河南省某煤礦用水項目取用水合理性分析

摘 要：【目的】項目區(qū)位于丘陵地帶，城市供水管網(wǎng)未覆蓋，礦區(qū)生產(chǎn)及生活僅可以利用處理后達標的礦井涌水。為分析煤礦生產(chǎn)及生活取用水的合理性、礦井涌水可供水量及取水水源的可靠性，促進水資源優(yōu)化配置和用水結(jié)構(gòu)的調(diào)整，實現(xiàn)水資源高效利用和科學管理，開展本次研究?！痉椒ā坎捎帽葦M法成功預測了礦井涌水量，分析礦井涌水可利用量，開展項目用水水平分析。【結(jié)果】通過預測與分析得出，項目總用水量為797.85 m3/d（29.12萬m3/a），礦井正常涌水量為886.5 m3/d（36.94 m3/h）?！窘Y(jié)論】礦井涌水量可以滿足用水需求，且水質(zhì)達標，項目取用水是可靠的。

關(guān)鍵詞：礦井涌水；比擬法；用水水平；水資源配置

中圖分類號：TV213.4 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168（2024）15-0050-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.15.011

Analysis of the Rationality of Water Withdrawal for a Coal Mine Water Project in Henan Province

DU Jiajia

（Geological Disaster Control Center of Henan Geological Bureau，Zhengzhou 450045，China）

Abstract：[Purposes] The project area is located in the hilly area， where the urban water supply network is not covered， and the production and living of the mining area can only use the mine water gushing after treatment. In order to analyze the rationality of water consumption in coal mine production and life， the available water supply and the reliability of water intake source， promote the optimal allocation of water resources and the adjustment of water structure， and realize the efficient use and scientific management of water resources， this study was carried out. [Methods] The comparison method is used to predict the mine water inflow， analyze the mine water inflow available amount， and carry out the project water level analysis. [Findings] Through prediction and analysis， it is concluded that the total water consumption of the project is 797.85 m3 /d （291 200 m3/a）， and the normal mine water inflow is 886.5 m3 /d （36.94 m3 /h）. [Conclusions] The mine water inflow can meet the water demand and the water quality is up to standard， which improves that the project water withdrawal is reliable.

Keywords： mine water gushing; analogy method; water use level; water resources allocation

0 引言

河南省某煤礦因遠離市區(qū)，市政供水管網(wǎng)未覆蓋，附近無地表水可利用，為保障礦區(qū)正常生活與生產(chǎn)，擬利用煤礦礦井涌水，經(jīng)水質(zhì)處理達標后將其作為項目生產(chǎn)及生活用水水源。為分析礦井涌水量及水質(zhì)是否滿足項目用水需求，本研究采用比擬法預測煤礦礦井涌水量，在考慮用水過程及損失的基礎(chǔ)上分析礦井涌水可利用量。根據(jù)煤礦實際生產(chǎn)規(guī)模，進行項目用水量分析及用水指標分析。

1 礦井涌水量預測

1.1 計算公式及參數(shù)的確定

根據(jù)該煤礦的相關(guān)資料，現(xiàn)開采水平-88 m，礦井充水水源來自二1煤層頂、底板直接充水含水層。2021年該煤礦實際開采面積為0.922 2 km2。預計2027年將開采至-100 m水平，開采面積預計1.088 4 km2。采用比擬法預算礦井涌水量，見式（1）。

[Q2=Q1×（F2F1）m×（S2S1）n] （1）

式中：F1為現(xiàn)已開采面積；F2為預算水平開采面積；S1為現(xiàn)開采水平（-88 m以淺）的水位降深（目前礦井頂、底板含水層水位標高+180.86 m、+131.2 m）；S2為采至預算水平的水位降深239.2 m；Q1 為礦井現(xiàn)狀年正常涌水量53.1 m3/h；Q2為預算水平的礦井的涌水量，m3/h；m、n為公式系數(shù)，根據(jù)周邊煤礦情況，m取值1/2，n取值1/4［1］。

1.2 礦井涌水量預測結(jié)果

該煤礦現(xiàn)狀開采水平的礦井正常涌水量為33.2 m3/h，最大涌水量為50.0 m3/h。各開采水平下涌水量預測結(jié)果見表1。

經(jīng)預測計算，現(xiàn)開采水平礦井正常涌水量為33.2 m3/h，最大涌水量為50.0 m3/h；規(guī)劃水平年2027年-100 m以淺的正常涌水量為36.94 m3/h，最大涌水量按正常涌水量的倍數(shù)關(guān)系1.4倍計算，為51.71 m3/h。

1.3 預測結(jié)果評述

按照現(xiàn)開采水平礦井正常涌水量為36.94 m3/h（886.5 m3/d）。參考河南省其他煤礦多年涌水量觀測資料，突水事故發(fā)生時的涌水量是正常涌水量的1.3～1.5倍［2］，取中間值1.4倍計算最大涌水量，即-100 m水平突水事故發(fā)生時的最大涌水量為51.71 m3/h（1 241.10 m3/d）。

