西北矿区供水现状及矿井水综合利用研究

陈佩佩

(1.天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013；2.煤炭科学研究总院 开采研究分院，北京 100013)

西北矿区供水现状及矿井水综合利用研究

陈佩佩1，2

(1.天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013；2.煤炭科学研究总院 开采研究分院，北京 100013)

我国西北地区煤炭资源丰富但水资源缺乏，对煤矿开采产生的矿井水进行综合利用具有重要意义。通过收集西北36个矿井设计报告，调研新疆神新公司和宁夏宁煤集团，分析计算得出西北矿区煤矿生产吨煤供水量平均为0.261m3，矿井吨煤涌水量为0.54m3，平均矿井吨煤涌水量是生产供水量的2倍以上；而即使在我国西北地区各矿井供水全部采用矿井水的情况下，预计仅可以利用矿井涌水总量的42.2%。因此建议，为了提高我国西北地区矿井水的利用率，亟需出台相关矿井水资源利用的优惠政策，协调煤矿对外供水，大力推进矿井水产业化综合利用。

西北矿区；供水；矿井水；综合利用

煤炭和地下水资源均赋存在地层中，伴随煤炭的开采，相邻地层中地下水也会大量涌出，煤炭开发与地下水资源保护的矛盾一直存在。我国西北部地区地处内陆，属于干旱半干旱地区，蕴藏着非常丰富的煤炭资源，内蒙、陕、甘、宁、新、青六省煤炭保有查明资源量合计1007.255Gt，占全国资源量的51.8%[1-2]。但我国煤炭资源与水资源逆向分布，目前西北水资源总量仅占全国的 5.84%，人均水资源占有量只占全国人均水平的 80.5%[3]。随着我国煤炭开发重点西移，煤炭开发与地下水资源保护的矛盾日趋尖锐，水资源保护利用是西北矿区煤炭开发面临的重大难题[4]。

长期以来，国内外学者对水资源保护和矿井水的综合利用进行了大量研究。国外主要产煤国家在矿井水排供结合方面的实践和研究起步比较早[5]。国外煤矿的排供结合思路非常简单，一般采用地面强排，疏干主采煤层的直接充水含水层组，在解除水患威胁后，进行大规模机械化作业采煤。由于在矿区地面直接排水，避免了地下水流入矿井被污染这个环节，故地面排放水的水质较好，无需或稍加处理就直接通过各种不同的输水管道卖给不同的需水用户。我国以井工煤矿为主，开采深度较大，不宜采用预先疏干的方法，主要以对开采过程中的矿井涌水进行处理后利用为主。为促进矿井水资源化利用，节约水资源，进行了大量矿井水处理和综合利用研究[6-10]。

据中国煤炭工业协会和中国矿业大学(北京)统计，2005年我国每采 1t煤炭，平均排放矿井水2.1m3，其中西北地区平均为0.984m3/t，全国矿井水利用率 26.2% 左右[7]，亟需提高矿井水利用率。国家对矿井水利用高度重视，出台了大量规划和指导政策，并提出了具体的矿井水利用率目标。但检索矿井水综合利用相关文献可以发现，对矿井生产需水量和供水情况的研究较少，也缺少煤矿生产用水量的相关报道。本文收集整理了36个西北部矿井设计报告中的供水和矿井涌水数据，并对新疆和宁夏煤矿进行了调研，对比研究了西北部煤矿生产用水量和矿井涌水量。

1 西北部矿井供水和涌水情况分析

1.1 矿井初步设计数据统计

为分析我国西北部煤矿生产用水量，本文收集整理了从2005年到2015年36个新建和改扩建矿井的设计报告，其中陕西省10个、内蒙古鄂尔多斯23个、宁夏1个、新疆2个矿井，对煤矿设计生产能力、矿井生产生活总用水量、职工生活用水量、矿井井下消防洒水量、地面消防、绿化冲洗用水量、预计涌水量进行了统计(表1)，并计算了吨煤生产用水量和吨煤涌水量。统计的矿井中设计生产能力最大为30Mt/a，最小为0.3Mt/a；共涉及煤炭产能146.05Mt/a，每天需要104528.704m3的总供水量，其中职工生活用水量33104.01m3/d，约占总供水量的31.7%；矿井井下消防洒水量、地面消防、绿化冲洗用水量合计为71424.694m3/d，约占总供水量的68.3%。计算可得吨煤生产水耗(不含选煤厂)平均约为0.261m3/t，对照环保部2008年发布的《HJ 446-2008清洁生产标准 煤炭采选业》，达到了三级标准。

表1 西北煤矿初设中供水和涌水数据(部分)

1.2 供水量与生产能力关系分析

分析每个矿井的供水情况可见，吨煤生产需水量最大的为陕西榆林柳巷煤矿，设计生产能力1.2Mt/a，吨煤生产需水量为1.224m3/t；最小的为陕西榆林霍洛湾煤矿，设计生产能力3Mt/a，吨煤生产需水量为0.113m3/t。由矿井生产能力和吨煤需水量的散点图(图1)可见，随着矿井生产能力的增加，吨煤生产需水量有明显下降。

