鄭州市礦井水資源綜合利用初探

董永立 王建華

（1.鄭州市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450006；2.鄭州市引黃灌溉工程管理處，河南 鄭州 450000）

礦井水在開采過程中會(huì)受到粉塵和巖塵的污染，是煤礦及其他礦山具有行業(yè)特點(diǎn)的廢水，這部分廢水經(jīng)處理后，可作為生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水。推進(jìn)礦井排水產(chǎn)業(yè)化利用，提高礦井水資源利用率和利用水平，不但可防止水資源流失，避免對(duì)水環(huán)境造成污染，而且對(duì)于緩解礦區(qū)供水不足、改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境、最大限度地滿足生產(chǎn)和生活用水需求具有重要意義。

1 礦井水利用現(xiàn)狀

煤炭是鄭州市優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)，全市煤炭保有資源儲(chǔ)量57.24 億t，位居全省首位。鄭州市礦產(chǎn)資源主要分布在登封市、新密市、新鄭市、鞏義市和滎陽市。煤炭在石炭系本溪組，太原組和二疊系山西組，上、下石盒子組地層中賦存，煤層多而穩(wěn)定。

2019 年鄭州市礦井水排放量為5058.63 萬m3，其中登封市、新密市、新鄭市、鞏義市對(duì)礦井水進(jìn)行利用，其利用量為3316.73 萬m3，礦井水利用率為65.57%，見表1。

表1 不同地區(qū)礦井水利用情況

通過調(diào)研鄭州市74 家煤礦企業(yè)，23 家企業(yè)已經(jīng)停產(chǎn)；51 家企業(yè)正常營(yíng)業(yè)，其中16 家煤礦企業(yè)的礦井水沒有進(jìn)行利用，35 家煤礦企業(yè)對(duì)礦井水進(jìn)行了利用。在利用礦井水的煤礦企業(yè)中，92%的企業(yè)將礦井水用于企業(yè)自用生產(chǎn)，7 家煤礦企業(yè)的礦井水可外排用于供熱電廠使用、生態(tài)環(huán)境用水和生活用水。不同地區(qū)礦井水處理及利用方式見表2。

表2 不同地區(qū)礦井水處理及利用方式

從表2 現(xiàn)狀調(diào)查可知，鄭州市現(xiàn)狀礦井水多為懸浮物礦井水，少數(shù)為高礦化度或酸性礦井水，各礦井單位其處理工藝各不相同，但均設(shè)有沉淀池，多數(shù)采用加藥中和過濾和膜處理工藝進(jìn)行水質(zhì)處理。礦井水利用方式主要為廠區(qū)生產(chǎn)、生活為主，個(gè)別企業(yè)自用后，向城區(qū)生態(tài)供水。

2 礦井水利用潛力

2.1 利用潛力評(píng)估

2018 年，我國(guó)礦井水利用率為72.80%，《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出2020 年礦井水利用率達(dá)到80.00%左右?，F(xiàn)狀年鄭州市礦井水涌出量為5058.63 萬m3，利用率只有65.57%，除了新鄭市礦井水利用率達(dá)到84.07%外，其他3 個(gè)市還存在一定增長(zhǎng)空間，尤其目前鞏義市的礦井水利用率只有58.22%，利用潛力較大。且在調(diào)研的74 家煤礦企業(yè)中，有23%的企業(yè)沒有利用礦井水。目前礦井水開發(fā)利用模式主要是礦區(qū)自用模式、工業(yè)用水大戶連供模式，以及外排接入城市集中供水管網(wǎng)模式。隨著鄭州國(guó)家中心城市建設(shè)，需破解水資源和水環(huán)境的制約問題，結(jié)合鄭州市礦井水產(chǎn)量豐富的特點(diǎn)，需要擴(kuò)大礦井水利用規(guī)模。

