（环境工程专业论文）煤矿井下排水综合处理方法研究.pdf

华北电力人学j 翻掣硕十学位论文摘要 摘要 煤炭工业水资源的短缺局面开始显现。由于水资源的严重不足，影响了我国煤炭工 业的进一步发展。本文对煤矿井下排水经处理后用于坑口发电厂循环冷却水作了研究， 得出如下结论：铁盐作絮凝剂的絮凝效果对温度和p h 值的变化适应性好，降低工程造价； 烧杯实验证明聚丙烯酰胺用量过多会影响反渗透运行；确定了井下排水处理厂沉淀池 的表面负荷，使沉淀池具有高耐冲击性能，适应矿井间歇生产的特点。反渗透设计 为一级两段，解决资源型缺水和工程型缺水问题。 关键词：井下排水，混凝剂，冷却循环水，反渗透 a b s t r a c t t h es h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c e ss i t u a t i o nh a db e c a m ea p p a r e n ti nc o a li n d u s t r y t h e s h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c e sh a di m p e d e dt h ed e v e l o p m e n to fc o a li n d u s t r y i nt h i sp a p e rw e r e s e a r c hu s et h ec o a lm i n ed r a i n a g ef o rc i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e ro ft h ep i t h e a dp o w e r p l a n t ， c o m et ot h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ：u s em o l y s i t ea sf l o c c u l a n th a sag o o da d a p t a b i l i t y c o n f i r mt h es u r f a c el o a d so ft h es e d i m e n t a t i o nb a s i ni nt h ep i t h e a dp o w e r p l a n t u s et h e r e v e r s eo s m o s i st or a v e lo u tt h es h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c e s l i uj u n ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f c h e ny i n gm i n k e y w o r d s ：u n d e r g r o u n dd r a i n a g e ，f l o c c u l a t i n g ，c i r c u l a t i n gc o o l i n g - w a t e r , r e v e r s e0 s m o s i s 华北电力人学j 翻掣硕十学位论文摘要 摘要 煤炭工业水资源的短缺局面开始显现。由于水资源的严重不足，影响了我国煤炭工 业的进一步发展。本文对煤矿井下排水经处理后用于坑口发电厂循环冷却水作了研究， 得出如下结论：铁盐作絮凝剂的絮凝效果对温度和p h 值的变化适应性好，降低工程造价； 烧杯实验证明聚丙烯酰胺用量过多会影响反渗透运行；确定了井下排水处理厂沉淀池 的表面负荷，使沉淀池具有高耐冲击性能，适应矿井间歇生产的特点。反渗透设计 为一级两段，解决资源型缺水和工程型缺水问题。 关键词：井下排水，混凝剂，冷却循环水，反渗透 a b s t r a c t t h es h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c e ss i t u a t i o nh a db e c a m ea p p a r e n ti nc o a li n d u s t r y t h e s h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c e sh a di m p e d e dt h ed e v e l o p m e n to fc o a li n d u s t r y i nt h i sp a p e rw e r e s e a r c hu s et h ec o a lm i n ed r a i n a g ef o rc i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e ro ft h ep i t h e a dp o w e r p l a n t ， c o m et ot h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ：u