科技日?qǐng)?bào)記者 崔爽

地球上僅0.5%的水可用作淡水，全球約1/4人口面臨“極度缺水”危機(jī)，世界上大約20%的含水層正在遭到過度開采。

3月22日是第三十屆“世界水日”，3月22日至28日是第三十五屆“中國水周”。

地下水是水資源的重要組成部分，由于水量穩(wěn)定，水質(zhì)好，是農(nóng)業(yè)灌溉、工礦生產(chǎn)和城市生活的重要水源之一，在我國水資源供給中占有極其重要的位置。

煤礦礦井水來源于地下水，是煤炭企業(yè)在生產(chǎn)過程中為了保證生產(chǎn)安全，抽排到地面的深層地下水。煤炭開采過程中，不可避免地會(huì)對(duì)地下水資源造成影響，過度抽排地下水會(huì)造成地下水位嚴(yán)重下降，形成大面積的地下水下降漏斗，在部分地區(qū)還會(huì)引起地面沉降，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全；同時(shí)未經(jīng)合適處理的礦井水排至地面也會(huì)對(duì)地面水環(huán)境造成破壞。

煤炭企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)地下水資源有著非常重要的影響，如何解決礦井水的排量、監(jiān)測(cè)以及高效利用，一直是行業(yè)發(fā)展長期探索的問題。

作為我國煤炭行業(yè)科技創(chuàng)新的國家隊(duì)和排頭兵，中國煤炭科工集團(tuán)積極履行中央企業(yè)的環(huán)保責(zé)任，注重科技創(chuàng)新，專注于礦井水的資源化處理與利用、監(jiān)測(cè)，研發(fā)了地面順層孔區(qū)域超前治理保水采煤關(guān)鍵技術(shù)和露天煤礦帷幕截水關(guān)鍵技術(shù)，保護(hù)了地下水資源，實(shí)現(xiàn)了保水采煤、綠色采煤，走出了一條人與自然和諧共生的綠色發(fā)展道路。

地面順層孔區(qū)域超前治理保水采煤關(guān)鍵技術(shù)

——實(shí)現(xiàn)礦井水害的超前、精準(zhǔn)預(yù)治理

中國煤科西安研究院研發(fā)的該項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)建了地面定向鉆順層鉆進(jìn)、注漿改造薄層灰?guī)r，實(shí)現(xiàn)煤礦深部災(zāi)害型水患超前區(qū)域防治與水資源保護(hù)的新方法，提出了煤礦深部開采“水源—通道一體化”超前區(qū)域水患防治與水資源保護(hù)技術(shù)，成功研發(fā)了導(dǎo)水陷落柱及斷層破碎帶增壓注漿改造含水層、封堵導(dǎo)水通道，超前區(qū)域保水采煤技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了礦井水害防治由被動(dòng)治理向超前治理的轉(zhuǎn)變，由過程治理為主向源頭預(yù)防為主轉(zhuǎn)變，由局部治理向區(qū)域治理轉(zhuǎn)變，由井下治理為主向井上下綜合治理的轉(zhuǎn)變，由治水為主向治保結(jié)合轉(zhuǎn)變。目前，該技術(shù)已在多個(gè)礦區(qū)推廣應(yīng)用，解放煤炭儲(chǔ)量7000萬噸，累計(jì)安全回采1500萬噸，減少礦井涌水70%，大大減少了礦井排水量，保護(hù)了地下水資源。

露天煤礦帷幕截水關(guān)鍵技術(shù)

——實(shí)現(xiàn)安全綠色開采、節(jié)能降碳

 露天煤礦帷幕截水關(guān)鍵技術(shù)由中國煤科西安研究院研發(fā)，該技術(shù)是我國露天煤礦首次采用帷幕截水綜合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)截水減排的重大專項(xiàng)研究和實(shí)踐工程。該技術(shù)揭示了截水減排影響機(jī)制，實(shí)現(xiàn)帷幕墻抗?jié)B與抗變形性能的量級(jí)提升，通過截水帷幕建造新工藝的研發(fā)，突破了防滲膜大深度垂向隱蔽密貼鋪設(shè)與連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了防滲膜高效完全連接，革新了超高壓角域變速射流注漿技術(shù)，解決了墻體厚度不均的技術(shù)難題，為露天煤礦地下水控制、安全綠色開采、生態(tài)修復(fù)及節(jié)能降碳提供了新思路、新技術(shù)。該技術(shù)研發(fā)成功后在內(nèi)蒙古大雁礦業(yè)集團(tuán)扎尼河露天煤礦得到了應(yīng)用，截水帷幕形成后，帷幕墻外圍約20k㎡范圍內(nèi)地下水位回升至生態(tài)水位，解決了當(dāng)?shù)啬撩袢∷щy的問題；帷幕外圍歸一化植被指數(shù)由0.1增加至0.4，植被多樣性增加15%以上，生態(tài)環(huán)境得以改善，促進(jìn)了植被生長，同時(shí)有效保護(hù)了地下水資源，降低了環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。自2019年以來，扎尼河露天煤礦結(jié)余疏排水電費(fèi)7800萬元以上，相當(dāng)于減排約1933.5×104kg“碳”，2021年后預(yù)計(jì)平均每年減排約863.6×104kg“碳”，由截水帷幕帶來的生態(tài)修復(fù)、節(jié)能降碳效果顯著。

