師曉東,李 遠(yuǎn),張建瑞,劉攀峰,王小艷

(河南省地質(zhì)局地質(zhì)災(zāi)害防治中心,河南 鄭州 450012)

礦井水(煤礦礦井涌水)是伴隨煤炭開采產(chǎn)生的地下涌水,是采煤過程中必然發(fā)生的一種水患危害,不僅會(huì)給井巷開拓及回采工作帶來困難,需耗巨資建立礦井防排水工程,增加采礦成本,同時(shí)大型突水還會(huì)造成重大的人身傷亡和水淹采區(qū)甚至淹井事故。我國煤炭開采以井工開采為主,其產(chǎn)量約占整個(gè)煤炭產(chǎn)量的97%,由于含煤地層一般在地下水含水層之下,在采煤過程中,為保障煤礦井下安全生產(chǎn),必須及時(shí)將進(jìn)入礦井全部的水從礦井中排出,故礦井排水量與礦井涌水量一致,由于各煤礦在生產(chǎn)過程中對礦井排水量進(jìn)行了監(jiān)測,亦有成系列的排水量數(shù)據(jù),故礦井水排水量的大小可表征礦井水涌水量的大小[1-3]。

河南省除義馬礦區(qū)中幾對礦井開采侏羅系煤層外,其他礦區(qū)多屬華北石炭—二疊巖溶型煤田,煤層底板分布有石炭紀(jì)薄層灰?guī)r和奧陶紀(jì)(或寒武紀(jì))巨厚層灰?guī)r巖溶含水層,水文地質(zhì)條件普遍較復(fù)雜,尤其是焦作、鶴壁、禹州、新密、滎鞏、新安、偃龍等礦區(qū)普遍存在著較為嚴(yán)重的礦井突水問題。不僅增加了防治煤礦礦井涌水難度、提高了采煤成本,大量疏排地下水也造成寶貴的地下水資源被浪費(fèi)。河南省的礦井水主要來源為煤層頂板砂巖裂隙水和底板灰?guī)r巖溶水,井下采掘生產(chǎn)活動(dòng)雖然會(huì)改變天然固有的水質(zhì)狀態(tài),但礦井水通常是懸浮物和色度超標(biāo),經(jīng)過簡單處理就可以用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)甚至居民生活。當(dāng)前,礦井水資源化程度很低,大部分被白白排放地表,不僅浪費(fèi)了大量水資源,也造成了一定的環(huán)境污染[4-7]。煤炭綠色開采和保護(hù)生態(tài)環(huán)境已成為現(xiàn)階段我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)和諧發(fā)展的目標(biāo),減少礦井水和提高其資源化利用水平,不僅是國內(nèi)各產(chǎn)煤大省同時(shí)也是世界都在著手解決的重大問題。

基于此,本文研究了河南省煤礦礦井水水資源綜合利用方法,為提高河南省礦井水的利用程度和保護(hù)生態(tài)環(huán)境提供依據(jù)。

1 煤田概況

河南省煤炭資源豐富,地下垂深2 000 m以淺含煤面積約18 900 km2,其中已探明面積約3 800 km2。河南省共分為19個(gè)礦區(qū)(或煤田),分別是:安陽礦區(qū)、鶴壁礦區(qū)、焦作礦區(qū)、濟(jì)源礦區(qū)、陜澠礦區(qū)、義馬礦區(qū)、新安礦區(qū)、宜洛礦區(qū)、臨汝礦區(qū)、偃龍礦區(qū)、滎鞏礦區(qū)、新密礦區(qū)、登封礦區(qū)、禹州礦區(qū)、平頂山礦區(qū)、南召礦區(qū)、確山礦區(qū)、商固礦區(qū)和永夏礦區(qū)。煤炭資源分布于豫北、豫西和豫東地區(qū),其中90%的資源集中分布在京廣線以西地區(qū),主要分布在鄭州、三門峽和焦作等14個(gè)地區(qū)[8-10]。截至2007年12月31日,河南省煤炭資源儲(chǔ)量構(gòu)成如圖1所示。

圖1 河南省煤炭資源儲(chǔ)量構(gòu)成餅圖Fig.1 Pie chart of coal resource reserves in Henan Province