自《鄭州市煤炭行業(yè)化解過剩產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)脫困發(fā)展實(shí)施方案》出臺(tái)以來，2007—2018 年鄭州市原煤開采量由6707 萬t下降到2313 萬t，減少了66%?！多嵵菔械V產(chǎn)資源總體規(guī)劃（2016—2020）》提出，到2025 年煤炭產(chǎn)能達(dá)到3500 萬t，預(yù)計(jì)2025 年其礦井水涌水量大約有7500 萬m3?？紤]到遠(yuǎn)期規(guī)劃水平年煤炭減產(chǎn)，2035 年礦井水主要用于企業(yè)自用。

2.2 現(xiàn)狀存在的問題

礦井水是礦物開采過程中不可避免產(chǎn)生的伴生物，受到傳統(tǒng)計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的影響，礦山注重采礦業(yè)而輕視伴生資源的合理開發(fā)和利用，礦井水的重要性還沒有被重視起來。而地下水作為一種地下水資源，屬于水利部門管理，按照鄭州市水資源費(fèi)征收的相關(guān)規(guī)定，煤礦企業(yè)若利用礦井水，就需繳納水資源費(fèi)，但是若是直接排放，卻不必繳納費(fèi)用；同時(shí)礦井水作為廢水屬于環(huán)保部門管理，排放礦井水要收排污費(fèi)，若將礦井水進(jìn)行資源化利用，又要收取水處理費(fèi)，管理政策和措施使煤礦企業(yè)利用礦井水的積極性不高。礦井水利用工程投資大，涉及面廣，當(dāng)企業(yè)自用有余可以向外排供水時(shí)，管網(wǎng)建設(shè)投資巨大，涉及部門較多，導(dǎo)致礦井水不能有效利用。

3 礦井水利用思路

礦井水在開采過程中排放量相對(duì)穩(wěn)定，作為水資源其水量有一定的保證；與生活污水、工業(yè)污水相比，大多數(shù)的礦井水處理較為容易。鄭州市礦井水經(jīng)處理后主要利用方向?yàn)榈V區(qū)生產(chǎn)、綠化、防塵等用水；礦區(qū)周邊農(nóng)田灌溉用水；礦區(qū)周邊企業(yè)的工業(yè)補(bǔ)充用水；接入城市供水系統(tǒng)管網(wǎng)用于居民生活用水。新建煤礦設(shè)計(jì)中優(yōu)先選擇礦井水作為生產(chǎn)水源，用于煤炭洗選、井下生產(chǎn)用水、消防用水和綠化用水；建設(shè)燃煤電廠、低熱值燃料綜合利用電廠，優(yōu)先選擇礦井水作為供水水源。為保證近期礦井水利用的可操作性，主要做到礦井水高效自用，外排利用，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用盡用。

針對(duì)鄭州市礦井水的利用提出如下策略建議：對(duì)于涌水量小于10 萬m3的，要做到礦區(qū)高效自用；對(duì)于涌水量大于10 萬m3，小于60 萬m3的，除滿足礦區(qū)生產(chǎn)、生活用水外，剩余要經(jīng)處理達(dá)到地表Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，排入河道用于生態(tài)補(bǔ)水；對(duì)于涌水量大于60 萬m3的，在滿足礦區(qū)生產(chǎn)、生活需水后，剩余經(jīng)處理達(dá)標(biāo)外排，可用于工業(yè)用水、農(nóng)田灌溉。按此策略，預(yù)計(jì)到2025 年鄭州市礦井水利用率可達(dá)到80%，礦井水利用量達(dá)到6000 萬m3；登封市、新密市、新鄭市、鞏義市的礦井水利用率分別達(dá)到85%、75%、86%、80%，礦井水利用量分別達(dá)到1484 萬m3、2058 萬m3、727 萬m3、1731 萬m3。

