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神华神东矿区建成35座煤矿地下水库,容量相当于两个西湖

2016-12-26 13:19:28

【观察者网 综合】面对煤矿开采对水资源的破坏与浪费难题,神华集团采用“导储用”为手段的矿井水井下储存与利用方法,不但解决了问题,而且已经创造了可观的经济、生态和环保效益,获得了国家的肯定与奖励。

据澎湃新闻25日报道,神华方面提供的资料显示,截至2015年底,神东矿区已建成煤矿地下水库35座,储水总量约为3100万立方米,如果按照西湖水体容量为1429万立方米来看,这意味着神东矿区的矿井下有着两个西湖水体容量的煤矿地下水库。

这些水库年供水量超过了6000万立方米,可供应神东矿区95%的用水,近三年因此而创造的经济效益超过30亿元。同时,该地下水库还给周边神华国神集团的两家电厂,以及神华煤制油项目供水。

神东矿区(新华社)

目前,该技术成果已在神华新街矿区、乌海矿区、塔然高勒井田、宁煤集团等进行推广。国土资源部已将煤矿地下水库技术作为先进技术在全国推广应用等,国家能源局已准备将煤矿地下水库技术列入“国家十三五能源规划”技术推广目录。

神东矿区(新华社)

中国工程院院士、神华集团科技发展部总经理顾大钊说,如果这项技术在中西部合适的地区将这项技术铺开来的话,预计每年够保护利用30多亿吨矿井水,既解决了矿井水的问题,也为中西部地区增加了水资源。与此同时,该技术也减少了煤矿开发过程中矿井水造成的水害,产生了可观的经济、生态和环保效益。

同时面临缺水和水害

顾大钊说,在中国中西部的晋、陕、蒙、宁、甘五个省区,煤炭储量占中国探明煤炭储量的三分之二左右,产量占全国煤炭的70%左右,但水资源量仅占3.9%。所以,水资源短缺、生态脆弱和煤炭资源开发利用之间存在巨大矛盾。

但同时,开采煤炭时产生大量的矿井水,既对煤矿安全生产造成威胁,也浪费了西部地区宝贵的水资源。

矿井水,指的是在煤矿生产过程中,流入或深入井筒、巷道和工作面的大气降水、地表水、地下水和老窑积水的总称。

顾大钊说,矿井水害是影响煤矿安全生产的五大灾害之一,是仅次于瓦斯的煤矿第二大灾害。古往今来,最常用的办法是通过排水系统将矿井涌水排至地表,避免发生煤矿透水等事故。

但一般情况下,每开采一吨煤炭会产生两吨左右的矿井水,如果是把煤炭开采产生的矿井水都外排至地表,在西部蒸发量比较大的地区,其实是一种资源浪费。

由于中国矿井水的利用率长期低于30%,中国每年大概因此而损失的矿井水约60亿吨。

由于地表水匮乏,当时水厂供水时断时续,井下作业只能开开停停,生产受到很大影响。

顾大钊介绍说,中国年平均缺水量为500多亿吨(1立方米水的重量为1吨),其中工业和民用年平均缺水量为100亿吨。60亿吨的矿井水如果可以全部利用起来,可解决中国工业和民用年平均缺水量的60%,所以这个意义非常大。

同时,中国煤炭和水资源的逆向分布也决定了要有效利用矿井水。

采用“导储用”煤矿地下水库技术攻克难题

为解决煤矿开采对水资源的破坏与浪费难题,顾大钊带领团队采取“导储用”为手段的矿井水井下储存与利用方法,将含水层的地下水疏导至采空区进行储存,达到疏导后矿井水不外排,实现地下水保护性利用。

据新华社报道,经过近20年的技术攻关,神华集团研发了煤矿地下水库技术,将含水层的地下水疏导至采空区进行储存,并建设相应的水处理和抽采利用工程,对矿井水进行高效利用。“生态脆弱区煤炭现代开采地下水和地表生态保护关键技术”也荣获2014年国家科技进步二等奖。

