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探秘全球最大井工煤矿地下水库

浏览次数: 日期:2015-07-31

本是无奈之举

  1985年兴建的大柳塔煤矿,位于陕西省神木县与内蒙古伊金霍洛旗交界处,属于黄土高原地带和毛乌素沙地边缘,常年干旱少雨。

  “职工生活离不开水。采煤时,机器冷却、井下除尘也需要水。建矿之初,井下用水需要从地面输送,生产与生活争水,矛盾突出。”在大柳塔煤矿已工作25年的连采三队队长薛占军说。

  由于地表水匮乏,当时水厂供水时断时续,井下作业只能开开停停,生产受到很大影响。

  地下水库技术的主要研发者之一、大柳塔煤矿总工程师陈苏社说,凭借多年采煤经验,自己知道矿井里渗出的地下水量可观,需要用水泵排掉。当时琢磨,如果把矿井水利用起来,或许能解决“缺水”问题。

  于是,陈苏社带领工程技术人员通过监测和研究,总结出了在煤矿井田范围内,地下水会向开采区域汇集的规律,为地下水库选址奠定了理论依据。

  “沿煤层采煤时,每采一段,就会留一些煤柱。每个采空区就像一根根柱子撑着的地下大厅,如果用人工坝把煤柱之间的空隙封堵上,采空区就成了一个巨大的储水设施,多个储水设施组合在一起,就成了一座地下水库。”陈苏社说。

  在完善技术的基础上,1998年,大柳塔煤矿尝试在地下100多米处的2号煤层选择一处采空区建设首个单采空区储水设施,水容量为5万立方米。经过检测,蓄积的地下水水质可以满足工业和绿化用水要求。

  2002年,顺利建成6个单采空区储水设施,容量达到100万立方米;2010年,建成由4座地下水库组成的全球首个煤矿分布式地下水库,总储水量达到235万立方米,实现了矿井水不外排……

  随着地下水库技术应用规模扩大,目前,大柳塔煤矿已建成由多处储水设施组成的3个分布式地下水库,储水总容量已达710万立方米,相当于一座中型水库的规模,每年可供水超过4000万立方米,不但缺水问题迎刃而解,每年还可节省购水费用4200万元,减少矿井水处理及外排费用1800万元。

 

 

 

如同地下室里储水

 

  记者乘坐煤矿的防爆运人车进入漆黑的矿井内,到达2号煤层后,随同技术人员到一处巷道内。记者看到,与其他巷道里灯光昏暗不同,这里灯光通明,巷道壁和底板皆经过加固,如同一座防空洞。

  “巷道壁的里面,就是1号地下水库。”技术人员边说边随手拧开一个阀门,只见清水就从巷道壁上的一个细水管里流出来……

  富含炭、结构疏松的矸石,对水有很强的过滤、净化作用。近年,大柳塔煤矿还探索利用建成的地下水库,将矿井中产生的污水自然净化后循环利用。

  陈苏社说,2011年,大柳塔煤矿5号煤层采区即将投产时,与之配套的污水处理厂还没建好。5号煤层与2号煤层的层间距离为150多米,当时自己琢磨,如果选择合适的位置钻孔,将两个煤层贯通,就可以用管道把5号煤层采区的污水通过水泵排到2号煤层的水库,经过自然净化后,再利用高低落差,通过管道把水回流到5号煤层,实现水的循环利用。

  3个月后,深155米、直径1.4米的垂直钻孔打成了。“我们在钻孔里布置了4条输水管,一举解决了5号煤层采区污水处理和循环利用问题,目前全矿每年可处理生产污水350万立方米。”

  记者了解到,大柳塔煤矿的整个地下水库系统,分为井下和地表两部分。井下部分的核心技术,是分布式地下水库和采空区矸石净水。其中,井下的3个分布式地下水库进行地下水收集、储水和井下污水净化,并为井下的生产单位供水。

  每天还有约4500立方米的水被输送到地面,供地面生产单位使用。榆树、山杏、沙棘,樟子松……经过多年绿化,如今大柳塔矿区郁郁葱葱。

  “大柳塔煤矿从地表到井下,如同一个5层的地下室,地表是地下室的顶部,2号煤层就是地下室的第二层,5号煤层是底层。地下水库的运行模式,就是把第二层的部分房间封闭后,用于收集、储存地下水和净化污水。然后,一部分水供井下生产单位使用,一部分水用水泵排到顶层,供顶层上生产单位使用和屋顶花园的灌溉。”陈苏社说。

 

技术得以推广

  记者了解到,目前神东煤炭集团通过完善和推广煤矿分布式地下水库技术,已在15个矿井建成32座地下水库,储水3100多万立方米,提供了95%的矿区生产和生活用水,大幅减少了外购水和排水的费用,实现了矿区水资源良性立体循环。

  此外,神东煤炭集团还利用地下水库蓄积的水资源,向周边的电厂、工业区、生活区和生态修复区等地供水,用水大户摇身一变,成了当地重要的供水基地。

  目前,相关技术开始在神华集团的新街、包头矿区推广应用。陈苏社说,陕西、内蒙古、宁夏、甘肃等地,是我国主要的煤炭产区,这些地区的煤田埋藏浅,煤层厚,瓦斯含量低,易于开发。但西部地区水资源匮乏,与资源开发和矿区经济社会发展、生态建设成为一对矛盾。

  与此同时,煤矿开发过程中,矿井水被视为水害。比如,2008年以来,全国发生煤矿水害事故200多起。为保障井下安全,煤矿用外排到地表的方式处理矿井水,得以利用的少。煤矿地下水库技术的应用空间大,可以带来可观的经济、生态和环保效益。

(来源:新华社)

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