礦井水井下就地處理與利用技術(shù)

——井下多利用、少升井

針對(duì)煤礦井下礦井水涌水多、用水多的特點(diǎn)，中國煤科杭州研究院開發(fā)了包含煤礦礦井水井下就地處理與利用技術(shù)與成套設(shè)備，通過水倉防淤積分級(jí)處理、多污染物耦合沉淀、互沖洗過濾、非能動(dòng)本質(zhì)安全型局部用水深度處理等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了煤礦礦井水井下多利用、少升井，從源頭保護(hù)地下水資源的目的。

礦井水凈化處理技術(shù)

——黑水變清水，污染變資源

礦井水作為一種具有行業(yè)特點(diǎn)的廢水，處理不好是一種污染物，流到哪里黑到哪里，觀感極差；處理好了又是一種寶貴的非常規(guī)水源，可以變害為利，解決煤礦周邊工業(yè)企業(yè)用水難題。在國內(nèi)規(guī)模最大的礦井水凈化處理工程——山東能源淄礦集團(tuán)正通煤礦礦井水凈化處理站，中國煤科杭州研究院針對(duì)水量大、懸浮物含量高的特點(diǎn)，開發(fā)了具有預(yù)沉調(diào)節(jié)、分級(jí)處理能力的礦井水凈化處理工藝，4000t/h烏黑的礦井水，經(jīng)過預(yù)沉、調(diào)節(jié)、攪拌澄清、過濾，“瞬間”變得清可見底，出水濁度≤10NTU，該工藝具有抗沖擊負(fù)荷能力高、運(yùn)行穩(wěn)定、處理費(fèi)用低等突出優(yōu)勢(shì)，處理后煤泥的銷售收入高于處理費(fèi)用，整個(gè)礦井水處理站實(shí)現(xiàn)了盈利運(yùn)行。

高鹽礦井水零排放處理技術(shù)

——咸水變淡水，排污變供水

在中國煤科杭州研究院的努力下，苦咸的礦井水通過“適度分步協(xié)同預(yù)處理+多級(jí)耦合膜濃縮+多組分分鹽結(jié)晶”等工藝處理，變成清澈甘甜的優(yōu)質(zhì)水源，助力煤炭行業(yè)實(shí)現(xiàn)了多種資源共采。在國內(nèi)規(guī)模最大的單一礦井水零排放處理示范工程——內(nèi)蒙古營盤壕煤礦高鹽礦井水零排放處理EPCO項(xiàng)目，大量的高鹽礦井水正被處理成優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)生活用水。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模3000t/h，采用“適度分步協(xié)同預(yù)處理+多級(jí)耦合膜濃縮技術(shù)（BWRO+BWRO+DTRO）+MED熱法分鹽結(jié)晶”工藝，產(chǎn)品水達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》III類水質(zhì)要求；具有工藝完善、設(shè)備可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高的顯著優(yōu)勢(shì)，具有行業(yè)示范作用。

礦用水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器

——監(jiān)測(cè)煤礦地下水的“眼睛”

該套設(shè)備由中國煤科常州研究院研制，它共包含濁度傳感器、電導(dǎo)率傳感器和pH值傳感器三種類型的傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下各類水倉、水池（箱）、水渠、管道等場(chǎng)所的水質(zhì)，并將數(shù)據(jù)反饋至各類水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、井下水庫安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、瓦斯抽放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。一鉤一掛、安裝簡便、免于維護(hù)，減少了煤礦工人的使用數(shù)量。在煤礦水害防治、生產(chǎn)用水保障、井下水庫監(jiān)測(cè)等應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。

智能型礦用反滲透水處理系統(tǒng)

——為大型綜采設(shè)備提供“保鮮液”

為解決煤礦企業(yè)采煤工作面的多層次用水需求，中國煤科常州研究院特別開發(fā)了智能礦用反滲透水處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了更強(qiáng)的“組合介質(zhì)過濾+反滲透除鹽”工藝，在采煤工作面可自動(dòng)為“三機(jī)”冷卻和支架噴霧提供高精密過濾水、為乳化液自動(dòng)配比提供純水，相當(dāng)于為采煤機(jī)和液壓支架等大型綜采設(shè)備提供“保鮮液”，助力大型綜采設(shè)備延長使用壽命約30%。同時(shí)，該系統(tǒng)還增加了現(xiàn)場(chǎng)無人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)操控、觸屏人機(jī)交互、耗材壽命自動(dòng)提醒等人性化功能，助推井下大型綜采設(shè)備減人增效和智能安全生產(chǎn)。

（受訪者供圖）

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