中国煤科：答好保水必答题 探寻节水最优解

在第三届中国（西安）国际矿业装备与技术展览会上，中国煤炭科工集团（以下简称中国煤科）的展位被观众围得水泄不通。其中，有关水害防治、水资源保护利用的技术装备颇受观众青睐。

近年来，中国煤科聚焦解决煤水矛盾，推动水资源保护技术革新，探索出一条保水、治水、节水的创新路径。

“保治用储” 变水害为“水利”

在我国14个大型煤炭基地中，有9个分布在黄河流域，煤水矛盾由来已久。

“过去，煤炭开采会导致地下水流失，给生态环境造成不良影响，我们也一直把水当作灾害来防治。面对黄河流域、西部矿区煤炭高强度开采与水资源流失的矛盾，必须在煤炭开采和生态保护中寻找最优解，加强对水资源的保护利用。”中国煤科首席科学家董书宁说。

在董书宁看来，理念的转变离不开技术的支撑。

为破解矿井水害治理、水资源保护与利用的难题，中国煤科西安研究院积极探索，形成了矿井水源头保护、灾害防治、多途径利用、转移存储于一体的“保治用储”技术体系。

“‘保’是在煤炭开采前，根据矿区水文地质条件和采煤规划，实施针对性的地下水和地表水资源保护措施；‘治’是在采煤过程中，将治水与保水、用水相结合，用最小的疏排水量来保障开采安全；‘用’是对于迫不得已进入矿井的水，进行井上井下分布式处理、分级多用途利用；‘储’是把用不完的那部分矿井水选择合适层位储存起来待以后开发利用。”董书宁说。

内蒙古大雁矿业集团有限责任公司扎尼河露天煤矿长期受保护地表水资源和脆弱生态问题的困扰。对此，中国煤科西安研究院创新采用帷幕截水保水技术，彻底解决了扎尼河露天煤矿的煤水矛盾问题。

扎尼河露天煤矿截水保水帷幕 张雁 摄

“我们利用帷幕截水保水技术在矿坑来水方向筑起‘挡水墙’，截断扎尼河径流侧向补给。这样一来，不仅矿坑内部涌水显著减少，矿坑周边的地下水位也逐渐回升至原始水位，沙化的草场也复绿了。”中国煤科西安研究院水文分院副研究员张雁说。

在陕北矿区的一处煤矿矿井水处理站，矿井水无需全部抽到地面处理，就可以实现资源化利用。而这离不开中国煤科西安研究院井下短流程直滤与地面深度净化技术的加持。

“我们在适合的位置建设短流程水处理设施，把矿井水处理到井下生产设备或工序能使用的程度后就地使用。多余的矿井水在预处理后进入地面深度处理车间，净化后的矿井水可调度使用。目前，该煤矿矿井水综合利用率已达85%以上。”中国煤科西安研究院环保所副所长汪凡说。

“‘保治用储’技术体系的关键点和难点都在‘保’上，过去的矿井水灾隐患治理多是以大量疏放水为代价的，如何用最小的疏排水量来保障矿井安全，是当今煤矿开发面临的新问题。为此，我们持续攻关各项治保结合技术，形成了浅埋、中埋、深埋各类不同深度的帷幕截水保水技术，研发煤层顶板含水层控制疏放技术等，都是从减少疏排水量出发来解决水灾隐患问题。当然，这个方向还需要持续研发先进的工艺技术和配套装备，使‘保’的成效更加显著。”董书宁说。

智慧监测，有了“安全护盾”

国能神东煤炭集团有限责任公司（以下简称神东煤炭集团）矿区地处山西、陕西、内蒙古三省（自治区）交界地带，位于黄河中游多沙粗沙区，原生生态环境脆弱，水土流失严重，气候干旱少雨。

针对矿区地下水、地表水和大气降水“三水同缺”且煤炭开采规模大的现状和问题，神东煤炭集团通过应用地下水保水开采技术，在地下矿井建成30余座地下水库，利用采空区建造地下坝体形成储水空间，转移、储存岩层渗水和井下开采产生的污水，并利用矸石和长距离流动实现水的自然净化。该过程中，采空区水文监测至关重要。

为此，中国煤科常州研究院与神东煤炭集团合作，将先进的水文安全监测理念引入我国西部地区地下采空区储水、积水煤矿，研发出煤矿采空区水文监测系统。

据了解，与现有的矿用水文监测系统相比，煤矿采空区水文监测系统主要针对煤矿井下储水、积水采空区，监测对象更为聚焦，不仅可对水位、水温、水压等基础参数进行监测，还可对采空区储水的挡水煤柱和防水密闭等防护结构体进行监测。

