可持续煤矿矿井水处理与资源化技术综述

煤矿开采过程中会产生大量的废弃矿井水,不仅造成水资源的大量浪费,而且还威胁着矿区生态环境。本文综述了我国常见矿井水的常规处理方法,以及将矿井水视为水资源的可持续矿井水水处理与资源化技术,首次提出以“时间维度和空间维度”对矿井水进行全时空处理,并着重阐述了矿井水分级处理、分质利用技术,反渗透浓水处理与资源化技术,煤泥处理与资源化技术,以及重金属回收与利用技术等,对煤矿区矿井水处理与资源化利用具有指导意义。     

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。     

我国煤矿矿井水的资源化利用探讨

矿井水是煤炭开采中不可避免的伴生资源。分析了我国煤矿矿井水资源化利用现状,指出了矿井水资源化对实现矿区的科学发展具有重要战略意义;通过对矿井水资源化利用途径、效益、原则的进一步分析,表明在矿区实现矿井水资源化不仅是可行的,而且也会带来巨大的环境、经济、社会效益;概述了矿井水资源化处理的一般工艺,对我国矿区水资源化利用具有指导意义。     

深部开采高盐矿井水减排治理技术体系构建与实现

近年来,随着我国煤矿矿井水排放标准的不断提高,针对高盐矿井水处理及资源化利用方面的技术创新需求进一步提升。减少矿井水尤其是高盐矿井水的排放、提高矿井水的可利用性是提高煤炭生产安全、加快绿色矿山建设、促进煤炭企业可持续发展的重要保障。针对张双楼煤矿深部开采过程中面临的矿井水涌水量大、矿化度高、处理利用成本高等问题,提出了该矿高盐矿井水以“减量、储存、净化”为核心的减排治理技术体系,即：通过底板涌水封堵减量技术对已有残余涌水点进行减量封堵,从源头上减少高盐矿井水的排放;通过矿井水深层回灌储存与保水修复技术将高盐矿井涌水进行深部转移储存,助力实现矿井水“零排放”与深层地下水的保水修复;通过采空区煤岩自净与调蓄技术进行高盐矿井水的煤岩自净预处理,并进一步通过地面深度脱盐处理技术,实现高盐矿井水净化处理以及资源化利用或达标排放。同时,结合该矿的水文地质背景、矿井涌水规律以及矿井水处理利用现状,对以上技术在该矿应用实现的可行性和途径进行了综合分析与评价：通过底板涌水封堵减量技术的实施,实现了188 m³/h的底板四灰涌水减量治理;通过深层回灌储存技术,西翼采区能够实现对奥灰含...     

矿井水防治与资源化处理工艺设计应用

某矿在开采过程中涌水量逐步加大，也影响了生态环境，为了有效治水、减少开采对生态环境的影响，生产实践中采用了网络化两级治水和资源化储水的绿色开采方法。结果表明，在工作面推进过程中，不同开采阶段先后采用3种环境友好的安全绿色排水方法，有效解决了水害对工作面安全开采的影响，不仅不增加地面水处理设施负荷，而且提升了矿井的经济效益，还大大降低了对矿井周边生态环境的影响。3种排水方法的应用完全利用工作面上下高差自然流动，防治水过程中不增加能源消耗，还能有效降低泥浆含量，达到资源化处理水的作用。     

煤炭开发利用水资源需求及应对策略研究

针对水资源对煤炭开采、煤炭洗选、燃煤发电和煤制油化工等煤炭开发利用产业发展的制约,提出了充分利用矿井水和城市中水满足煤炭开发利用水资源需求的总体思路,分析了矿井水和城市中水利用的主要技术路径和研发方向。通过神华集团的案例,证明利用矿井水和城市中水是煤炭开发利用与水资源协调发展的有效技术途径。     

