在鄂爾多斯遺鷗國家級自然保護區(qū)，湖水清澈見底，兩岸草木繁茂，水鳥紛飛。在鳥類遷徙時節(jié)，保護區(qū)內(nèi)棲息覓食的各種飛鳥已達2萬余只，其中遺鷗達400余只。

良好的生態(tài)環(huán)境，得益于淮河能源西部煤電集團對水資源的保護利用。他們持續(xù)將部分礦井水通過管道分別送往保護區(qū)和水務公司的中水綜合利用系統(tǒng)，既作為保護區(qū)的補給用水，又解決了當?shù)鼐用竦挠盟畣栴}。

“礦井水將是我國中長期穩(wěn)定的非常規(guī)水資源。”中國工程院院士、煤炭開采水資源保護與利用全國重點實驗室主任顧大釗表示。

“煤水雙資源礦井協(xié)調(diào)建設(shè)與開發(fā)是我國煤炭工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型和可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路，也是綠色礦山建設(shè)和綠色礦業(yè)發(fā)展的基本要求。”中國工程院院士武強說。

今年3月，國家發(fā)展改革委等八部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加強礦井水保護和利用的指導意見》，提出到2025年，全國礦井水利用量持續(xù)提高，其中黃河流域力爭達到68%以上，礦井水保護利用政策體系和市場機制基本建立。

“以水定煤”，實現(xiàn)“煤水”雙資源協(xié)同開發(fā)，將成為大趨勢。

是“水害”，還是新資源?

“我們在不同時期對煤礦地下水的認識是不斷進步的，初期基本都是以水害防治為主，之后逐漸開始將水害防治與水資源保護、利用統(tǒng)籌兼顧起來”

在神東礦區(qū)，35座地下水庫正在穩(wěn)定運行，其最大儲水量可達3500萬立方米。該技術(shù)充分利用了采空區(qū)中垮落的巖體對礦井水的過濾、沉淀、吸附等作用，實現(xiàn)礦井水的大規(guī)模低成本處理。

“礦井水主要為受煤炭開采影響進入巷道的地下水。以個人多年的工作經(jīng)歷來說，我們在不同時期對煤礦地下水的認識是不斷進步的。”中國煤科一級首席科學家董書寧說，“初期基本都是以水害防治為主，之后逐漸開始將水害防治與水資源保護、利用統(tǒng)籌兼顧起來。”

近年來，我國煤礦水害防治工作取得積極進展，各項政策法規(guī)逐步完善，在技術(shù)裝備方面取得較大進步，水害防治水平不斷提高。但我國煤炭主產(chǎn)區(qū)多是嚴重缺水、生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)，煤水矛盾突出。隨著煤礦開采范圍的擴大，處理成本高、難以直接利用的高氟、高礦化度礦井水的占比逐年升高，進一步激化煤炭開采地的煤水矛盾。

“晉、陜、內(nèi)蒙古、寧、甘西部五省份用全球僅0.2%的水資源支撐了全球35%的煤炭生產(chǎn)。”董書寧說。

同樣，在黃河流域，水資源供需矛盾已成為制約黃河流域高質(zhì)量發(fā)展的突出問題和生態(tài)文明建設(shè)的短板。

據(jù)統(tǒng)計，2022年沿黃河9省份煤炭產(chǎn)量35.9億噸，礦井涌水量約為65億立方米，接近我國南水北調(diào)西線工程一期設(shè)計調(diào)水量。礦井涌水量大但利用率低。

“加強礦井水資源綜合利用在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展中的支撐作用極為迫切。”武強說。

董書寧表示，現(xiàn)代化煤炭企業(yè)要從對礦井水“保、治、用”的角度和順序來看待，以地下水資源保護為前提開展開采活動，盡量做到礦井水資源再利用，切實保障礦區(qū)綠色可持續(xù)發(fā)展。

技術(shù)保水，資源化用水

“先考慮源頭保護，盡量減輕煤礦開采對礦區(qū)地下水的擾動與影響，減少礦井涌水量;對于不可避免進入礦井的地下水，通過分質(zhì)處理和分級利用，保障這部分水不被浪費”

近日，中國礦業(yè)大學范立民教授團隊在特厚煤層保水開采技術(shù)領(lǐng)域獲得重要突破。

他們利用微生物、同位素以及全離子測試等技術(shù)，準確判斷了礦井水來源，利用“采動間—直接釋水機理”等方法預測了礦井涌水量，并以頂板減損開采技術(shù)為手段，以采空區(qū)巨厚土層隔水性能自修復為監(jiān)測對象，提高工作面的一次開采高度，實現(xiàn)對生態(tài)潛水地下水水位的有效管控。

“做好礦井水保護和利用工作，先考慮源頭保護，盡量減輕煤礦開采對礦區(qū)地下水的擾動與影響，減少礦井涌水量;對于不可避免進入礦井的地下水，通過分質(zhì)處理和分級利用，保障這部分水不被浪費。”董書寧說。

