面對煤礦開采對水資源的破壞與浪費難題，神華集團采用“導儲用”為手段的礦井水井下儲存與利用方法，不但解決了問題，而且已經(jīng)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟、生態(tài)和環(huán)保效益，獲得了國家的肯定與獎勵。

據(jù)澎湃新聞25日報道，神華方面提供的資料顯示，截至2015年底，神東礦區(qū)已建成煤礦地下水庫35座，儲水總量約為3100萬立方米，如果按照西湖水體容量為1429萬立方米來看，這意味著神東礦區(qū)的礦井下有著兩個西湖水體容量的煤礦地下水庫。

這些水庫年供水量超過了6000萬立方米，可供應(yīng)神東礦區(qū)95%的用水，近三年因此而創(chuàng)造的經(jīng)濟效益超過30億元。同時，該地下水庫還給周邊神華國神集團的兩家電廠，以及神華煤制油項目供水。

神東礦區(qū)(新華社)

目前，該技術(shù)成果已在神華新街礦區(qū)、烏海礦區(qū)、塔然高勒井田、寧煤集團等進行推廣。國土資源部已將煤礦地下水庫技術(shù)作為先進技術(shù)在全國推廣應(yīng)用等，國家能源局已準備將煤礦地下水庫技術(shù)列入“國家十三五能源規(guī)劃”技術(shù)推廣目錄。

神東礦區(qū)(新華社)

中國工程院院士、神華集團科技發(fā)展部總經(jīng)理顧大釗說，如果這項技術(shù)在中西部合適的地區(qū)將這項技術(shù)鋪開來的話，預(yù)計每年夠保護利用30多億噸礦井水，既解決了礦井水的問題，也為中西部地區(qū)增加了水資源。與此同時，該技術(shù)也減少了煤礦開發(fā)過程中礦井水造成的水害，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟、生態(tài)和環(huán)保效益。

同時面臨缺水和水害

顧大釗說，在中國中西部的晉、陜、蒙、寧、甘五個省區(qū)，煤炭儲量占中國探明煤炭儲量的三分之二左右，產(chǎn)量占全國煤炭的70%左右，但水資源量僅占3.9%。所以，水資源短缺、生態(tài)脆弱和煤炭資源開發(fā)利用之間存在巨大矛盾。

但同時，開采煤炭時產(chǎn)生大量的礦井水，既對煤礦安全生產(chǎn)造成威脅，也浪費了西部地區(qū)寶貴的水資源。

礦井水，指的是在煤礦生產(chǎn)過程中，流入或深入井筒、巷道和工作面的大氣降水、地表水、地下水和老窯積水的總稱。

顧大釗說，礦井水害是影響煤礦安全生產(chǎn)的五大災(zāi)害之一，是僅次于瓦斯的煤礦第二大災(zāi)害。古往今來，最常用的辦法是通過排水系統(tǒng)將礦井涌水排至地表，避免發(fā)生煤礦透水等事故。

但一般情況下，每開采一噸煤炭會產(chǎn)生兩噸左右的礦井水，如果是把煤炭開采產(chǎn)生的礦井水都外排至地表，在西部蒸發(fā)量比較大的地區(qū)，其實是一種資源浪費。

由于中國礦井水的利用率長期低于30%，中國每年大概因此而損失的礦井水約60億噸。

由于地表水匱乏，當時水廠供水時斷時續(xù)，井下作業(yè)只能開開停停，生產(chǎn)受到很大影響。

顧大釗介紹說，中國年平均缺水量為500多億噸(1立方米水的重量為1噸)，其中工業(yè)和民用年平均缺水量為100億噸。60億噸的礦井水如果可以全部利用起來，可解決中國工業(yè)和民用年平均缺水量的60%，所以這個意義非常大。

同時，中國煤炭和水資源的逆向分布也決定了要有效利用礦井水。

采用“導儲用”煤礦地下水庫技術(shù)攻克難題

為解決煤礦開采對水資源的破壞與浪費難題，顧大釗帶領(lǐng)團隊采取“導儲用”為手段的礦井水井下儲存與利用方法，將含水層的地下水疏導至采空區(qū)進行儲存，達到疏導后礦井水不外排，實現(xiàn)地下水保護性利用。

據(jù)新華社報道，經(jīng)過近20年的技術(shù)攻關(guān)，神華集團研發(fā)了煤礦地下水庫技術(shù)，將含水層的地下水疏導至采空區(qū)進行儲存，并建設(shè)相應(yīng)的水處理和抽采利用工程，對礦井水進行高效利用。“生態(tài)脆弱區(qū)煤炭現(xiàn)代開采地下水和地表生態(tài)保護關(guān)鍵技術(shù)”也榮獲2014年國家科技進步二等獎。

神東煤炭集團大柳塔煤礦是最先建成的地下水庫示范工程。大柳塔煤礦總工程師陳蘇社介紹，目前大柳塔煤礦建成3座地下水庫，總儲水量約710萬立方米，相當于一座中型水庫規(guī)模。

