新疆榆树田煤矿区取用水现状及节水问题探讨

字朝火

(新疆维吾尔自治区水文局水文实验站，新疆 乌鲁木齐 830002)

0 引言

新疆面积广阔，受地理环境影响，相较于东部和中部地区，水资源成为制约新疆地区经济持续发展的主要因素之一。节水型社会是国家提出的一项战略性计划，与新疆的实际情况有着较强的契合性，受到当地政府和人民的广泛重视。落实水资源节约政策，建设节水型社会，可以很大程度上提高新疆的水资源利用效率，促进当地的经济发展[1]。本文以新疆库车县夏阔坦矿业开发有限责任公司榆树田煤矿90万 t/a建设项目(以下简称“榆树田煤矿”)为例，基于水平衡测试成果，对榆树田煤矿区取用水现状、节水措施实施现状、存在问题进行分析，找出不合理用水环节、泄漏水量，分析节水关键环节及潜力，提出解决措施。为制定合理可靠的用水计划、建设节水型重点用水企业提供基础依据。

1 榆树田矿区取用水概况

新疆库车县夏阔坦矿业开发有限责任公司榆树田煤矿90万t/a建设项目(以下简称“榆树田煤矿”)位于库车市区以北阿格乡夏阔坦村附近，南距库车市区约90 km，地理坐标为:东经83°07′51″，北纬42°11′06″。矿区紧邻独库公路(G217)，沿G217向北可达伊宁市、奎屯市和北疆各地，向南65 km和110 km分别与S307、G314相接，可达南疆各地，交通较便利。

1.1 供水水源

矿区供水水源按供水用途分为两类，一为常规水源，主要供地面生活用水及少量生产附属用水，二为非常规水源，即矿井排水(矿井涌水)，一部分供井下采煤用水，一部分供井下防火灌浆用水。

1.1.1 常规水源

常规水源有三处：一处位于行政生活区内，主要供行政生活区生活用水，地理位置为：东经83°09′33.5″，北纬42°11′19.6″；两处位于工业广场南侧，主要供工业广场生活及附属生产用水，地理位置为：东经83°07′45.3″，北纬42°10′37.5″。两处供水水源直线距离约2.6 km，两处取自库车河河床潜水，取水方式为机井取水，井径300 mm，井深约30 m，各设泵房一座。一处直接取自库车河地表水，取水方式为河道引水。该水源处于库车河上游，库车河发源于天山山脉中段的科克山莫斯塔冰川，全长221.6 km，库车河流域面积3 986 km2，多年平均径流量3.575亿 m3(兰干站)，库车河现状水功能主要用于农业灌溉、城市工业及生活用水，库车河水消耗绝大部分在灌区用于灌溉，一部分蒸发损失，一部分渗漏转入地下，一部分被作物吸收。库车河流域出山口以上部分主要有少数居民和游牧民活动于两岸，河水有轻微的有机物污染，总体来讲水质状况处于自然状态。库车河水质中各项指标均符合评价标准中的Ⅲ类标准，且尚有一定环境容量。该河的水体功能除了维持区域生态平衡，还是当地农牧业和少数牧民的直接水源水体。

1.1.2 非常规水源

为煤矿矿井排水(矿井涌水)，井下排水经净化处理后仍能保证供水水质，即井下排水经净化处理后作为本矿井生产用水水源。井下采煤生产及防火灌浆消防用水采用矿井排水，矿井排水采用集中式排水。矿井排水经设置在+1 300 m水平的中央水泵房排至蓄水池，再经矿井水处理间进行沉淀-过滤-消毒处理，采用静压给水方式，通过井下给水管网供井下各用水点，供水管网选用树脂复合热轧无缝钢管，由主、副斜井送入井下，井下给水流程见图1。

图1 矿井水给水流程图

为便于监测、维修、管理和取水方便，矿井水取水口设置在煤矿主井口西侧，根据矿井涌水量的预测计算，榆树田煤矿可利用的矿井排水量为1 030.46 m3/d，结合榆树田煤矿对矿井涌水量的实际观测资料，矿井实际涌水量与预测计算涌水量相差不大。矿井排水主要受采掘过程煤尘、岩尘等轻度污染，经矿井水处理站净化处理后，可达到《煤矿井下消防、洒水设计规范》井下采煤用水水质要求。

1.2 取用水方案

矿区按取水用途可大致分为地面用水系统和井下用水系统两部分。

1.2.1 地面用水系统

以常规水源为主，取水方式为机井取水，于水源井设置泵房，经潜水泵提升后通过管道输入地下式蓄水池(V=500 m3)中，再利用加压泵工业场地地面及行政生活区各用水点供水。地面给水管网设计成环状，给水管道干管规格DN150，次干管管径格DN150，管材采用钢丝网骨架塑料(聚乙烯)复合管，热熔连接。取水泵房2座，各设置1台200QJ32-143/11型井用潜水泵，Q=30 m3/h，H=130 m，P=22 KW。地面用水主要为工业场地及行政生活区生活用水，用水单元包括办公楼、食堂、宿舍、锅炉房等，以洗浴、洗漱、厨房及冲厕用水为主。