s em o l y s i t ea sf l o c c u l a n th a sag o o da d a p t a b i l i t y c o n f i r mt h es u r f a c el o a d so ft h es e d i m e n t a t i o nb a s i ni nt h ep i t h e a dp o w e r p l a n t u s et h e r e v e r s eo s m o s i st or a v e lo u tt h es h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c e s l i uj u n ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f c h e ny i n gm i n k e y w o r d s ：u n d e r g r o u n dd r a i n a g e ，f l o c c u l a t i n g ，c i r c u l a t i n gc o o l i n g - w a t e r , r e v e r s e0 s m o s i s 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文煤矿井下排水综合处理研究， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日 期： 导师签名： 日期： 华北电力人学t 样硕士学位论文 第一章概论 水是生命的源泉，是社会发展和人类进步的重要物质，是生态环境系统中最活跃和 影响最广泛的因素，是工农业生产不可取代的重要资源。同时当今世界人口不断增长， 城市建设和工农业生产迅速壮大，人民生活水平日益提高，对水的品质需求日益严格， 用量需求日益扩大，因此逐渐将水当作一种宝贵的资源去研究、开发、利用和保护，以 便合理、长期满足各个方面不断变化的用水要求，来促进社会经济持续发展和人民生活 水平不断提高。让有限的水资源发挥最大的综合效益，这是一项相当艰巨的历史性任务， 也是每一项水源工程设计必须首要考虑的条件。 整个煤炭行业来看，晋煤集团所属矿井已有寺河矿、成庄矿对井下排水处理用于生 产耗水；神华集团所属矿井已有上湾矿、大柳塔矿对井下排水处理用于选煤生产补充水； 兖州煤业集团所属矿井已有东滩矿、岱庄矿对井下排水处理用于生活和洗浴用水。虽然 各个矿井井下排水处理工艺不同，但均采用分段处理，多段工序的模式，实践证明合理、 有效。本次设计研究在工艺上充分借鉴以往工程教训，依据成功经验进行研究开发。 1 1 当前我国煤炭规划发展方向 1 ) 发展方针 煤炭是我国的优势资源，坚持以煤炭为基础能源，多种能源共同发展是我国能源 发展的长期战略。煤炭工业的发展方针是：坚持发展先进生产力，不断提高科技水平， 实现煤炭的高效、清洁利用，提高煤炭资源回收率和综合利用效率，加强环境保护，走 科技含量高、安全状况和经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充 分发挥的新型工业化道路，实现煤炭工业的可持续发展。 2 ) “十一五 煤炭工业发展目标 形成比较完善的与社会主义市场经济体制相适应的煤炭工业管理体制和煤炭法律 法规体系，煤炭工业步入持续稳定健康发展的轨道：煤炭大基地建设取得重大进展；现 代企业制度进一步完善，大集团基本形成；洁净煤技术开发和产业化全面发展；矿区综 合利用、环境治理工作普遍丌展。到2 0 1 0 年实现以下目标： 煤炭生产方面，实现煤炭高质量稳定供应，供需总量基本平衡。全国煤炭产量2 4 5 亿吨，其中大中型煤矿的产量1 9 亿吨，比重7 8 ；小煤矿产量控制在6 亿吨以内，比重 占2 2 。全国原煤入选率达到5 0 以上。 华北电力人学l ：科硕十学位论文 技术进步方面，提高煤矿生产技术水平和资源回采率。大型煤矿采掘机械化程度达 到1 0 0 ，中型煤矿达到8 0 以上，小型煤矿机械化、半机械化程度达到3 0 。全国煤矿 平均矿井资源回采率达到4 0 以上。 生产集中度方面，基本形成以大型煤炭企业集团为主体、中小型煤矿协调发展的格 局。形成5 - 7 个亿吨级生产能力的特大型企业集团，5 个5 0 0 0 万吨级生产能力的大型企 业，产量占全国煤炭总产量的6 0 左右。 安全生产方面，煤矿安全基础条件有较大改善，瓦斯得到有效治理。瓦斯抽采量达 到5 0 亿立方米以上。重特大事故得到有效遏制。到2 0 1 0 年百万吨死亡率比2 0 0 5 年下 降2 5 以上。 1 2 当前我国电力市场前景 目前世界人均电力消费平均水平2 2 1 6 千瓦，我国仅为1 8 0 0 千瓦小时，不及美国的 十分之一，仅为日本的八分之一左右。不仅与世界发达国家比较仍存在巨大差距，而且 与世界平均水平差距也较大。说明我国电力行业在相当长一段时期内，具有良好的前景。 