閻官法，郭 雷

(河南省科學(xué)院地理研究所，鄭州450052)

0 引言

礦井水是伴隨煤炭開采產(chǎn)生的地下涌水，它本身是一種地下水資源［1-2］。中國煤炭以井工開采為主，約占整個(gè)煤炭產(chǎn)量的97%，由于含煤地層一般在地下含水層之下，在采煤過程中，為確保煤礦井下安全生產(chǎn)，必須排出大量礦井涌水。礦井水是一類多元相的復(fù)合型水，包含無機(jī)、有機(jī)污染物，細(xì)菌污染物和多種有毒有害物質(zhì)及放射性物質(zhì)。與生活污水、工業(yè)污水相比，大多數(shù)礦井水處理較易。將礦井水實(shí)現(xiàn)資源化后，不僅可大大減輕由于礦區(qū)地下水資源的過度開采而造成的環(huán)境資源破壞，同時(shí)還可緩解地區(qū)水資源短缺問題。目前，對(duì)于礦井水的研究主要集中在2個(gè)方面:(1)礦井水處理技術(shù)的提升。針對(duì)不同類型的礦井水，不斷優(yōu)化技術(shù)，以提高技術(shù)的適用性和處理效率，這部分研究占大多數(shù)［3-6］。(2)政策層面的研究。集中在對(duì)礦井水目前利用現(xiàn)狀、存在問題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的對(duì)策［7-9］。而針對(duì)區(qū)域、礦區(qū)特點(diǎn)等進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)、分析礦井水開發(fā)利用方向的研究較少。

鄭州市水資源短缺［10］，水資源供需矛盾突出［11］，為有效提高鄭州水資源和水環(huán)境的承載能力，協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與人口、資源、環(huán)境的關(guān)系，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，提高水資源利用效率，鄭州市在提高礦井水等非常規(guī)水資源利用方面做了很多工作［12-14］，形成了多種有效的礦井水開發(fā)利用方式。然而，目前對(duì)于這些利用方式缺乏系統(tǒng)的總結(jié)分析。本研究通過調(diào)查問卷、現(xiàn)場調(diào)研、專家座談等方法對(duì)鄭州市礦井水開發(fā)利用情況進(jìn)行了調(diào)查總結(jié)，對(duì)區(qū)域水資源情況、礦區(qū)特點(diǎn)、用水特點(diǎn)等進(jìn)行深入分析，并在此基礎(chǔ)上提出了鄭州市礦井水開發(fā)利用模式，為鄭州市加強(qiáng)礦井水的管理、提高礦井水資源的利用效率提供一定的指導(dǎo)，為其他地區(qū)礦井水利用提供一定的借鑒。

1 研究方法

在鄭州市供水節(jié)水技術(shù)中心的指導(dǎo)下，采用問卷調(diào)查、現(xiàn)場調(diào)查與座談相結(jié)合的方法。問卷內(nèi)容包括2012年全年鄭州轄市、縣、上街區(qū)礦井水資源利用情況，礦山企業(yè)及各個(gè)礦井概況(包括礦區(qū)規(guī)模、年產(chǎn)量、現(xiàn)有儲(chǔ)量、擬規(guī)劃產(chǎn)量、用水量、生活用水量、生產(chǎn)用水量、工業(yè)用水重復(fù)利用率、礦區(qū)周邊環(huán)境等)以及礦井水利用情況(包括礦井水年涌水量及利用量、處理技術(shù)及工藝流程、利用方式、處理成本、現(xiàn)有處理工程的投資額)等。

2 鄭州市礦井水分布情況

鄭州市礦井水主要分布在新密、登封、鞏義、新鄭、滎陽。2012年，鄭州市礦井水年產(chǎn)生量約為9 365萬m3，煤炭實(shí)際年產(chǎn)量約2 426萬t，生產(chǎn)1 t煤炭產(chǎn)生的礦井水量為3.97 m3，其中新密、新鄭、鞏義、登封、滎陽生產(chǎn) 1 t煤炭產(chǎn)生的礦井水量分別為 3.20，5.80，7.20，1.90，10.30 m3，新鄭、鞏義、滎陽煤礦屬高涌水礦區(qū)(≥3.60 m3/t)。2012年，鄭州市礦井水利用率為45.0%，各地區(qū)礦井水利用發(fā)展不均衡，新密、鞏義礦井水利用率較高，分別達(dá)到了69.1%，61.9%;登封礦井水利用率居中，為43.8%;新鄭、滎陽礦井水利用率較低，需要進(jìn)一步加強(qiáng)其礦井水利用。礦井水利用途徑主要集中在廠區(qū)自用方面，如用于井下的消防、降塵以及地面綠化和灑水降塵等。