1.2.2 井下用水系统

以非常规水源为主，矿井用水经沉淀调节池(V=100 m3)收集后进入地上式矿井水处理间，再经矿井水处理间进行沉淀-过滤-消毒处理，采用静压给水方式，通过井下给水管网供井下各用水点，供水管网选用树脂复合热轧无缝钢管，由主、副斜井送入井下。内置井下处理系统各设备主要有：LYH1-300管道混合器2台、LYYS60一体化净水设备(处理能力70 m3/h)、SJY-500加药装置1套、TJL-500二氧化氯发生器消毒装置2台、反洗水泵及给水泵各2台，此外，还设置了污泥池2座(V=50 m3)、井下消防储水池1座(V=600 m3)。井下用水主要为采煤用水及防火灌浆用水。

1.3 生产运营期取水情况

榆树田煤矿取水计量工作较为滞后，于2018年在榆树田煤矿取水泵房安装了超声波水表，用于计量矿区生活用水及少量附属生产用水(一级计量)，根据榆树田煤矿生产部提供的计量结果看，2019年10月-2020年10月期间取水总量为49.8万 m3。

1.4 退水情况

1.4.1 退水方案

榆树田煤矿运行过程中废污水来源为井下排水和工业场地及行政生活区的生产、生活废污水。为节省投资和占地表面积，行政生活区废污水处理采用埋地式组合污水处理设备，废污水经排水管道，自流进入污水处理站统一进行处理，处理后的废污水夏季回用于工业场地及行政生活区场地绿化、道路浇洒，冬季排入已建成储存水池，来年再用，多余水用于矿区和周边荒山绿化，不直接外排。矿井水处理车间运行机制与井下排水时间保持同步，经矿井水处理间处理后，基本用于井下采煤机防火灌浆用水，如有余水，水质达到《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426-2006)后，用于矿区和周边荒山绿化，不直接外排。

综上，矿区废污水基本回收重复利用，无外排水量，无需设置退水口，在非正常工况下的排水排入事故缓冲池。

1.4.2 废污水处理情况

生活污水处理站处理规模为20 m3/h。主要包括“手动格栅→予曝调节→接触氧化一板沉淀→二氧化氯消毒”等处理单元，其中“生物接触氧化”为核心处理单元，经该工艺处理后，出水水质可达到《污水综合排放标准》(GB8978-2006)中的一级标准及《城市污水再生利用-城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)标中城市绿化标准和道路洒水标准的要求。同时满足《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426-2006)和消防洒水水质标准要求，可以用于降尘洒水、绿化等。

2 矿区用水水平及节水现状分析

矿区属煤炭开采业，结合实际情况，用水水平主要从生产用水、生活用水两方面进行分析。

2.1 生产用水

采煤单位产品新水用水量指标为：0.21 m3/t。为评价榆树田煤矿采煤用水水平，从地方定额及行业规范两方面进行对比评价。根据《关于印发新疆维吾尔自治区工业和生活用水定额的通知》(新政办发[2007]105号)，新疆煤炭开采业采煤新水定额为0.31 m3/t；根据《清洁生产标准-煤炭采选业》(HJ446-2008)，煤炭采选生产过程清洁生产水平技术指标分为一级(国际清洁生产先进水平)、二级(国内清洁生产先进水平)、三级(国内清洁生产基本水平)，规定井工煤矿原煤生产水耗分别为0.1 m3/t、0.2 m3/t、0.3 m3/t。通过对比，本项目采煤单位产品新水用水量指标基本符合新疆用水定额标准及清洁生产三级水平。此外，测试期间，榆树田煤矿万元工业增加值取水量为19.4 m3/万元，满足《库车县水资源管理“三条红线”控制指标分解》2020年万元工业增加值用水量控制在60 m3/万元以下的要求(见表1)。

表1 生产用水指标对比表

2.2 生活用水

榆树田煤矿生活区设置了办公楼、员工食堂、员工宿舍、浴室等不同类型用水单元，为更好的对生活用水水平进行分析，且与《新疆维吾尔族自治区用水定额》对比更贴合，本次将生活用水按不同类型进行细化、分类进行计算见表2。

表2 生活用水指标对比表

1)办公楼及员工宿舍用水：根据水平衡测试结果，榆树田煤矿办公楼用水量为40.4 m3/d、公寓楼用水量为325.3 m3/d。办公楼及员工宿舍用水总量为365.7 m3/d。住宿按照“一人一床”考虑，榆树田煤矿生产人员为839人，则办公及宿舍人均用水量为0.435 m3/人·d(435L/人·d)。参考《新疆维吾尔族自治区用水定额》中的“集体宿舍和办公”用水定额为100～125 L/人·d，榆树田煤矿办公楼及员工宿舍用水指标远超定额要求。