虽然2 0 0 5 年全国电力紧张的形势有所缓解，迎峰度夏期间拉闸限电的省级电网减 少为2 0 个，但从长期看，随着实现全面小康社会、工业化、城镇化的推进，电力需求 将快速增长，电力需求依然旺盛。 无论是国内还是国外，仍然对中国的经济普遍看好。世界发展银行等许多国际著名 咨询研究机构依然把中国看成2 l 世纪发展最快的国家之一。经济发展能力的确认，证 明了我国未来电力市场需求的增长是有效的、可信的。 “十一五期间，全国新增发电装机容量3 2 7 亿千瓦。其中煤电将新增2 2 ，5 6 8 万千瓦，到2 0 1 0 年末，全国煤电发电装机总容量将达到5 9 亿千瓦。 1 9 9 9 - - - 2 0 0 3 年全国电力生产行业资金利润率一直呈现上升的态势，分别为3 1 1 、 3 9 8 、3 9 、3 9 3 和4 6 3 ，2 0 0 4 年电力生业的资金利润率下降为4 2 7 后，2 0 0 5 年 进一步回升为4 5 4 。火力发电行业资金利润率较电力生产行业平均水平高，仅次于核 电行业。 火力发电是煤炭消费的主要方面，发达国家一般都占其煤炭消费总量的8 0 以上， 其中，2 0 0 0 年美国发电用煤占9 0 8 ，较我国同期的4 8 1 高出4 2 7 个百分点。我国火 力发电同水电和核电相比，具有燃料供应充足、投资省、建设周期短、发电成本低等优 点；同燃气发电相比，单位建设投资提高不到1 0 ，但燃料成本在华东地区仅0 1 5 元 k w h ，即使增加脱硫处理，燃料成本也仅0 1 7 元k w h ，而燃气发电的燃料成本至少需 要0 3 0 元k w h 。因此，我国发电用煤还有很大发展空间，因此火力发电行业和煤炭行 华北电力人学j ：程硕十学位论文 业生产建设息息相关，火力发电行业的发展离不丌煤炭行业的健康发展。同时能源就地 转化( 如煤矿坑口电厂) 是集约生产和利用效率最大化的根本要求。 1 3 资源节约特别是水资源节约对社会发展的重要意义 水虽然不是能源，但水是不可完全再生的资源。我国是世界上1 3 个贫水国家之一， 人均水资源占有量仅为2 2 2 0 立方米，约为世界人均占有量的1 4 ，排在世界的1 2 1 位。 同时我国又是消耗大国，我国g d p 仅占全世界g d p 的5 5 ，却消耗了全世界1 5 的资源。 因此在各项资源上的节约利用，循环利用事在必行。 我国的“国民经济和社会发展第十个五年计划纲要 已明确规定：重视水资源的可 持续利用，坚持开展人工增雨、污水处理回用、海水淡化，多渠道开源，建设一批骨干 水源工程。因此学生认为对水资源的宏观政策已经由控制水、开发水、利用水向实现水 生态环境的良性循环，保障水资源的可持续利用和人类社会的可持续发展的方向迈进。 现阶段水资源综合利用要从两方面入手，合理节约用水，但不能为了节水而过多增加 能源耗费；乜1 一水多用，分质供水。 据英国石油公司统计，2 0 0 1 年世界能源消费，包括石油、煤炭、天然气、核能、水 力等一级能源的总量约为1 0 2 亿吨。其中，美国的消费量为2 3 亿吨，中国的消费量为 1 4 亿吨。中国占世界能源总消费的1 4 左右，接近于日本的3 倍。而且每产出一美元的 g d p ，美国消耗的能源比日本多出将近l 倍，中国则是日本的8 倍。可见中国的能源节 约余地还是很大的。 尽管目前能源价格高涨，世界经济仍很坚挺。这是因为石油价格实际上还远没有达 到上个世纪7 0 年代石油危机的水平。原油价格在1 9 7 9 年达到每桶4 0 美元以上，考虑 到这些年来的物价上涨因素，当时的价格换算成现价相当于每桶接近1 0 0 美元。价格高 涨已经显示出人类对未来的能源短缺和能源需求膨涨的担心；地表水的污染和水资源的 短缺已经开始束缚工农业的发展。煤炭工业的水资源的短缺局面已经开始全面显现。目 前，全国有7 0 的煤矿缺水，其中4 0 的煤矿严重缺水。由于水资源的严重不足，影响 了我国煤炭工业的进一步发展。事实证明，矿井水资源化利用，不仅是推动煤炭行业清 洁生产、发展循环经济的主要内容，也是煤炭生产持续发展的需要。 1 4 开发利用水资源是煤炭行业的紧迫任务 煤炭工业是我国重要的基础产业。长期以来，煤炭在我国一次能源生产和消费构成 中均占三分之二以上。实现我国第三步发展战略目标，人均国民生产总值达到中等发达 国家水平，人民过上比较富裕的生活，能源消费量将有较大幅度增长。我国煤炭资源丰 华北电力人学i ：稗硕十学位论文 富，在未来相当长的时期内，以煤为主的能源供应格局不会改变。随着加工转换和利用 技术水平的提高，煤炭可以成为高效、清洁利用的能源。为保障我国能源供应安全，保 证国民经济和社会持续、稳定、健康发展，必须加强煤炭的基础能源地位。然而煤炭生 产中要消耗大量的水，且煤层采掘过程中要断裂地下隔水层，破坏含水带。据国家发改 委公布的资料显示，每生产1 吨煤将破坏和消耗2 1 吨清洁水( 其中直接损耗为0 3 吨， 破坏水资源1 8 吨) 。进而出现产煤大省一山西要由万家寨引黄河水的局面。 同时由于生产规模的扩大和社会环保力度的加强，大型煤矿已经越来越重视保护和 利用水资源。学生参加了多次大型煤炭设备展览，但关于井下排水处理装置和矿山水资 源综合利用设备却少见，中国现阶段在煤矿技术发展上主要把精力投到采掘设备上，而 忽视生产辅助环节。