缺水地区矿井水资源化利用途径探讨.pdf

缺水地区矿井水资源化利用途径探讨 徐智敏 中国矿业大学 江苏 徐州 221008 摘 要 该文就肥城矿区矿井水开发利用的现状以及在生产实践中所面临的严重水害问题 结合泰安目前的缺水现状 提出 把肥城矿区优质矿井水资源化处理后向泰安市供水的思路 并对其可行性 现实性等进行分析 符合城市经济建设以及矿区 的可持续发展战略思想 关键词 缺水地区 矿井水 资源化 可持续利用 矿井水是矿井所采煤层及开拓巷道附近涌出的地下水 我国北方矿井水主要来自于奥陶纪灰岩水 砂岩裂隙水以及 极少量的井下生产废水 故井水水质特征与当地地下水水质 基本相符 准确地说 矿井水实质是受了污染的地下水 而 不是煤矿生产废水 目前我国煤炭产量已突破12亿t 每生 产1t原煤将从地下抽排出2 3m3的矿井水 平均每年将有 30多亿m3的地下水抽排到地面 占全国地下水年开采量458 亿m3的5 是我国城市年生活用水量的40 而我国大 多数北方城市的发展却面临着水资源日趋紧张 总量短缺 结构不合理 污染严重等问题 如果在水资源利用及管理体 制上没有突破 很难满足城市国民经济迅速发展的要求 1 肥城矿区矿井水开发利用现状及水害问题 肥城矿区每年有约4500万m3的矿坑排水 其回收利用 率不足10 这些矿井水的外排既污染了矿区环境 又由于 缴纳巨额的水资源费 排污费等给企业带来了巨大的经济压 力 同时 肥城矿区受岩溶水水害十分严重 共发生突水180 余次 6个矿井被淹过 肥城矿区40多年的开采史证实 水 害已严重威胁到整个矿区的正常开采 该问题已成为整个矿 区能否生存的直接原因之一 2 肥城地区矿井水资源化利用途径探讨 2 1 泰安市目前的水资源现状 泰安市属于极度缺水地区 2004年泰安市最大日需水量 达21 67m3 而可采地下水资源仅有10 7万m3 泰安市自来 水公司目前的供水能力是3000万m3 a 已远远不能满足城 市的发展要求 2 2 肥城矿区矿井水向泰安市供水的可行性 1 随着市场经济的发展 长期处于垄断地位的单一供 水格局将被打破 2 泰安市地下水开采遇到的问题 降落漏斗不断扩 大 地下水位下降 地下水开采严重而引发岩溶塌陷 导致 房屋 桥梁坍塌 开裂 最严重的是京九铁路经过的泰安市 北部地段已出现由塌陷引起严重的铁轨吊空 直接危及人民 生命财产和国家安全 单井采出水量越来越少 而泰安市 区用水量越来越高 泰安市生活用水年增长率为5 7 左右 工业用水年增长率为2 3 后备水源不足 安全保障性小 3 肥城矿区矿井水资源利用的优势 区位优势 肥城 矿区离泰安市约42km 且地势平坦 向泰安供应优质饮用水 管道铺设短 投入少 矿井优质水量稳定 肥城矿区的矿井 水水质好 水量大 稍作处理便可饮用 若矿井水得到利 用 可降低矿井排水费用 排污缴费 开采地下水资源缴费 从而降低吨煤成本 矿井生产必然伴生矿井水 矿井水的 外排和矿井开采同步 矿井水的外排和供水同步 持续供水 有可靠保证 4 利用优质的矿井水稍加处理后供市区居民饮用以及 利用其奥灰水天然的矿泉水特性 开发矿泉水产品 采用多 渠道的矿井水利用模式 2 3 肥城矿区向泰安市供水的现实性 肥城矿区地下岩溶水具有水质优良的特性 加上2 8万 m3 h的水量补给以及前面讨论的可行性 以 排供结合 的方 式进行区域供水 水质水量都有保证 具有现实意义 2 4 肥城盆地水资源可持续分配的技术规划 肥城矿区的水文地质条件极其复杂 为在矿区成功地进 行 排供结合 主要针对可以疏干的8煤顶板四灰 的化 水 