我國2014年以來煤礦礦井水資源研究

王行軍

(中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司，北京 100040)

煤炭是我國主體能源，經(jīng)過長期大規(guī)模的開采，許多煤礦因煤炭資源枯竭而關(guān)閉。據(jù)統(tǒng)計，自20世紀(jì)90年代末至2014年期間，全國累計關(guān)閉煤礦約7萬處[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，2014—2018年，全國共關(guān)閉煤礦井7516處[2]。

煤炭在開采過程中排放大量廢水，若不經(jīng)過處理直接排放，勢必會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，同時造成水資源巨大浪費。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國重點礦區(qū)中有40%的礦區(qū)嚴(yán)重缺水，已制約了煤炭生產(chǎn)的發(fā)展。我國水資源分布極不平衡，北方地區(qū)水資源只占全國水資源總量的19%，而煤炭資源卻占全國煤炭資源總量的75%，形成了富煤貧水的分布格局[3]。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國重點煤礦區(qū)中有71%的礦區(qū)缺水，40%的礦區(qū)嚴(yán)重缺水[4]。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國國有煤礦缺水量達(dá)69.86萬m3/d，其中生活用水量為33.06萬m3/d[5]。在神東、晉北、晉東、蒙東(東北)、云貴、河南、魯西、晉中、兩淮、黃隴(華亭)、冀中、寧東和陜北這十三個煤炭基地中，除云貴、兩淮和蒙東(東北)基地外，其余十個基地都缺水甚至嚴(yán)重缺水；尤其是晉陜蒙寧地區(qū)，水資源最為匱乏，而煤炭資源和煤炭基地卻最為集中[6]。煤礦區(qū)水資源匱乏，嚴(yán)重制約著礦山生產(chǎn)，影響著礦山職工的日常生活。

煤礦排出的礦井水水質(zhì)差異非常大，少量礦井水質(zhì)較好，無需處理，即可達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，如徐州市利用新河煤礦的礦井水開發(fā)成新河牌礦泉水，徐州市將煤礦礦井全面納入全市供水系統(tǒng)；部分礦井水水質(zhì)一般，高礦化度、含有懸浮物，經(jīng)過處理后可以作為生產(chǎn)用水，如河北開灤煤礦、峰峰煤礦、神東礦區(qū)大柳塔煤礦利用處理后的礦井水作為生產(chǎn)用水和生態(tài)用水；部分礦井水水質(zhì)差，高礦化度、含有大量的貴金屬離子、甚至含有氟、有機(jī)污染物和放射性物質(zhì)等污染物，無法使用，但需要進(jìn)行區(qū)域治理，如貴州省凱里市魚洞河流域煤礦酸性廢水排放對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，主要采用采空區(qū)區(qū)域治理、關(guān)鍵通道封堵、采空區(qū)充填技術(shù)等結(jié)合井口處理工程對魚洞河流域煤礦酸性廢水進(jìn)行治理。

本文在研究2014年以來我國各省煤炭產(chǎn)量和關(guān)閉煤礦山產(chǎn)量的基礎(chǔ)之上，對因采煤新產(chǎn)生礦井水的資源量和因礦山關(guān)閉減少的礦井水資源量進(jìn)行研究。

1 2014—2019年煤炭產(chǎn)量

煤炭是我國主體能源，據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)分析，我國2010年以來，年煤炭產(chǎn)量均在30億t以上，2014年煤炭產(chǎn)量達(dá)到頂峰，為38.9億t；隨著我國能源結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化，我國的年煤炭產(chǎn)量有所下降，但仍然大于33億t；據(jù)統(tǒng)計，近五年我國煤炭產(chǎn)量在2016年達(dá)到最低，為33.6億t 。

2014-2019年上半年，我國煤炭總產(chǎn)量為197.2億t；其中煤炭產(chǎn)量較多的省份有內(nèi)蒙古自治區(qū)、山西省、陜西省、新疆維吾爾自治區(qū)、貴州省、山東省、安徽省、河南省(圖1)。

圖1 2014 -2019年上半年各省煤炭產(chǎn)量直方圖Figure 1 Histogram of coal production in provinces from 2014 up to first half of 2019 資料來源：國家統(tǒng)計局(不包括港、澳、臺地區(qū))。

本次工作，按照我國的地理分區(qū)對2014-2019年上半年各地理大區(qū)的煤炭產(chǎn)量，按其煤炭產(chǎn)量高低依次為東北地區(qū)、華北地區(qū)、西北地區(qū)、華東地區(qū)、西南地區(qū)、華中地區(qū)、華南地區(qū)，煤炭產(chǎn)量分別為572 898.0萬t、534 906.2萬t、459 368.1萬t、164 102.5萬t、152 693.2萬t、86 128.9萬t、1 935.0萬t。

2 2014年—2018年關(guān)閉煤礦

據(jù)不完全統(tǒng)計，2014-2018年全國關(guān)閉煤礦井7516處，其中關(guān)閉煤礦井?dāng)?shù)較多的省份有重慶市、湖南省、黑龍江省、貴州省、云南省，關(guān)閉煤礦井?dāng)?shù)分別為906處、766處、736處、642處、613處，分別占全國關(guān)閉煤礦井的11.58%、9.79%、9.41%、8.21%、7.84%[2]。

據(jù)不完全統(tǒng)計，2014-2018年上半年，我國關(guān)閉煤礦淘汰的落后產(chǎn)能為87 112萬t；其中淘汰煤炭落后產(chǎn)量較大的省份有四川省、貴州省、黑龍江省、山西省、重慶市、河南省、湖南省等，關(guān)閉煤礦淘汰落后產(chǎn)能分別為9 401萬t、8 366萬t、6 566萬t、6 305萬t、6 211萬t、5 470萬t、5 027萬t，分別占全國關(guān)閉煤礦淘汰落后產(chǎn)量的10.79%、9.60%、7.54%、7.24%、7.13%、6.28%、5.77%[2]。