目前，礦井水源頭保護主要有減損開采法、煤(巖)柱留設(shè)和堵截法。

減損開采利用充填開采、限高(厚)開采、條帶式開采等特殊采礦工藝，降低采煤對圍巖的擾動損傷，從而減少礦井涌水量。

煤(巖)柱留設(shè)將采掘工程避開強含水區(qū)，避免開采擾動這些區(qū)域時可能造成的高強度涌水。

堵截法目前使用較多的是對煤層底板含水層的超前區(qū)域治理和頂?shù)装搴畬佣伎墒褂玫膫?cè)向帷幕截流，構(gòu)造區(qū)注漿、天窗和隔水層薄弱區(qū)修復等，也都屬于堵截法的適用范疇。

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。

為解決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，他們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，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，實現(xiàn)保水與資源綠色開發(fā)雙效益。

有關(guān)科研人員巧妙地將礦井水處理與井下空間利用相結(jié)合，開發(fā)出了一種井下直接處理礦井水的技術(shù)與設(shè)備。能夠在井下及時處理產(chǎn)生的礦井水，使其能夠直接服務于井下生產(chǎn)作業(yè)、降塵以及消防安全等。同時，對于處理后多余的礦井水，還可以儲存在經(jīng)過改造的井下采空區(qū)所形成的地下水庫中，有效地降低了礦井水處理的總成本。

其中，顧大釗及其團隊提出應用煤礦地下水庫技術(shù)就很有代表性。該技術(shù)運用地下水運移規(guī)律，通過構(gòu)建人工壩體與煤柱連接形成連續(xù)壩體，實現(xiàn)在采空區(qū)巖體空隙中規(guī)模化、低成本儲水，可避免外排蒸發(fā)損失、地面水處理廠建設(shè)和運行成本高等問題。

目前，該技術(shù)已應用在神東礦區(qū)、神華寧煤煤制油項目、榆林化工煤制油項目、鄂爾多斯煤制油項目等。地下水庫可供應神東礦區(qū)95%以上的用水，年供水量超過7000萬立方米，累計創(chuàng)造直接經(jīng)濟效益逾100億元。

近年來，高鹽高氟礦井水一直是制約我國西部礦區(qū)煤炭綠色開發(fā)的重要瓶頸。

中國煤炭加工利用協(xié)會綜合利用部副主任王吉坤表示，隨著開采深度增加，礦井水中的礦化度和氟化物含量明顯升高。

“要通過科技創(chuàng)新，開發(fā)‘井下預處理—地面深度處理’的高效低耗技術(shù)，充分利用西部礦區(qū)豐富的太陽能、地熱等新能源以及火電廠余熱等，大幅降低礦井水能耗成本，實現(xiàn)礦井水綠色節(jié)能處理利用。”王吉坤說。

董書寧認為，應該從三個方面綜合考慮用好礦井水。首先，對于高校及科研院所，需要著力推進高鹽高氟礦井水處理技術(shù)革新，研發(fā)高效低耗的反滲透膜處理技術(shù)，結(jié)合核晶誘導造粒(NCP)技術(shù)實現(xiàn)高鹽高氟礦井水資源化處理及利用。其次，對于煤礦企業(yè)，要積極探尋礦井水分質(zhì)處理與分級利用新模式，細化各個用水場景并完善井下管網(wǎng)系統(tǒng)，針對符合回用標準的礦井水在相應場景直接回用。第三，對于政府部門，要繼續(xù)著力完善《意見》，形成不同時期的階段性目標，做到礦井水保護利用有法可依。

整體而言，目前我國在礦井水保護和利用方面仍面臨區(qū)域治理不均衡、政策標準不完善、技術(shù)裝備不完備、保護利用不充分等問題。專家建議，必須綜合考慮各部門間協(xié)作，加強政府、煤炭企業(yè)、科研院所、高校、公民以及其他相關(guān)者之間的區(qū)域治理程度，把握礦井水資源的全方面屬性，共同下好礦井水保護利用的這盤大棋。

建市場，讓礦井水真正活起來

“經(jīng)濟效益是客觀的，建立合理的市場化機制便成為關(guān)鍵。并且隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和突破，礦井水的處理成本將進一步降低，水質(zhì)將更加優(yōu)良，適用范圍也將不斷擴大”

據(jù)顧大釗預測，以西部礦區(qū)為例，若礦井水利用率由2018年的35%提高到2035年的80%，則到2035年，我國西部地區(qū)將新增利用23億立方米礦井水。新增利用的23億立方米的礦井水，能夠支撐32萬立方米的生態(tài)復墾、1億噸煤制油和2000萬噸煤制烯烴生產(chǎn)，增加工業(yè)產(chǎn)值超過4000億元。

據(jù)了解，在工業(yè)領(lǐng)域，礦井水有望成為更多行業(yè)的重要水源，為工業(yè)發(fā)展提供持續(xù)的支撐;在農(nóng)業(yè)方面，礦井水的精準灌溉和土壤改良技術(shù)將不斷完善，為保障糧食安全和促進鄉(xiāng)村振興發(fā)揮更大的作用;同時，礦井水市場化應用還將帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如水處理設(shè)備制造、技術(shù)研發(fā)等，可以創(chuàng)造更多的就業(yè)機會和經(jīng)濟增長點。