“我们在挡水煤柱内部和防水密闭墙表面布设传感装置，在传统水文基础参数监测的基础上，形成了对变形、应力、渗压、位移、振动、明渠流量、管道流量、多参数气体和长观孔水位等12种关键安全参数的全方位实时监测。此外，我们还建立了防水密闭墙、挡水煤柱和采空区整体储水、积水安全评估模型，能够实现对储水、积水采空区安全运行态势进行全方位、立体化的监测和预警。”中国煤科常州研究院智能化分院院长助理、该系统负责人屈世甲说。

目前，中国煤科常州研究院在神东煤炭集团部署的煤矿采空区水文监测系统，可对该集团11个煤矿的19处储水、积水采空区的106道防水密闭墙、101道挡水煤柱进行实时安全监测。

在煤矿采空区水文监测系统的加持下，神东煤炭集团瓦斯检查工对储水、积水采空区巡检的工作强度显著降低。

“煤矿采空区水文监测系统集‘监—警—控—护’于一体，把复杂难测的储水状况，转化为直观精准的实时数据，将传统被动的管理模式，转变为主动高效的动态监管模式。通过提前感知防水密闭墙、挡水煤柱渗水、漏水等情况，可有效避免溃水事故发生。”屈世甲说。

“下一步，我们将在安全监测及报警的基础上，增加该系统的应急联动功能。当采空区水位超标或防护结构体发生损坏渗水时，先通过井下应急广播等提醒相关区域人员安全撤离，同时将报警信息与采空区应急排水装置实时联动，迅速进行采空区的应急泄水，通过监测、预警、联动和应急几个步骤，切实保障井下采空区的储水、积水安全。”屈世甲说。

打造“海绵矿区”，让雨洪变资源

去年9月，中煤平朔集团有限公司东露天煤矿排土场复垦区的玉米迎来了大丰收，玉米亩产量较往年增加了25%以上。

玉米生长周期内需水量较大，玉米增产对地处干旱、半干旱地区的东露天煤矿来说十分不易。而这得益于中煤科工生态环境科技有限公司（以下简称科工生态）近年来在东露天煤矿试点的“海绵矿区”建设。

“我国露天煤矿大多位于干旱、半干旱地区，夏季降雨多以短时强降雨为主，极易在地形散乱、地表裸露的排土场上形成大量径流，易引发边坡滑塌失稳、侵蚀冲沟等地质灾害和水土流失问题。”科工生态科创中心副研究员李鹏翔说，“此外，露天煤矿排土场在进行生态复垦过程中，生态农业、畜牧业以及林草业发展对水资源稳定、持续供给也有较高要求。”

一方面是可能发生的雨洪灾害，另一方面是干旱和缺水。面对汛情和旱情，科工生态调整治水思路，将“海绵城市”理念引入露天煤矿排土场雨洪管理。

“‘海绵城市’是指通过生态与工程相结合的方式，使城市具有吸水、蓄水等弹性功能。我们在露天煤矿排土场构建分布式蓄水池模块，在夏季可以像海绵一样储存雨水，在冬春季节抽取利用。”科工生态科创中心副研究员任慧君说。

科工生态结合东露天煤矿所在地区降雨特征、径流形成情况和该矿用水需求等，提出“海绵矿区”理念，针对雨水源头拦截、过程疏导、末端集蓄、终端使用和超量排弃等关键环节，分别建设相应的功能设施，最终形成“截—导—蓄—用—排”全链条雨洪资源集蓄与利用系统。

“我们分别在排土场边坡的坡顶、坡面、坡脚安设截水、导水和排水设施，并建设了水流消能、沉砂截污等设施。其中，埋没于地下3米至5米深度的蓄水池是最核心的设施。”李鹏翔说。

自从建成投运了雨洪资源集蓄与利用系统，以往夏季东露天煤矿排土场边坡常出现的大流量、大流速集中径流被排导设施拦截分流，排土场坡顶和平盘的积水被快速、安全地疏导到蓄水池中。雨洪导致的冲沟、边坡滑塌等情况，在东露天煤矿从此成为历史。

东露天煤矿的“海绵”截水沟

除了治水效果显著外，该系统带来的生态效益和经济效益同样不容小觑。

“蓄水池集蓄的雨水可以满足东露天煤矿排土场复垦区近150公顷的作物灌溉需求。作物‘喝饱了水’，长势一年比一年好。”李鹏翔说。

下一步，科工生态将总结该系统在东露天煤矿应用的成功经验，并在山西、陕西、内蒙古等露天煤矿相对集中、灌溉水资源缺乏的矿区推广应用。

作者：本报记者卢慧颖 版面编辑：杜明阳

来源：中国煤炭报

声明：本文系转载自互联网，请读者仅作参考，并自行核实相关内容。若对该稿件内容有任何疑问或质疑，请立即与铁甲网联系，本网将迅速给您回应并做处理，再次感谢您的阅读与关注。