榆林市煤礦礦井疏干水的排放現狀分析

張博煒，劉俊民，張 斌，馬耀光

(西北農林科技大學水利與建筑工程學院，陜西楊凌 712100)

榆林市地處我國的西北部，煤炭資源探明儲量達1 400 多億 t［1］，其煤質好、低瓦斯、埋藏淺、易開采［2］，已成為我國21世紀重要的能源重化工基地，在我國的經濟發(fā)展中具有十分重要的地位。由于地處干旱半干旱的黃土高原和毛烏素沙漠的過渡地帶，所以生態(tài)環(huán)境十分脆弱［3］，水資源不足已經成為制約榆林市經濟社會發(fā)展的重要瓶頸。伴隨著采煤業(yè)的快速發(fā)展，榆林市煤礦礦井疏干水的利用與排放缺乏統(tǒng)一管理的問題逐漸顯露，東部一些礦區(qū)礦井疏干水較少，水資源難以保障井下除塵和衛(wèi)生所需;中西部大多數煤礦礦井疏干水排放無出路，不是就近排入低洼的沙漠灘地，就是簡單處理后直接排入河道，不僅浪費了寶貴的水資源，而且污染了環(huán)境;只有少數國有現代化煤、電、化工一體化的煤礦可實現疏干水的合理利用。研究礦井疏干水的排放現狀，實現礦井疏干水的合理利用，對于緩解榆林市的水資源供求矛盾，保障經濟社會和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義［4］。

1 榆林市煤礦分布與調查方法

1.1 榆林市煤礦分布現狀

為了獲取榆林市煤礦礦井的排水量數據，課題組于2011年對全市煤礦礦井疏干水的排放現狀進行了調查。在野外調查的基礎上，又主要依據煤田分布區(qū)的自然地理條件和水文地質條件，特別是開采煤層的深度與地下水含水層的位置關系，將榆林市煤礦按礦井疏干水豐富程度分為貧水的府谷礦區(qū)和神府礦區(qū)，富水的榆神礦區(qū)和榆橫礦區(qū)。

榆林市現有設計生產能力在1.0 Mt/a以上的煤礦共有73家，其中設計生產能力在10.0 Mt/a以上的9家、5.0 M ～10.0 Mt/a的22家、1.0 M ～5.0 Mt/a的42家;全市小煤礦(生產能力不足1.0 Mt/a)的404家。府谷礦區(qū)地處晉、陜、蒙三省交界處，位于榆林市的東北部，屬陜北石炭二疊系煤田的一部分，礦區(qū)現有在建煤礦4座，規(guī)劃生產能力為21.2 Mt/a，生產礦井2座(馮家塔和沙溝川礦井)，生產能力為4.2 Mt/a，地方小煤礦產能約為3.0 Mt/a。神府礦區(qū)位于神木、府谷兩縣境內，礦區(qū)已開發(fā)面積占礦區(qū)總面積的80%，目前礦區(qū)有在建煤礦8座，規(guī)劃生產能力為47.4 Mt/a，生產礦井16座，生產能力達到了87.5 Mt/a，地方小煤礦產煤能力約為53.2 Mt/a。榆神礦區(qū)地處神木、榆陽兩縣(區(qū))境內，2011年礦區(qū)擁有在建煤礦21座，規(guī)劃生產能力為85.6 Mt/a，生產礦井5座(榆陽煤礦6月停產，榆樹灣為試生產礦井)，生產能力21.2 Mt/a，地方小煤礦產能約為12 Mt/a。榆橫礦區(qū)位于榆神礦區(qū)西南，地處榆陽、橫山兩區(qū)(縣)境內，礦區(qū)現有在建煤礦11座，規(guī)劃生產能力為82.5 Mt/a，生產礦井1座(紅石峽礦井)，生產能力為3 Mt/a，地方小煤礦產能約為2.5 Mt/a。

1.2 礦井疏干水野外調查

榆林市煤礦數量多、分布范圍廣，為了獲取統(tǒng)一協(xié)調的煤礦礦井排水量數據，本著真實可靠、突出重點、點面結合的調查原則，確定的調查對象主要為:①設計生產能力超過10.0 Mt/a的煤礦;②生產能力在5.0 M～10.0 Mt/a之間和1.0 M～5.0 Mt/a的煤礦，依地域分布分別抽取其總數的30%和20%進行調查;③3～5家小煤礦。

