我国煤矿区矿井水污染问题及防控技术体系构建

煤炭开采必然产生大量的矿井涌水,我国目前的矿井水整体上表现出水质相对较差、水处理成本较高等问题。首先明确了我国典型矿区矿井水水质的主体特征:常规离子是造成矿井水水质差的主要化学组分;矿井水中有毒有害物质占比小,且基本优于地下水Ⅲ类水质量标准。其次,详细探讨了我国矿井水水质形成、演化的几个科学问题,包括不同水文地质结构下物理–化学作用所起的主导作用,时间效应对水质演化的影响,微生物群落结构特征及其与环境因素的相关关系,水动力场–化学场–微生物场–温度场的多场耦合问题等。接着重点介绍矿井水污染防控的技术方法,以减少矿井突(涌)水量和水资源保护为前提,以实现煤–水双资源协调开采、煤炭绿色开采为目标,以矿井水“阻断、减量、保护”为主要防控思路,围绕煤矿区矿井水阻断技术、污染负荷减量技术、污染区修复治理等科学问题展开分析;通过各种现有技术、方法、工艺,最大可能地降低吨煤矿井水处理成本,如采用井下预处理、地面深度处理、超深回灌封贮、生态资源化利用等。最后,提出研发煤矿区地下水及污染物的阻断材料和吸附材料、注浆装备、监测设备、投料设备、原位取样检测设备等,形成我国煤矿区矿井水污染防控技术体系。该技术体系的构建可对煤矿绿色开采、煤矿区深层地下水污染防控、闭坑矿井水污染防控、矿区地下水资源及生态环境保护利用等提供理论及技术支撑。      

陕北煤矿区矿井水资源化及综合利用研究

阐述了陕北煤矿区矿井水开发利用中存在的问题,分析了矿井水的水质特征,探讨了矿井水资源化的处理技术、综合利用途径以及进一步提高矿井水资源综合利用的措施。陕北煤矿区矿井水的资源化和综合利用具有显著的经济、社会和环境效益,是缓解其水资源用水矛盾、建立资源节约型矿区的必然选择。     

采煤对浅层地下水环境的影响及矿井水生态利用分析

黄河流域中上游矿区煤?水矛盾突出,煤炭开采对地下水环境造成一定的破坏。基于此,以鄂尔多斯盆地北部侏罗纪煤田榆神府矿区为研究区,在野外调查、数据分析、室内测试的基础上,分析研究区矿井水的量质特征,揭示煤炭高强度开采对地下水环境的影响,并开展矿井水生态利用研究。结果表明:研究区矿井富水系数在0.23~2.28,平均为0.91,评估2020年区内矿井排水量高达4.70亿m3,受采掘活动影响,浅埋煤层开采区地下水位下降趋势明显;区内矿井水出现不同程度的污染组分超标现象,主要超标指标为化学需氧量(COD)、Na+、SO₄ 2?、溶解性总固体(TDS),未处理的矿井水外排将会污染区内地下水环境;研究区浅层地下水超限的水质指标主要为NO₃-N,与矿井水超限水质指标差别较大,反映出浅层地下水水质受采矿活动影响较小;提出矿井水浅层回灌和矿井水生态灌溉2种模式开展研究区矿井水的生态利用,矿井水回灌对矿井水中的溶解性有机碳、色度具有较好的去除效果,回灌后出水满足Ⅲ类地下水限值;浅埋煤矿矿井水具有作为矿区生态修复灌溉用水的较好潜力,中深埋煤矿和深埋煤矿矿井水不适宜作为灌溉用水。研究结果为我国西部煤矿区水资源保护和生态修复提供重要依据。      