2 礦井水資源化利用現(xiàn)狀

在當(dāng)今環(huán)境生態(tài)問題突出,國家對環(huán)保要求非常嚴(yán)格,原煤開采成本高和虧損嚴(yán)重,安全生產(chǎn)要求高的形勢下,煤炭企業(yè)都能從大局出發(fā),一方面采取綜合性的防治水措施,千方百計(jì)削減礦井水涌(排)水量,確保安全生產(chǎn);另一方面,針對采煤不得不排放礦井水的現(xiàn)實(shí),遵照國家有關(guān)規(guī)定,建設(shè)環(huán)保設(shè)施,使礦井水基本上都能達(dá)標(biāo)排放。對于處理后礦井水如何利用,按照充分利用和減少外排量的原則,盡量用于煤礦自身的生產(chǎn)和生活。對于外排的礦井水,也應(yīng)大力支持所在地方工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民生活將其再利用。但由于礦井水水量及水質(zhì)遠(yuǎn)不及其他水源穩(wěn)定,尤其最近幾年煤礦生產(chǎn)狀況極不穩(wěn)定,排水量變化較大,從而為其再利用增加了難度。此外,排出礦井之外的礦井水,利用方向及其利用量難以掌控,尤其是農(nóng)業(yè)用水量,難以獲得準(zhǔn)確的數(shù)字。項(xiàng)目外業(yè)調(diào)查期間,針對大水礦井外排水的利用曾通過走訪、實(shí)地查看和資料收集等多種途徑進(jìn)行調(diào)查,但不同部門、不同單位統(tǒng)計(jì)數(shù)字不一。因此,礦井水利用量尤其是農(nóng)田灌溉利用量是大概數(shù)字。

2.1 礦井水利用情況

河南省煤礦2016年礦井水總量為41 225萬 m3,在排水資料[5-10]相對翔實(shí)的9個(gè)礦區(qū)中,礦井水總量為35 539萬m3,利用量為24 219萬m3,利用率為68%。由于9個(gè)礦區(qū)礦井水總量占河南省煤礦總排水量的86%,該值基本上能夠代表河南省礦井水利用的水平。在利用方式上,以城市供水、電力企業(yè)生產(chǎn)用水、礦井自用和環(huán)境生態(tài)用水(指有配套工程和專門用途的用水)。在城市供水方面,平煤神馬集團(tuán)供水總廠將優(yōu)質(zhì)的礦井水經(jīng)過集中處理后向各礦及周邊居民供水,年利用量3 000萬m3,供水量已占平頂山市城市總供水量的40%以上。焦作市第六水廠利用中馬礦優(yōu)質(zhì)礦井水為水源,年利用量為360萬m3。在工業(yè)利用方面,仍以電廠生產(chǎn)用水為主。鶴壁礦區(qū)建設(shè)了礦井水綜合利用工程,將統(tǒng)一處理后礦井水用于鶴壁電廠三期工程(2×600 MW)和鶴煤熱電廠(2×135 MW)的生產(chǎn)用水,利用量1 700萬m3。焦作礦區(qū)中馬村礦和演馬礦的礦井水被焦作萬方電廠和金冠電廠所利用,古漢山礦和九里山礦的礦井水被華電新鄉(xiāng)電廠利用。

河南省礦井水利用率以鶴壁和平頂山礦區(qū)最高,基本上達(dá)到或接近100%,一些礦井關(guān)閉停止排水后,甚至出現(xiàn)了供給不足和工業(yè)、農(nóng)業(yè)供水爭先利用礦井水問題。在礦井水利用潛力方面,雖然利用率為68%,但仍以農(nóng)田灌溉為主,扣除農(nóng)田灌溉后的直接利用率僅為37%,開發(fā)利用潛力仍然很大。例如,永城礦區(qū)因水資源緊張,境內(nèi)煤礦礦井水未利用量達(dá)到2 500萬m3,可以解決裕東電廠二期和神火600 MW機(jī)組電廠部分生產(chǎn)用水,目前已經(jīng)制定利用礦井水的方案。焦作煤業(yè)集團(tuán)趙固電廠2×35萬kW低熱值煤發(fā)電廠已經(jīng)獲準(zhǔn)建設(shè),其生產(chǎn)用水可以優(yōu)先考慮利用趙固一礦及趙固二礦的礦井水,目前未利用量1 200萬m3/a。新安萬基控股電廠2×600 MW超超臨界發(fā)電機(jī)組工程也已獲批,廠址位于新安縣鐵門鎮(zhèn)廟頭村,可以優(yōu)先考慮利用新安礦區(qū)的礦井水,可以利用量1 500萬m3/a。