害 为 水利 的有效方案和有效地保证盆地取水的正常进 行 提出 帷幕分流 的解决方案 其思路是在矿区地下水流 场的补给区修筑一定长度的帷幕线以改变矿区流场的径流 方向 通过技术分配 在保证盆地内正常用水的基础上 使流 经矿区流场的地下水可以满足设计的需要 帷幕注浆段高 为四灰厚度 平均5 4m 终孔层位至8煤底板5m 55 2007年第1期 山东煤炭科技 2 5 供水模式 设计供水规模在10万m3 d 将矿区四灰 五灰及相应工 作面符合生活饮用水条件的地下水用管路或单独地通过排 水道 实行 浑浊分排 的排水方式排至井下饮用水水仓 而 后排至矿井地面集水泵站 经加压后输至泰安市供水管网 2 6 肥城矿区的集水工程 在井下集水工程中 利用巷道自身3 的坡度 设计了在 巷道污水渠另一侧巷壁修筑全封闭的清水通道 以防止清水 在汇集过程中被污染 如图1所示 图1 巷道清污分流断面图 2 7 肥城矿区至泰安市的供水工程 肥城至泰安地势相对比较平坦 公路两侧各两排管道 肥城和泰安市之间地面水平高差为8m 故需在中途适当设 置加压泵站以保证供水的正常进行 具体如图2所示 图2 供水管路示意图 2 8 肥城矿区向泰安市供水的效益分析 社会效益 可以缓解整个矿区的水害问题 为矿区经济 的进一步发展创造良好的社会环境 缓解目前泰安市严重缺 水的紧张局面 为泰安市的城市发展 居民生活以工农业发 展也将起到非常积极的作用 经济效益 如表1和表2 表1 矿井水处理成本核算 项目处理成本 元 m3 依 据 工资费0 060 人员以200人计 月工资为900元 人 生产净水10万m3 d 资产折旧0 182资产价值3000万元 以30年计 电 费0 232 用电量31400kW h d 电费为0 74 元 kW h 药剂费0 225 每吨水需药剂50g 药剂价格为 0 0045元 g 合计成本0 699 说明 1 工资费的计算 0 06元 m3 900元 人 月 200人 100000m3 天 30天 2 资产折旧采用注释中的资本回收公式进行计算 3 电费和药剂费参考黑龙江双鸭山矿区矿井水处理的 依据 其中电费根据肥城市的目前电力部门提供的数据 用 电量则是生产净水的规模核算的 表2 整个工程经济效益核算 项 目金额 万元 a 依 据 运行费用3200 处理成本0 699元 m3 处理能力 3500万m3 a 维修费60万元 a 输 水费700万元 a 收取水费8200 水费为2 8元 m3 受泰安市用水量 的影响 为谨慎起见 供水量以8 万m3 d计 支付水资源费1600 水资源费以0 32元 m3计 5000 万m3 a 节省排污费800 排污费以0 2元 m3计 4000万m3 a 资产折旧850以30年回收期计 盈利3350 肥城矿区地下水资源化处理工程预计4 5年左右就可 以收回全部投资 而服务年限可达30年 可见 该工程的经 济效益也十分可观 3 肥城矿区矿井水开发的可持续管理 在肥城矿区和泰安市 如果在水资源开发利用及管理体 制上没有大的突破 是很难满足两地国民经济迅速发展的要 求和向泰安市的供水要求的 因此 建议两地应做好几方面 的工作 1 采用法律 经济 市场 技术和行政手段 需要政 府出面协调 多部门协同配合 2 政府应在政策上对矿井水 的开发利用予以照顾和鼓励 3 泰安市应引进竞争机制 建 立城市多元化的供水模式 4 肥城矿区应加强 排供结合 5 矿井水应纳入整个肥城市的水资源规划 实行统一管理 统筹分配 4 成果及展望 本文的研究既能解决矿区一定的水害问题 可以直接因