贵州煤矿区矿井水水质特点及处理工艺探讨

根据贵州不同煤矿区矿井水的水质特征,将矿井水分为含悬浮物矿井水、酸性含铁锰矿井水和非酸性含铁锰矿井水三大类,并总结出各类矿井水的分布规律。矿井水的水质特点及类型决定了矿井水应采取的处理工艺。工程实践表明:含悬浮物矿井水宜采用混凝沉淀+过滤工艺进行处理;酸性矿井水铁锰含量高,宜采用中和+混凝沉淀+过滤工艺处理,用浓度为5%的高锰酸钾浸泡过的锰砂作为滤料能减少矿井水处理站的启动时间;非酸性含铁锰矿井水适宜采用混凝沉淀+锰砂过滤工艺进行处理。选择合适的处理工艺对于确保矿井水达标排放,减轻环境污染具有重要意义。     

高矿化度矿井水深部转移存储介质条件及影响机制

我国西部干旱-半干旱矿区既面临水资源匮乏,又面临矿井涌水量大、矿井水矿化度高等难题。为减少采煤过程中水资源浪费、保护西部地区水生态环境,基于保水采煤和煤-水双资源协调开采等理论基础与技术方法,围绕“矿井水深部转移存储”这一核心科学理念,提出将处理后的矿井水进行高压深井转移存储,转移至煤层底板深部含水层中存储。在鄂尔多斯盆地东部某矿实施试验井工程,通过开展野外岩样采集、室内电镜扫描、岩石成分分析、压汞等实验与定量-定性方法,研究目的转移存储层的水文地质条件和特征,分析不同高压水力压裂增渗试验主控因素,对比矿井水水质、转移存储层原生地层水水质和转移存储后混合水质,获取了矿井水高压持续深井转移存储的水文地质效应。结果表明:目前试验井单井累计转移存储矿井水量已满足设计预期,且持续高压水力压裂增渗方式可不断改善和渐次增强目的存储层的矿井水存储能力,延长服役时效。因此,高矿化度矿井水深部转移存储在技术和经济上具有可行性,将对西部地区水资源保护、水生态环境可持续发展产生重要意义;同时,相比高矿化度矿井水处理成本,能够有效缓解矿井水处理经济负担,为西部煤矿区矿井水转移存储提供典型示范。      

矿井水资源评价——以阜新矿区为例

为了合理开发利用矿井水资源,结合当前水资源评价的研究特点和发展方向,将矿井水和生态系统作为整体,提出了"矿井水资源评价"的概念,建立了面向生态的区域矿井水资源评价理论和方法,阐述了它的内涵、研究内容和技术体系。以中国典型的矿业缺水城市阜新为例,运用数学理论、室内试验、现场监测和工程实际应用相结合的研究方法,从水质评价、水量评价、污染评价及开发利用条件评价角度介绍了矿井水资源评价的理论研究和实践成果。通过对阜新矿区矿井水水质、水量、污染及开发利用条件评价,提出矿井水应该进行资源化利用,以解决矿区缺水问题,同时控制矿井水对地下水的污染。      

回注井与矿井水处理

为解决矿井水排放对周边环境和地下水水质的污染,对矿区水文地质资料进行了认真分析,认为梧桐庄矿井位于鼓山东南端的停滞区,属基本封闭的地垒块段,含水层基本处于停滞状态,具备回注储存高矿化度矿井水的地质构造条件。在选定区内建凿大口径回注井组,将经地面水处理厂多级处理后达标的矿井水,通过管网系统分级配送利用、回注储存,用于矿井生产、生活及农田灌溉。该工艺技术解放煤炭资源3 900万t,实现了水资源循环利用,达到了节能减排,保护生态环境的目的。     

兖济滕矿区矿井水资源化利用评价

兖济滕矿区年矿井涌水量近6000万m3,矿井水资源可利用潜力巨大。该文以矿井水资源化综合利用为目的,依据相关标准,采用单因子指数法对矿井水质量进行了评价,并提出了矿井水资源化利用途径。     