图1 矿井生产能力和吨煤需水量的散点

1.3 矿井供水和涌水情况对比分析

统计的矿井中预计矿井涌水量最大的为大海则煤矿(86832m3/d)，但由于矿井生产能力较大，其吨煤涌水量并不是最大，为1.056m3/t；吨煤涌水量最大的为新疆乌鲁木齐东沟煤矿(7.247m3/t)，最小的为内蒙鄂尔多斯葫芦素矿(0.074m3/t)，平均为0.54m3/t。本次计算的结果远小于中国煤炭工业协会和中国矿业大学(北京)统计2005年统计的全国平均2.1m3/t，说明西北地区矿井涌水相对全国较少；2005年统计的西北地区涌水量平均为0.984m3/t，预计的涌水量较2005年统计值下降了45%，分析认为与近年来单个矿井生产能力大幅提高有较大关系。

图2 矿井生产能力和吨煤涌水量的散点

对比每个矿井的供水和涌水量预计可见，18个矿井预计涌水量大于设计所需的供水量，占总矿井数的50%，这些矿井预计产生的矿井涌水量为190473.2m3/d，占总涌水量的88.1%，需要的供水量为65516.84m3/d，即使这些矿井的供水全部由矿井水处理后提供，还将有124956.36m3/d矿井水无法被利用。预计涌水量小于设计所需供水量的矿井也有18个，预计所需供水量为39011.864m3/d，预计的矿井涌水量为25691.08m3/d，需要调水13320.784m3/d。

2 新疆和宁夏矿井实际用水和涌水情况

由于收集的矿井设计报告中新疆和宁夏煤矿较少，为了解这2个区域矿井用水和涌水的实际情况，特对神新能源公司和神华宁夏煤业集团有限责任公司进行了调研。

2.1 新疆神新能源公司矿井水情况

2014年，神新能源公司生产原煤20.46Mt，吨煤生产综合耗水量为0.23m3。矿井水产生量5.71Mm3/a，吨煤涌水量为0.279m3。井上下复用量1.5883Mm3/a，利用率达到27.8%；达标排放量4.0942Mm3/a。

表2 神新能源公司2014年矿井水利用情况

对比神新能源公司数据和设计报告计算数据可见，其吨煤生产综合耗水量为0.23m3，略低于矿井设计报告数据的平均数0.261m3；而吨煤涌水量为0.279m3，远低于矿井设计报告预计涌水量的平均数，说明神新能源公司矿井水文地质条件较简单。

2.2 宁煤集团矿井水情况

调研宁煤集团2015年数据可见(表3)，矿井开采吨煤用水量较低，为0.16m3/t，其中有3个矿井吨煤用水量小于0.1m3，达到一级清洁生产标准。宁煤集团开采吨煤地质涌水量为0.64m3，大于设计报告中预计的平均值，2005年中国煤炭工业协会和中国矿业大学(北京)统计宁夏平均涌水量为0.82m3/t，2015年宁煤集团涌水量较2005年统计值下降了22%。其中清水营煤矿实际用水量和涌水量均小于设计报告，说明了设计取值偏宽松和安全，以及矿井水涌水量预计的复杂性。

表3 宁煤集团2015年矿井用水和排水情况

2.3 矿井水利用情况

由于西北地区大量矿井水为苦咸水，处理难度较大，成本较高。神新能源公司和宁煤集团均投入大量设施进行了矿井水处理和利用，矿井水利用率分别仅为27.81%和21.64%。

神新能源公司矿井根据特殊的地理位置和生产特点，采用“三级处理”技术，即以井下磁分离净化系统、污水处理厂、矿井水深度处理厂为三级处理系统，污水实现了分质分类处理与利用，提高了废水资源利用率，节约了净水资源。屯宝煤矿井下磁分离系统于2011年建设完成，净化后的矿井水水质用于井下生产、绿化、道路洒水降尘等，缓解了矿井水外排的矛盾。建成矿井水处理厂5座，矿井水处理厂主体工艺均采用混凝澄清过滤工艺。总设计处理能力23160m3/d，实际处理量14695.6m3/d；复用水量6477.8m3/d；达标排放量8217.8m3/d。已建成屯宝、乌东煤矿2座矿井水深度处理厂，总设计处理能力6600m3/d，均采用超滤+反渗透工艺。矿井废水经过深度处理后，一部分用于矿区职工洗浴、冲厕等生活杂用，一部分用于井下生产、绿化等。