2.2 礦井水利用方面問題

(1)礦井水利用水平有待于進(jìn)一步提高。煤礦在節(jié)能減排、礦井水達(dá)標(biāo)排放及加強(qiáng)自身就近利用方面做得較好,但對剩余礦井水如何利用問題煤礦自身不能掌控,需要會(huì)同地方政府有關(guān)部門及廠礦企業(yè)共同合作,共同推進(jìn)礦井水資源化工作,提高礦井水利用率。

(2)礦井水利用方向有待于優(yōu)化。從工業(yè)生產(chǎn)利用礦井水來說,需水量較大的電廠仍是目前最適宜的利用方向。不少礦區(qū)周邊規(guī)劃有發(fā)電廠,煤礦應(yīng)積極配合當(dāng)?shù)卣碗姀S,共同推進(jìn)排水利用水平。此外,平頂山和焦作也利用礦井水作為城市供水。

(3)煤礦需進(jìn)一步提高綜合防治水水平,不斷削減排水量。河南省不少煤礦都受底板灰?guī)r承壓水的突水威脅,大水煤礦也有不少。在當(dāng)前骨干煤炭企業(yè)中,排水量超過1 000 m3/h礦井有焦煤集團(tuán)的中馬村礦、演馬礦、九里山礦和古漢山礦,鄭煤集團(tuán)的趙家寨礦和平煤神馬集團(tuán)的平禹一礦6對礦井,排水量在500～1 000 m3/h的礦井有15對之多。隨著開采深度的加大,底板承壓水突水危險(xiǎn)加大。因此,煤礦應(yīng)全力以赴地做好防治水工作,采用不破壞含水層系統(tǒng)、不導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化,同時(shí)又加強(qiáng)礦井水資源循環(huán)利用的綠色環(huán)保開采技術(shù)。

3 礦井水資源化利用原則及途徑

礦井水資源化利用的原則是:“優(yōu)質(zhì)水優(yōu)用,劣質(zhì)水劣用”原則;“先井下后井上,先生產(chǎn)后生活”原則;“先礦區(qū)后城市,最后是農(nóng)業(yè)”原則。根據(jù)這些原則,礦井水利用途徑很多,如圖2所示。

圖2 礦井水資源化利用Fig.2 Resource utilization of mine water

(1)井下實(shí)行清水污水分流,清水經(jīng)過簡單處理后直接利用。華北石炭—二疊巖溶型煤田煤層底板巖溶水是礦井水的重要來源,發(fā)生巖溶水突水或從疏放鉆孔、泄水巷流入礦坑的巖溶水,未在采煤巷道或采空區(qū)長距離流動(dòng)并沒有與其他礦井水混合時(shí),其水質(zhì)保持天然水質(zhì),可以直接作為生產(chǎn)和生活用水。煤礦可將直接從含水層中流出并未受污染的地下水,與從采空區(qū)或工作面流出的被污染礦井水分開排放,將清水排至地面簡單處理后加以利用。例如,鄭州礦區(qū)東風(fēng)礦實(shí)施的利用井下大巷突水點(diǎn)向自備坑口電廠供水,供水量800 m3/h。龐莊煤礦單獨(dú)提取-370 m的陷落煤柱水作生活飲用水,減輕了中央泵房60 m3/h的負(fù)荷,使礦區(qū)4 000人的生活用水得以解決。河北邢臺(tái)礦在開采下組煤時(shí),將疏排底板巖溶水,通過專門的排水管路,輸送至地面供礦區(qū)生活用水和電廠生產(chǎn)用水需要。潞安礦區(qū)王莊煤礦井下設(shè)立清水倉與污水倉,把清水輸送至地面進(jìn)行簡單的消毒處理用作生活用水。義安煤礦分別對斜井-60 m水源、-160 m水源、-280 m水源、-500 m水源進(jìn)行水質(zhì)調(diào)查和分析,分別將其用作礦區(qū)生活飲用水源、井下防塵供水源、地面綠化與雜用供水源和洗煤供水源,滿足了礦區(qū)不同用水部門對水的需求。

