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神东矿区地下水库探秘之一:采空区变身地下“龙宫”

发布时间:2015-11-23 15:15 来源:本站 浏览次数:1071
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    开篇语:它不占一分土地,不用一人值守,可以为矿井生产、生活提供不竭用水;它体型庞大,深藏于地下,35座库容总量达3100万立方米;它集井下供、排水,矿井水处理、水灾防治、环境保护和节能减排六大功能于一体,将矿井水变废为宝、循环再用……它就是神东矿区地下水库。地下水库犹如一座座地下“龙宫”,连接管路如同驻守的“龙王”,将矿井水吞吐自如,抽排有余。在这里,地下“水老虎”被降服,在“龙宫”内转移循环,自然净化,为民所用。

  地球是人类赖以生存的家园。随着人口数量的不断增长,人类消耗的水资源也越来越多,而地球上的淡水资源有限,目前,世界上有半数以上国家人口面临淡水不足,其中29个国家的约4.5亿人口生存在缺水状态中。水是不可再生资源,一旦失去,将会永远失去。“水贵如油”成为无可争辩的现实。

  我国是世界产煤大国,也是世界煤炭消费第一大国。长期以来,煤炭在全国能源生产和消费中的占比达70%左右,煤炭已经成为国民经济高速发展的重要基础。与此同时,我国煤矿开采每年产生的矿井水约80亿吨,而利用率仅为25%,每年造成的矿井水损失量约60亿吨。矿井水长期被视为水害,通常外排地表,除很少部分利用外,绝大部分白白流失。矿井水外排地表后还存在大量的蒸发损失。

  作为我国最大的煤炭生产企业,公司从2000年生产能力为2000多万吨,到现在的两亿吨煤炭生产基地,矿区生产规模不断扩大,生产队伍不断壮大,生产、生活需水量也在不断增加,神东矿区中心区总用水量由2000年的805万吨增长到2010年的2000多万吨。

  神东矿区地处毛乌素沙漠的边缘地带,属于我国重度缺水的能源“金三角”(宁东、鄂尔多斯和榆林)核心区域,矿区煤炭资源丰富,煤层厚、埋藏浅,但自然生态条件非常脆弱、干旱少雨,历史上年均降水量仅300—400毫米,而年蒸发量却高达2000—2500毫米,矿区蒸发量是降水量的6倍以上,水资源显得弥足珍贵,保水形势十分严峻。

  随着神东矿区生产规模和开采范围的不断扩大,地表水和潜水越来越多地转化为矿井水,矿区开发建设初期的哈拉沟、考考赖沟、石圪台沟、公涅尔盖沟供水水源地的水源,日渐缺水,甚至枯竭,已经无法满足矿区开发建设的需要。

  “那时,大柳塔煤矿生产、生活用水全部依靠哈拉沟水厂供给,一立方米水要好几块钱。”大柳塔煤矿总工程师陈苏社对当年的用水窘境记忆深刻。

  为了摆脱花钱买水、受人制约的困窘,公司投资建设了污水处理厂。建成后,将井下污水全部抽排到地面污水处理厂处理。当时设计日处理能力达到12000立方米,矿井水经处理后全部达标排放。而此时,井下依然没有存水设施。

  那时,矿区水资源非常短缺,看着经过处理的矿井水白白排放掉,白白流失,当时还在生产办的陈苏社心里着实觉得可惜。如何能让矿井水储存起来,随用随取,将这宝贵的地下水资源收集保存起来,不再白白浪费掉?这个念头一直萦绕在陈苏社的心头。
凭着对井下地质条件的熟知,陈苏社提出利用井下采空区储水的大胆想法,得到矿里的赞同和支持。

  于是,测量、选址、库容确定、管路布置等基础数据的收集和计算,填满了陈苏社的工作生活。多少个不眠之夜,多少次实地测量,多少回挑灯夜战,陈苏社手工绘制出一张2-2煤采空区储水设计图。从此,开启了矿井地下储水的新探索。

  1998年,大柳塔煤矿井下一水平2-2煤第一个采空区储水“龙宫”建成。当时1-2煤、2-2煤生产全部从这个“龙宫”取水,利用加压泵加压后向工作面供水,此时的井下生产不再使用地面生活用水。这第一座“龙宫”让大柳塔煤矿如获至宝,不但节省了一大笔用水资金,结束了“用水卡脖”的时代,同时也给陈苏社和当时的矿领导班子带来了新的启发和思考。

  随着公司的发展,大柳塔煤矿的采掘范围不断扩大,矿井涌水量也与日俱增。随着生产的发展,地面污水处理厂12000立方米的日处理能力日显不足,处理不了的污水溢流后遭到地方环保部门的处罚。于是,陈苏社和矿里的技术人员又产生了向井下采空区注入污水的想法。

  经过测量、打孔、开挖水仓、管道对接和安装注水泵等,一系列基础工作具备后,2003年,开始向井下采空区注入部分污水,实现了井下排上来的污水量不超过地面污水处理厂处理能力的目标。

  “采空区储水初试成功,解决了污水处理厂能力不足的问题,又免除了被环保局罚款的忧虑。但是,供水需要加压泵,没有实现自然压差供水。”利用矿井采空区进行储水复用得到矿里及公司的支持,初尝甜头的喜悦让陈苏社倍添动力,同时也给他带来更深度的思考。
缓解矿区生产生活需水量日益增大和地表水源地供水量日渐萎缩的矛盾,并非一日之功,利用采空区储水也非一时之举。如何建造坚不可摧的地下“龙宫”,实现收集、净化、综合利用,让矿井水资源发挥更大效用,神华集团将这个新课题列为科技创新重大项目之一,公司及大柳塔煤矿,中国矿业大学及清华大学等相关单位技术人员和专家加入到研究设计的行列。