宁煤集团2015年矿井水产生总量50.33Mm3，利用量10.89Mm3，利用率21.64%，处理后矿井水主要用于生产、消防、降尘、灌浆、洗选、煤场防灭火及矿区绿化等；部分达标后排至南湖19.88Mm3、圆疙瘩湖0.21Mm3作为生态用水，其余19.35Mm3达标排放。生活污水产生量2.36Mm3，利用量1.71Mm3，排放量0.64Mm3，利用率73%。煤炭洗选达到闭路循环。7个煤矿建设了矿井水深度脱盐处理站，12个煤矿配套建设了矿井水净化处理系统。2015年羊场湾矿井水与生活污水处理站和灵新煤矿生活污水处理站建成投运。红柳煤矿矿井水处理二期(含麦垛山)工程已进入招标，计划2016年建成投运。

3 煤矿矿井水利用综合分析

从统计数据和调研资料可以看出，不同矿区矿井涌水量受到区域地质条件控制，涌水量大的矿区矿井涌水量远远大于矿井生产需水量，而涌水量小的矿区矿井需要补充外部供水。分析每个矿井的供水和涌水量预计可见，36个矿井共需要供水104528.704m3/d，预计共产生矿井涌水216164.28m3/d。各矿井的供水全部由矿井水处理后提供的情况下，可以利用矿井水91207.92m3/d，约为预计矿井涌水总量的42.2%，还需调水13320.784m3/d，外排矿井水124956.36m3/d。实际调研可见，神新能源公司和宁煤集团均投入大量经费和设施进行了矿井水处理和利用，矿井水利用率分别为27.81%和21.64%。因此矿井水利用不仅仅是单个矿井甚至矿业集团的事，要提高矿井水利用率，必须扩大矿井水的利用范围，实现矿井水区域调配。

2013年为保障矿山地区水资源可持续利用，国家发展和改革委员会、国家能源局联合印发了《矿井水利用发展规划》(发改环资[2013]118 号) ，提出到 2015 年，全国煤矿矿井水排放量达7.1Gm3，利用量5.4Gm3，利用率提高到 75%的目标[12]。2015年我国生产煤炭3.75Gt，按照设计报告供水数据统计，吨煤生产水耗(不含选煤厂)平均约为0.261m3/t，需要消耗0.97875Gm3/t，即使全部使用矿井水，也仅占7.1Gm3的13.78%，与75%的目标有较大距离。《矿井水利用发展规划》提出要“逐步建立较完善的矿井水利用法律法规体系、宏观管理和技术支撑体系，实现矿井水利用产业化”。当前亟需把矿井水资源化利用纳入水资源开发利用发展规划，进行区域协调调水和供水，提供水资源费减免、税费优惠等相关政策支持，协调煤矿对外供水并网、入网和支持管网投融资[13-15]。

4 结 论

(1)分析计算得出我国西北地区煤矿生产吨煤供水量平均约为0.261m3，预计矿井涌水量为0.54m3/t，平均矿井涌水量是生产吨煤供水量的2倍以上。

(2)半数矿井涌水量大于所需供水量，即使在我国西北地区各矿井供水全部采用矿井水的情况下，预计仅可以利用矿井涌水总量的42.2%，还有57.8%的矿井水无法利用。

(3)为了提高我国西北地区矿井水的利用率，亟需把矿井水资源化利用纳入水资源开发利用发展规划，进行区域协调调水和供水，提供水资源费减免、税费优惠等相关政策支持，协调煤矿对外供水并网、入网和支持管网投融资。

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[责任编辑：张玉军]

StudyofMineWaterComprehensiveUtilizationandCurrentSituationofNorthwestMiningAreaWaterSupply

CHEN Pei-pei1,2

(1.Coal Mining & Designing Department，Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China；2.Mining Institute，China Coal Research Institute，Beijing 100013，China)

Abundant coal resources and lack of water resources in northwest China，mine water comprehensive utilized has an important significant，which generated form coal mine mining.All Mine design reports of 36 coal mine in northwest were collected，after investigate and survey in Xinjiang Shenxin company and Ningxia Ning coal group，then an average water supply for unit coal mining was about 0.261m3for coal mine in northwest，water inflow about 0.54m3for unit coal mining，an average water inflow of unit coal mining was more than 2 times to water supply amount，so under the situation that water supply all used mine water in all coal mine in northwest China，and it could only reached about 42.2% to total mine water inflow，so in order to improve mine water use ratio in northwest China，some related preferential policies for mine water resources utilized should be introduced，external water supply should be harmonized，and mine water industrialization comprehensive utilization should be improved greatly.

northwest mining area；water supply；mine water；comprehensive utilization

P641.5 5

A

1006-6225(2017)05-0060-04

2017-05-05

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.05.015

中国工程院重大咨询研究项目(2016-ZD-14-05)；中国煤炭科工集团有限公司科技创新基金面上项目(2014MS034)

陈佩佩(1974-)，女，安徽寿县人，博士，研究员，从事水文地质与工程地质、特殊采煤等方面的研究工作。

陈佩佩.西北矿区供水现状及矿井水综合利用研究[J].煤矿开采，2017，22(5)：60-63.