守护生命之源_李锦.pdf

当代矿工 2023.01特别报道T E B I E B A O D A O我们需要煤矿用好地下水水是重要的战略资源。全世界都缺水，中国尤其缺水。中国的人均水资源量仅占世界的四分之一左右，而且水资源分布严重不均。我国淮河流域及以北地区国土面积占全国的 63.5%，但是水资源量仅占全国的 19%。特别是西部的晋、陕、蒙、宁、甘五个省区，煤炭储量占我国已探明储量的三分之二左右，但是水资源量仅占 3.9%，水资源短缺和我国家煤炭的开发利用之间存在很大的矛盾。煤矿每开采一吨煤会产生两吨左右的水，由于西部的蒸发量非常大，是降雨量的 7 倍左右，大量的矿井水排到地表后，很快就蒸发掉了。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 亿吨的矿井水如果全部利用起来，可解决中国工业和民用年平均缺水量的60%，意义非常重大。同时，中国煤炭和水资源的逆向分布，也决定了必须有效利用矿井水。如何用好煤矿地下水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，避免发生煤矿透水事故。神东煤炭集团煤炭开采水资源保护利用项目从 1996 年开始研发，到 2010 年，在大柳塔煤矿建成了第一个分布式守护生命之源守护生命之源当代矿工杂志 李锦 于小川安全、高效和绿色是当今煤炭开采的三大主题。我国某些矿区煤炭开采的安全和高效指标已经达到世界领先，但亟待推进煤炭绿色开采的技术进步。根据中国工程院研究，预计到 2030 年，煤炭占我国一次能源消费的比重仍在 50%以上。西部地区（晋陕蒙甘宁）是中国的煤炭主产区，2013 年该地区煤炭产量约占全国煤炭产量的 70%，但水资源匮乏，仅占全国的 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。8MODERN MINER地下水库，可以储存 710 万立方米矿井水。这个项目是从 1996 年开始沿着三条技术路线平行向前推进的：一是煤炭开采过程中能不能不产生矿井水？二是如果有水了，不敢存放在井下，能不能把它存在地面？三是万不得已的情况下，可以考虑把它存放在井下。经过一系列研究，最终发现前两条技术路线行不通。大规模、高效率的煤炭开采必然产生矿井水。因为现在煤炭开采规模非常大，效率非常高，上覆岩层里面的水必然要下来。要把这个水排到地表，就必须在地表建一个类似于水库的设施。但是，由于西部地区地表的蒸发量非常大，而且污染非常严重，排到地表的矿井水根本保不住。所以说，这两条技术路线相对来讲都是比较安全的，但是难以实现，在没有办法的情况下，才走了第三条路线。第三条路线，就是把水储存在井下。为了把水储存在井下，又经过了三个阶段，或者说是解决三个问题：一是井下到底能不能存水？二是井下能不能多存点水？三是井下能不能把矿井水全存住？围绕这三个问题，神东矿区做了近 20 年的攻关。实际上，煤炭开采本身的采空区是有孔隙的岩体，采空区周边是有煤柱的，把水存在采空区里面不就行了吗？为此，神东矿区一开始做了一个工作面，来探索第一个问题，就是能不能把水存住。经过一系列的攻关，从 1996 年到 1998 年，在神东矿区建成了第一个储水设施，被称之为“工作面的储水设施”，存了大约 5 万立方米水。结果证明，矿井下的工作面是可以储水的。接下来，再增加工作面，并且把每一个工作面加大，然后将多个工作面连到一起，这样就使储水的空间更大了。从 1998 年到2006 年，神华集团（现国家能源集团）建成了第一个地下水库，能存储 60 万立方米矿井水。在普通人看来，60 万立方米的水已经很多了，但是井下的水并没有完全存住，还得不断地往地面排。于是大家又设想，能不能在不同的煤层、不同的区域做很多的水库，再把水库连上。神东矿区的大柳塔矿现在是世界上最大的矿井，每年产量在 3500 万吨左右。到了 2010 年，神东矿区在大柳塔矿建成了第一个分布式地下水库。这个能储多少水呢？可以储存710万立方米水。这个水库是分布式的，由四个水库组成，而且四个水库是连通的。这样一来，就实现了大柳塔矿的矿井水不外排了。地下水库防护运营技术为了保障煤矿地下水库的安全，神东矿区又研发了地下水库“三重防护”技术，一是库间调水技术，以保证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，保证在突发情况下可以及时泄水，确保矿井安全。在神东矿区，每一个水库里面有多少水，水位是多少，水量有多少，水库周边的坝体应力变形是什么样的，在地面各个人的手机上都可以实时反映出来，只有这样才能保证它的安全，不能保证安全谁也不会干。此外，神东煤炭集团科技部还研发了库前沉淀、井下模块化处理、库内净化“三位一体”水处理技术，充分利用煤矿原有的配套设备，使采空区成为高效率、低成本的水处理工厂。目前，在神东矿区井下建造的水库，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。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。经济效益良好 社会效益显著为了建成地下水库，花了这么多的精力，效益究竟怎么样呢？第一是它的经济效益。以神东矿区为例，神东矿区现在每年大概需要水资源 7000 万立方米，1 立方米水的成本在 15 元钱以上，现在神东矿区除了需要外调 300 万立方米水以外，完全可以自给自足。如果没有这项技术，每年就要额外支付约 10 亿元水费，因此可以这样说，这个项目每年给神东矿区创造直接经济效益超过 10 个亿。第二是它的社会效益。神东煤炭集团充分利用保护住的水资源，加强生态恢复。把存在地下的水抽到地面上来，根据生态环境需要进行喷灌或者滴灌，极大地改善了地表生态。神东矿区原来是沙漠化矿区，在神东矿区开发之前，地表植被覆盖率是 3%到 11%，现在地表植被覆盖率已经超过了 80%。神东不仅是世界上最大的矿区，也是世界上最缺水的矿区，因为保水开采技术上的突破，实现了两个转变：一是西部矿区原来是耗水大户，现在变成了一个水源地，不仅可以自己用，还可以给外部供水；另外一个转变，就是使原来沙漠化的地表生态变成了如今的绿洲。（责任编辑：朱晓莉）当代矿工 2023.01T E B I E B A O D A O特别报道9MODERN MINER