神東大柳塔煤礦(資料圖)

陳蘇社說，“沿煤層采煤時，每采一段，就會留一些煤柱。每個采空區(qū)就像一根根柱子撐著的地下大廳，如果用人工壩把煤柱之間的空隙封堵上，采空區(qū)就成了一個巨大的儲水設(shè)施，多個儲水設(shè)施組合在一起，就成了一座地下水庫。”

在完善技術(shù)的基礎(chǔ)上，1998年，大柳塔煤礦嘗試在地下100多米處的2號煤層選擇一處采空區(qū)建設(shè)首個單采空區(qū)儲水設(shè)施，水容量為5萬立方米。

經(jīng)過檢測，蓄積的地下水水質(zhì)可以滿足工業(yè)和綠化用水要求。

2002年，順利建成6個單采空區(qū)儲水設(shè)施，容量達到100萬立方米;2010年，建成由4座地下水庫組成的全球首個煤礦分布式地下水庫，總儲水量達到235萬立方米，實現(xiàn)了礦井水不外排……

隨著地下水庫技術(shù)應(yīng)用規(guī)模擴大，目前，大柳塔煤礦已建成由多處儲水設(shè)施組成的3個分布式地下水庫，儲水總?cè)萘恳堰_710萬立方米，相當于一座中型水庫的規(guī)模，每年可供水超過4000萬立方米，不但缺水問題迎刃而解，每年還可節(jié)省購水費用4200萬元，減少礦井水處理及外排費用1800萬元。

地下水庫一角(資料圖)

富含炭、結(jié)構(gòu)疏松的矸石，對水有很強的過濾、凈化作用。大柳塔煤礦探索利用建成的地下水庫，將礦井中產(chǎn)生的污水自然凈化后循環(huán)利用。

陳蘇社說，2011年，大柳塔煤礦5號煤層采區(qū)即將投產(chǎn)時，與之配套的污水處理廠還沒建好。5號煤層與2號煤層的層間距離為150多米，當時自己琢磨，如果選擇合適的位置鉆孔，將兩個煤層貫通，就可以用管道把5號煤層采區(qū)的污水通過水泵排到2號煤層的水庫，經(jīng)過自然凈化后，再利用高低落差，通過管道把水回流到5號煤層，實現(xiàn)水的循環(huán)利用。

神東礦區(qū)(新華社)

3個月后，深155米、直徑1.4米的垂直鉆孔打成了。陳蘇社說，“我們在鉆孔里布置了4條輸水管，一舉解決了5號煤層采區(qū)污水處理和循環(huán)利用問題，目前全礦每年可處理生產(chǎn)污水350萬立方米。”。

據(jù)了解，大柳塔煤礦的整個地下水庫系統(tǒng)，分為井下和地表兩部分。井下部分的核心技術(shù)，是分布式地下水庫和采空區(qū)矸石凈水。其中，井下的3個分布式地下水庫進行地下水收集、儲水和井下污水凈化，并為井下的生產(chǎn)單位供水。

每天還有約4500立方米的水被輸送到地面，供地面生產(chǎn)單位使用。榆樹、山杏、沙棘，樟子松……經(jīng)過多年綠化，如今大柳塔礦區(qū)郁郁蔥蔥。

神東礦區(qū)(資料圖)

“大柳塔煤礦從地表到井下，如同一個5層的地下室，地表是地下室的頂部，2號煤層就是地下室的第二層，5號煤層是底層。地下水庫的運行模式，就是把第二層的部分房間封閉后，用于收集、儲存地下水和凈化污水。然后，一部分水供井下生產(chǎn)單位使用，一部分水用水泵排到頂層，供頂層上生產(chǎn)單位使用和屋頂花園的灌溉。”陳蘇社說。

同時，經(jīng)過近20年的技術(shù)攻關(guān)，該團隊相繼研發(fā)了煤礦地下水庫和煤礦分布式地下水庫水資源保護利用技術(shù)。

比如，為了保障煤礦地下水庫的安全，顧大釗帶領(lǐng)團隊研發(fā)了地下水庫“三重防護”技術(shù)，一是庫間調(diào)水技術(shù)，保障每個水庫的水量都不超標;二是實時監(jiān)控地下水庫壩體應(yīng)力變形技術(shù);三是應(yīng)急泄水技術(shù)，保障在突發(fā)情況下的突然冒水時可以及時泄水，保障安全。

此外，顧大釗說，其團隊還研發(fā)了庫前沉淀、井下模塊化處理、庫內(nèi)凈化“三位一體”水處理技術(shù)，充分利用煤礦原有配套的設(shè)備，使采空區(qū)成為高效率、低成本的水處理工廠。目前在神東礦井下建造的水庫，建造成本大概在2元/立方米左右，運營成本在1元/立方米左右。