(2)礦井水凈化處理后利用。從空間角度,礦井水凈化處理工程主要分為兩類:地面處理工程和井下處理工程。前者是井下各處產(chǎn)生的礦井水經(jīng)巷道匯集到礦井的中央水倉,由中央泵房將混合的礦井水提升至地面,在地面建凈化站處理,達(dá)標(biāo)后再分別輸送到各用水部門使用;后者是在礦井水進(jìn)入中央水倉前,經(jīng)過井下凈化站處理,達(dá)標(biāo)后進(jìn)入中央水倉,中央泵房再將清水輸送到各用水部門使用。

(3)農(nóng)業(yè)灌溉。據(jù)資料顯示,我國煤礦目前約有80%的礦井,其礦井水溶解性總固體濃度小于300 mg/L,可以達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的新、改、擴(kuò)建二級排放的要求。對于含一般懸浮物礦井水,當(dāng)溶解性總固體小于200 mg/L,一般可滿足《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—92)。華北石炭—二疊巖溶型煤田各煤礦涌水量都較大,水質(zhì)普遍較好,這為煤礦周邊農(nóng)田灌溉提供了水源條件。焦作礦區(qū)在20世紀(jì)70—80年代,利用礦井水灌溉農(nóng)田66.67 km2,取得較好的社會(huì)效益。

(4)工業(yè)用水。電廠或熱電聯(lián)產(chǎn)工程冷卻用水和脫硫除塵用水量大,礦井水經(jīng)過處理后能夠滿足電力生產(chǎn)企業(yè)工業(yè)用水的水質(zhì)要求。國家針對電力企業(yè)的用水,提出了“優(yōu)先選擇城市再生水和礦井排水、鼓勵(lì)利用地表水和限制使用地下水”的政策。因此,具備使用礦井水條件的電力企業(yè),應(yīng)優(yōu)先選擇礦井水作為生產(chǎn)用水的水源。例如,新鄉(xiāng)市輝縣市吳村鎮(zhèn)南的華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司電廠一期工程為2×660 MW燃煤發(fā)電機(jī)組,二期工程2×1 000 MW燃煤發(fā)電機(jī)組,需水量為2 758 m3/h。以古漢山礦和九里山礦的礦井水為生產(chǎn)用水的水源,利用量達(dá)到1 300萬m3/a。

4 城市供水的水源

含一般懸浮物的礦井水經(jīng)過簡單處理后,可以作為城市供水的水源。例如,焦作市馬村區(qū)水廠就是以中馬村礦的排水為水源,年利用量可達(dá)300萬m3。平頂山礦區(qū)也有利用礦井水作為礦區(qū)居民供水水源的成熟經(jīng)驗(yàn)。但是,由于礦井水水質(zhì)較差且不穩(wěn)定,水量亦不如其他水源穩(wěn)定,隨著人們對供水質(zhì)量的高要求以及南水北調(diào)工程提供了豐富的優(yōu)質(zhì)水源,為城市飲用供水的利用量將會(huì)有所下降。

5 礦井水的處理工藝

5.1 地面處理工藝

目前,對于含一般懸浮物礦井水,地面處理工程的工藝相對成熟單一,基本沿用“混凝—沉淀—過濾—消毒”的流程進(jìn)行,出水可滿足生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。常用的構(gòu)筑物有:調(diào)節(jié)池、澄清池、無閥重力雙層濾池、污泥濃縮池、加氯消毒車間(圖3)。

圖3 礦井水基礎(chǔ)處理工段工藝流程Fig.3 Process flow of mine water foundation treatment section