4 礦井水利用措施初探

4.1 登封市礦井水利用方案

登封市礦井水利用率為79.79%，25 家在產(chǎn)煤礦企業(yè)中，5 家未利用礦井水，14 家煤礦企業(yè)對(duì)礦井水利用達(dá)到100%。通過分析登封市煤礦企業(yè)礦井水利用方案可知（見表3），涌水量低于10 萬m3的登封市向陽煤業(yè)有限公司、登封市興運(yùn)煤業(yè)有限責(zé)任公司等7家企業(yè)，充分自用礦井水，在滿足礦區(qū)選煤廠生產(chǎn)用水、廠區(qū)沖洗、防塵及井下注漿等用水要求不高的生產(chǎn)用水外，剩余礦井水采用活性炭過濾、精密過濾、保安過濾、反滲透等處理工序，處理后其水質(zhì)達(dá)到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步將其作為礦井鍋爐房補(bǔ)充用水、食堂和洗浴用水，做到礦井水全部綜合利用。

表3 登封市煤礦企業(yè)礦井水利用方案

續(xù)表

涌水量大于10 萬m3，低于60 萬m3的中煤新登鄭州煤業(yè)有限公司，在充分滿足礦區(qū)生活、生產(chǎn)用水的基礎(chǔ)上，剩余的礦井水要進(jìn)行生態(tài)凈化處理，保證外排礦井水達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，用于河道生態(tài)補(bǔ)水。

涌水量大于60 萬m3的鄭州煤電股份有限公司告成煤礦年用水量為88.6 萬m3，礦井水涌水量為661.48 萬m3，將剩余礦井水外排供給華潤(rùn)電力登封有限公司利用，滿足電廠新增需水要求。鄭州煤炭工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司大平煤礦年用水量為214.1 萬m3，礦井水涌水量為180.43 萬m3，礦井水利用量為18.71 萬m3，主要為礦區(qū)自用，剩余礦井水目前未利用，外排入河道。永城煤電控股集團(tuán)登封煤業(yè)有限公司豐陽煤礦年用水量為42.8 萬m3，礦井水涌水量為94.17 萬m3，礦井水利用量為36.39 萬m3，在滿足礦區(qū)生產(chǎn)、生活需水要求外，剩余礦井水處理達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，排入郝溝水庫，用于農(nóng)田灌溉。

4.2 新密市礦井水利用方案

新密市受地理和自然條件以及降水量偏少等因素影響，水資源緊缺狀況更為突出。而新密市礦井水利用率僅為56.61%，調(diào)研的23 家在產(chǎn)煤礦企業(yè)中，僅有6 家煤礦企業(yè)對(duì)礦井水利用率達(dá)到100%，礦井水利用潛力較大。通過分析未充分利用的煤礦企業(yè)礦井水利用方案可知（見表4），涌水量低于10 萬m3的鄭新豫能王村（新密）煤業(yè)有限公司、鄭新鑫旺（新密）煤業(yè)有限公司等12 家企業(yè)應(yīng)根據(jù)礦區(qū)自身發(fā)展需求，充分高效利用礦井水滿足生產(chǎn)、生活用水。位置相對(duì)集中的煤礦，可建設(shè)一個(gè)處理廠將礦井水進(jìn)行集中處理后供給裕中電廠。

表4 新密市煤礦企業(yè)礦井水利用方案

續(xù)表

涌水量大于10 萬m3，低于60 萬m3的鄭州煤炭工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司蘆溝煤礦一六井、鄭州煤炭工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司蘆溝煤礦三五井、鄭州煤炭工業(yè)（集團(tuán)）檜樹亭煤炭有限責(zé)任公司在充分滿足礦區(qū)生活、生產(chǎn)用水的基礎(chǔ)上，剩余的礦井水要進(jìn)行生態(tài)凈化處理，保證外排礦井水達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，用于河道生態(tài)補(bǔ)水。新密市超化煤礦有限公司年取水量為32.11 萬m3，礦井水涌水量為31.61 萬m3，礦井水利用量為13.98 萬m3，除滿足礦區(qū)生產(chǎn)、生活用水需求外，將外排礦井水凈化達(dá)標(biāo)后供周邊居民用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水。