神东煤炭集团大柳塔煤矿是最先建成的地下水库示范工程。大柳塔煤矿总工程师陈苏社介绍,目前大柳塔煤矿建成3座地下水库,总储水量约710万立方米,相当于一座中型水库规模。

神东大柳塔煤矿(资料图)

陈苏社说,“沿煤层采煤时,每采一段,就会留一些煤柱。每个采空区就像一根根柱子撑着的地下大厅,如果用人工坝把煤柱之间的空隙封堵上,采空区就成了一个巨大的储水设施,多个储水设施组合在一起,就成了一座地下水库。”

在完善技术的基础上,1998年,大柳塔煤矿尝试在地下100多米处的2号煤层选择一处采空区建设首个单采空区储水设施,水容量为5万立方米。

经过检测,蓄积的地下水水质可以满足工业和绿化用水要求。

2002年,顺利建成6个单采空区储水设施,容量达到100万立方米;2010年,建成由4座地下水库组成的全球首个煤矿分布式地下水库,总储水量达到235万立方米,实现了矿井水不外排……

随着地下水库技术应用规模扩大,目前,大柳塔煤矿已建成由多处储水设施组成的3个分布式地下水库,储水总容量已达710万立方米,相当于一座中型水库的规模,每年可供水超过4000万立方米,不但缺水问题迎刃而解,每年还可节省购水费用4200万元,减少矿井水处理及外排费用1800万元。

地下水库一角(资料图)

富含炭、结构疏松的矸石,对水有很强的过滤、净化作用。大柳塔煤矿探索利用建成的地下水库,将矿井中产生的污水自然净化后循环利用。

陈苏社说,2011年,大柳塔煤矿5号煤层采区即将投产时,与之配套的污水处理厂还没建好。5号煤层与2号煤层的层间距离为150多米,当时自己琢磨,如果选择合适的位置钻孔,将两个煤层贯通,就可以用管道把5号煤层采区的污水通过水泵排到2号煤层的水库,经过自然净化后,再利用高低落差,通过管道把水回流到5号煤层,实现水的循环利用。

神东矿区(新华社)

3个月后,深155米、直径1.4米的垂直钻孔打成了。陈苏社说,“我们在钻孔里布置了4条输水管,一举解决了5号煤层采区污水处理和循环利用问题,目前全矿每年可处理生产污水350万立方米。”。

据了解,大柳塔煤矿的整个地下水库系统,分为井下和地表两部分。井下部分的核心技术,是分布式地下水库和采空区矸石净水。其中,井下的3个分布式地下水库进行地下水收集、储水和井下污水净化,并为井下的生产单位供水。

每天还有约4500立方米的水被输送到地面,供地面生产单位使用。榆树、山杏、沙棘,樟子松……经过多年绿化,如今大柳塔矿区郁郁葱葱。

神东矿区(资料图)

“大柳塔煤矿从地表到井下,如同一个5层的地下室,地表是地下室的顶部,2号煤层就是地下室的第二层,5号煤层是底层。地下水库的运行模式,就是把第二层的部分房间封闭后,用于收集、储存地下水和净化污水。然后,一部分水供井下生产单位使用,一部分水用水泵排到顶层,供顶层上生产单位使用和屋顶花园的灌溉。”陈苏社说。

同时,经过近20年的技术攻关,该团队相继研发了煤矿地下水库和煤矿分布式地下水库水资源保护利用技术。

比如,为了保障煤矿地下水库的安全,顾大钊带领团队研发了地下水库“三重防护”技术,一是库间调水技术,保障每个水库的水量都不超标;二是实时监控地下水库坝体应力变形技术;三是应急泄水技术,保障在突发情况下的突然冒水时可以及时泄水,保障安全。

此外,顾大钊说,其团队还研发了库前沉淀、井下模块化处理、库内净化“三位一体”水处理技术,充分利用煤矿原有配套的设备,使采空区成为高效率、低成本的水处理工厂。目前在神东矿井下建造的水库,建造成本大概在2元/立方米左右,运营成本在1元/立方米左右。

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来源:观察者网综合 | 责任编辑:廖志鸿
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