用现状，系统总结不同矿井水类型的处理技术与工艺流程，提出现阶段矿井水利用存在的问题和建议，对煤矿生产企业矿井水处理技术的选择及矿井水综合利用产业发展决策具有参考价值。     

我国煤矿矿井水处理技术现状与展望

系统梳理了我国煤矿矿井水的处理技术现状,对高悬浮物矿井水、高矿化度矿井水和含特殊组分矿井水的常用处理技术进行了对比分析。近年来高矿化度和含特殊组分矿井水逐年增多,相关水质标准大幅提高,给煤矿矿井水处理提出了更高的要求。为了适应新形势,煤矿矿井水处理技术应通过科技创新,实现矿井水大规模低成本处理,支撑矿井水高效利用,一是要大力发展井下处理技术,利用井下空间和岩体自然净化优势大幅降低矿井水处理成本,并实现矿井水大规模调配与利用;二是要因地制宜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,驱动低温多效蒸发、膜蒸馏等处理技术,可大幅降低处理能耗;三是要通过对相关标准体系的完善,促进矿井水处理实现"分级处理、分质利用"。     

采空区处理矿井水的资源化利用

当前矿井水处理的成本与处理效果严重制约着矿井水的资源化利用,以济宁二号煤矿为例,研究了采空区处理矿井水的机理与可行性,并设计了利用井下采空区处理矿井水的循环系统,收到了满意的效果。     

煤矿矿井水处理新技术及发展趋势

对近年来我国矿井水的化学特征,高悬浮物、高铁锰、高矿化度矿井水处理技术以及矿井水井下处理就地复用和自动化控制方面取得的新进展进行了全面阐述。针对我国目前矿井水处理总体技术水平和回用率不高的现状,指出加强产学研联合,组织重点技术攻关,加强技术储备,创新管理模式,拓宽融资渠道和应用领域,扩大矿井水利用规模,提高矿井水利用效率和技术水平是矿井水资源化利用的发展趋势和方向。     

“水量平衡分析”的露天煤矿水资源综合利用途径

为有效解决我国北方矿区煤-水资源逆向分布和矿井水回用率低等问题，以神华某露天煤矿为例，基于“水量平衡分析”的方法，提出了水资源综合利用途径。通过分析矿区水资源利用现状与存在的问题，重点探讨矿坑污水处理厂水量变化规律，重构矿区水量平衡图，最终确定矿区水资源综合利用途径。结果表明：1）近三年矿坑涌水量、污水厂处理水量和回用水量均逐年降低，水资源利用率低；2）基于矿区污水处理厂处理水量变化分析，发现该矿区2016年到2018年的矿坑污水量主要受季节的影响较大；3）该矿区水资源在不同季节的回用方向和回用量也不同；4）综合考虑了时间和空间因素，确定了水资源综合利用技术，结合矿区实际用水需求，重构了水量平衡图，将采暖季与非采暖季的矿坑水资源利用率提高到89.9%与70.1%，促进了矿区的可持续发展，最终可实现煤-水资源的和谐共生。     

煤矿地下水库理论框架和技术体系

针对我国西部（晋陕蒙宁甘）地区富煤缺水,且蒸发量是降雨量的6倍左右的条件,以及西部煤炭规模化开采产生的裂隙场,破坏了原有的地下水系统,产生大量矿井水,为保障煤矿安全,解决将大量矿井水外排地表蒸发损失的问题,提出了“导储用”为核心的煤矿地下水库地下水保护利用理念,研究开发了涵盖煤矿地下水库设计、建设和运行的技术体系,包括水源预测、水库选址、库容设计、坝体构建、安全运行和水质保障等六大关键技术,并在神东矿区成功建设了示范工程,累计建成32座煤矿地下水库,为矿区提供了95%以上用水,且实现了长期低成本安全稳定运行。工程实践表明,煤矿地下水库是充分利用地下自然空间和自然力储存和净化矿井水的安全、低成本、规模化的储水技术,为西部地区煤炭开采地下水资源保护利用提供了有效技术支撑。     