2)食堂用水：根据本次测试结果，榆树田煤矿食堂用水量为26.1 m3/d。用餐按照839人、一日3餐计算，则员工食堂人均用水量为0.01 m3/人·餐(10L/人·餐)。参考《新疆维吾尔族自治区用水定额》中的“职工内部食堂”用水定额为10 L/人·餐，榆树田煤矿食堂用水指标基本满足定额要求。

3)浴室及洗衣房用水：根据本次测试结果，榆树田煤矿浴室分为两处，工业广场浴室用水量为111.6 m3/d，行政生活区浴室用水量22.7 m3/d，浴室总用水量为134.3 m3/d(含洗衣用水)。下井人数按600人计算，一天一次，则人均洗浴及洗衣房用水量为0.224 m3/人·次(224 L/人·次)。参考《新疆维吾尔族自治区用水定额》中的“淋浴业，淋浴及淋浴大池”用水定额为190 L/人·次，洗衣房用水定额50 L/kg(人均洗衣重量按1 kg计算，则洗衣房用水定额为50 L/人·d)，统筹考虑，浴室及洗衣房总用时定额指标为240 L/人·d。榆树田煤矿浴室及洗衣房用水指标满足定额要求。

综上所述，榆树田煤矿部分用水单元用水指标均超《新疆维吾尔族自治区用水定额》相关定额要求，特别是办公楼及宿舍生活用水远超定额。其原因有：煤矿开采业有别于其他行业，具有一定特殊性，井下作业环境导致生产人员洗浴、洗衣用水量较其他行业偏大；煤矿地面产生较大的煤灰、煤尘，易给办公生活场所带来煤灰、煤尘，污染生活办公环境，导致清洗、洗漱等办公生活用水较其他行业偏大。同时，通过与周边其他煤矿生活用水水平350～450 L/人·d进行比较，榆树田煤矿生活用水水平基本符合煤矿用水特点。

1980年107个国家通过的《马尼拉世界旅游宣言》则指出：“更深刻地了解国民性、把每个公民与其同胞联系在一起的凝聚力、文化和民族归属感，是促使每个人参加国际旅游和国内旅游的主要原因”。

3 矿区现状节水措施分析

榆树田煤矿在用水工艺流程和设备的选择上基本遵照节约、可靠、经济、便于运行的原则，重视水资源的重复利用，节水措施主要表现在以下几个方面：(1)按照设计，井下用水优先采用矿井涌水，尽可能最大程度的利用，主要用于井下消防降尘、设备冷却、井下风流净化水幕、煤壁注水、冲洗巷道、锚喷工作面、混凝土施工等用水，如有多余矿井排水用于矿区周围荒山绿化，使水资源得到合理利用。因测试期间井下矿井水处理站正在改造，导致矿井水暂未得到利用，因此，企业应加紧实施改造工程，使矿井水尽快得到利用。(2)为了实现清洁生产、节约用水的目的，在矿区内设量了废污水收集、处理及回用系统，尽可能的回用。如生活污水经污水处理站处理后用于工业场地绿地、道路等杂用水项目。(3)管道的直径要按照合理的经济流速选取，减少管道的水头损失。(4)选用低阻力阀门和倒流防止器等，在循环水系统中应采取防结垢措施，以减少管道局部水头损失，相应可减少水泵供水压力，降低供水能耗。(5)选用高效率低能耗的水泵产品，同时工况点应在水泵性能曲线的高效区。(6)对热水管道系统进行保温，采用高效能保温材料，减少热量损失，从管理上达到节水节能的要求。

4 矿区节水存在问题及关键环节分析

4.1 存在问题

通过对矿区进行水平衡动态测试成果看，矿区取用水基本合理，但在节水环节也存在一些列问题：(1)用水计量设施安装不够完善，二、三级用水单元主要单体建筑暂未安装独立的计量设施。(2)生活区单体建筑分布较多，用水量较大的浴室、宿舍等节水器具安装不完善，同时，员工节水意识较薄弱，存在浪费用水的现象，导致生活用水指标较高，用水水平有待提高。(3)井下矿井水处理站正在实施改造，导致常规水源取用量较大。(4)节水管理制度及用水计量制度不够完善，部分用水单元存在监管漏洞(绿化用水、保洁用水及其他零星用水)。(5)企业暂未建立规范的取用水台账，熟悉企业用水情况的管理人员较少。(6)矿区保洁使用水量及绿化用水未进行测试和计算，该部分水量使用中水，对重复利用率的计算略有影响。