矿井高浓度有机废水处理及其资源化回用技术

研究矿井高浓度有机废水处理及其资源化回用技术,能够保障矿区水资源平衡。选取某煤炭开采区作为研究对象,抽取研究区域的矿井污染废水,检验所抽取废水的水质特征后,依据水质特征制定高浓度有机废水回用标准;利用搭砌原水池、漩涡絮凝反应沉淀池和安装多介质过滤器方式初步处理矿井高浓度有机废水,结合混凝技术与超滤技术设计混凝与超滤联用的资源回用装置,利用该装置处理完成初步处理的有机废水,实现矿井高浓度有机废水资源化回用。实验结果表明,该技术可以有效降低原水浊度值,降低超滤水浊度值至0.5左右;处理后的高浓度有机废水化学需氧量下降至3 mg/L左右;回用处理后的高浓度有机废水内有机污染物含量达到资源化回用标准,具备良好的实用性。     

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。     

深部矿井水地下调蓄系统研究

针对蒙陕地区深部矿井涌水量大、污水比例高、资源化利用率低等问题,研究利用采空区建设地下调蓄系统以稳定矿井涌水量、净化污水、降低水处理压力、提高矿井水利用率。根据煤层埋藏和开采条件,从调蓄系统建设条件和选址原则、容水量计算、水质保障、隔离工程建设条件、强矿压影响、安全性保障、经济和环境效益等角度,对矿井水地下储存、净化与调蓄进行了可行性研究。利用呼吉尔特矿区门克庆煤矿采空区建设形成矿井水调蓄系统示范工程,取得了良好的经济与环境效益。     

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"。     

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。     

矿井水循环利用研究与实践

针对我国西部矿区的矿井水资源循环利用率低的现状,结合王家塔矿井的水文地质条件和生产实际,制订了矿井水循环利用方案,并在该矿得到成功应用。首先将井下产生的污水注入采空区,通过改造3104水仓、增敷供排水管线和安设恒压水泵,利用采空区储水能力和巷道高差,实现污水在采空区内自流的过程中滤化,然后将过滤后的清水收集至3104清水仓,最后利用恒压供水泵把过滤的清水用于采掘工作面的设备冷却、消防除尘,多余的清水外排至地面。该方案的实施实现了矿井降本增效的目的,也实现了煤炭资源开采条件下的水资源保护利用。     

煤矿井下抽水蓄能发电新技术:原理、现状及展望

煤炭开采引发矿山灾害、地表沉陷、水土流失及生态环境损害等问题,但同时在地下形成了巨大的可供利用空间。全面阐述了煤矿井下抽水蓄能发电的概念与技术,对比分析了落差型、活塞抬举型、海洋浮力型和高压风储库蓄能4种非常规蓄能发电技术,指出利用废旧煤矿的开采空间（巷道及采空区）的煤矿井下抽水蓄能发电新技术具有得天独厚的优势,对我国废旧矿井重复利用、可再生能源开发和电力调蓄、矿区生态保护等提供了新思路。估算了我国废弃煤矿和现有煤矿的蓄水储能发电总量。进一步提出了煤矿地下水库、矿井水循环利用与抽水蓄能发电一体化技术构想,充分利用煤炭开采过程中形成的巨大的地下空间,实现储水、蓄能发电、矿井水循环利用和新能源开发等多重目标,并有助于控制地表沉陷、维护生态平衡,对我国可再生能源产业发展以及水资源严重短缺的西部地区煤炭开发提供重要的技术保障,并对未来现代化、生态化矿井开拓布局、节能减排、绿色开发产生深远影响。     

程潮铁矿工业用水系统改造评析

通过对程潮铁矿矿区内水资源的综合分析, 阐述了对矿区工业用水系统的技术改造：采用回收处理工艺对井下地下水进行再回用,实现工业生产用水系统密闭循环,为矿区的水资源综合利用开创了一个新途径。     

露天采矿活动对生态脆弱区水资源的影响及其对策

 随着西部地区煤炭开采活动强度的不断增大,西部地区水资源的短缺与煤炭开采活动对环境的破坏之间的矛盾越来越突出。为实现煤炭开采地区的可持续发展,通过对地下水系统的分析,结合地下水运动的规律,提出了针对露天矿的保水开采方法,即能够实现内排的露天矿通过重构关键地层技术实现地下水系统的重构与恢复,不能够实现内排的露天矿通过重建地下水补给区的办法恢复地下水系统。最后针对水资源保护的目标,对排土工艺做了适当的调整。     