关闭煤炭矿区资源利用与可持续发展的几点思考

随着中国能源结构的调整,煤炭开采从原来的分散式开采向精细化、集中化和精准化发展,矿井数量大幅度减少,大量资源枯竭及落后产能矿井面临关闭或废弃。这一转变将使中国现阶段及未来很长一段时间都将面临与德国相似的"后采矿"时代。从中国能源结构发展的大趋势以及煤炭资源开发的宏观战略来看,已经关闭和即将关闭的大量矿井或者矿区重新恢复开采的可能性不大。矿井的关闭或废弃不仅会带来水、大气等环境污染问题,还会带来企业职工难以安置、固定资产难以处理等社会经济问题。因此,本文针对矿区关闭或废弃后出现的问题,借鉴德国应对后采矿的处理方案、后采矿工业区资源可持续发展战略,对比中国对关闭矿区的处理案例,提出了应把矿区关闭后资源的利用纳入整个矿山开发的顶层设计中的理念,以及煤炭地下空间、矿井水等资源综合利用的思路。国内外虽提出了形式多样的废弃矿井利用方案,但总体利用率不高,仍需继续深入探究关闭矿区资源利用基础理论和手段方法,以及应对关闭矿区后发展需要的教育与技术人才培养措施。     

煤矿水资源循环利用模式分析

妥善处理煤矿污水能够提高矿井水资源的利用率,针对煤矿的水资源循环利用模式展开分析。首先,对矿井水、煤矿灰岩水、矿区生活污水的现状展开详细分析,总结了矿井水源日渐枯竭的主要因素;然后,在矿井水资源采样的基础上,统计水样中的离子含量并分析水质特征。基于特征提取结果,从矿井水混凝沉淀处理回用、矿区生活污水生物处理、洗煤厂水体悬浮固体处理3个角度,对矿井水体实行处理,再利用循环水池实现水体回用,达到提升矿井水资源利用率的目的。     

神东2亿t煤都荒漠化生态环境修复零缺陷建设绿色矿区技术

地处我国西北半干旱严重风水复合侵蚀恶劣生态环境的神东2亿t煤炭矿区,井田范围内的风水侵蚀荒漠化危害,对矿区能源现代化亿吨规模开发生产和当地经济可持续发展构成了巨大制约和威胁。神东公司遵循“治理保开发、开发促治理”的生态修复建设理念,采取适地适技、零缺陷建设生态型绿色煤都的技术与管理模式,历时32年开展了风蚀沙漠化防治、水土流失治理、井采地质沉陷与露采土地复垦、供水泉域防护、河道整治、庭院园林景观营造等生态环境修复建设技术,使矿区植被覆盖度由开发前3%~11%提高到目前的60%以上,在年产2亿t清洁煤炭的同时,零缺陷地将矿区荒漠化生态环境建设成为绿洲。     

