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       為化解煤水資源矛盾，保護(hù)好黃河流域生態(tài)環(huán)境，中國煤炭科工集團西安研究院近年來建成我國首個聚焦黃河流域礦井水與生態(tài)問題的省部級研究平臺——陜西省礦區(qū)（煤礦）生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)校企聯(lián)合研究中心；從機制機理、技術(shù)工藝、材料裝備等方面分步攻關(guān)，探索出礦井水“治保用”一體化技術(shù)體系，從根本上實現(xiàn)了源頭保水控水、過程監(jiān)測監(jiān)控、末端凈化利用的礦井水全生命周期管控，實現(xiàn)礦井水“零排放”。

采前“保好水”

       長久以來，我國露天煤礦地下水控制方式主要是強排，對地表水、地下水資源造成較大破壞。保護(hù)礦區(qū)水資源并減少礦坑疏排水量，是露天煤礦在實現(xiàn)綠色開采的過程中面臨的棘手問題。

       對此，中國煤科西安研究院針對露天煤礦境界外河流濕地常年補水條件及對露天煤礦安全開采和區(qū)域水文環(huán)境的影響，開發(fā)了“露天煤礦帷幕截水關(guān)鍵技術(shù)體系”，通過突破防滲膜大深度垂向隱蔽密貼鋪設(shè)與連接、超深松散地層穩(wěn)定成槽等難題，實現(xiàn)在地表或地下水體與礦坑之間建設(shè)一條一定深度狹長的人工不透水帶，使地表水和地下水得到原位保護(hù)，地表徑流和生態(tài)水位得到良好保持，礦坑內(nèi)實現(xiàn)無涌水或少涌水開采，從而達(dá)到保水與資源綠色開發(fā)的雙效益。

       該技術(shù)已在大雁礦區(qū)露天煤礦落地應(yīng)用，該區(qū)地表分布有常年性河流，植被以草為主，生態(tài)環(huán)境抗干擾性弱，露天礦坑的形成會使地表水和松散層水滲入礦坑，周邊水位顯著下降。截水帷幕形成后，帷幕墻外圍約20平方公里范圍內(nèi)地下水位回升至生態(tài)水位，解決了當(dāng)?shù)啬撩袢∷�困難的問題，截水帷幕外圍植被多樣性增加了15%以上。此外，礦坑疏排水量的減少，進(jìn)一步降低了邊坡滑動的風(fēng)險，邊坡穩(wěn)定系數(shù)增加至1.2以上。

       “草原在春夏季節(jié)再也不是瘦黃瘦黃的景象了，我們也不用舍近求遠(yuǎn)去放牧了�！甭短烀旱V周邊的牧民高興地說。

采中“凈好水”

礦區(qū)水資源保護(hù)利用實驗室

       實現(xiàn)礦井水資源化利用必須解決好懸浮物含量高和礦化度高的“兩高”問題。

       “我們首先要抓住關(guān)鍵核心，懸浮物的去除要集約高效，礦化度的降低要協(xié)同降低成本。”中國煤科西安研究院技術(shù)人員這樣統(tǒng)一思想。之后，展開了技術(shù)攻關(guān)。

       礦井水中懸浮物的密度一般僅為地表水泥沙的50%，極難自然沉降。對此，中國煤科西安研究院采用混凝沉淀工藝，在礦井水中投加混絮凝劑，使懸浮物顆粒凝聚成絮體而沉降，同時在混凝沉淀的基礎(chǔ)上增加重力、磁力、離心力等方式加速沉淀。

       在此基礎(chǔ)上，中國煤科西安研究院還研發(fā)出無機膜短流程礦井水處理系統(tǒng)，過濾后的礦井水懸浮物可降低至1毫克/升以下，節(jié)約占地面積最高可達(dá)80%。處理后的礦井水可應(yīng)用于降塵、沖洗、消防等對水資源品質(zhì)要求相對較低的場景。