依據調查原則和礦區(qū)水文地質條件及礦井疏干水豐富程度，在上述4個礦區(qū)選擇了25個煤礦(包括11個在建煤礦和14個生產煤礦)進行典型調查。在煤礦排水量計算中，對于野外實際調查的煤礦，直接采用

張博煒等:榆林市煤礦礦井疏干水的排放現狀分析生產礦井排水量調查數據;對于沒有進行調查的煤礦，則依據煤礦富水性分區(qū)，參照該區(qū)調查生產煤礦的單位噸煤排水量進行推算。

2 礦井疏干水排放量計算

2.1 神府和府谷礦區(qū)排水量

神府和府谷礦區(qū)2011年有大型生產礦井(生產能力在1.0 Mt/a以上)18家，調查了其中的9家，詳細情況見表1。

表1 神府和府谷礦區(qū)生產煤礦排水量調查結果

由表1知，調查的9家煤礦年生產能力為44.7 Mt，總排水量為1 391.15萬m3;噸煤排水量主要分布在0.15～0.63 m3之間，平均值為0.39 m3。鑒于小煤礦開采條件好、煤層埋藏淺、排水量少，將其噸煤排水量取為大型礦的70%，即0.27 m3。據此推算神府和府谷礦區(qū)其他9家未調查的大型生產煤礦及小煤礦的排水量(見表2)。

表2 神府和府谷礦區(qū)其他9家大型生產煤礦及小煤礦排水量

由表1和表2可知，神府和府谷礦區(qū)2011年生產煤礦的排水總量為4 741.55萬m3。

2.2 榆神和榆橫礦區(qū)生產煤礦排水量

2011 年榆神礦區(qū)和榆橫礦區(qū)大型生產煤礦主要有常樂堡、榆樹灣、榆陽、錦界、涼水井、紅石峽，榆樹灣煤礦尚處于試生產階段，而榆陽煤礦于6月份停產，此外還有數量眾多的小煤礦。

表3列出了該區(qū)2011年大型生產煤礦的排水量調查結果。錦界、榆陽和紅石峽煤礦的噸煤排水量較高(錦界高達3.82 m3)，其他兩個生產煤礦的噸煤排水量分別為0.52、0.63 m3，考慮到表1的調查結果及其他資料，這里的噸煤排水量取0.52、0.63的平均值0.58 m3?？紤]到區(qū)內小煤礦數量眾多，開采層位較淺，礦井的噸煤排水量會略低于大型煤礦，故將小煤礦噸煤排水量按該礦區(qū)噸煤排水量平均值的70%進行計算(0.4 m3)，據此推算出其他煤礦的排水量(見表4)。

表3 榆神和榆橫礦區(qū)生產煤礦排水量調查結果

由表3和表4可知:2011年榆神礦區(qū)和榆橫礦區(qū)生產煤礦的排水量為5 913.67萬m3。

依據表1—4的計算結果可知，2011年榆林全市大型生產煤礦和眾多的小煤礦總生產能力為186.6 Mt，總排水量為10 655.22萬 m3，噸煤排水量約為0.57 m3，神府和府谷礦區(qū)的噸煤排水量低于榆神和榆橫礦區(qū)。

3 榆林市煤礦礦井疏干水調查結果分析及利用途徑

3.1 榆林市煤礦噸煤排水量較小

煤礦排水量的大小與礦山所處的地理位置、氣候、地質構造、開采深度和開采方式有關。目前國內煤礦生產的煤水比通常在1∶0.5～1∶5之間，個別礦井高達1∶10以上。地處我國西北部的榆林市，煤礦排水量除了錦界的噸煤排水量達到3.82 m3，榆陽煤礦1.83 m3，趙家梁煤礦1.13 m3，紅石峽煤礦1.60 m3外，其他煤礦大多在0.3～0.5 m3之間。結合圖1可知，榆林地區(qū)的礦井噸煤排水量是比較小的。

圖1 2005年我國主要地區(qū)礦井噸煤排水量

3.2 合理利用礦井疏干水前景廣闊

在綜合分析野外調查資料的基礎上，提出榆林市煤礦礦井疏干水綜合利用的途徑主要有:

(1)礦區(qū)井下生產。榆林市區(qū)域水資源短缺，幾乎所有的煤礦開采企業(yè)都別無選擇地將自己的礦井疏干水作為主要的供水水源。煤礦井下生產用水一般不需要做凈化處理，只要經簡單的混凝、沉淀、過濾、消毒等即可供井下生產使用。用水的方式主要包括井下采掘面與巷道的消防灑水、黃泥灌漿用水、煤層注水及設備冷卻等。