3 礦井水資源量以及空間分布

3.1 采煤新產(chǎn)生礦井水資源量以及空間分布

何緒文等對各省因采煤產(chǎn)生礦井水的參數(shù)(噸煤涌水量)研究表明：各省因水文地質(zhì)條件的不同，因采煤產(chǎn)生礦井水的參數(shù)(噸煤涌水量)差別較大，全國主要產(chǎn)煤省份噸涌水量的平均值為2.10m3/t；礦井水的利用量較低，平均利用率僅為26.20%[7](表1)。

本次工作，利用何緒文等(2008)的研究成果，以全國2014-2019年煤炭產(chǎn)量為基礎(chǔ)，對全國2014-2019年主要產(chǎn)煤省份因采煤產(chǎn)生的礦井水進(jìn)行了統(tǒng)計計算。計算結(jié)果表明，全國2014-2019年因采煤新產(chǎn)生礦井水288.09億m3； 其中新產(chǎn)生礦井水較多的省份有內(nèi)蒙古自治區(qū)、山西省、河南省、 陜西省、河北省、貴州省、安徽省(表1、圖2)。根據(jù)我國七大地理分區(qū)，對采煤新產(chǎn)生礦井水的資源量進(jìn)行了分析統(tǒng)計。按地域，2014-2019年上半年采煤新產(chǎn)生礦井水的資源量依次為東北地區(qū)、華北地區(qū)、華中地區(qū)、西北地區(qū)、西南地區(qū)、華東地區(qū)、華南地區(qū)，新產(chǎn)生礦井水資源量分別為63 7552.26萬m3、581 923.07萬m3、509 348.85萬m3、461 758.63萬m3、343 162.20萬m3、325 832.32萬m3、21 294.90萬m3，分別約占全國采煤新產(chǎn)生礦井水資源總量的22.13%、20.20%、17.68%、16.03%、11.91%、11.31%、0.74%。

表1 2014-2019年采煤新產(chǎn)生礦井水資源量以及關(guān)閉煤礦減少礦井水排放量Table 1 Statistics of newly produced mine water resources and coalmine closed down reduced mine water drainage volumesfrom 2014 up to first half of 2019

注：噸煤涌水量、礦井水利用率據(jù)何緒文等，2008[7]。

3.2 關(guān)閉煤礦減少礦井水排放量以及空間分布

據(jù)不完全統(tǒng)計，2014-2018年全國關(guān)閉煤礦井7516處，淘汰落后產(chǎn)能87112萬t[7](表2)。本次工作，利用何緒文等(2008)的研究成果，以全國2014-2018年關(guān)閉煤礦淘汰產(chǎn)能為基礎(chǔ)，對全國2014-2018年主要產(chǎn)煤省份因關(guān)閉煤礦而減少的礦井水進(jìn)行了統(tǒng)計計算。計算結(jié)果表明，全國2014-2018年因關(guān)閉煤礦而減少的25.95億m3；其中因關(guān)閉煤礦減少礦井水較多的省份有湖南省、河南省、四川省、河北省、黑龍江省(表1、圖3)。

按地域，2014-2018年因煤礦關(guān)閉減少礦井水排放量依次為華中地區(qū)、西南地區(qū)、東北地區(qū)、華北地區(qū)、華東地區(qū)、華南地區(qū)、西北地區(qū)，減少礦井水排放量分別為85 374.00萬m3、69 836.77萬m3、31 024.59萬m3、26 705.84萬m3、24 690.720萬m3、13 871.00萬m3、8 044.13萬m3，分別約占全國關(guān)閉煤礦減少礦井排放總量的32.89%、26.91、11.95%、10.29%、9.51%、5.34%、3.10%。

圖2 2014-2019年上半年采煤新產(chǎn)生礦井水資源量直方圖Figure 2 Histogram of coal extraction newly produced mine water resources from 2014 up to first half of 2019

圖3 2014-2019年上半年關(guān)閉煤礦減少礦井水排放量直方圖Figure 3 Histogram of coalmine closed down reduced mine water drainage volumes from 2014 up to first half of 2019

4 結(jié)論

1)2014-2019年6月，我國煤礦因采煤新生成礦井水資源量為288.09億m3，其中新產(chǎn)生礦井水較多的省份有內(nèi)蒙古自治區(qū)、山西省、河南省、陜西省、河北省、貴州省、安徽省。

2)按地域，2014-2019年上半年采煤新產(chǎn)生礦井水的資源量依次為東北地區(qū)、華北地區(qū)、華中地區(qū)、西北地區(qū)、西南地區(qū)、華東地區(qū)、華南地區(qū)，新產(chǎn)生礦井水資源量分別為63.76億m3、58.19億m3、50.93億m3、46.18億萬m3、34.32億m3、32.58億m3、2.13億m3。

3)2014-2018年，我國因關(guān)閉煤礦而減少的25.95億m3；其中因關(guān)閉煤礦減少礦井水排放量較多的省份有湖南省、河南省、四川省、河北省、黑龍江省。

4)按地域，2014-2018年因煤礦關(guān)閉減少礦井水排放量依次為華中地區(qū)、西南地區(qū)、東北地區(qū)、華北地區(qū)、華東地區(qū)、華南地區(qū)、西北地區(qū)，減少礦井水排放量分別為8.54億m3、6.98億m3、3.10億m3、2.67億m3、2.47億m3、1.39億m3、0.80億m3，分別約占全國關(guān)閉煤礦減少礦井排放總量的32.89%、26.91、11.95%、10.29%、9.51%、5.34%、3.10%。