基于模糊综合评价法的煤矿水质现状评价

通过对榆神府区矿井水样进行测试、分析,选取总硬度、氟化物、氯化物、硫酸盐、硝酸盐、锌、砷、汞、锰、六价铬、矿化度11项因子作为评价因子,依据《地下水质量标准》(GB/T14848-93),运用模糊综合评判法对研究区水质进行了合理评价。研究结果表明:榆阳区矿井水水质较好,说明煤矿开采对地下水水质影响不大,神府矿区矿井水水质较差,为矿区矿井水的污染治理和综合利用提供了依据。     

凉水井煤矿酸性水的形成及排放处理

凉水井煤矿利用矿区山地沟谷地形,采用平峒配斜井多井口开采生产。矿井涌水量不大,但受季节降水量控制,水质酸性较高,特别在开采中、下煤组区及小井时,矿坑酸性水浓度更高,pH值在2—4之间。经过数年来开采及排放矿井水,对矿坑酸性水的成因、变化规律有了初步认识,并采取了相应的有效处理及排放措施,保证了矿井的正常生产。      

中国煤炭资源保障程度和绿色勘查开发途径

文中进一步厘定了煤炭资源/储量的概念,全面分析了我国煤炭资源勘查开发现状,深入阐述了我国煤炭资源保障程度,认为煤炭资源总体丰富,可采、预可采储量不足,服务年限少,区域煤炭资源保障不平衡,优质炼焦用煤稀缺,中东部地区煤炭资源压覆严重,中西部煤炭开发的生态环境问题突出。在分析煤炭资源保障程度基础上,根据煤炭安全高效绿色勘查开发的基本要求,提出了煤炭资源绿色勘查技术、煤矿高精度高效安全开采地质探测技术、煤矿水害探测与防治技术、煤矿绿色充填开采关键技术、采煤沉陷综合治理与生态环境恢复再造技术、煤矿瓦斯井上井下联合抽采技术、废弃矿山资源综合利用和环境恢复技术研究、煤矿高矿化度矿井水及固废处理技术、洁净煤技术的基础地质研究、煤系多能源矿产综合勘查开发和利用技术、煤炭地下气化与煤层气联合协调勘查开发技术、煤源雾霾研究和二氧化碳地质封存技术十二项煤炭绿色勘查开发的技术途径。     

陕北能源化工基地煤炭生产可持续发展的地质与环境地质问题研究

陕北能源化工基地多种矿产富集,煤炭、石油、天然气、岩盐等矿产资源储量丰富,经过近20年的建设开发,已初步建成为中国重要的能源接续地和大型煤化工基地。但该区水资源短缺、生态环境脆弱的现状,相对资源开发增长速度较快的煤炭生产和转化来说,其环境压力巨大,暴露出的矿产地质与环境地质问题突出．已影响到基地建设的可持续发展。为此提出了如下应对措施：加强地质勘查工作,提高煤炭资源保障程度：加强多种矿产并存区的综合地质勘探、评价和规划,推进矿产资源的综合开发与利用;加强生产矿井的监督和管理,不断提高资源采收率;开展矿区水资源的勘察评价,加强水资源的规划和协调管理;深化《保水采煤技术研究》,推广实施矿井水及工业、生活污水的综合利用;建立健全防灾减灾体系建设,做好矿区地质灾害监测、评价及治理工作;加强矿区环境整治和生态保护工作;建立陕北能源化工基地煤炭资源、环境可持续发展的长效机制。     