       礦井水中較高的溶解性總固體制約著礦井水的更高值利用。為此，中國煤科西安研究院采用深度除氟系統(tǒng)與脫鹽膜過濾系統(tǒng)耦合，高效除氟材料可精準(zhǔn)去除氟化物，反滲透或納濾膜材料可透過礦井水中鹽類物質(zhì)，使深度處理后的礦井水達(dá)到TDS水質(zhì)檢測標(biāo)準(zhǔn)要求，并可根據(jù)需求場景進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)過處理的礦井水可應(yīng)用于循環(huán)冷卻、灌溉、養(yǎng)殖、景觀、生態(tài)補充等對水資源品質(zhì)要求較高的場景。

       “我們采用數(shù)字化監(jiān)測、智能化加藥以及自適應(yīng)脫鹽工藝，還可實現(xiàn)降低礦井水處理運行成本30%以上�！敝袊�煤科西安研究院相關(guān)技術(shù)團隊負(fù)責(zé)人表示。

       中國煤科西安研究院根據(jù)不同水質(zhì)特征和資源化利用需求，還開發(fā)了礦井水分質(zhì)分級處理技術(shù)與工藝，全場景全時域監(jiān)測預(yù)測礦井水徑流過程，精確掌控礦井水水質(zhì)和水量情況，高效低耗凈化礦井水，分質(zhì)分用戶優(yōu)化調(diào)配潔凈礦井水，實現(xiàn)了礦井水的高效利用。

采后“用好水”


       礦井水既是礦產(chǎn)資源開采過程中的伴生產(chǎn)物，也是重要的非常規(guī)水源，經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后的礦井水可作為礦區(qū)生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水的重要水源之一。

       針對西部礦區(qū)水資源短缺、生態(tài)環(huán)境脆弱等問題，中國煤科西安研究院研發(fā)形成了面向生態(tài)的礦井水配置與利用技術(shù)體系，基于礦區(qū)生態(tài)服務(wù)功能，確定礦區(qū)生態(tài)需水量，將礦山生態(tài)修復(fù)作為優(yōu)先用水戶，通過面向生態(tài)的水資源配置，確保其生態(tài)需水。

       為緩解由生態(tài)水位下降誘發(fā)的生態(tài)退化，中國煤科西安研究院開發(fā)了礦井水生態(tài)回灌技術(shù)，并在伊敏礦區(qū)示范，該區(qū)淺部有較厚的松散層，淺表層是重要的生態(tài)涵養(yǎng)層，受周邊煤炭開采影響，松散層水位顯著下降，生態(tài)功能降低，經(jīng)過回灌后示范區(qū)地下水位由降轉(zhuǎn)升，水位升高接近2米，實現(xiàn)了礦區(qū)地下水位穩(wěn)定抬升；為解決生態(tài)修復(fù)過程中供水不足的難題，中國煤科西安研究院開發(fā)了礦井水生態(tài)回用技術(shù)，技術(shù)成果在黑山礦區(qū)示范應(yīng)用，示范區(qū)處于寒冷、干旱區(qū)域，是缺水、缺肥的露天礦剝采形成的巨大排土場，植被無法自然生長，經(jīng)土壤重構(gòu)與菌肥結(jié)合，保障了寒旱區(qū)重構(gòu)土壤含水率和植被的需水量，加速了礦區(qū)生態(tài)修復(fù)進(jìn)程。

       同時，中國煤科西安研究院根據(jù)礦井水利用存在“夏多冬少”的季節(jié)性特點，開發(fā)了礦井水異位存儲技術(shù)，將冬季富足的礦井水存儲在儲水空間，待夏季需水量較大時，調(diào)出儲水空間存儲的礦井水用于生態(tài)用水，使礦井水利用效率提高至95%。該技術(shù)體系在寶日希勒礦區(qū)示范，該區(qū)冬季寒冷，無法再利用礦井水進(jìn)行生態(tài)澆灌，多余的礦井水也無法消納，夏季礦井水用途多、需求旺，將冬季產(chǎn)生的礦井水進(jìn)行多途徑轉(zhuǎn)移存儲，既充分利用了礦井水，又改善了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境。