中國煤科：答好保水必答題 探尋節(jié)水最優(yōu)解

在第三屆中國（西安）國際礦業(yè)裝備與技術(shù)展覽會上，中國煤炭科工集團（以下簡稱中國煤科）的展位被觀眾圍得水泄不通。其中，有關(guān)水害防治、水資源保護利用的技術(shù)裝備頗受觀眾青睞。

近年來，中國煤科聚焦解決煤水矛盾，推動水資源保護技術(shù)革新，探索出一條保水、治水、節(jié)水的創(chuàng)新路徑。

“保治用儲” 變水害為“水利”

在我國14個大型煤炭基地中，有9個分布在黃河流域，煤水矛盾由來已久。

“過去，煤炭開采會導致地下水流失，給生態(tài)環(huán)境造成不良影響，我們也一直把水當作災害來防治。面對黃河流域、西部礦區(qū)煤炭高強度開采與水資源流失的矛盾，必須在煤炭開采和生態(tài)保護中尋找最優(yōu)解，加強對水資源的保護利用?！敝袊嚎剖紫茖W家董書寧說。

在董書寧看來，理念的轉(zhuǎn)變離不開技術(shù)的支撐。

為破解礦井水害治理、水資源保護與利用的難題，中國煤科西安研究院積極探索，形成了礦井水源頭保護、災害防治、多途徑利用、轉(zhuǎn)移存儲于一體的“保治用儲”技術(shù)體系。

“‘?！窃诿禾块_采前，根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件和采煤規(guī)劃，實施針對性的地下水和地表水資源保護措施；‘治’是在采煤過程中，將治水與保水、用水相結(jié)合，用最小的疏排水量來保障開采安全；‘用’是對于迫不得已進入礦井的水，進行井上井下分布式處理、分級多用途利用；‘儲’是把用不完的那部分礦井水選擇合適層位儲存起來待以后開發(fā)利用?！倍瓡鴮幷f。

內(nèi)蒙古大雁礦業(yè)集團有限責任公司扎尼河露天煤礦長期受保護地表水資源和脆弱生態(tài)問題的困擾。對此，中國煤科西安研究院創(chuàng)新采用帷幕截水保水技術(shù)，徹底解決了扎尼河露天煤礦的煤水矛盾問題。

扎尼河露天煤礦截水保水帷幕 張雁 攝

“我們利用帷幕截水保水技術(shù)在礦坑來水方向筑起‘擋水墻’，截斷扎尼河徑流側(cè)向補給。這樣一來，不僅礦坑內(nèi)部涌水顯著減少，礦坑周邊的地下水位也逐漸回升至原始水位，沙化的草場也復綠了。”中國煤科西安研究院水文分院副研究員張雁說。

在陜北礦區(qū)的一處煤礦礦井水處理站，礦井水無需全部抽到地面處理，就可以實現(xiàn)資源化利用。而這離不開中國煤科西安研究院井下短流程直濾與地面深度凈化技術(shù)的加持。

“我們在適合的位置建設短流程水處理設施，把礦井水處理到井下生產(chǎn)設備或工序能使用的程度后就地使用。多余的礦井水在預處理后進入地面深度處理車間，凈化后的礦井水可調(diào)度使用。目前，該煤礦礦井水綜合利用率已達85%以上?！敝袊嚎莆靼惭芯吭涵h(huán)保所副所長汪凡說。

“‘保治用儲’技術(shù)體系的關(guān)鍵點和難點都在‘保’上，過去的礦井水災隱患治理多是以大量疏放水為代價的，如何用最小的疏排水量來保障礦井安全，是當今煤礦開發(fā)面臨的新問題。為此，我們持續(xù)攻關(guān)各項治保結(jié)合技術(shù)，形成了淺埋、中埋、深埋各類不同深度的帷幕截水保水技術(shù)，研發(fā)煤層頂板含水層控制疏放技術(shù)等，都是從減少疏排水量出發(fā)來解決水災隱患問題。當然，這個方向還需要持續(xù)研發(fā)先進的工藝技術(shù)和配套裝備，使‘?！某尚Ц语@著?！倍瓡鴮幷f。