目前，不少地方政府已經(jīng)開始有益探索。

近年來，榆林市先后出臺礦井礦井水綜合利用意見和相關(guān)規(guī)劃，按照“政府牽頭，企業(yè)出資，統(tǒng)一規(guī)劃，逐步推進”的模式，建設(shè)了五大片區(qū)礦井礦井水綜合利用工程，解決礦井水回收利用問題。

2022年，榆林市煤礦開采產(chǎn)生礦井水2.65億立方米，利用量達2.14億立方米，利用率達80.7%。處理后達標的礦井水通過管道點對點、有計劃地補給農(nóng)田、廠區(qū)等。

內(nèi)蒙古伊金霍洛旗境內(nèi)有煤礦74座，每年產(chǎn)生礦井水8000多萬立方米。為破解生態(tài)保護和地區(qū)發(fā)展“水梗阻”，該旗于2019年印發(fā)了礦井水綜合利用實施意見，并與17家煤炭企業(yè)合作，統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)了全旗礦井水綜合利用項目暨“東水西輸”工程，將礦井水納入水資源調(diào)配體系。

礦井水不僅可以修復生態(tài)、綠化城鎮(zhèn)，凈化后還能達到飲用標準，水質(zhì)接近礦泉水。處理后的礦井水每立方米僅為3元至5元，相較于黃河水每立方米10元左右的價格更為便宜，受到眾多企業(yè)的青睞。

該旗創(chuàng)新性構(gòu)建了由旗屬國企引領(lǐng)的經(jīng)營模式。該模式以企業(yè)化方式運作、專業(yè)化手段管理，將礦井水作為商品，成功推動礦井水的市場化進程。在充分整合現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的前提下，該旗積極爭取上級輸水工程專項撥款，同時，針對資金缺口，各煤礦企業(yè)依據(jù)自身排水量、開采年限以及輸水距離等因素按比例分擔費用。這一市場化經(jīng)營策略不僅減輕了政府的財政負擔，還為礦井水的綜合高效利用提供了堅實保障。

此外，煤礦企業(yè)積極響應，紛紛投入到礦井水回收利用項目中。

寧夏煤業(yè)公司從南到北建立了12個煤礦礦井水處理廠、14個單位生活污水處理站、12座外排泵站，對礦井水及生活污水進行處理，將深度處理后的礦井水回用于煤礦生產(chǎn)和化工園區(qū)，實施了“南水北調(diào)”工程，將紅柳礦、石槽村礦的礦井水復用及管路進行改(擴)建，以滿足生產(chǎn)用水需求，并解決了黃河水用水指標不足的問題。

山東能源濟三煤礦針對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高鹽礦井水，投資建成了礦井水脫鹽處理項目。該項目穩(wěn)定運行后，處理后的產(chǎn)品水一部分被礦井復用，用于井筒注水、空壓機等;另一部分達標外排，實現(xiàn)了礦區(qū)水資源優(yōu)化配置。特別是濃鹽水通過除鹽工藝蒸發(fā)結(jié)晶出的工業(yè)鹽，達到了一類一等品質(zhì)，成為暢銷的工業(yè)原材料，被廣泛用于化肥、玻璃制造等領(lǐng)域。

平煤股份十一礦投資安裝陶瓷膜處理系統(tǒng)，將礦井水綜合處理后達到一級D標準，實現(xiàn)礦井水循環(huán)利用。該項目不僅為十一礦節(jié)約了水資源稅和自來水費用，而且向周邊環(huán)境每天進行生態(tài)補水，實現(xiàn)環(huán)保和經(jīng)濟效益雙贏。

“經(jīng)濟效益是客觀的，建立合理的市場化機制便成為關(guān)鍵。”董書寧說，“隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和突破，礦井水的處理成本將進一步降低，水質(zhì)將更加優(yōu)良，適用范圍也將不斷擴大。”

鏈接

《國家發(fā)展改革委等部門關(guān)于加強礦井水保護和利用的指導意見》

【主要目標】

到2025年，全國礦井水利用量持續(xù)提高，利用率不斷提升，其中黃河流域力爭達到68%以上，礦井水保護利用政策體系和市場機制基本建立。

到2030年，礦井水管理制度體系、市場調(diào)節(jié)機制和技術(shù)支撐能力不斷增強，礦井水利用效率和效益進一步提高。

【主要內(nèi)容】

共4個方面14項重點工作任務

加強礦井水源頭保護

推行源頭控制、合理選擇治理工藝、落實安全監(jiān)管

推進礦井水分質(zhì)分級處理

含懸浮物礦井水規(guī)模化智能化處理、高礦化度礦井水分級綠色處理、酸性和含特殊組分礦井水高效定向處理

推進礦井水綜合利用

加強礦井水配置、生產(chǎn)和生活利用、生態(tài)和農(nóng)業(yè)用水

健全礦井水利用體制機制

完善統(tǒng)計計量考核制度、健全政策標準、健全價稅機制、完善財金政策、強化科技支撐