随着煤矿水资源不足的日益严重，我国煤炭科技工作者已经在利用 开发煤矿水资源作了大量的工作，一些项目相继建成投产，并取得成功。煤炭协会正大 力宣传和推广。 1 5 煤矿水资源利用现状 据相关资料显示，1 9 9 0 年我国重点煤矿矿井排水量约为1 6 4 亿m 3 ，吨煤排水量 2 4 3m 3 ，其中煤矿综合利用水量2 1 亿m 3 ，利用率为1 2 8 ；2 0 0 0 年我国重点煤矿矿井 排水量约为1 7 2 亿m 3 ，吨煤排水量2 2 3m 3 ，其中煤矿综合利用水量5 1 亿m 3 ，利用率 为2 9 6 ；2 0 0 5 年我国重点煤矿矿井排水量约为4 5 4 亿m 3 ，吨煤排水量2 0 7m 3 ，其中 煤矿综合利用水量1 9 9 亿m 3 ，利用率为4 3 8 。 煤炭工业邯郸设计研究院曾经在1 9 9 8 年设计了山东兖矿集团东滩井下水处理站， 生产运行很成功并获部优设计一等奖。2 0 0 1 年设计了济宁矿区岱庄矿井下水处理站，生 产运行很成功并获部优设计二等奖。以上两个处理站均打破常规，将水处理构筑物和机 械设施在矿井下的硐室内设置。其工艺流程为：沉砂池+ 斜管沉淀池+ 快滤池。其优点在 于一是极大的改善了井下水仓的运行状况；二是减少了提升水泵叶轮的磨蚀，延长了设 备使用寿命。其缺点是造价高；设备维修场地狭小。 煤炭工业北京设计研究院曾设计了山西晋城煤业集团寺河矿井下水处理站，生产运 行很成功并获部优设计奖。其水处理站设置在地面，采用平流式沉淀池+ 无阀滤池的处 理工艺，处理后s s 在1 5 m g l 以下。缺点是占地面积庞大。今后l o 年我国能源1 ：业的发展 方向：大力调整煤炭1 ：业结构和煤炭生产布局，加快开发平推j 沽净煤技术，增加煤炭在终端能源 消费向气、电转化的比例，开发彳i 油替代资源，加人煤层气开发，积极扩人煤炭出口；加强，f i 油、 天然气的勘探开发力度，油气并举、扩人开放、建立储备；电力行业，重点是加强电网建设，优化 华北电力人学i ：科硕十学位论文 火电结构、积极发展水电、适当发展核电、冈地制宦发展新能源发电；新能源和可再生能源，发展 人型风力发电、太阿1 能利片j 。 随着国家产业布局调整，清洁能源、清洁生产的需要，要求煤炭生产基地由单一的 输煤转变为输煤、输电并举。大批大型坑口电厂相继建设投产。煤炭矿区规划已经丌始 将煤、电、煤化工一条龙产业链作为重点规划研究项目。伴随着煤矿坑口电厂生产要求， 大量的矿井井下排水开发应用于坑口电厂生产是合理利用水资源的需要：是循环经济的 要求；也是解决节能减排的方法。 1 6 煤碳市场需求预测 1 6 1 我国煤炭工业发展趋势 我国是以煤炭为主的能源结构，煤炭是保证国家能源安全的最重要资源。预计从现 在到2 0 3 0 年间，我国能源消费总量将会持续增长。在世界一次能源需求增加量中，中 国将占2 0 。从能源安全角度考虑，我国将在保证煤炭的能源支柱地位基础上，建立煤、 天然气、石油、水力、核能、可再生能源的多元化能源供应结构。 1 6 2 煤炭市场需求分析 ( 1 ) 按煤炭消费弹性系数法预测 新中国成立以来，我国煤炭消费弹性系数总体上呈缓慢下降趋势，详见表1 - 1 。 表1 一l我国各个时期煤炭消费弹性系数 时期 1 9 6 6 1 9 8 0 1 9 8 1 1 9 9 52 0 0 1 2 0 0 22 0 0 3 2 0 1 0 2 0 11 2 0 2 0 煤炭消费弹性系数1 00 50 4 20 4 1o 3 6 煤炭消费弹性系数递减规律，2 0 0 3 年一2 0 1 0 年煤炭消费弹性系数按0 4 1 ，其中：g d p 增长速度按7 3 ，煤炭消费增长速度则为3 0 。2 0 11 年一2 0 2 0 年煤炭消费弹性系数按 0 3 6 ，其中：g d p 增长速度按7 ，煤炭消费增长速度则为2 5 。以2 0 0 2 年煤炭消费量 1 3 6 9 m t 为基数，预测国内煤炭需求量2 0 1 0 年为1 7 3 0 m t ，2 0 2 0 年我国煤炭需求量为 2 2 2 0 m t 。如以2 0 0 3 年煤炭消费量1 6 7 0 m t 为基数，则预测国内煤炭需求量2 0 1 0 年为 2 0 5 0 m t ，2 0 2 0 年我国煤炭需求量为2 6 3 0 m t 。 华北电力大学：程硕十学何论文 ( 2 ) 按主要耗煤部门法预测 中国煤炭工业发展研究咨询中心按照电力、冶金、建材和化学工业等是我国的主要 耗煤部门，其耗煤量在煤炭消费总量中所占比重很大，并且其产品产量增长、单位煤耗 和节能技术进步趋势等都比较明确，将其作为煤炭需求预测的主要依据。根据主要耗煤 行业耗煤产品的发展规划和能源消耗变化预测煤炭需求，分别不同情况，采用适当统计 预测方法确定全行业用煤量；生活消费用煤量根据现状推测发展趋势；其它用煤行业煤 炭需求量其历史和现状并结合其发展趋势进行推测。本规划引用其预测结果作为参考。 