(1)混凝藥劑的選擇與復(fù)配,以降低藥劑費(fèi)用,提高出水水質(zhì)。聚合氯化鋁(PAC)+聚丙烯酰胺(PAM-)是常用的藥劑組合。PAC適宜處理含濁水質(zhì),PAM-分子量大,助凝性能優(yōu)良,兩者組合處理效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于單獨(dú)使用的效果,并可節(jié)約PAC用量,可由100 mg/L降到10 mg/L以下,我國在這方面已有成熟經(jīng)驗(yàn)。

(2)集澄清和過濾作用一體的凈化器。澄清池集混合絮凝沉淀于一體,減少了構(gòu)筑物的數(shù)量,因而獲得廣泛的應(yīng)用;部分廠礦開發(fā)的高效礦井水凈化設(shè)備集澄清池和過濾池于一體的一體化凈化器,普遍用于中小規(guī)模礦井水處理廠的首選設(shè)備。

5.2 井下處理工藝

井下處理工程,形式多樣。主要形式亦有2類:①在各礦井水涌出口,未經(jīng)巷道就地建立簡易井下處理站,處理后輸送到各用水部門。②礦井水在經(jīng)過巷道進(jìn)入中心水倉前增加凈化處理站,中心水倉變成清水倉,從而解決了定期清理中心水倉的難題,中心泵房再將處理后的清水輸送到各用水工作斷面。如兗州東灘煤礦開發(fā)的“格柵—沉砂—混合—漩流反應(yīng)及斜管沉淀—混凝—過濾吸附以及污泥壓濾”工藝的井下處理工程;徐州權(quán)臺(tái)煤礦則是將中心水倉改造成混凝反應(yīng)的主要設(shè)備,對礦井水進(jìn)行預(yù)處理后,再由中心泵房提升至地面凈化站進(jìn)行二級處理。

5.3 一般懸浮物處理工藝

根據(jù)礦井水的水質(zhì)、水量和處理后的用途,處理工藝通常劃分兩段:基礎(chǔ)處理工段和深度處理工段。經(jīng)過基礎(chǔ)處理工段的處理,礦井水應(yīng)能滿足除生活飲用之外的其他用途;經(jīng)深度處理工段的處理,礦井水進(jìn)一步凈化,水質(zhì)達(dá)到或接近生活飲用水水質(zhì)要求?；A(chǔ)處理工段去除的主要污染物包括:懸浮物、有機(jī)物和油類。深度處理工段去除的主要污染物是部分菌類和微量有機(jī)物,增加飲用水的安全性,處理工藝流程如圖4所示。

圖4 礦井水深度處理工段工藝流程Fig.4 Process flow of deep treatment section of mine water

6 水資源需求分析與提高礦井水利用途徑

2015年全國礦井水利用率要達(dá)到75%以上,河南省礦井水2016年利用率僅為68%,利用水平有待于進(jìn)一步提高。根據(jù)前述的農(nóng)田灌溉用水評價(jià)結(jié)果可以看出,河南省礦井排水絕大部分適宜作為農(nóng)田灌溉用水,同時(shí)由于河南省農(nóng)田灌溉以漫灌為主,用水量大,且利用成本較低,故現(xiàn)狀礦井水資源化利用方式中農(nóng)業(yè)利用(以灌溉為主)占比最大。但節(jié)水農(nóng)田灌溉方式作為未來發(fā)展方向,農(nóng)業(yè)用水量要進(jìn)一步減小,同時(shí)礦井水作為一種較為優(yōu)質(zhì)的地下水資源,應(yīng)對其利用方式進(jìn)一步優(yōu)化,未來應(yīng)側(cè)重于解決正在或批準(zhǔn)建設(shè)的火電廠的生產(chǎn)用水。同時(shí)煤礦需進(jìn)一步提高綜合防治水水平,不斷削減排水量。結(jié)合前述礦區(qū)礦井水水質(zhì)評價(jià)結(jié)果及各礦區(qū)需水實(shí)際,提出各礦區(qū)提高礦井水利用水平的具體途徑,并分礦區(qū)詳述。

