煤矿疏干水处理利用实例及效益分析

于咏梅

(河南黄河水文勘测规划设计院有限公司，郑州 450000)

1 煤矿疏干水处理利用的背景

陕西省榆林市煤矿较多，省煤管局所管辖的大中型煤矿共计39座，年生产原煤4200万t，在井下原煤开采的过程中，必须先将矿井涌水疏干，以保证煤矿开采过程的顺利进行[1]。统计资料显示，全省煤矿矿井涌水量平均为2.5-3.0m3/t，则全省仅省煤管局所管辖的39座煤矿每年矿井涌水量就可达8679万m3，若再将其他煤矿统计在内，则每年实际发生的矿井涌水量规模更大。

当前各大煤矿及管理部门并未充分重视对煤矿疏干水的利用，大多采用直接外排的做法，少数煤矿处理后外排或利用，导致水资源浪费的同时，还造成了天然水体及环境的污染，各煤矿被迫缴纳的矿井水超标排污费金额巨大。

与此同时，矿区集中用水大户较多，对水资源的需求量较大，仅榆阳区小纪汗乡矿区2013年的需水量就达1.9万m3，2014年增加至7.8万m3，2015年以来年需水量从12.1万m3增加至2019年的16.9万m3。用水量快速增大导致地下水位开采规模持续增大，地下水位急剧下降，抽水成本飙升，水质恶化，部分煤矿甚至被迫到远距离之外购水、取水、引水。可见，对于矿区而言一方面其矿井水大量外排，另一方面又面临日益严峻的缺水局面，所以，按照不同用途对矿井疏干水进行处理回用，对于水资源充分利用、有效缓解矿区水资源供需不均、遏制对天然水体的污染，节省煤矿企业排污费用等具有积极意义。

2 煤矿疏干水处理利用实例

2.1 煤矿涌水规模

根据小纪汗矿井初步设计，井下正常涌水量为50400.0m3/d(包括灌浆和井下洒水析出水量)，最大涌水量为72000.0m3/d(包括黄泥灌浆和井下洒水析出水量)，生活污水量为1078.3m3/d(此水量已去除生活处理站自用水量)。在正常涌水情况下，小纪汗矿井每天产生的污废水总量为17677.6m3/d；在最大涌水情况下，小纪汗矿井每天产生的污废水总量为24637.6m3/d。其中， 1389.5m3/d的水量用于黄泥灌浆系统，130.5m3/d的水量用于绿化及浇洒道路，2487.3 m3/d的水量用于井下消防洒水，1515.2m3/d 的水量用于选煤厂补充用水，2520.0m3/d的水量用于井下水处理站自用水。最终，小纪汗煤矿总外排水量在正常涌水情况下为43435.8m3/d；最大涌水情况下为65035.8m3/d。

当前，小纪汗煤矿开采过程中所产生的矿井涌水和疏干水未利用量较大，这部分水基本上通过暗涵排走；随着煤矿开采方向进一步的延伸，矿井涌水量将持续增大，如果所产生的煤矿疏干水全部通过暗涵排入白石河，势必对流域环境造成严重污染，每年还必须向环保部门缴纳巨额的排污费。

2.2 周边企业用水概况

根据对小纪汗煤矿及周边商业区生产、生活用水的调查，小纪汗煤矿及小纪汗煤矿周边的商业区、周边新区、榆林空港新区、榆阳芹河新区、榆横工业园区、华电榆横电厂、华电榆天化凯越、陕西未来煤洁净项目(兖矿煤制油)、中煤榆林煤化工、延长醋酸、延长益业、华电榆横芳烃等用水客户企业主要集中在榆林城西北的两个开发新区。从这些企业目前的现状来看，企业生产和生活用水主要有三个渠道供给，即：王圪堵水库日供给量为20000m3，自备水井约2250m3，矿井奥灰层水日供水量约1200m3，共计日供水量约23750m3。

仅上述企业正常生产，用水量达6700m3/h(不含榆横电厂二期)，即0.67亿m3/年。王圪堵水库年可提供工农业用水总计1.4亿m3，其中供榆横工业园0.634亿、鱼米绥工业园0.246亿和农业及河流生态灌溉0.52亿，以上企业投产后已基本饱和。同时因无定河上游内蒙地区新建水库截留，王圪堵水库蓄水量将大幅度减少。榆横工业园区闫庄则污水处理厂一期已投入运行，处理规模4万m3/d，回用率60%，日提供2.4万m3/d中水(年876万m3)，纳污面积30 km2，但因市政污水回收管道建设严重滞后，目前提供中水量很少，不足1万m3/d。榆林水资源短缺，以煤化工等为代表的重能源化工项目蓬勃发展，决定着矿井水综合回用的迫切性与必然性。

