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启示三:创新矿井水“三三”处理利用技术工艺系统,创建最大储水量等于3座千万立方米中型水库的井下分布式“地下水库”
神东矿区的地下水资源,分为地表土壤水、第四系松散层水、煤层顶板覆岩水三类,煤炭开采过程中地下水向下渗漏,地表土壤水和第四系松散层水在开采中有所减少,不过开采后可逐步恢复到采前状态。但是,煤层顶板覆岩水由于开采损失则较难恢复,而且随着生产规模和开采范围的不断扩大,地表水和潜水越来越多地转化为矿井水,矿井如何在确保安全生产的前提下,科学保水蓄水用水成为需要攻克的重大课题。更何况,攻克这个习近平总书记特别点明的煤炭开采“地下水破坏”问题,对全国乃至全球煤炭开采具有普遍而重大的意义。
神东深深认识到极度干旱荒漠荒原区水资源的弥足珍贵,基于绿色思想思维与绿色开采理念,在创新煤矿超大工作面开采技术实现地层地表及地下水资源扰动最小化的基础上,根据煤层及水资源的赋存规律进行“生态再造”,从1998年开始在大柳塔煤矿首创分布式“地下水库”技术,创建矿井水的三级处理、三类循环、三种利用“三三”技术工艺系统,即所有矿井水都通过建设采空区过滤净化系统实施一级处理,净化处理后储存于井下建成的分布式水库用于井下生产,在矿井水资源的保护和利用方面创造别开生面的绿色创新技术、新工艺体系。
分布式“地下水库”技术的基本原理,是基于超大工作面开采后,留下的采空区自然边界明显、岩体空隙均匀,以及地下水的赋存规律,针对煤矿井下水资源保护,充分利用井下采空区而研发建立的“地下水库”技术,处理后的水质完全能够满足工业和绿化用水要求,而且实现自动化控制无需人员值守。大柳塔煤矿井下每小时约400立方米的涌水量,全部通过不同水平间的连接管道,由注水孔注入22煤层的地下水库,经矸石自然净化过滤后全部进行复用,实现了井下生产污水零升井,每年用水量280万立方米,可节约外购水费、污水处理和外排费等费用近6000万元。
神东的矿井分布式“地下水库”技术,有效实现了矿井水的循环利用。截至2015年9月,大柳塔煤矿、上湾煤矿、补连塔煤矿、榆家梁煤矿等15个矿井已经建成35座地下水库,每座平均储水量约71.4万立方米;目前整体储水量达到2499.5万立方米,历史最大储水量达到3100万立方米,相当于地面建设2-3座1000万立方米中型水库的蓄水量。
神东“再造式”的矿井分布式“地下水库”受到中国工程院院士的高度评价。以其经验总结形成的《生态脆弱区煤炭现代开采地下水和地表生态保护关键技术》项目先后荣获中国煤炭工业科学技术一等奖和国家科技进步二等奖,《神东矿区煤矿地下水库关键技术研究与应用》项目也获得省部级大奖。在中国国家知识产权局和世界知识产权组织共同举办的第十七届中国专利奖颁奖大会上,《一种矿井地下水的分布式利用方法》,以发明专利荣获中国专利奖金奖。
同时,神东还通过创新地面“三区收集、三级处理、三类循环、三途径利用”污水集约化收集处理利用模式,提高废水的利用率,减少污水外排,节省净水资源;通过地面建设45座污废水处理厂,对排至地表的矿井水和生活污水进行二级处理,用于地面生产和生态灌溉;通过建设3座深度水处理厂,对处理后的矿井水再进行三级深度处理,用于居民生活杂用。
神东目前矿井水年产生量9800多万立方米,井上下复用6000多万立方米,复用率62%以上,达标排放率100%。仅2014年一年,即节约外购水费、污水处理和外排费11.82亿元。
国家有关资料反映,我国煤矿开采每年产生的矿井水约80亿吨,而利用率仅为25%,其它未能利用的60亿吨水资源,相当于60个储水量1亿吨的大型水库储水量,这对于人均淡水资源远远低于全球平均水平的我国来说触目惊心。再考虑到我国煤矿大多地处西部北部水资源极度缺乏地区,神东矿井分布式“地下水库”技术的推广应用价值意义怎么评价也不为高。
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