(1)焦作礦區(qū)。焦作煤業(yè)集團(tuán)趙固低熱值煤發(fā)電廠工業(yè)用水可就近利用趙固一礦和趙固二礦的礦井水。

(2)鶴壁礦區(qū)?？烧{(diào)整利用方式,增加供給鶴壁豐鶴發(fā)電有限責(zé)任公司(原鶴壁電廠)與鶴煤熱電廠的水量。

(3)平頂山礦區(qū)。利用經(jīng)過處理的礦井水供給平煤神馬集團(tuán)內(nèi)部的生產(chǎn)和生活用水。

(4)新密礦區(qū)。可為新密市、新鄭市提供部分的生態(tài)用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水,替代部分地下水開采。

(5)陜澠義馬礦區(qū)?？稍谔幚砗鬄闈瞥睾土x馬提供部分的生態(tài)用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水。

(6)永城礦區(qū)。由于區(qū)域地下水天然背景值較高,應(yīng)在進(jìn)行相應(yīng)的處理后作為生態(tài)用水或電廠生產(chǎn)用水。

(7)登封礦區(qū)。可在除鐵后作為礦區(qū)周邊山區(qū)人民的飲用水源。

(8)新安礦區(qū)。深度處理后作為大型企業(yè)甚至城鎮(zhèn)供水集中利用的潛力,亦可簡單處理后作為生態(tài)用水。

(9)禹州礦區(qū)。經(jīng)簡單處理后作為飲用水源。

(10)偃龍礦區(qū)。進(jìn)一步削減其礦井水排水量,將為龍門泉涌水創(chuàng)造了條件,經(jīng)過簡單的處理可作為景區(qū)的生態(tài)用水。

6.1 焦作礦區(qū)

焦作市地表水資源量4.18億m3,地下水資源量(淺層地下水)5.48億m3,扣除兩者重復(fù)計(jì)算量1.83億m3,全市水資源總量為7.83億m3。人均占有量223 m3,畝均占有量271 m3,分別占全國平均水平的1/10和1/5。九里山礦和古漢山礦的排水總量為2 250萬m3/a,已被位于新鄉(xiāng)市輝縣市吳村鎮(zhèn)南的華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司電廠所取用,該電廠一期工程為2×660 MW燃煤發(fā)電機(jī)組,二期工程2×1 000 MW燃煤發(fā)電機(jī)組,需水量為2 758 m3/h。中馬礦的排水除自用外,馬村區(qū)水廠利用量為400萬m3/a,剩余水量已經(jīng)全部被金冠電廠所利用。演馬莊礦當(dāng)前的排水已被萬方電廠和白鷺濕地公園所利用,該礦將在2018年12月份關(guān)停,關(guān)停后萬方電廠的生產(chǎn)用水將改用城市再生水。焦煤集團(tuán)在新鄉(xiāng)輝縣境內(nèi)的煤礦有趙固一礦、趙固二礦,此外還有隸屬地方的程村礦,各礦2016年排水量分別為917、203、350 m3/h,由于距離輝縣市及新鄉(xiāng)市較遠(yuǎn),不適合遠(yuǎn)距離輸送。但焦作煤業(yè)集團(tuán)趙固2×35萬kW低熱值煤發(fā)電廠已經(jīng)獲準(zhǔn)建設(shè),其工業(yè)用水可就近利用趙固一礦和趙固二礦的礦井水。

6.2 鶴壁礦區(qū)