3 礦井水開發(fā)利用模式

3.1 礦區(qū)高效自用模式

3.1.1 模式內(nèi)容。采煤礦區(qū)普遍缺水，同時(shí)礦井水又大量直接排放，既造成水資源浪費(fèi)，又對(duì)環(huán)境構(gòu)成危害。因此，礦井水利用應(yīng)優(yōu)先考慮礦區(qū)自身的利用。目前礦區(qū)已廣泛開展了礦井水的常規(guī)利用，如用于井下生產(chǎn)、儲(chǔ)煤場及矸石場降塵、洗煤、廠區(qū)灑掃等。近年來，隨著礦井水深度處理技術(shù)的發(fā)展，礦井水利用途徑得到了拓展，如將礦井水用于礦區(qū)生活、生產(chǎn)礦泉水、水源熱泵等。①用作礦區(qū)生活用水。礦井在掘進(jìn)過程中往往會(huì)碰到斷層，在斷層處一般有裂隙承壓水涌出。經(jīng)過長期觀測后，確定其補(bǔ)給來源，再?zèng)Q定是否有利用價(jià)值。如果裂隙承壓水未受污染，出水穩(wěn)定，水質(zhì)理化指標(biāo)能夠滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)，只需進(jìn)行簡單的消毒處理，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)后，就可作為生活水源，從而解決礦井缺水的問題。在井下裂隙水涌出地，就近建井下水倉及水泵硐室，將井下水提升后送入地面儲(chǔ)水池，在水池入口處投加消毒劑，經(jīng)消毒處理后作為礦井的生活用水。或采用無機(jī)陶瓷膜處理等先進(jìn)深度處理技術(shù)，將礦井水處理后作為生活用水。礦井水應(yīng)用于生活用水較早開始于新密市超化礦，該煤礦于2008年自籌資金900多萬元，建設(shè)礦井水綜合利用工程，采用斜板沉淀和無機(jī)陶瓷膜工藝，對(duì)礦井排水進(jìn)行初級(jí)和深度凈化處理，處理規(guī)模320 m3/h，處理后的出水達(dá)到國家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，不僅用于礦區(qū)生產(chǎn)生活，而且制成瓶裝礦泉水，有效緩解了礦區(qū)缺水狀況，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。裴溝礦在超化礦礦井水利用的示范帶動(dòng)下，也建設(shè)了礦井水深度凈化系統(tǒng)，解決了礦區(qū)缺水的問題。②用作水源熱泵。煤礦在開采過程中，井下采空區(qū)以及采煤區(qū)工作面排出的礦井水水溫可達(dá)到19℃，部分達(dá)到30℃左右，一年四季相對(duì)穩(wěn)定，是一種穩(wěn)定的和利用價(jià)值高的熱源。但目前情況下大部分礦井水的熱能隨著礦井水的排放而流失，或者處理過程中沒有考慮到能量的提取，造成熱源浪費(fèi)。煤礦的礦井水井下處理后，通過排水系統(tǒng)排到地面，利用礦井水作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。在夏季時(shí)，熱回收機(jī)組為礦辦公樓和公寓樓提供空調(diào)制冷，冬季則直接通過水源熱泵提取熱量為辦公樓和職工宿舍供暖。目前水源熱泵技術(shù)在部分規(guī)模較大的礦區(qū)已得到了應(yīng)用，如新密超化礦、新鄭趙家寨煤礦、永城開控水務(wù)等均采用水源熱泵技術(shù)實(shí)現(xiàn)了礦區(qū)廠區(qū)的集中供暖和制冷，節(jié)約了大量能源，取得了良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

3.1.2 模式適用范圍。礦井水高效自用模式對(duì)于礦井水水質(zhì)的要求較高，需要采用無機(jī)陶瓷膜等深度處理設(shè)備才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)要求。因此，該模式適用于年涌水量達(dá)到一定規(guī)模(60萬t/a)的資金充足的大中型礦區(qū)。煤礦企業(yè)所處地區(qū)水資源緊張，為滿足礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，將礦井水通過深度處理技術(shù)作為礦區(qū)生活用水、生產(chǎn)礦泉水、洗浴水源等以實(shí)現(xiàn)高效利用，有條件的礦區(qū)可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化利用，建設(shè)水源熱泵系統(tǒng)。