智慧監(jiān)測，有了“安全護盾”

國能神東煤炭集團有限責任公司（以下簡稱神東煤炭集團）礦區(qū)地處山西、陜西、內(nèi)蒙古三省（自治區(qū)）交界地帶，位于黃河中游多沙粗沙區(qū)，原生生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失嚴重，氣候干旱少雨。

針對礦區(qū)地下水、地表水和大氣降水“三水同缺”且煤炭開采規(guī)模大的現(xiàn)狀和問題，神東煤炭集團通過應用地下水保水開采技術(shù)，在地下礦井建成30余座地下水庫，利用采空區(qū)建造地下壩體形成儲水空間，轉(zhuǎn)移、儲存巖層滲水和井下開采產(chǎn)生的污水，并利用矸石和長距離流動實現(xiàn)水的自然凈化。該過程中，采空區(qū)水文監(jiān)測至關(guān)重要。

為此，中國煤科常州研究院與神東煤炭集團合作，將先進的水文安全監(jiān)測理念引入我國西部地區(qū)地下采空區(qū)儲水、積水煤礦，研發(fā)出煤礦采空區(qū)水文監(jiān)測系統(tǒng)。

據(jù)了解，與現(xiàn)有的礦用水文監(jiān)測系統(tǒng)相比，煤礦采空區(qū)水文監(jiān)測系統(tǒng)主要針對煤礦井下儲水、積水采空區(qū)，監(jiān)測對象更為聚焦，不僅可對水位、水溫、水壓等基礎參數(shù)進行監(jiān)測，還可對采空區(qū)儲水的擋水煤柱和防水密閉等防護結(jié)構(gòu)體進行監(jiān)測。

“我們在擋水煤柱內(nèi)部和防水密閉墻表面布設傳感裝置，在傳統(tǒng)水文基礎參數(shù)監(jiān)測的基礎上，形成了對變形、應力、滲壓、位移、振動、明渠流量、管道流量、多參數(shù)氣體和長觀孔水位等12種關(guān)鍵安全參數(shù)的全方位實時監(jiān)測。此外，我們還建立了防水密閉墻、擋水煤柱和采空區(qū)整體儲水、積水安全評估模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對儲水、積水采空區(qū)安全運行態(tài)勢進行全方位、立體化的監(jiān)測和預警?！敝袊嚎瞥Ｖ菅芯吭褐悄芑衷涸洪L助理、該系統(tǒng)負責人屈世甲說。

目前，中國煤科常州研究院在神東煤炭集團部署的煤礦采空區(qū)水文監(jiān)測系統(tǒng)，可對該集團11個煤礦的19處儲水、積水采空區(qū)的106道防水密閉墻、101道擋水煤柱進行實時安全監(jiān)測。

在煤礦采空區(qū)水文監(jiān)測系統(tǒng)的加持下，神東煤炭集團瓦斯檢查工對儲水、積水采空區(qū)巡檢的工作強度顯著降低。

“煤礦采空區(qū)水文監(jiān)測系統(tǒng)集‘監(jiān)—警—控—護’于一體，把復雜難測的儲水狀況，轉(zhuǎn)化為直觀精準的實時數(shù)據(jù)，將傳統(tǒng)被動的管理模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃痈咝У膭討B(tài)監(jiān)管模式。通過提前感知防水密閉墻、擋水煤柱滲水、漏水等情況，可有效避免潰水事故發(fā)生?！鼻兰渍f。