鶴壁礦區(qū)現(xiàn)有三礦、中泰礦業(yè)(四礦)、五環(huán)分公司(五礦)、六礦、八礦、九礦和十礦,2016年總排水量2 000 m3/h。根據(jù)多年統(tǒng)計(jì),礦井水中巖溶水占60%左右,礦井水排泄巖溶水量為1 200 m3/h。鶴壁水務(wù)集團(tuán)有3個(gè)供水廠:第一水廠位于山城區(qū),以盤石頭水庫(地表水)為水源;第三水廠位于淇濱區(qū),以淇河地表水為水源,引水口位于淇濱區(qū)金山辦事處的寒波洞,采用泵提方式和暗管將淇河水引入水廠;第二水廠位于鶴山區(qū)鶴壁集,以地下水為水源,有深水井2眼,井深分別為450 m和500 m,開采奧陶系灰?guī)r巖溶水,設(shè)計(jì)取水量144萬m3/a,實(shí)際開采120萬m3/a。鶴壁市區(qū)(山城區(qū)和鶴山區(qū))范圍內(nèi)廠礦現(xiàn)有抽取奧陶系灰?guī)r巖溶水的自備水源井70眼,年均開采量601萬m3,相當(dāng)于0.19 m3/s。鶴壁電廠許溝水源地共開鑿水源井17眼,由于水井損壞、避讓公路報(bào)廢等原因,可使用的水井12眼。現(xiàn)電廠生產(chǎn)用水主要靠引淇河水和利用礦井水解決,許溝水源地作為后備水源地。根據(jù)調(diào)查訪問,現(xiàn)日常開泵5～7臺(tái),抽水量為2.6萬～3.0萬m3/d。鶴壁市巖溶地下水資源量有限,補(bǔ)給和排泄(城市開采、礦井排水及泉流量)已經(jīng)處于平衡狀態(tài)。因此,迫切需要將礦井水加以資源化利用,增加供給鶴壁豐鶴發(fā)電有限責(zé)任公司(原鶴壁電廠)與鶴煤熱電廠的水量。

鶴壁豐鶴發(fā)電有限責(zé)任公司(原鶴壁電廠)是鶴壁市用水大戶,總裝機(jī)容量2 200 MW,分期投資建設(shè)。一期工程于1989年開始建設(shè),裝機(jī)容量2×300 MW,2臺(tái)機(jī)組分別于1991年9月和1992年3月投入發(fā)電。二期工程于2003年開始建設(shè),裝機(jī)容量為2×300 MW,2臺(tái)機(jī)組于2005年年底投入發(fā)電。三期工程裝機(jī)容量為2×600 MW,2008年2月建成發(fā)電。根據(jù)供水規(guī)劃,一期和二期工程以淇河地表水為主要供水水源,許溝水源地巖溶水為備用水源,許溝水源地允許開采量為1.0 m3/s。三期工程利用鶴壁礦區(qū)礦井水和盤石頭水庫作為聯(lián)合供水水源,要求供水量0.75 m3/s。

鶴煤熱電廠利用礦井水為主要供水水源,要求供水量0.2 m3/s。鶴煤熱電廠2×135 MW熱電項(xiàng)目是鶴壁市作為國家首批循環(huán)經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)城市的最大循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目,項(xiàng)目于2004年9月由國家核準(zhǔn),2005年6月開工,1、2號(hào)機(jī)組分別于2006年11月和2007年4月建成投產(chǎn)。年發(fā)電能力13.5億～18.9億kWh,年供熱能力290萬GJ,供熱面積340萬m2。

6.3 平頂山礦區(qū)

平頂山市地處淮河流域上游,水資源嚴(yán)重不足,人均水資源量364 m3,低于河南省人均406 m3的水平,為極度缺水地區(qū)。1990—2013年,平頂山共發(fā)生16次較大干旱,其中特大干旱6次,嚴(yán)重干旱5次,中度干旱5次。2014年遭遇嚴(yán)重旱情,白龜山水庫水位低于死水位,市區(qū)供水出現(xiàn)嚴(yán)重不足,緊急從南水北調(diào)總干渠向白龜山水庫調(diào)水5 011萬m3,才緩解了城市供水危機(jī)。按照規(guī)劃,南水北調(diào)中線工程可向老城區(qū)和葉縣縣城供水13 170萬m3,其中老城區(qū)10 570萬m3,葉縣2 600萬m3。但現(xiàn)有城市供水仍然緊張,未來缺水更加嚴(yán)重。平頂山市自來水公司現(xiàn)有水廠4座,其中以白龜山水庫水為水源的供水廠有白龜山水廠和九里山水廠,白龜山水廠設(shè)計(jì)日供水能力22.2萬m3,九里山水廠設(shè)計(jì)日供水能力20萬m3,開采深層地下水的水廠有周莊水廠、光明路水廠,共有深井31眼,設(shè)計(jì)日供水能力8.4萬m3。4座水廠設(shè)計(jì)日供水能力50.6萬m3,日平均供水量25萬m3,最高日供水量30.4萬m3。

6.4 新密礦區(qū)