河北省主要矿区关闭煤矿资源再利用模式探讨

关闭煤矿资源评价与利用,具有资源、环境双重效益,可为煤矿企业提供一条转型发展路径。在河北省主要矿区关闭煤矿资源调查工作的基础上,通过对国内外关闭煤矿资源再利用典型案例的总结,重点归纳了河北省关闭煤矿农林用地、建设用地、塌陷水域综合利用、矿山公园模式、关闭煤矿资源综合利用、矸石山利用、井下空间利用等7类19种资源再利用推荐模式,分析了推荐模式选择因素,划分了资源类型。依据矿山地质环境影响程度、问题类型及矿山区位差异,按照推荐模式选择原则,提出适合不同关闭煤矿山资源利用模式。综合考虑关闭煤矿背景条件和资源开发利用条件,对河北省主要矿区118个关闭煤矿提出了资源再利用途径。在相关研究基础上,针对河北省主要矿区关闭煤矿资源再利用存在的支撑条件不足、安全评价、支撑政策和管理办法欠缺、资源调查评价与利用技术指南欠缺等现实问题,提出了资源利用典型项目建设、及时掌握关闭煤矿综合信息、构建关闭煤矿资源调查与评价技术指南、开展相关治理工程做好资源利用统筹工作、加强科技投入和关键技术研发、树立矿井全生命周期理念并重视矿业资产的后周期管理及完善闭坑管理等建议,以期选择生态敏感性较弱、资源丰富、区位条件优越、符合当地经济社会发展需求、便于协调开发利用的关闭煤矿作为重点研究对象,开展资源综合利用工业性试验和示范工程,系统构建关闭煤矿资源评价体系,实现关闭煤矿资源利用与生态保护协同发展。      

山东新巨龙煤矿区场地高TDS地下水水化学特征及成因机制

针对山东巨野新巨龙煤矿区地下水高TDS的现状,基于历史水质资料和取样测试结果,运用Piper三线图、相关性分析、氢氧同位素、Gibbs图解、离子比值与饱和指数等方法,探究其高TDS地下水水化学特征及成因。结果表明:随着建井和煤矿开采,研究区水化学环境发生改变,水化学类型不再是单一的SO₄-Na型,深层灰岩水的类型中出现SO₄·HCO₃-Na和SO₄-Ca·Mg型;研究区高TDS地下水的形成主要是因为含水层水动力条件差,高温水岩作用强,溶滤、蒸发浓缩作用明显,同时存在一定程度的反向阳离子交换作用;地下水体中白云岩和方解石表现为沉淀状态,石膏和盐岩处于溶解状态,是地下水主要成分Na+和SO₄2-的主要来源。研究成果不但为研究矿井水的构成、揭示煤矿区地下水污染及多场耦合的地下水演化过程和成因机制提供依据,还可为煤炭开采水害防治和矿井水处理利用奠定基础。      

宁东能源化工基地煤炭资源保障能力分析

宁东能源化工基地是国家规划建设的大型煤炭、煤化工及西电东送火电基地,是全国能源战略基地的重要组成部分。宁东基地包括横城、灵武、鸳鸯湖等七大矿区和一个独立井田,已查明资源量273亿t、预测资源量1394亿t;区内地质构造较为简单、开采条件相对较好,适宜建设大、中型现代化矿井;煤类以不粘煤为主,低灰、低硫、低磷、中高发热量、高化学活性,是优质的动力用煤,可用于煤化工和新材料等多种领域,具有广阔的开发前景。在分析宁东基地煤炭资源量保障能力、勘查程度、开采技术条件等主要因素基础上,提出建设宁东基地需合理规划井田生产规模、提高矿井回采率、进一步加强井田勘探及煤质研究工作,注重矿井水的综合利用和生态环境治理。     

巨野煤田矿坑热水特征及其开发利用

根据矿坑热水水质、水量、水温,立足矿山实际,因地制宜提出了综合开发利用方式：赵楼煤矿矿坑水可向巨野县城提供洗浴用水;彭庄煤矿矿坑水宜作为种植冬暖式大棚蔬菜的热源;经热能梯级利用后,郭屯煤矿矿坑水可与低氟水混合后作为水产养殖用水;龙堌煤矿矿坑排水量大,距巨野县城较近,经降酸处理后可作为城镇工业供水水源。矿坑水经全部梯级利用后,可节省地下水资源及煤炭资源费2 493.84万元/a。