煤矿地下水库对矿井水净化机理研究进展

煤矿地下水库对矿井水的净化作用主要在于库内岩体与矿井水发生的水-岩耦合作用。本文系统梳理了煤矿地下水库水-岩耦合作用的研究方法,指出水样水质测试和岩样理化性质表征项目,并通过静态模拟、动态淋滤、循环净化模拟等试验,探索煤矿地下水库对矿井水的净化规律,利用数值模拟获取反应过程中离子的选择性吸附趋势,结合Piper三线图、Gibbs模型和相关性分析等方法揭示水-岩耦合作用机理。论述了煤矿地下水库对矿井水中悬浮物、特征离子和有机物的净化作用和研究进展,研究表明,煤矿地下水库对矿井水具有一定的净化效果,其中对特征离子的净化主要与溶滤和吸附作用相关;提出了未来煤矿地下水库净化技术的3个研究方向：(1)基于水-岩耦合净化作用的井下矿井水大规模低成本处理技术;(2)耦合多种水处理技术的煤矿地下水库“三位一体”水质控制技术;(3)浓盐废水井下存储及资源化利用技术。     

浅议百良煤矿复杂地质条件下的充水因素

百良煤矿位于澄合矿区东部,主采5号煤层,位于奥灰水静水位以下,属承压开采区。奥灰岩溶水系统属隐伏型地下水系,属于煤炭开采过程中底板突水威胁的充水水源。第四系松散孔隙含水层、三叠统至下二叠统裂隙水含水层、上石炭统太原组及中下奥陶统峰峰组岩溶水为采掘活动中重要的顶板充水因素,加之地质构造较为复杂多变,水文地质条件复杂。随着采掘区域的扩大,原有的水文地质资料与实际有一定出入,已不能满足实际。本文结合实际生产过程中的水文地质条件变化规律和充水因素进行详细分析,并与原有的地质资料进行对比分析,提出了新观点和研究思路,对矿井今后的水害预测预报、水害防治工作具有重要的参考价值,促使矿井防治水工作更具有实效性。     

煤矿井下不同区域矿井水中有机污染特征

为了弄清煤矿井下不同区域矿井水中有机污染特征,以神府矿区某浅埋矿井为研究对象,基于三维荧光指纹技术和区域体积积分法开展了矿井水水质特征研究。结果表明:神府矿区井下矿井水中阴阳离子等组分主要来自顶板基岩含水层,煤炭开采产生了氮素,有机物等污染物,其中COD浓度超标率(Ⅲ类地下水质量标准)达到72.7%;02综采工作面矿井水中COD则达到Ⅴ类地下水质量标准,且TOC和UV254也较高。1~5号矿井水中DOM主要出现了芳香性蛋白类有机质荧光峰;综采工作面矿井水中Ⅴ区荧光峰非常明显,该类有机质来自工作面回采和检修过程中综采设备溢油。1~5号矿井水中类酪氨酸和类色氨酸的标准体积比例Pi,n之和>52.0%,说明芳香性蛋白质有机物是本地区地下水中重要的DOM;02综采工作面水样中多环芳烃类有机物的标准体积比显著增加,反映了检修过程中大量多环芳烃类油污进入矿井水;矿井水处理厂进出水水质具有井下不同位置矿井水的综合特征,Ⅰ区和Ⅴ区有机质可以有效地被微生物利用或处理工艺去除。COD与Φi,Pi,n,FI,TOC,UV254的相关性较低,表明矿井水中COD的主要成分为非溶解性的煤泥等物质;UV254和TOC与Φi,Pi,n,FI的相关性显著增加,表明区域体积积分法和峰值法都能够很好地表征DOM的荧光特征、含量等。