根據(jù)《河南省地下水超采區(qū)范圍的通知》(豫水政資[2014]76號(hào)),新密市大部及新鄭市西部是地下水嚴(yán)重超采區(qū)。在地下水超采量中,有相當(dāng)一部分是由于新密市煤礦生產(chǎn)疏干地下水所致。2016年新密礦區(qū)主干礦井超化礦、裴溝礦、大平礦、盧溝礦的排水總量2 348 m3/h,兼并重組小煤礦井水總量約為2 225 m3/h。因此,應(yīng)進(jìn)一步調(diào)整地下水的開發(fā)利用方式,積極利用礦坑排水,適度壓縮部分地區(qū)的地下水開采規(guī)模。新密礦區(qū)礦井水水質(zhì)較好,經(jīng)過簡單處理即可為新密市提供部分的生態(tài)用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水,替代部分地下水開采。

根據(jù)《新鄭市水資源綜合規(guī)劃》(2015—2045),新鄭市多年平均水資源量為16 971.11萬m3,其中,地表水資源量為6 458.90萬m3,地下水資源量為12 160.21萬m3,重復(fù)水資源量為1 648.00萬m3。全市多年平均水資源可利用總量為16 249.08萬m3,其中:南水北調(diào)工程新鄭市輸水5 000萬m3/a,多年平均地表水可利用量為2 208.22萬m3,多年平均地下水可開采量為9 131.90萬m3,重復(fù)計(jì)算量91.04萬m3。2013年全市總用水量為15 914.60萬m3,其中,農(nóng)業(yè)用水量為5 619.70萬m3,工業(yè)用水量為7 446.80萬m3,城鄉(xiāng)生活用水2 498.10萬m3,生態(tài)用水350萬m3。供水大部分為地下水,占97.30%,地下水超采,而地表水用量不足。在新鄭境內(nèi)的趙家寨礦、王行莊礦,不僅設(shè)計(jì)產(chǎn)能高,而且水文地質(zhì)條件復(fù)雜,排水量均較大,趙家寨礦和王行莊礦在2016年的排水量分別為1 483、337 m3/h,可為新鄭市提供部分的生態(tài)用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水,替代部分地下水開采。

6.5 陜澠義馬礦區(qū)

澠池縣水資源總量達(dá)2.288 4億m3,其中,地表水2.083 8億m3,地下水資源貧乏,僅0.199 5億m3,地下補(bǔ)給地表0.193 0億m3,重復(fù)量0.014 2億m3。義馬市地表水資源1 510萬m3,可利用量86.87萬m3,引用客水321.48萬m3,區(qū)外引水28.42萬m3。義馬市和澠池縣地下水資源量很少,縣城供水的水源主要來自黃河水或水庫水。由于水資源量有限,礦井水也成為難得的水資源。區(qū)內(nèi)現(xiàn)有煤礦千秋礦、常村礦、躍進(jìn)礦、楊村礦、耿村礦、石豪礦和觀音堂礦,2016年排水總量為1 400 m3/h,年排水量為1 226萬m3,可利用量735萬m3。但由于區(qū)內(nèi)礦井水水質(zhì)較差,可在適當(dāng)處理后為澠池和義馬提供部分的生態(tài)用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水。

6.6 永城礦區(qū)

7 結(jié)語

河南省礦井水總量為41 255萬m3,利用量為28 053萬m3,利用率為68%。在利用方式上仍以農(nóng)田灌溉用水為主,占總利用量的31%,其次是城市供水利用、煤礦自用、電廠生產(chǎn)用水利用和環(huán)境生態(tài)用水(指有配套工程和專門用途的用水),開發(fā)利用潛力仍然很大。河南省礦井水利用率以鶴壁和平頂山最高,基本上達(dá)到或接近100%,主要利用方式為大水煤礦優(yōu)質(zhì)礦井水集中處理后向煤礦及周邊居民供水。研究結(jié)合各礦區(qū)水資源需求實(shí)際與礦井水可利用資源量,提出了切實(shí)可行的提高各礦區(qū)礦井水利用水平途徑的措施。主要利用方向?yàn)橄螂姀S供水、農(nóng)業(yè)灌溉用水、工業(yè)用水、生態(tài)用水(包括建設(shè)濕地公園)等。