(2)工業(yè)生產。礦井疏干水作為工業(yè)用水時，只需除去水中的懸浮物即可滿足要求。榆林市煤礦的工業(yè)用水主要用于原煤的洗選及發(fā)電廠冷卻，還可供化工等行業(yè)生產使用。

(3)消防、綠化與生態(tài)保育。煤礦生產區(qū)的地面消防和建筑區(qū)地表的綠化、水土保持等生態(tài)保育也需要一定量的日常用水。

(4)生活。對礦井水進行深度凈化處理后，如果達到國家飲用水水質標準，則可以作為飲用水直接供應礦區(qū)用戶，彌補自來水供應的不足［2］。礦區(qū)生活用水包括飲水、洗滌、沖廁及環(huán)境衛(wèi)生等方面。

(5)農田灌溉。在榆神、榆橫和神府礦區(qū)的多個煤礦，如果礦井疏干水供礦區(qū)生產、生活與工業(yè)用水之外仍有余水，則經過深度處理后，可向礦區(qū)農民和農村供水以滿足生活用水和農田灌溉的需要。

錦界、涼水井、大柳塔、紅柳林、紅石峽等煤礦礦區(qū)地下水相對豐富，礦井疏干水量較大，在滿足煤礦生產、生活、生態(tài)保育、礦區(qū)內農田灌溉及區(qū)域內工業(yè)用水的前提下，仍有大量富余的礦井疏干水無法使用，最終排向溝河、洼地或荒原沙地等區(qū)域。據榆林市13個生產煤礦礦井疏干水用水量抽樣調查結果，外排棄水量達到煤礦生產、生活及區(qū)內工業(yè)用水總量的60.69%，占煤礦正常礦井疏干水總量的39.37%。

4 結語

(1)由于榆林市各礦區(qū)水文地質條件、煤礦開采深度及地下含水層位置的差異性，神府和府谷礦區(qū)的礦井疏干水資源量相對貧乏，榆神和榆橫礦區(qū)的礦井疏干水資源量比較富足，但整個榆林地區(qū)的全年礦井疏干水排放量及年均噸煤排水量均低于我國其他地區(qū)，較低的噸煤排水量反映出榆林市煤炭開采條件的優(yōu)越性。

(2)2011年榆林礦井疏干水的排放總量約為10 655.22萬m3，這對于區(qū)域水資源嚴重不足的榆林市來說，無疑是非常寶貴的稀缺資源。在榆林市煤礦能源化工工業(yè)與地方經濟保持快速發(fā)展的進程中，必須充分利用好這1億多m3的礦井疏干水。隨著規(guī)劃煤礦的相繼開發(fā)和開采深度的增加，榆林市礦井疏干水的排放量將會持續(xù)增加，合理開發(fā)利用好這部分礦井疏干水，對于緩解礦區(qū)水資源不足及改善生態(tài)環(huán)境等有著重要的現實意義，對促進周邊地區(qū)經濟的可持續(xù)發(fā)展有著深遠的戰(zhàn)略意義。

(3)榆林市各生產煤礦在礦井水利用方面雖然取得了顯著的效益，也積累了許多成功的經驗，但由于資金和認知等原因，榆林地區(qū)礦井水的循環(huán)利用程度和重復利用率仍比較低，棄水量達到了礦區(qū)用水總量的60%左右，礦井水的綜合利用仍維持在一個比較低的水平，直接排放不僅浪費水資源，而且也污染環(huán)境。因此，應該采取相應的對策推動礦井水資源化的進程，這樣既可防止水資源流失，避免對水環(huán)境造成污染，又可以緩解礦區(qū)供水不足的局面，對于促進我國煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

［1］王興國，戚建春，楊景輝.淺析陜北水資源保護與經濟可持續(xù)發(fā)展［J］.陜西煤炭，2011(4):4-6.

［2］姬亞東.陜北煤礦區(qū)礦井水資源化及綜合利用研究［J］.地下水，2009，31(1):84-86.

［3］王力，衛(wèi)三平，王全九.榆神府煤田開采對地下水和植被的影響［J］.煤炭學報，2008，33(12):1408-1414.

［4］鄧華，潘曉峰，官明蘭，等.淺析雞西礦區(qū)礦井水利用及發(fā)展前景［J］.科技信息，2009(3):370-371.