矿区生活用水采用分时段式供水(一天早、晚各供一小时)来解决供水不足的问题。为避免榆阳区地下水位继续下降，榆林市和榆阳区要求关闭各单位自备井，到时企业缺水量将更大。缺水现状已是摆在东于煤矿面前制约生产发展、影响职工群众生活极其严重的问题。

综合上述情况，应当尽快将矿井涌水经过技术处理达到工农业、生活、景观等杂用水标准来解决地区和企业缺水的问题。

2.3 水质分析

2.3.1 井下涌水水质

小纪汗煤矿矿方监测的井下涌水水质情况详见表1，并进行了小纪汗煤矿矿井疏干水原水水质与城市自来水、工业用水(循环冷却水)、王圪堵水库供水等水质的比较。

表1 井下涌水水质对比表

从表1知，小纪汗矿井原水在电导率、硫酸盐、硬度等指标上都不满足一般工业用水或城市用水标准，无法直接利用或排放环境水体，必须进行净化处理且达到相关标准后复用[2]。

2.3.2 回用水水质

矿井疏干水主要来自煤矿开采过程破坏煤系上覆含水层后所形成的井下涌水，初始流入井筒的涌水因未受到污染而较为清洁，在煤矿开采过程中才受到污染。根据对小纪汗矿井水水质的监测发现，该矿井水属于中性水质，有毒重金属含量低，但硫酸盐、溶解性总固体及总硬度较高，由煤粉所引起的COD量、大肠杆菌数及细菌总数也较高[3]。其中，由水中还原性碳元素所导致的COD随悬浮物去除后会随之去除。根据出水水质及回用水水质相关要求，主要采取反渗透工艺措施进行矿井水处理，工艺流程如图1所示。

图1 小纪汗矿井疏干水反渗透工艺净化处理流程

经反渗透工艺措施处理后的小纪汗矿井疏干水水质pH值、SO42-、F-、Ar-OH、总硬度、Cr6+、Cl-、As、Pb、细菌总数、总大肠菌群、温度等各项指标均已满足全国节水标准化技术委员会(SAC/TC 442)归口的《煤矿矿井水利用-城市杂用水》、《煤矿矿井水利用-景观环境用水》、《煤矿矿井水利用-工业用水》及《煤矿矿井水利用-生活用水》等四项国家标准的相关要求，净化效果良好。

3 经济效益分析

3.1 经营收入

3.1.1 售水收入

小纪汗矿井疏干水深度处理厂处理能力960m3/h，回收率90%，即年处理矿井水840万m3，回收淡水757万m3。暂分配煤矿214m3/h、园区企业350m3/h和芹河新区300m3/h，煤矿和园区企业以工业用水4.8元/t计，新区以2.8元/t居民用水计，同时园区企业和新区分别考虑1.5和1.2元/t管道输送成本。年收入计算如下：①煤矿：214m3/h×24h×365d×4.8元/t=900万元；②园区企业：350m3/h×24h×365d×(4.8-1.5)元/t=1012万元；⑶新区：300m3/h×24h×365d×(2.8-1.2)元/t=420万元，总计2332万元。

3.1.2 排污费收入

参考榆横煤化工园区排污费收取情况，以2元/t计取煤矿排污费，即960m3/h×24h×365d×2元/t=1682万元。

榆林为水资源短缺地区，参考周边地区和榆横工业园污水处理厂的投资收益分析，近期工业用水价将提高到7元/t，远期达到10元/t。当工业水价7元/t时，深度处理厂年售水收入3420万元，总经营收入5102万元；当工业水价10元/t时，深度处理厂年售水收入4902万元，总经营收入6584万元。

3.2 经营成本分析

小纪汗矿井疏干水处理利用的经营成本包括人员工资、运行消耗、生产管理费、资产折旧费、维检费等。污水处理厂在编员工40人，人均年工资8万元(含福利)，年工资总额320万元，折合吨水成本为0.385元/t。参照榆横工业园区同类型处理厂，以3.43元/t水计入，年消耗2847万元。以0.015元/t计，年管理费12.45万元/年。土建部分资产折旧费为2.14亿元×5%=1070万元；设备部分折旧费为1.34亿元×5%=670万元。大修提成1.34亿元×4.45%=596.3万元；维修费1740万元×15%=261万元。以上各项费用所构成的总经营成本为5776.75万元。

通过比较年度总经营收入和经营成本发现，小纪汗矿井疏干水处理回用具有较强的经济效益、社会效益和环境效益。

4 结 论

通过文章对陕西省榆林市榆阳区小纪汗矿井疏干水处理利用的分析可知，矿井疏干水为行业特点显著的污染源，其水量稳定、污染物去除和水质净化过程简单，通过采取有效措施净化处理后可作为区域供水的可靠水源，既能为煤矿企业带来显著的经济收益，还能带来不可估量的社会效益和环境效益。