綜上分析，采用比擬法預算的礦井涌水量是以現(xiàn)狀年礦井實際涌水量來比擬預算未來全礦井的涌水量，預測結(jié)果與煤礦近5年實際涌水臺賬數(shù)據(jù)變化趨勢較一致，呈增長趨勢。因此，將比擬法預測的某煤礦礦井正常涌水量作為本次論證的依據(jù)，即礦井正常涌水量為36.94 m3/h（886.5 m3/d），最大涌水量為51.71 m3/h（1 241.1 m3/d）。

2 礦井涌水可利用量

根據(jù)礦井涌水量預測結(jié)果，規(guī)劃年二1煤層-100 m水平正常涌水量為886.5 m3/d，二1煤層-100 m水平突水事故發(fā)生時的涌水量為1 241.1 m3/d。

參照《城鎮(zhèn)污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50335—2016），礦坑水可利用量按10%計算［3］，二1煤層-100 m水平礦井水輸送和處理站消耗量為886.5×10%=88.65 m3/d，則該礦井涌水可利用量為797.85 m3/d（33.24 m3/h）。

3 項目用水水平分析

項目用水環(huán)節(jié)主要包括職工生活用水、礦區(qū)生產(chǎn)用水、消防用水、綠化用水以及廠區(qū)地面灑水、儲煤場降塵灑水、外配供水廠用水、灌溉用水等。

3.1 生活用水

3.1.1 辦公用水。煤礦地面辦公人員有300人，辦公用水量為16 m3/d，則計算得出辦公用水指標為19.47 m3/（人·a），低于河南省地方標準《工業(yè)與城鎮(zhèn)生活用水定額》（DB41/T 385—2020）中S 公共管理、社會保障和社會組織（無食堂）用水定額的通用值22 m3/（人·a）的定額要求，用水水平較高。

3.1.2 食堂用水。煤礦食堂就餐人數(shù)約300人，食堂用水量為10 m3/d。根據(jù)《煤炭工業(yè)給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50810—2012）中“職工食堂日用水量按20～25 L/（人·餐）計”的規(guī)定，按2餐/（人·d），則食堂用水量應為12～15 m3/d。食堂用水指標低于《煤炭工業(yè)給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50810—2012）和河南省地方標準《工業(yè)與城鎮(zhèn)生活用水定額》（DB41/T 385—2020）的用水定額要求，用水量無須重新核定。

3.1.3 宿舍用水。煤礦住宿人員約400人，實際用水量為16 m3/d，實際用水指標為40.0 L/（人·d），宿舍用水指標低于《煤炭工業(yè)給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50810—2012）和河南省地方標準《工業(yè)與城鎮(zhèn)生活用水定額》（DB41/T 385—2020）的用水定額要求，用水量無須重新核定。

3.1.4 洗浴用水。該項目每天洗浴人數(shù)主要有井下出勤人員約280人，洗浴實際用水量為20 m3/d，則用水指標為71.43 L/（人·次）。項目洗浴用水量低于《煤炭工業(yè)給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50810—2012）和河南省地方標準《工業(yè)與城鎮(zhèn)生活用水定額》（DB41/T 385—2020）的用水定額要求。

3.1.5 洗衣用水。職工洗衣人員主要為住宿人員300人，其中含井下作業(yè)職工280人，地面作業(yè)職工20人，實際洗衣用水量為20 m3/d。項目實際洗衣用水指標低于《煤炭工業(yè)給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50810—2012）、河南省地方標準《工業(yè)與城鎮(zhèn)生活用水定額》（DB41/T 385—2020）的定額標準，用水量無須重新核定。

3.1.6 沖廁用水。沖廁用水主要是指井下出勤人員和地面出勤人員使用公共衛(wèi)生間的用水，項目實際沖廁用水量為18.85 m3/d。用水指標為6.5 L/（人·次），該項用水指標低于河南省地方標準《工業(yè)與城鎮(zhèn)生活用水定額》（DB41/T 385—2020）中“N782 環(huán)境衛(wèi)生管理-公共廁所”用水定額通用值9 L/（人·次）的定額要求，高于該標準用水定額的先進值6 L/（人·次）。

3.2 生產(chǎn)用水

3.2.1 新水利用系數(shù)。該項目產(chǎn)生礦井水886.5 m3/d，項目總用新水量為886.5 m3/d，項目產(chǎn)生的生活污水量91.76 m3/d排至污水處理廠。因此，項目新水利用系數(shù)[Kf=886.5-91.76886.5=0.896 4]。

3.2.2 原煤生產(chǎn)水耗。煤礦原煤生產(chǎn)耗水量主要為井下生產(chǎn)用水180 m3/d，年工作天數(shù)為365 d，年原煤生產(chǎn)耗水量為65 700 m3。煤礦現(xiàn)狀年原煤產(chǎn)量為11.9萬t，則現(xiàn)狀原煤生產(chǎn)耗水量為 [Ss=65 70011 900=0.55m3t] 。該項用水指標優(yōu)于河南省地方標準《工業(yè)與城鎮(zhèn)生活用水定額》（DB41/T 385—2020）的礦井采煤用水定額通用值0.7 m3/t（產(chǎn)能＜1.2 Mt/a）。