1 ) 电力工业用煤需求预测 2 0 0 3 年，全国装机容量3 8 7 亿k w ，其中煤电2 7 5 亿k w ；全国发电量1 9 1 万亿 k w h ，其中煤电1 5 4 万亿k w h ，全年发电和供热用煤为8 5 0 m t 。 根据有关规划材料，2 0 0 5 年、2 0 1 0 年、2 0 1 5 年和2 0 2 0 年全国装机容量分别为4 7 亿k w 、6 6 亿k w 、8 5 亿k w 和9 8 5 亿k w 。在考虑优先利用水电、气电及核电的情况下， 预测2 0 0 5 年、2 0 1 0 年、2 0 1 5 年和2 0 2 0 年煤电机组装机容量分别达到3 2 9 亿k w 、4 4 6 亿k w 、5 5 2 亿k w 和6 2 3 亿k w ，发电量分别为1 8 6 万亿k w h 、2 3 3 万亿k w h 、2 8 亿 k w h 和3 2 3 万亿k w h 。随着新增发电机组大型化，发电煤耗将逐步下降，预测2 0 0 5 年、 2 0 1 0 年、2 0 1 5 年和2 0 2 0 年分别为3 4 8 9 c e k w h 、3 3 0 9 c e k w h 、3 2 0 9 c e k w h 和3 1 0 9 c e k w h 。 预测电力工业用煤2 0 0 5 年、2 0 1 0 年、2 0 1 5 年和2 0 2 0 年分别为l o l o m t 、1 2 0 0 m t 、1 3 8 0 m t 和1 5 5 0 m t 。详见表1 - 2 。 表卜2电力工业煤炭消费预测 2 0 0 3 年2 0 0 5 年2 0 1 0 年2 0 1 5 年2 0 2 0 年 内容单位 实际预测预测预测预测 全国装机容量亿k w 3 8 74 7 0 6 6 08 5 0 9 8 5 煤电 亿k w2 7 53 2 94 4 65 5 26 2 3 煤电发电量 亿k w h15 4 0 018 6 0 02 3 3 0 02 8 0 0 03 2 3 0 0 用煤量 1 0 k t8 5 0 0 01 0 1 0 0 01 2 0 0 0 01 3 8 0 0 01 5 5 0 0 0 发电标煤耗 g e e k w h 3 5 43 4 83 3 03 2 03 1 0 2 ) 钢铁工业用煤需求预测 在钢铁行业能源消费中煤炭占7 0 左右，主要是炼焦用煤、燃料煤和高炉喷吹用煤。 6 华北电力大学1 ：科硕十学位论文 2 0 0 3 年全国生铁产量2 0 0 m t ，全年消费煤炭1 8 0 m r 。 未来钢铁行业的煤炭需求量主要由生铁产量和能耗决定。随着钢的积累量的提高， 铁钢比将小于l ，并逐步降低，生铁产量将保持一定产量规模。随着喷煤比的提高和技 术进步，焦比( 炼制l t 生铁需求的焦炭) 也将逐步下降。提高喷煤比，可减少焦炭用量， 降低生产成本，近年来钢铁企业喷吹用煤增加较快，未来喷吹用煤仍呈增长趋势。随着 钢铁企业对工业锅炉余热利用程度的提高，预计未来燃料用煤增加不多。 根据有关规划材料分析，未来十年我国钢铁产量增长仍然强劲，预测2 0 0 5 年、2 0 1 0 年、2 0 1 5 年和2 0 2 0 年生铁产量将达到2 7 0 m t 、3 0 0 m t 、3 2 0 m t 和3 3 0 m r 。2 0 0 4 年 - 2 0 2 0 年，随着我国钢铁工业通过采取提高连铸比、炉型大型化等技术进步和节能措施，单位 产品能耗将逐步下降，尽管钢铁产量增长较大，但煤耗总量增长不大，预测2 0 0 5 年钢 铁工业煤炭需求量为2 3 0 m t ，考虑节能因素，预测2 0 1 0 年、2 0 1 5 年用煤量维持在2 0 0 5 年底2 3 0 m t 水平，2 0 2 0 年为2 2 0 m t 。详见表1 - 3 。 表卜3钢铁工业煤炭需求爱预测单位：l o k t 内容 2 0 0 3 年实际2 0 0 5 年预测2 0 1 0 年预测2 0 1 5 年预测2 0 2 0 年预测 生铁产量2 0 2 312 7 0 0 03 0 0 0 03 2 0 0 03 3 0 0 0 煤炭需求量 18 0 0 02 3 0 0 02 3 0 0 02 3 0 0 0 2 2 0 0 0 炼焦煤 1 3 3 0 01 8 0 0 01 7 5 0 01 7 0 0 01 5 5 0 0 燃料煤及喷吹煤 4 7 0 05 0 0 05 5 0 06 0 0 06 5 0 0 根据分部门煤炭需求预测，汇总后得出国内煤炭需求量为：2 0 0 5 年1 8 1 0 m t ，2 0 1 0 年为1 9 7 0 m t ，2 0 1 0 年为2 1 2 0 m t ，2 0 2 0 年为2 2 2 0 m t 。 3 ) 煤炭进出口预测 2 0 0 1 年和2 0 0 2 年我国煤炭出口分别达9 0 1 2 m r 和8 3 8 4 m t ，2 0 0 3 年我国煤炭出口 创历史新高，达9 3 8 8 m t 。我国贫油富煤，进口石油、天然气等优质能源，适度出口煤 炭是合理的，应巩固我国煤炭出口市场，煤炭出口量保持在9 0 m t 左右。东南沿海带 也可考虑进口一些优质煤炭，年进口量l o m t 左右。 ( 3 ) 煤炭需求预测结果 1 ) 预测总量 2 0 0 5 年1 8 8 0 m t ( 其中：国内需求1 8 1 0 m t ，净出口7 0 m t ) ，2 0 1 0 年2 0 5 0 m t ( 其中： 华北电力人学i ：科硕十学佗论文 国内需求1 9 7 0 m r ，净出口8 0 m r ) ，2 0 1 5 年2 2 0 0 m t ( 其中：国内需求2 1 2 0 m r ，净出口8 0 m t ) ， 2 0 2 0 年2 3 0 0 m t ( 其中：国内需求2 2 2 0 m t ，净出口8 0 m t ) 。详见表1 - 4 。 表1 - 4主要耗煤行业煤炭需求及进出口预测 内容2 0 0 3 年实际2 0 0 5 年预测2 0 1 0 年预测2 0 1 5 年预测2 0 2 0 年预测 合计 1 6 7 0 0 01 8 8 0 0 02 0 5 0 0 02 2 0 0 0 02 3 0 0 0 0 国内煤炭需求 1 5 9 0 0 01 8 1 0 0 01 9 7 0 0 02 1 2 0 0 02 2 2 0 0 0 电力8 5 0 0 01 01 0 0 01 2 0 0 0 01 3 8 0 0 01 5 5 0 0 0 钢铁1 8 0 0 02 3 0 0 02 3 0 0 02 3 0 0 02 2 0 0 0 建材1 7 0 0 02 0 0 0 02 0 0 0 01 9 0 0 01 8 0 0 0 化工8 0 0 08 5 0 0 9 0 0 0 9 5 0 01 0 0 0 0 其它3 1 0 0 0 3 0 5 0 02 7 0 0 02 3 5 0 01 7 0 0 0 煤炭净出口8 0 0 0 7 0 0 08 0 0 0 8 0 0 0 8 0 0 0 出口 9 0 0 08 0 0 09 0 0 09 0 0 09 0 0 0 进口1 0 0 01 0 0 01 0 0 01 0 0 01 0 0 0 注：尚未考虑煤炭加工和转化用煤需求。 2 ) 未来煤炭需求主要靠电煤拉动 预测期内( 2 0 0 4 年- - - 2 0 2 0 年) 电力工业用煤仍然是拉动国内煤炭消费增长的主要 因素，钢铁行业及化工行业用煤略有增加， 的提高，煤炭直接消费占的比例越来越小， 9 0 以上的煤炭用于发电。 其它行业用煤下降。随着国家经济发展水平 转换成二次能源的比例越来越高，如美国近 电力行业发电及供热用煤从2 0 0 3 年的8 5 0 m t 增加到2 0 2 0 年1 5 5 0 m t ，年均增长4 1 m t 多，超过了国内煤炭需求年均增长3 7 m t 的水平。电力行业用煤占全国煤炭消费的比重 将由2 0 0 3 年的5 3 提高到2 0 2 0 年的7 0 ，但仍低于发达国家的水平。 ( 4 ) 不确定性分析 1 ) 主要耗煤行业的发电、钢铁、建材和化工以及其它行业煤炭需求的预测，是充 分考虑了技术进步带来的节能因素，如节能达不到预期效果，预测期内煤炭需求量将更 大。 2 ) 要充分利用国内、国际“两种资源、两个市场 优化我国的能源消费结构，提 华北电力人学。l ：科硕十学位论文 高清洁、高效的优质能源的比重，逐步减少煤炭消费的比重。预测2 0 2 0 年水电、气电、 核电三项之和的装机容量将达到3 6 2 亿k w ，比2 0 0 3 年增加2 5 亿k w ，替代煤炭消费 3 5 0 m r 。如果水电、气电及核电的发展目标在预测期内不能实现，煤电占所占比重还要 提高，相应的煤炭消费量要增大。 ( 5 ) 煤炭需求结论 根据两种煤炭消费预测法的预测，综合各种不确定因素，可以得出：2 0 1 0 年全国煤 炭基本需求量为2 0 5 0 m t ；2 0 2 0 年全国煤炭基本需求量为2 3 0 0 m t ，较高需求量为2 6 3 0 m t 。 华北电力人学i ：程硕十学位论文 第二章潞安煤业古城矿井建设的必要性 2 1 潞安煤业当前的市场定位 2 1 1 潞安煤炭用户及销售情况 潞安矿区的瘦煤产品，可用作炼焦配煤，因其含硫量特低，是焦化厂与高硫肥煤以 及焦煤配用的首选品种。而其贫煤产品，发热量高，是国内优良的动力煤和高炉喷吹用 煤。市场辐射全国1 9 个省、市、自治区，按地域分布有华东、华南、华北、西北和东 北地区，从用户分布看，主要分布于电力、冶金、化工、建材、有色金属、城市供气等 领域。2 0 0 3 年潞安矿区煤炭销售情况见表2 - 1 。 表2 1潞安矿区煤炭销售情况表 行业数量( m t )比例( ) 冶金用煤1 9 31 1 电力用煤 1 3 1 57 5 化工、石化、有色金属 2 4 51 4 合计1 7 5 31 0 0 2 1 2 潞安煤业在国内动力煤市场的定位 近年来国内新建或扩建的火力发电厂中，有许多电厂以潞安煤作为其锅炉的设计 煤种，随着这些电厂的逐步投入运行，对潞安煤的需求将不断增加，许多用户已向潞安 矿区表示了需求意向，有些已经签订了供煤协议。 部分新建的火电厂对潞安煤的需求情况见表2 - 2 。 