3.2 作為城市集中供水水源模式

3.2.1 模式內(nèi)容。煤炭資源所在地普遍缺水，為保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水資源的需要，必須加強(qiáng)礦井水利用，將礦井水納入城鎮(zhèn)供水水源統(tǒng)籌規(guī)劃，有效緩解區(qū)域水資源短缺約束。①與城市水廠聯(lián)合供水模式。有的煤礦距離城區(qū)較近，而且礦井水抽采量大、水質(zhì)穩(wěn)定，經(jīng)簡單處理后能夠達(dá)到國家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可以考慮將礦井水納入城市供水水源，與水廠聯(lián)合供水。如位于新鄭市的趙家寨煤礦礦井水涌水量為45 000 m3/d，除部分自用外，大部分直接外排。趙家寨煤礦所在的新鄭市辛店鎮(zhèn)為缺水地區(qū)，目前鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)沒有供水水廠，居民生活用水及企事業(yè)單位用水全部采用自備井。隨著新鄭市及辛店鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，供水范圍不斷擴(kuò)大，用水需求大幅增長。為解決辛店鎮(zhèn)居民及企事業(yè)單位用水需求，辛店鎮(zhèn)政府在趙家寨煤礦西側(cè)緊臨煤礦廠區(qū)建設(shè)了1座規(guī)模為2萬m3/d的凈水廠，水源采用趙家寨煤礦礦井水。該工程的實(shí)施保障了辛店鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水資源的需求，減少了礦井水的排放，提高了水資源利用效率。②排入城市水源地實(shí)現(xiàn)供水模式。對(duì)于特殊地質(zhì)條件下抽采出的潔凈礦井水，可以將其直接排入城市水源地，作為城市飲用水源的補(bǔ)給水源，實(shí)現(xiàn)資源化利用。如新密市煤礦排水陣地，為解決新密市牛店鎮(zhèn)22家鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦涌水威脅，在王莊礦東改造大巷上部，牛店武村建立排水陣地，將井下水倉的礦井水集中抽提到地面。由于抽排的礦井水出水水質(zhì)較好，能夠滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—93)Ⅲ類水質(zhì)要求，為緩解新密市水資源緊缺現(xiàn)狀，新密市將抽排的礦井水通過管道直接輸送到李灣水庫作為城市集中供水水源。排水陣地為特殊地質(zhì)條件下集中分布的小煤礦安全生產(chǎn)和礦井水高效利用提供了新思路，具有一定的推廣意義和示范作用。

3.2.2 適用范圍。由于城市供水的特殊性，一方面要求水源穩(wěn)定、水量充足，另一方面要考慮運(yùn)營成本。所以，對(duì)于水源比較穩(wěn)定、水質(zhì)比較簡單而且水量達(dá)到一定規(guī)模(年涌水量在500萬t以上)的礦區(qū)，可以考慮用作城市供水水源，與水廠聯(lián)合供水?？紤]到輸水成本，建議臨近礦區(qū)或位于礦區(qū)排水下游的供水廠可就近采用礦井水作為供水水源。對(duì)于特殊地質(zhì)條件下抽采出的潔凈礦井水，可直接為水廠供水，也可引入城市水源地，作為城市水源統(tǒng)一調(diào)配，原則上以全部利用為主。

3.3 與工業(yè)用水大戶連供模式

3.3.1 模式內(nèi)容。結(jié)合河南省產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)建設(shè)，將礦井水利用與集聚區(qū)建設(shè)及重點(diǎn)用水企業(yè)發(fā)展相結(jié)合。根據(jù)用水水質(zhì)要求，采取先進(jìn)適用的處理技術(shù)和利用模式，重點(diǎn)加強(qiáng)礦井水在火電、化工、冶金等領(lǐng)域的應(yīng)用。如位于登封市大冶工業(yè)園區(qū)的華潤電力有限公司2×60萬kW發(fā)電機(jī)組將周邊煤礦的礦井水作為其重要的生產(chǎn)用水水源，有效減少了工業(yè)企業(yè)發(fā)展對(duì)區(qū)域地下水的消耗。位于永城產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)內(nèi)的永城開控水務(wù)，將永煤集團(tuán)旗下的三大礦區(qū)排水經(jīng)過管道全部收集起來，經(jīng)混凝沉淀、無機(jī)陶瓷膜處理后，全部用于對(duì)面的龍宇化工，每天處理礦井水量7萬t，每年實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益3 500萬元。

3.3.2 模式適用范圍。礦井水用作工業(yè)用水是目前以及將來主要的礦井水利用途徑。河南省水資源緊缺的現(xiàn)狀決定了將來電廠、化工、冶金等高耗水企業(yè)只能通過再生水或礦井水等非常規(guī)水源來滿足生產(chǎn)需求。礦井水用作工業(yè)用水，適用范圍較廣?？梢詫⒌V井水通過管道直接引入企業(yè)，由企業(yè)進(jìn)行集中處理，如上街鋁廠將鞏義新中煤礦的礦井水直接引入企業(yè)用作生產(chǎn)用水，登封市華潤電廠將周邊煤礦的礦井水作為其重要的生產(chǎn)用水水源。也可以由第三方水務(wù)公司將周邊煤礦的礦井水進(jìn)行集中處理后用作集聚區(qū)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)用水，如河南開控水務(wù)，這種模式較適用于同一煤炭集團(tuán)下邊集中分布的幾個(gè)礦區(qū)。

