面對(duì)煤礦開采對(duì)水資源的破壞與浪費(fèi)難題，神華集團(tuán)采用“導(dǎo)儲(chǔ)用”為手段的礦井水井下儲(chǔ)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(jì)、生態(tài)和環(huán)保效益，獲得了國家的肯定與獎(jiǎng)勵(lì)。

據(jù)澎湃新聞25日?qǐng)?bào)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(chǔ)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(gè)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(jì)效益超過30億元。同時(shí)，該地下水庫還給周邊神華國神集團(tuán)的兩家電廠，以及神華煤制油項(xiàng)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(tuán)等進(jìn)行推廣。國土資源部已將煤礦地下水庫技術(shù)作為先進(jìn)技術(shù)在全國推廣應(yīng)用等，國家能源局已準(zhǔn)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(tuán)科技發(fā)展部總經(jīng)理顧大釗說，如果這項(xiàng)技術(shù)在中西部合適的地區(qū)將這項(xiàng)技術(shù)鋪開來的話，預(yù)計(jì)每年夠保護(hù)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(shí)，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(jì)、生態(tài)和環(huán)保效益。

同時(shí)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(gè)省區(qū)，煤炭儲(chǔ)量占中國探明煤炭儲(chǔ)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(shí)，開采煤炭時(shí)產(chǎn)生大量的礦井水，既對(duì)煤礦安全生產(chǎn)造成威脅，也浪費(fèi)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(huì)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(shí)是一種資源浪費(fèi)。

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(dāng)時(shí)水廠供水時(shí)斷時(shí)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(gè)意義非常大。

同時(shí)，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(dǎo)儲(chǔ)用”煤礦地下水庫技術(shù)攻克難題

為解決煤礦開采對(duì)水資源的破壞與浪費(fèi)難題，顧大釗帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)采取“導(dǎo)儲(chǔ)用”為手段的礦井水井下儲(chǔ)存與利用方法，將含水層的地下水疏導(dǎo)至采空區(qū)進(jìn)行儲(chǔ)存，達(dá)到疏導(dǎo)后礦井水不外排，實(shí)現(xiàn)地下水保護(hù)性利用。

據(jù)新華社報(bào)道，經(jīng)過近20年的技術(shù)攻關(guān)，神華集團(tuán)研發(fā)了煤礦地下水庫技術(shù)，將含水層的地下水疏導(dǎo)至采空區(qū)進(jìn)行儲(chǔ)存，并建設(shè)相應(yīng)的水處理和抽采利用工程，對(duì)礦井水進(jìn)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(hù)關(guān)鍵技術(shù)”也榮獲2014年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

神東煤炭集團(tuán)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(chǔ)水量約710萬立方米，相當(dāng)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(shí)，每采一段，就會(huì)留一些煤柱。每個(gè)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(gè)巨大的儲(chǔ)水設(shè)施，多個(gè)儲(chǔ)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(hào)煤層選擇一處采空區(qū)建設(shè)首個(gè)單采空區(qū)儲(chǔ)水設(shè)施，水容量為5萬立方米。

經(jīng)過檢測(cè)，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(gè)單采空區(qū)儲(chǔ)水設(shè)施，容量達(dá)到100萬立方米;2010年，建成由4座地下水庫組成的全球首個(gè)煤礦分布式地下水庫，總儲(chǔ)水量達(dá)到235萬立方米，實(shí)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(kuò)大，目前，大柳塔煤礦已建成由多處儲(chǔ)水設(shè)施組成的3個(gè)分布式地下水庫，儲(chǔ)水總?cè)萘恳堰_(dá)710萬立方米，相當(dāng)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(fèi)用4200萬元，減少礦井水處理及外排費(fèi)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(duì)水有很強(qiáng)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(hào)煤層采區(qū)即將投產(chǎn)時(shí)，與之配套的污水處理廠還沒建好。5號(hào)煤層與2號(hào)煤層的層間距離為150多米，當(dāng)時(shí)自己琢磨，如果選擇合適的位置鉆孔，將兩個(gè)煤層貫通，就可以用管道把5號(hào)煤層采區(qū)的污水通過水泵排到2號(hào)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(hào)煤層，實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用。

神東礦區(qū)(新華社)

3個(gè)月后，深155米、直徑1.4米的垂直鉆孔打成了。陳蘇社說，“我們?cè)阢@孔里布置了4條輸水管，一舉解決了5號(hào)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(gè)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(gè)分布式地下水庫進(jìn)行地下水收集、儲(chǔ)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(gè)5層的地下室，地表是地下室的頂部，2號(hào)煤層就是地下室的第二層，5號(hào)煤層是底層。地下水庫的運(yùn)行模式，就是把第二層的部分房間封閉后，用于收集、儲(chǔ)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(shí)，經(jīng)過近20年的技術(shù)攻關(guān)，該團(tuán)隊(duì)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(hù)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(tuán)隊(duì)研發(fā)了地下水庫“三重防護(hù)”技術(shù)，一是庫間調(diào)水技術(shù)，保障每個(gè)水庫的水量都不超標(biāo);二是實(shí)時(shí)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(shí)可以及時(shí)泄水，保障安全。

此外，顧大釗說，其團(tuán)隊(duì)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(yùn)營成本在1元/立方米左右。