华北电力人学：l ：科硕十学何论文 表2 2 部分新建火电厂对潞安煤的需求情况表 序 用户名称装机容量设计煤种投产时间需潞安供煤量 号( m w )( m t ) 1河北邯峰电厂2 x 6 6贫瘦煤2 0 0 01 5 0 2 河北1 5 0 电厂( 三期扩建) 2 x 3 0 0 贫瘦煤 2 0 0 50 6 0 3 山东聊城电厂 2 x 6 6 0 贫瘦煤 2 0 0 3l - 0 0 4 山东菏泽电厂( 扩建) 3 0 0 贫瘦煤 2 0 0 10 5 0 5 河北沁北电厂 2 x 6 0 0 贫瘦煤 2 0 0 42 1 0 6 河南濮阳电厂( 扩建) 2 x 2 0 0 贫瘦煤 2 0 0 30 6 0 7 河南首阳山电厂 2 x 3 0 0 贫瘦煤 2 0 0 20 6 0 8 山西漳山电厂( 三期扩建) 2 x 3 0 0 贫、贫瘦 2 0 0 61 0 0 9山西王曲电厂4 x 6 0 0 贫、贫瘦 2 0 0 63 5 0 1 0安徽阜阳电厂4 x 6 0 0 贫瘦煤 2 0 0 5 3 0 0 1 1 湖南长沙电厂 2 x 6 6 0 贫瘦煤 2 0 0 21 5 0 1 2 湖北蒲圻电厂 2 x3 0 0 贫瘦煤 2 0 0 20 6 0 2 1 3 潞安煤业在高炉喷吹煤市场的定位 近几年来高炉喷吹用煤迅速增长，平均每吨生铁高炉喷吹煤粉量：1 9 9 7 年为 7 8 0 3 k g ，1 9 9 8 年为9 4 9 8 k g ，增长2 2 ，而重点钢铁工业增长更快。1 9 9 8 年钢铁工业 高炉喷吹煤粉7 5 0 m t 。预计2 0 0 5 年平均每吨生铁高炉喷吹煤粉量1 2 0 - - 一1 5 0 k g ，用煤量 1 6 0 0 - - 2 0 0 0m t ，2 0 1 0 年平均每吨生铁高炉喷吹煤粉量1 6 0 一- - 1 7 0 k g ，用煤量2 1 5 0 一- 2 2 5 0m t 。 潞安煤具有良好特性，适用于高炉喷吹。潞安矿区已与鞍山热能所一起成功地丌发 了高炉喷吹用煤，1 9 9 9 年唐钢使用潞安喷吹煤约0 1 0m t 。目日仃，首钢、武钢、鞍钢、 邯郸等多家钢铁公司表示了使用潞安喷吹煤的意向，并与潞安矿区达成销售协议，总量 1 5 0 m t 。因此，喷吹煤将为潞安矿区带来比动力煤更好的利润回报，并能通过产品的多 样化化解市场的风险。 华北电力人学一l ：程硕+ 学位论文 根据对国内、国际煤炭市场的分析，结合近年来潞安矿区煤炭市场的状况，认为潞 安矿区煤炭销售具有非常好的市场前景。 总之，潞安矿区的贫瘦煤质量好，价格低，在市场竞争中具有较大优势。但面对激 烈的市场竞争，潞安矿区应在知己知彼的基础上，扬长避短，因地制宜，充分发挥资源 丰富、煤质优良的优势，制定适宜市场的产品开发战略和市场营销战略，巩固老市场， 开拓新市场，不断提高国内市场占有率，扩大国际市场份额。 2 2 潞安煤炭产品目标市场分析 2 2 1 电力用煤 从全国范围看目前电厂用煤质量不高，发热量不能达到电厂锅炉设计的煤质要求指 标，致使电厂单位耗煤指标高。这一状况，不但使发电厂成本增大，而且给铁路运输带 来紧张状况。据2 0 0 0 年全国电厂统计，平均供电煤耗3 9 4 9 k w h ，比1 9 9 5 年的4 1 2 9 k w h 下降了1 8 9 k w h 。预计，2 0 0 5 年供电煤耗将进一步下降到3 8 4 一- - 3 7 9 9 k w h 。即使如此， 平均供电煤耗仍比国外发达国家供电煤耗高4 0 9 k w h 。电厂供电煤耗高，是由于动力煤 的商品煤灰分高的原因，依据各电厂分牌号动力煤的商品煤质量情况( 见表2 2 - 1 ) 可 以看到，我国分牌号动力煤的商品煤灰分大部分高于2 0 ，灰分高发热量相对就低，直 接影响了供电煤耗。 我国各类电厂中锅炉少部分是按照热值2 3 0 2 m j k g ( 5 5 0 0 c a l g ) 2 5 1 2 m j k g ( 6 0 0 0 c a l g ) 设计的，大部分按热值 8 0 ； ( 5 ) 挥发份v d a f 1 5 。 通过分析上述钢铁企业对喷吹煤煤质的要求发现，作为喷吹煤粉的主要指标是灰 分、挥发份、全硫及可磨性指数，灰分一般要求在1 0 左右，挥发份低于1 5 2 0 ， 全硫低于0 5 - - - 0 8 ，以上三项指标越低越好，可磨性指数大于8 0 。古城矿井原煤 通过洗选加工，完全可以满足喷吹用煤的要求。 2 3 市场风险 潞安矿业集团公司的块煤主要用于化肥及造气，洗精煤用于炼焦配煤和高炉喷吹， 而洗混煤主要用于电厂、及民用等。根据山西潞安矿区总体规划，公司将利用煤炭 资源优势，实现煤一电一煤化工一体化的发展途径，改善环境，以获得良好的社会效益和 华北电力人学i ：稗硕十学位论文 经济效益根据矿区内各矿煤炭产量、煤质及水资源等情况，规划建设4 座资源综合利 用及坑口发电厂，分别为：在高河井田规划建设高河坑口电厂，容量4 6 0 0 m w ，建设期 为2 0 0 5 一- - 2 0 0 9 年；在王庄矿井规划建设资源综合利用电厂，容量2 1 3 5 m w ，建设期为 2 0 0 5 2 0 0 7 年；在五阳扩区规划建设付村资源综合利用电厂，容量2 1 3 5 m w ，建设期 为2 0 0 7 , - - - , 2 0 0 9 年；在屯留矿井已批准建设屯留资源综合利用电厂，容量2 1 3 5 m w ，2 0 0 6 年1 # 机组运行，2 0 0 7 年2 # 机组运行。