4 結(jié)論及政策建議

4.1 結(jié)論

鄭州市礦井水主要分布在新密、登封、鞏義、新鄭、滎陽，礦井水利用發(fā)展不均衡，新密、鞏義礦井水利用率較高，登封礦井水利用率居中，新鄭、滎陽礦井水利用率較低。礦井水開發(fā)利用模式主要有3類:(1)礦區(qū)高效自用模式。包括用作礦區(qū)生活用水以及用作水源熱泵，適用于年涌水量達(dá)到一定規(guī)模的大中型礦區(qū)，礦井水通過深度處理技術(shù)可以作為礦區(qū)生活、生產(chǎn)用水等實(shí)現(xiàn)高效利用，有條件的礦區(qū)可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化利用，建設(shè)水源熱泵系統(tǒng)。(2)作為城市集中供水水源模式。包括與城市水廠聯(lián)合供水以及排入城市水源地實(shí)現(xiàn)供水，適用于水源比較穩(wěn)定、水質(zhì)比較簡單而且涌水量達(dá)到一定規(guī)模的礦區(qū)，且供水廠臨近礦區(qū)或位于礦區(qū)排水下游。特殊地質(zhì)條件下抽采出的潔凈礦井水，可以直接為水廠供水，也可以引入城市水源地，作為城市水源統(tǒng)一調(diào)配。(3)與工業(yè)用水大戶連供模式。模式適用范圍較廣，可以將礦井水通過管道直接引入企業(yè)，由企業(yè)進(jìn)行集中處理，或者由第三方水務(wù)公司將周邊煤礦的礦井水進(jìn)行集中處理后用作集聚區(qū)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)用水。

4.2 政策建議

(1)制定礦井疏干排水利用專項(xiàng)規(guī)劃。通過規(guī)劃確定礦區(qū)礦井涌水總量控制指標(biāo)和礦井疏干排水利用指標(biāo)以及水功能區(qū)納污能力指標(biāo)的核定，建立礦井涌水、礦井疏干排水利用及排放管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。在規(guī)劃時(shí)要注意根據(jù)再生水水源的水質(zhì)、水量要求和輸配水方式，合理確定礦井疏干排水再生利用的規(guī)模、用水途徑、布局和建設(shè)方式［10，15］。

(2)加強(qiáng)水資源費(fèi)的征收使用與管理。目前，鄭州市煤礦企業(yè)若利用礦井水，就得交納水資源費(fèi)，但是若直接排放，卻不必繳納費(fèi)用，降低了煤礦企業(yè)利用礦井水的積極性。因此，要認(rèn)真實(shí)施國家和河南省的水資源費(fèi)征收管理辦法，加強(qiáng)水資源費(fèi)的征收管理，對(duì)礦井水再利用的企業(yè)給予水資源費(fèi)減免。一是加強(qiáng)礦井涌水、礦井疏干排水利用水量的計(jì)量管理，堅(jiān)決杜絕無計(jì)量收費(fèi)、協(xié)議收費(fèi)等情況的發(fā)生。二是嚴(yán)格執(zhí)行按月計(jì)量、按月征收的規(guī)定，繼續(xù)做好水資源費(fèi)征收月報(bào)制度。三是加強(qiáng)征收使用管理。確保水資源費(fèi)足額征收，杜絕挪用，保證征收的水資源費(fèi)全部用于水資源節(jié)約、保護(hù)和管理。四是對(duì)疏干排水再利用礦井水資源的企業(yè)可按標(biāo)準(zhǔn)從低征收水資源費(fèi)。

(3)拓寬融資渠道，加大資金投入。礦井水資源化利用建設(shè)資金以企業(yè)為主體，納入規(guī)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目，國家給予優(yōu)先支持，同時(shí)積極采取市場化運(yùn)作方式，開拓融資渠道，鼓勵(lì)社會(huì)各界投資礦井水利用工程，促進(jìn)礦井水利用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

(4)動(dòng)員各方力量，加強(qiáng)協(xié)作配合。充分發(fā)揮行業(yè)協(xié)會(huì)等中介機(jī)構(gòu)的作用，建立礦井水利用技術(shù)交流服務(wù)平臺(tái)，加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)、信息服務(wù)和經(jīng)驗(yàn)交流，及時(shí)總結(jié)和推廣礦井水利用先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，提供礦井水利用技術(shù)支持，促進(jìn)礦井水利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)裝備升級(jí)。各地有關(guān)部門要大力支持礦井水外供，減少地表和地下取水，其中協(xié)調(diào)對(duì)外供水并網(wǎng)、入網(wǎng)和支持管網(wǎng)投融資是最重要的環(huán)節(jié)。

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