3.2.3 礦井水利用率。根據(jù)《清潔生產(chǎn)標準煤炭采選業(yè)》（HJ 446—2008），礦井水利用率按式（2）計算。

[Sk=kKz] （2）

式中：Sk為礦井水利用率，%；k為年礦井水利用總量，m3；Kz為年礦井水產(chǎn)生總量，m3。

該項目產(chǎn)生礦井水886.5 m3/d，可利用礦井涌水為797.85 m3/d，項目用水量為797.85 m3/d，均采用處理過的礦井涌水。因此，該項目礦井水綜合利用率為100%，達到了《清潔生產(chǎn)標準 煤炭采選業(yè)》（HJ 446—2008）一級國內(nèi)清潔生產(chǎn)先進水平100%的要求。

3.2.4 井下生產(chǎn)用水。生產(chǎn)用水原煤生產(chǎn)水耗為0.55 m3/t，優(yōu)于河南省地方標準《工業(yè)與城鎮(zhèn)生活用水定額》（DB41/T 385—2020）的礦井采煤用水定額通用值0.7 m3/t（產(chǎn)能＜1.2 Mt/a）［4］。

3.2.5 儲煤場降塵灑水。儲煤場降塵灑水量為64 m3/d，儲煤場應控制物料含水率為8%，該指標滿足《煤場、料渣場揚塵污染控制技術(shù)規(guī)范》中儲煤場需控制物料含水率在8%以上的要求。

3.3 其他用水

3.3.1 綠化用水。項目實際綠化用水量約為8 m3/d。用水量低于河南省地方標準《工業(yè)與城鎮(zhèn)生活用水定額》（DB41/T 385—2020）的用水定額要求。

3.3.2 地面降塵灑水。地面降塵灑水量約為24 m3/d。用水量低于河南省地方標準《工業(yè)與城鎮(zhèn)生活用水定額》（DB41/T 385—2020）的用水定額要求。

3.3.3 灌溉用水。灌溉用水量為251.36 m3/d，用水指標為60 m3/（667 m2），該項用水指標滿足河南省地方標準《農(nóng)業(yè)與農(nóng)村生活用水定額》（DB41/T 958—2020）中豫西區(qū)“谷物種植灌溉基本用水定額”平水年玉米用水定額為85 m3/（667 m2），紅薯用水定額為45 m3/（667 m2），微灌修正系數(shù)為0.63的要求。

3.3.4 配置給供水公司用水。煤礦處理后的礦井涌水166 m3/d的水量可提供給附近社區(qū)居民生活用水。項目水資源配置詳見表2。

4 結(jié)論

本研究對現(xiàn)狀年用水量進行分析計算，并與同行業(yè)相關(guān)標準用水指標進行對比，分析了節(jié)水潛力，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了用水指標。通過分析，預測礦井正常涌水量為886.5 m3/d（36.94 m3/h），可以滿足項目總用水量797.85 m3/d（29.12萬m3/a）的需求，項目取用水是合理的。為節(jié)約利用地下水，提高用水效率，論證認為生活用水對水質(zhì)要求較高，取水水源利用附近社區(qū)水廠集中供水比較合理。項目生產(chǎn)用水量較大且水質(zhì)達到生產(chǎn)水質(zhì)要求即可，采用處理后的礦井涌水比較合理。綠化、降塵灑水及洗車用水水質(zhì)要求不高且水量需求不大，建議利用處理后的生活污水，中水回用可節(jié)約地下水。灌溉用水在水質(zhì)達標的基礎(chǔ)上，可利用非開采期的礦井涌水，既解決了非開采期的礦井排水問題，又充分利用了礦排水資源。該項目取水量等于用水量、消耗量及排放量之和，不存在水量不平衡現(xiàn)象，項目水量是均衡的。該項目取用煤礦礦井涌水用于生產(chǎn)、生活及灌溉，水量及水質(zhì)均有保證，取水是可靠的。

參考文獻：

［1］呂承賢，朱文宏，張東華.端幫陡幫開采在石頭梅一號露天煤礦的應用［J］.露天采礦技術(shù)，2023，38（3）：55-57.

［2］衛(wèi)修君，王錄合，王新軍，等.朝川礦區(qū)己組煤底部灰?guī)r巖溶水分布規(guī)律研究與治理［R］.河南理工大學，2004.

［3］潘國營，王紅軍，李旭澤，等.開采受水害嚴重威脅石炭系太原組煤的綜合防治水技術(shù)研究［R］.河南理工大學，2010.

［4］葛信立，王新軍，李普山，等.朝川礦區(qū)巖溶水運移規(guī)律及疏放利用的研究與實踐研究報告［R］.河南理工大學，2010.