在古城矿井规划建设资源综合利用电厂，容量1 1 3 5 m w ，建设期为2 0 1 0 一- - 2 0 1 3 年；燃料为矿井部分末原煤和压滤煤泥 依据上述资料分析，古城矿井在建成达产后，只要具备产品结构调整能力，能根 据市场要求，可生产洗块煤、喷吹煤、洗混煤等系列产品，市场销售风险很小。 古城矿井产品结构合理，是潞安矿业集团规划的煤、电、煤化工产业链的起点，是 原料供应端。合理利用古城矿井的每一份资源，特别是合理利用井下排水来弥补当地的 水资源的匮乏，是整个集成产业的闪光点。 华北电力人学i ：科硕+ 学位论文 第三章矿井地质特点及排水预处理工艺设计 3 1 煤矿井下排水( 矿井水) 的形成特点 3 1 1 井田地层简述 古城矿井所在井田地层区划属华北地层区山西地层分区长治小区。地层出露由东向 西，由老到新为：古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，中生界三叠系，新生界第 三系、第四系。区域地层特征见表3 1 。 3 1 2 煤质特征及富存条件 古城矿井井田内设计采掘3 号煤层，其特征叙述如下： 3 号煤层为结构简单、厚度变化不大、全井田可采的稳定煤层。煤层总厚 3 3 5 - 1 0 2 5 m ，平均6 2 7 m ；纯煤厚度3 3 5 1 0 2 5 m ，平均6 0 5 m 。含泥岩、炭质泥岩夹 矸0 - 2 层，一般1 层，距底板约0 8 0 m 左右的一层较为稳定( 平均厚度0 3 0 m ) 。 3 号煤层为黑色，条痕为浅黑色黑色，断口参差状阶梯状，玻璃金刚光泽， 内生裂隙较发育。以亮煤为主、暗煤次之，夹镜煤条带。细中条带状结构。属半亮 光亮型煤。视( 相对) 密度为1 4 3 m 3 t 。真相对密度为l - 4 6 m 3 t 。 3 号煤层原煤灰分( a d ) 为1 1 3 2 一2 3 9 2 ，平均为1 6 6 2 ，为低灰一中灰煤。以中灰 煤为主，低灰煤分布勘探区中部、北部及西部。浮煤灰分( a d ) 为6 4 9 一1 4 5 5 ，平均 9 2 7 ，为低灰一高灰煤。原煤挥发分( v d a f ) 为1 0 5 6 - 1 6 8 3 ，平均1 3 4 5 ；浮煤挥发 分( v d a f ) 为9 6 7 - 1 4 6 9 ，平均1 1 8 7 ，为特低挥发分煤一低挥发分煤。原煤硫分( s t ，d ) 为0 1 5 一0 5 4 ，平均0 3 2 ；为特低硫一低硫煤( 仅0 8 0 1 号孔为低硫煤) 。浮煤硫分 ( s t ，d ) 0 2 2 - 0 5 0 ，平均0 3 2 。为特低硫一低硫煤。 3 号煤属低灰一高灰、特低一低挥发分、特低一低硫、特低一中磷、低氟、氯、一级 含砷、高热特高热值、高热稳定性、易磨一极易磨、中高一高固定碳、较高软化温度 灰、中等结渣性之贫煤( p m ) 。可作为动力用煤和民用煤。洗选后也可作为高炉喷吹用煤。 3 1 3 水文地质 井田位于辛安泉域南部长治盆地水文地质单元内。井田水文地质情况如下： 华北电力人学一j ：科硕十学位论文 3 1 3 1 主要含水层 1 奥陶系中统石狄岩岩溶裂隙含水层组 该含水层为岩溶裂隙含水层。根据区域地层表，奥陶系中统地层自上而下可分为三 组：峰峰组厚4 0 2 2 0 m ，上马家沟组厚2 1 0 3 1 3 m ，下马家沟组厚9 2 - 1 4 7 m 。 该含水层富水性较弱。为富水性弱一中等的含水层组。结合区域和井田资料分析， 井田所处位置为奥灰岩溶裂隙含水层，富水性弱、水循环交替滞缓，地下水滞流或迳流 不畅，但受构造影响，局部有富水的可能。 2 石炭系太原组裂隙岩溶含水层组 该含水层为碎屑岩夹石灰岩岩溶裂隙含水层，含水空间以岩溶裂隙为主，含水层主 要由k 2 、k 3 、k 4 、k 5 四层石灰岩组成，平均总厚度为1 5 2 5 m 。井田内无出露，根据钻 孔揭露情况，一般岩溶裂隙不发育。从简易水文情况看，钻孔消耗量变化不明显。本区 内该含水层组无抽水试验资料，据邻近高河井田资料，单位涌水量q 为 0 0 0 0 2 4 - 0 0 0 1 3 l s m ，渗透系数k 为0 0 0 11 - 0 0 0 3 7 m d ，水位标高6 8 0 7 7 6 8 2 4 7 m ， 水质类型h c 0 3 一c l 一一k + + n a + 型为主。该含水层富水性一般较弱。但在构造部位富水性可 能变好。 3 下二叠统山西组及上、下石盒子组砂岩裂隙含水层组 该含水层为碎屑岩裂隙含水层，含水层空间以构造裂隙为主，含水层主要由粗、中、 细粒砂岩组成，一般裂隙较发育，局部充填。本次勘探的0 7 0 7 、0 7 1 2 、11 0 4 、11 0 9 四 个钻孔分别对该含水层进行了抽水试验，单位涌水量为0 0 0 0 6 0 0 11 2 l s m ，渗透系数 为0 0 0 1 9 - 0 0 6 2 9 m d ，水位标高为6 8 9 8 7 - 7