我国煤炭工业科技创新进展及“十四五”发展方向

煤炭是我国的基础能源和工业原料,长期以来为经济社会发展和国家能源安全稳定供应提供了有力保障。作为煤炭工业健康有序发展的核心动力,“十三五”以来,我国煤炭行业自主创新能力得到了大幅提升,实现了从跟踪、模仿到部分领域并跑、领跑的转变,取得了突出的成就。系统总结了“十三五”以来我国煤炭科技取得的主要成果,梳理了煤炭地质勘探、矿井建设、煤及共伴生资源开采、矿井灾害防治、煤机装备与智能化、洁净煤技术、节能环保与职业健康等7个领域所取得的理论、技术及工程应用方面的进展。分析了当前煤炭科技发展面临的共性问题,指出煤炭科技创新支撑我国煤炭工业高质量发展的能力依然不足。提出了煤炭科技自立自强、完善现代化煤炭开发利用理论与技术体系的“十四五”煤炭科技发展目标。围绕煤炭安全绿色智能开采和清洁高效低碳利用,明确了“31110”科技创新主要任务,包括煤炭绿色智能开采、煤矿重大灾害防控、煤炭清洁高效转化三大煤炭基础理论研究,煤炭资源勘查与地质保障、大型现代化矿井建设、煤炭与共伴生资源协调开采、煤矿灾害防治、煤矿智能化与机器人、煤炭清洁高效加工、煤炭高效转化利用、煤矿职业危害防治、煤矿应急救援、资源综合利用与生态保护十大重点领域核心技术攻关,煤矿井巷全断面快速掘进、复杂地质条件煤层智能综采、智能化煤矿建设、智能精细高效洗选、煤炭分质利用技术、煤炭液化及高端化工品制备、废弃矿井地下空间资源综合利用、矿区大宗固废资源利用、大型矿区生态修复、煤炭产品质量精准调控10项重大技术创新示范,复杂地质构造槽波地震探测、导井竖井掘进机凿井、掘支运一体化全断面岩巷掘进、煤矿井下水力压裂增透、干法矿物高效分离、采煤沉陷区土地复垦与农业生态再塑、智能无人综采工作面等百项先进适用技术推广应用,为“十四五”时期煤炭科技的发展方向提供了指导意见。     

金家渠煤矿多污染物有效处置技术集成及应用

针对推动矿井水利用,金家渠煤矿建立矿井水动态监测机制,应用“高效沉淀澄清+超滤+反渗透”矿井水分级提标处理技术及“A/O生化处理+瓷砂/生物活性炭过滤+二氧化氯消毒”生活污水处理工艺,构建了矿井水资源综合利用体系;针对锅炉烟气多污染物治理,采用“PNCR脱硝+陶瓷多管预除尘+DMCD低压脉冲长布袋除尘+高效喷淋雾化脱硫(氧化镁法脱硫)”工艺,实现了达标排放;针对煤矸石堆积场地,采用煤矸石充填、分层碾压、覆土绿化治理以及“草灌+乔灌+林草”模式进行生态系统植被修复。通过对矿井水、烟气、煤矸石的有效处置,有效修复了矿区生态系统,使当地水源得到涵养,为矿区可持续发展打下了坚实基础。     

榆神府矿区含水层富水特征及保水采煤途径

榆神府矿区地处毛乌素沙漠与黄土高原的接壤地带,生态环境脆弱,水资源匮乏,区内各主要含水层分布与富水性不均,含水层富水性及矿井涌水对煤矿生产影响差异较大,因此矿井水资源的综合利用与含水层的有效保护对煤矿生产与地区生态建设意义重大。通过分析萨拉乌苏组、烧变岩、风化基岩层等各主要含水层的形成、分布及富水特征,结合矿井首采煤层上覆基岩厚度与矿井目前涌水量情况,将区内生产矿井及待规划区域从"水资源保护与矿井水利用"角度划分为水量贫乏型、水量较丰富型、水量丰富型及地表水体型4种类型,并根据不同类型的分布特征进行了分区。在此基础上,针对不同的水资源保护与矿井水利用类型,分别提出了采空区存储净化、工业利用、农业灌溉、湿地建设和人工湖泊等具体的水资源保护与矿井水利用途径和措施。讨论了"保水采煤"的科学内涵,认为"保水采煤"的基本措施应当包括保护浅部主要含水层和矿井水资源利用两部分,即将"保水"与"用水"相结合,拓展了"保水采煤"的科学含义;建议在矿井规划时,应综合考虑开采损害影响与环境自身修复能力,在满足能源开采经济利益的同时,保证生态环境不发生质的破坏;提出了利用经济效益"反哺"当地生态和"绿色经济"建设的一点猜想,为矿区未来的规划建设提供了一定的参考意义。