涌水量大于60 萬m3的鄭州煤炭工業(yè)（集團(tuán)）楊河煤業(yè)有限公司礦井水涌水量為735.45 萬m3，礦井水利用量為18.44 萬m3，除了滿足企業(yè)生產(chǎn)、生活的用水需求外，處理達(dá)標(biāo)后的礦井水可用于當(dāng)?shù)鼐用裼盟娃r(nóng)田灌溉用水。由于礦井水水量較大、水質(zhì)穩(wěn)定，規(guī)劃將多余的水量引入紅石峽水庫，用于城區(qū)生態(tài)環(huán)境用水和城區(qū)部分居民生活用水，提高礦井水利用率。

4.3 新鄭市礦井水利用方案

新鄭市有2 家煤礦企業(yè)對(duì)礦井水進(jìn)行利用，礦井水利用率為84.07%。其中趙家寨煤礦的礦井水涌水量為464 萬m3，利用率為88.00%。趙家寨礦井水經(jīng)處理后，水質(zhì)達(dá)到國(guó)家地下水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，可以用作城市供水水源。目前，趙家寨煤礦除了部分自用外，大部分處理后未利用的礦井水通過城區(qū)供水項(xiàng)目輸入自來水廠，經(jīng)處理后用于城區(qū)供水。

王行莊煤礦礦井水涌水量為106 萬m3，礦井水利用率為67.00%。目前王行莊煤礦礦井水除部分自用外，剩余用于農(nóng)業(yè)灌溉和居民生活用水。農(nóng)灌季節(jié)全部利用，非農(nóng)灌季節(jié)自用及在辛店鎮(zhèn)作為生活水源利用，其余排入雙洎河進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水。同時(shí)，規(guī)劃在王行莊煤礦周邊建人工湖，保證冬季冰凍期用水量。

4.4 鞏義市礦井水利用方案

鞏義市有2 家煤礦企業(yè)對(duì)礦井水進(jìn)行利用，涌水量為1460 萬m3，利用量為850 萬m3。其中河南紅旗煤業(yè)股份有限公司華泰煤礦已經(jīng)停產(chǎn)，河南宏基煤業(yè)有限公司礦井水排放量為910 萬m3，利用量為480萬m3，主要用于礦區(qū)生產(chǎn)、生活用水。河南宏基煤業(yè)有限公司年取水量為466 萬m3，在充分滿足礦區(qū)生產(chǎn)、生活需求水量的情況下，剩余水量供給相鄰的其他行業(yè)企業(yè)，為非煤企業(yè)提供水源，緩解其供水壓力。如規(guī)劃建設(shè)管線18km，將處理后剩余礦井水供給河南豫聯(lián)集團(tuán)。

5 結(jié)語

煤炭是賦存在地下沉積巖中的 礦產(chǎn)資源，含煤層、含水層、隔水層共生在一起，為確保煤礦井下生產(chǎn)安全，在煤炭開采過程中，必然要排放大量的礦井涌水。礦井水不同于常規(guī)水資源，其利用屬于采礦企業(yè)附屬行為。礦井水要實(shí)施減排盡用，最大化實(shí)現(xiàn)源內(nèi)消化利用，企業(yè)無法完全消納的礦井水，采用協(xié)商的方式優(yōu)先用于礦坑周邊的企業(yè)，水質(zhì)較好的可就近供給自來水廠。根據(jù)礦井水水質(zhì)和用途情況，實(shí)行用戶分類定價(jià)，工業(yè)企業(yè)、生態(tài)環(huán)境、城市雜用、農(nóng)業(yè)用水實(shí)行靈活性差別化定價(jià)，推進(jìn)礦井水利用。將礦井水實(shí)現(xiàn)資源化利用后，不僅可以大大減輕由于礦區(qū)地下水資源的過度開采而造成的環(huán)境資源破壞，還可以緩解地區(qū)水資源短缺問題。