宝日希勒露天煤矿水资源综合利用优化配置研究

吴慧光 徐芸 陶玲 王海棠 王晓雷 曹志国

（1 国能宝日希勒能源有限公司 内蒙古呼伦贝尔 021000 2 国家能源集团北京低碳清洁能源研究院 北京 102209 3 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室 北京 102209）

1 概述

煤炭开采产生的矿井水是一种宝贵的水资源，大量的矿井水未经处理直接排放，既浪费宝贵的水资源又污染了周边环境。如果将矿井水经过处理后回用，不仅可以极大地降低企业用水成本，还可以保护自然环境［1-2］。

宝日希勒露天煤矿属于国能雁宝能源集团，2022年煤炭生产能力为2 459 万t/a。2014 年1 月，国家煤炭安监局对露天矿的生产能力进行了核定及文件批复，生产能力增加至3 500 万t/a，预计2025 年达产。随着煤炭开采量的增加，矿坑涌水量也随之增加，2022 年涌水量为145 万t/a。2025 年矿区内矿坑水经处理后80%左右的水量用于土地复垦种植用水，其他途径用水如冲洗用水、道路喷洒用水等得不到有效分配和利用，导致整个矿区水资源利用率低、配置不均衡。因此，从企业长远发展角度出发，有必要对未来矿区水资源的水量及供需平衡进行测试分析，探索出合理的水资源配置方案及可行性节水建议。

该矿生产取水水源为露天煤矿自身矿坑涌水排水。露天矿坑内的汇水主要为矿坑汇水区的降水径流量和煤层含水层的地下水2 部分。矿坑疏干排水系统采用坑底储水、半固定泵站排水方式将积水从采坑内分2 次提升排出。矿坑内沿道路边缘设排水沟，将采掘面涌水导流至矿坑底部蓄水池沉积，将蓄水池内积水加压提升后用于企业生产用水［3-6］。

2 水资源综合利用情况分析

在宝日希勒露天煤矿未来供、需水量预测的基础上，结合水处理工艺特点和能力，按照不同用水途径和水质需求，开展水资源供需平衡分析和优化配置研究。本着开源节流、分质利用的原则，分析水资源现状，建立现有水资源供需平衡体系。矿坑涌水、矿坑水处理系统进水、出水水质分析测试如表1 所示。

表1 水质分析表

本次取样的矿坑涌水浊度不高、TDS＜600 mg/L，COD 在30 mg/L 左右，硬度低，总体水质很好，满足《煤炭工业污染物排放标准》（GB 20426—2006）。图1 是矿坑涌水处理站工艺流程，坑内排水经沉砂调节池汇聚在集水池，经废水提升泵入净水器净化，泥浓缩经脱水机、输送机排出。

图1 矿坑涌水处理站工艺流程图

宝日希勒矿坑水经测试得到的2022 年水平衡如图2所示，夏季用水量大、冬季水量小，矿坑水经1 号蓄水池进入排水泵站，再进入老观礼台蓄水池和地面检修蓄水池，然后抽出当作坑底降尘用水、土方剥离和排土场降尘用水。矿坑涌水处理站处理后的矿坑水用于消防或进入720、715、735 平台，再供复垦种植、复垦灌溉用水，也可供输煤廊桥、厂区洒水降尘、厂区绿化用水，矿坑水全部利用。市政取自来水用于生活用水、食堂用水、浴室用水、洗衣房用水、单身宿舍用水、汽车冲洗用水等。

3 优化配置研究

3.1 优化配置基本原则与途径

对矿井水进行优化配置的目的就是要提高矿井水的利用率，从时间、空间、用途及水量4 个方面进行配置，同时还要保护环境，提高社会经济效益。为了矿井水能够顺利地实现资源优化配置，按高效利用、工业生产用水优先、总量控制、国家鼓励原则实施［7］。

根据2022 年现状年水量平衡数据折算2025 年达产工况下露天矿供需水量情况。其中生活用水和工业场地道路用水量、输煤廊桥冲洗用水量和车辆冲洗用水量维持现状不变，采坑洒水量、排土场降尘水量、绿化水量按厂区规划设计面积及现状用水定额进行计算。

按照 《煤炭工业给水排水设计规范》（GB 50810—2012）（以下简称“GB 50810—2012”）和《内蒙古自治区行业用水定额》（DB15/T 385-2020）（以下简称“行业用水定额”）中规定的相关用水定额，对2025 年达产工况下用水水量进行核定优化。核定前冲洗用水量指标5.41 L/（m2·次），日用水指标为16.23 L/（m2·d），优化核定后输煤廊桥冲洗用水量361.86 m3/d，比原配置节约水量227.25 m3/d。优化后矿区生产用水比例如图3 所示。优化后主要用水途径为排土场表土喷洒、复垦种植用水、坑底降尘用水，分别占比41.10%、24.45%、23.89%，用水比例趋向配置合理，是宝日希勒矿坑水主要利用途径［7］。