4.2 矿区节水关键环节分析

节水是企业节能降耗的重要途径，除了节省用水量、减少水资源开采外，还减少了污水的排放量，减轻了环境的污染。通过对矿区用水水平衡测试，查清了用水过程，在对生产工艺及各用水环节用水指标进行分析的基础上，矿区节水的关键环节主要是生产、生活和管理环节[2]。

4.2.1 生产环节

生产用水环节采用的是矿井涌水(非常规水源)，因此，要对矿区实施节水措施，矿井水用水过程亦不容忽视。根据前述计算，榆树田煤矿井下用水指标基本符合《新疆维吾尔族自治区用水定额》要求，节水空间不大，但井下防火灌浆用水量较大，耗损较大，该部分用水仍具有回收利用价值，具有一定的节水潜力。

4.2.2 生活环节

生活区均为新水用量(常规水源)，根据前述计算，人均生活用水量高于《新疆维吾尔族自治区用水定额》，具有较大的节水空间，从单个用水环节生来看，浴室、办公楼、宿舍楼及食堂用水量较大，特别是行政生活区4栋宿舍楼，应作为今后生活区节水工作的重点。

4.2.3 管理环节

5 矿区节水潜力及对策分析

伴随节水技术的发展，工业节水的方法和措施也在发生转变，除了常规的加强企业用水管理、提高水资源的循环利用效率方法外，又发展了一些先进成熟节水技术，不论是通过何种方法来降低工业的用水量，在水资源日趋紧张的今天，节约用水具有极其重要的意义。

5.1 节水潜力分析

通过对矿区取水用现状进行水平衡测试可知，矿区生产用水总体上处于一个较为合理的水平，生活用水指标偏大，通过对各用水单元用水指标的综合对比分析，生产生活用水仍存在一定的节水潜力：

(1)由于榆树田煤矿正在进行的矿井水处理站改造影响，造成常规水源取用量极大，改造工程完工后，非常规水源替代率可达到60.6%，可节约常规水源新水取用量1 115 m3/d(见表3)。

表3 节水潜力测算表

(2)榆树田煤矿生活用水量较大(526.1 m3/d)，特别是宿舍楼及办公楼用水(365.7 m3/d)，远超定额指标要求。若能加强节水器具的完善，提高员工节水意识，使办公楼、宿舍生活用水量满足《新疆维吾尔族自治区用水定额》要求(125 m3/d)，则可节约常规水源新水量240.7 m3/d，节水潜力测算见表3。

5.2 对策建议

生产过程所需的用水量是由生产工艺来决定的，因而通过生产工艺的改进来节约用水，减少排放和污染，才是根本措施。节水工艺包括改变生产原料、改变生产工艺和设备或用水方式，采用无水生产等三方面内容，而工艺节水技术是更高层次的源头节水技术。通过对矿区取用水情况分析及用水现状调查，并结合矿区用水特点及存在的问题，有针对性归纳了几点节水对策建议。

(1)进一步完善计量设施的安装，确保对各个用水单元，特别是用水量较大达到单体建筑，如宿舍楼、浴室等，均有计量设施控制。

(2)生活区生活用水指标偏大，建议使用或更换最新的节水型卫生器具，如：小便器采用光电感应式冲洗，洗脸盆龙头采用充气水嘴，浴室淋浴碰头采用节水花洒喷头等。同时，对矿区生产人员进行节约用水教育，建立节约用水管理制度，从思想上杜绝浪费水现象。

(3)加紧井下矿井水处理站改造工程，改变常规水源用作井下生产用水的不合理用水现状。

(4)进一步加大废水的回用力度，提高废水重复利用率，节约生产工艺新水用量，特别是井下防火灌浆用水，建立回收措施，尽可能实现循环利用。

(5)进一步完善内部节水管理制度及用水定额管理机制，减少新水取用水量，积极采取有效措施降低综合用水单耗指标，使取水量控制在计划取水指标内。

(6)加强节水宣传工作，可通过节水标语的形式在中心显眼区域进行节水宣传，提高节水意识。

6 结语

通过目前矿区取水用现状和节水潜力来看，矿区节水工作仍处于起步阶段，对用水过程监控不够完善，影响了节水效果。因此，在远期节水工作中，必须将提出的用水管理制度和节水措施落到实处，分类统计，全面管控。同时要着重加强企业用水管理，因为企业用水管理在节水过程中起着至关重要的作用，是实施各项节水措施的基本保障。要从供水、用水、排水、回用整个过程全面贯彻节水政策，结合水源条件，使用合理的供水用水工艺，尽量做到经济合理、一水多用、梯级利用。并结合排水系统的水量情况，合理确定废污水处理方案，提高废污水再生利用率、矿井涌水的复用率,尽可能的减少常规水源的地表取水，层层把控，环环落实，推进节水型矿区建设取得成效。