“下一步，我們將在安全監(jiān)測及報警的基礎上，增加該系統(tǒng)的應急聯(lián)動功能。當采空區(qū)水位超標或防護結(jié)構(gòu)體發(fā)生損壞滲水時，先通過井下應急廣播等提醒相關(guān)區(qū)域人員安全撤離，同時將報警信息與采空區(qū)應急排水裝置實時聯(lián)動，迅速進行采空區(qū)的應急泄水，通過監(jiān)測、預警、聯(lián)動和應急幾個步驟，切實保障井下采空區(qū)的儲水、積水安全?！鼻兰渍f。

打造“海綿礦區(qū)”，讓雨洪變資源

去年9月，中煤平朔集團有限公司東露天煤礦排土場復墾區(qū)的玉米迎來了大豐收，玉米畝產(chǎn)量較往年增加了25%以上。

玉米生長周期內(nèi)需水量較大，玉米增產(chǎn)對地處干旱、半干旱地區(qū)的東露天煤礦來說十分不易。而這得益于中煤科工生態(tài)環(huán)境科技有限公司（以下簡稱科工生態(tài)）近年來在東露天煤礦試點的“海綿礦區(qū)”建設。

“我國露天煤礦大多位于干旱、半干旱地區(qū)，夏季降雨多以短時強降雨為主，極易在地形散亂、地表裸露的排土場上形成大量徑流，易引發(fā)邊坡滑塌失穩(wěn)、侵蝕沖溝等地質(zhì)災害和水土流失問題?！笨乒ど鷳B(tài)科創(chuàng)中心副研究員李鵬翔說，“此外，露天煤礦排土場在進行生態(tài)復墾過程中，生態(tài)農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)以及林草業(yè)發(fā)展對水資源穩(wěn)定、持續(xù)供給也有較高要求。”

一方面是可能發(fā)生的雨洪災害，另一方面是干旱和缺水。面對汛情和旱情，科工生態(tài)調(diào)整治水思路，將“海綿城市”理念引入露天煤礦排土場雨洪管理。

“‘海綿城市’是指通過生態(tài)與工程相結(jié)合的方式，使城市具有吸水、蓄水等彈性功能。我們在露天煤礦排土場構(gòu)建分布式蓄水池模塊，在夏季可以像海綿一樣儲存雨水，在冬春季節(jié)抽取利用?！笨乒ど鷳B(tài)科創(chuàng)中心副研究員任慧君說。

科工生態(tài)結(jié)合東露天煤礦所在地區(qū)降雨特征、徑流形成情況和該礦用水需求等，提出“海綿礦區(qū)”理念，針對雨水源頭攔截、過程疏導、末端集蓄、終端使用和超量排棄等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分別建設相應的功能設施，最終形成“截—導—蓄—用—排”全鏈條雨洪資源集蓄與利用系統(tǒng)。

“我們分別在排土場邊坡的坡頂、坡面、坡腳安設截水、導水和排水設施，并建設了水流消能、沉砂截污等設施。其中，埋沒于地下3米至5米深度的蓄水池是最核心的設施?！崩铢i翔說。

自從建成投運了雨洪資源集蓄與利用系統(tǒng)，以往夏季東露天煤礦排土場邊坡常出現(xiàn)的大流量、大流速集中徑流被排導設施攔截分流，排土場坡頂和平盤的積水被快速、安全地疏導到蓄水池中。雨洪導致的沖溝、邊坡滑塌等情況，在東露天煤礦從此成為歷史。

東露天煤礦的“海綿”截水溝

除了治水效果顯著外，該系統(tǒng)帶來的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益同樣不容小覷。

“蓄水池集蓄的雨水可以滿足東露天煤礦排土場復墾區(qū)近150公頃的作物灌溉需求。作物‘喝飽了水’，長勢一年比一年好?！崩铢i翔說。

下一步，科工生態(tài)將總結(jié)該系統(tǒng)在東露天煤礦應用的成功經(jīng)驗，并在山西、陜西、內(nèi)蒙古等露天煤礦相對集中、灌溉水資源缺乏的礦區(qū)推廣應用。

作者：本報記者盧慧穎 版面編輯：杜明陽

來源：中國煤炭報

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