图3 优化后矿区生产用水比例

3.2 矿坑水工艺优化

根据矿区情况及国内矿井水主流处理工艺，建议采用“活性炭过滤器+膜处理+消毒”的工艺路线。具体工艺流程见图4。

图4 矿坑涌水深度处理工艺流程图

矿坑涌水处理站出口清水池由泵提升至活性炭过滤器，在活性炭过滤器中，可对矿坑废水中的COD 及悬浮物有效去除。活性炭过滤器出水进入后续超滤和反渗透膜系统，用于降低矿坑废水中的TDS，起到软化水质的作用。反渗透系统共设计2 级：一级反渗透系统产生的浓水用于煤场洒水降尘；一级反渗透产水水质较好，一部分可用于厂区绿化用水、冲洗系统用水、排土场复垦种植用水及冲厕用水。剩余部分则进入二级反渗透膜系统进行二次软化，二级反渗透膜系统产水经加氯消毒后能够满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2022），并入生活管网用来供应矿区生活用水。

3.3 智慧水务

2019 年4 月，国家发展改革委和水利部联合发布了《国家节水行动方案》（发改环资规〔2019〕695 号），针对工业节水减排，提出了要“完善供用水计量体系和在线监测系统，强化生产用水管理”。矿区部分管路缺少取水计量仪器仪表，建议在各计量点增加流量计，实现远程在线监控。建设项目用水系统及流量计安装位置如图5 所示。

图5 建设项目用水系统及流量计安装位置图

图6 MES 分析系统九大功能板框

后期可考虑按照三级用水体系（装置、中心、公司）、多水种分类，开发水平衡测试分析软件平台，充分利用“互联网+”和信息化手段，建立比较完善的水平衡测试分析及在线监测系统，实现水平衡测试工作的信息化和日常供、用水系统监测的信息化。以MES 分析软件平台为例，计量仪表在线监测数据可上传到平台上，并绘制用水网络图，公司和部门领导对矿区用水情况就可以进行日常监测和数据分析。同时，该平台还可以实现历史数据库保存、与上年度用水量对比、节水潜力分析、异常用水量报警提示等功能，便于企业在日常管理中及时追踪分析公司用水情况。

引入智能灌溉控制系统，智能灌溉能够对智能系统做出科学应用，利用水分传感器获取土壤水分情况，将监测信息交由监控器或计算机分析处理，对植物不同生长时期对水分的需求量进行检测和测算，控制喷灌系统的启停，从而使土壤含水率保持在某一设定值附近，提高水利用效率，减少用水量。针对需水量相对较多、灌溉频率相对较低的植物，采取输水型灌溉方法，使得灌溉效率得到明显增加，还能够有效节约灌溉水源。单次灌溉完成后，系统便可将综合信息存储至系统内。特殊条件下，工作人员可参考存储信息数据，通过手动控制完成灌溉，有效增强灌溉管理效率，大大节省人工成本。

同时，矿区应加强日常绿化用水管理启动第三方监管，随时对日常绿化用水情况进行监督，并将用水管理情况纳入年度考评体系。加强绿化用水管理，加大巡查检查力度，杜绝作业中“跑冒滴漏”问题的发生，避免雨天灌溉洒水、高温天气中午灌溉洒水。建议矿区能够调整绿化时间，控制夜间喷灌可减少蒸发损失8%～10%，采用滴灌系统预计可节约水量10%～15%。

3.4 完善用水制度和经济管理机制

国能宝日希勒能源有限公司作为国有大型能源企业，建议进一步完善用水制度及经济管理机制，做节水型企业的领头羊和主力军，在促进社会经济发展创造良好社会环境效益方面发挥表率作用。从组织建设、制度建设等方面优化管理，开展节约用水、保护水资源的公益活动；充分利用网络、广播等媒体，开展节约用水宣传教育活动；企业管理部门计量中心负责按照测量体系要求和相关标准监督各单位计量器具的安装配备情况，做好计量器具的建账、检验、校准等工作，为监督考核提供可靠依据；相关运行管理单位按照划定的责任范围，负责供用水配套设施的维护和节约用水工作的日常管理，采取防渗、防漏措施，加强地面所有供用水配套设施的检查与维护，确保管网漏损率控制在相关标准规定范围内。明确主体责任部门，完善各项管理及考核制度；开展定额管理、奖惩和考核措施；大力开展用水管理制度宣贯和节水意识宣传工作。

4 结语

矿坑水是宝贵的非常规水资源。开展矿坑水资源综合利用研究，根据不同的用水需要重复利用矿坑内存有的水资源，既能满足煤矿生产需要，提高企业效益，减少污水对环境的影响，又能充分利用好现有的水资源，对缓解矿区水资源供需矛盾，保护矿区生态环境、防止水污染具有重要现实意义。

本文对宝日希勒露天矿矿坑水水质、水资源综合利用情况进行分析，开展矿坑水优化配置研究，从优化配置基本原则与途径、矿坑水工艺优化、智慧水务、完善用水制度和经济管理机制等5 个方面进行研究。建议宝日希勒煤矿优化水处理工艺，建设精准计量系统、智慧水务，从加强用水制度和经济管理机制等角度提高对矿区水资源的利用率。