走煤水共采与协同发展之路

“开发西部煤炭是保障国家能源安全的重大需求。实现煤炭开采与矿区生态环境协调发展，是黄河流域煤炭工业高质量发展必须破解的重大科学问题。”12月5日，中国工程院院士王双明在2020年“西部煤炭绿色开采”中国工程科技论坛上说。

坚持绿色开采理念

我国煤炭资源富集区主要位于沙漠黄土广泛覆盖区，如陕西内蒙古交界的大型矿区。生态环境脆弱、采动损害严重等造成黄河中段煤炭开发和环境保护矛盾尖锐。

“煤炭开采必须做到生态环境保护优先。采动隔水性变化是生态环境损害的根源，煤层上覆隔水岩组保护是生态环境保护的基础，生态水位保护是生态环境保护的核心。”王双明表示。

自2000年开始，当时的陕西煤炭工业局、西安科技大学等单位协同攻关，揭示了鄂尔多斯盆地北部生态脆弱矿区环境损害机理，提出了以减少采动损害为途径、以生态水位保护为核心的环保理念与技术。

王双明介绍，绿色开采理念与技术的核心在于减沉(隔水性稳定区)、减损(隔水性变化区)、保水(隔水性损害区)和防崩(贫水或无水区)。

如在隔水性变化区的大型煤矿采用分层限高开采，含水层未受影响;在隔水性损害区的中小型煤矿，用留设煤柱替代充填柱模拟充填开采，实现了保水位开采;在隔水性稳定区的大型煤矿，采用一次采全高开采，含水层未受影响。

“以煤水共生地质特征为基础，以采动地质条件变化分区为途径，以减少隔水岩组损害为目标，以保护生态水位为核心的减沉、减损、保水绿色开采技术，是实现黄河流域煤炭工业高质量发展的重要技术支撑。”王双明说。

矿井水转向资源化处理

“传统矿井水以无害化处理为主，目前更多转向资源化处理。”中国工程院院士顾大钊在论坛上说。

2018年3月，中国工程院重点战略咨询项目“2035我国矿井水保护利用战略与工程科技研究”开始执行。根据调查，我国目前煤矿矿井水年产68.8亿立方米，但利用率仅为35%左右。矿井水利用率差异较大，主要受矿井水量大小、周边产业布局和水质等多种因素影响。

目前，我国矿井水综合处理利用有几种方式。一是井下复用，如井下降尘、喷洒和机泵冷却液等。二是内部利用，如选煤用水、植被灌溉和生活用水等。三是外部供水，如周边电厂、煤化工企业用水等。神东矿区每年约产生1亿立方米矿井水，其中用作生产、生活和生态的矿井水分别占35.1%、24.0%和15.3%，外排量占17.6%。

中国工程院院士刘合指出，西部地区煤炭开采对水资源系统影响深刻又全面。与此相匹配的煤水协同发展工程技术包括“煤—水”双资源型煤炭开采技术、煤矿地下水库技术、保水采煤技术、“海绵矿井”技术、多源异构水污染控制系统协同应用技术等。

如今，地下水库技术已在神东矿区取得一定进展。据了解，神东矿区已建成33座地下水库，储水量达3100万立方米，年供水量近7000万立方米。地下水库技术已开始推广，如陕煤集团、晋能控股煤业集团、山东能源集团等已实施或正在实施地下水库工程。

“不过，我国矿井水利用方面存在一些体制和机制的问题：缺少矿井水利用的区域整体规划、缺乏对矿井水利用的相关扶持政策、‘零排放’政策执行中存在误区、水资源税的制定及执行仍须优化、矿井水利用与排放标准亟待研究和更新。”顾大钊说。

矿井水处理面临新挑战

“矿井水将是我国中长期稳定的水资源。”顾大钊指出，随着煤炭生产重心不断西移，到2035年，西部六省份煤炭产量占比将达到90%左右，矿井水量占比接近80%，矿井水高效利用对西部矿区的战略意义更加凸显。而且，随着西部煤炭开采逐渐向深部转移，水资源保护技术难度更大，矿井水质更趋复杂，这会带来新的挑战。

此外，东部和其他地区矿井大量进入资源枯竭期，需要高度重视废弃矿井水污染控制和水资源利用。

“以前，我们更多关注的是‘含水层’的保护，未来应更关注‘水资源’的保护。井下储水和矿井水的高效利用也是对水资源的有效保护。”顾大钊建议，要坚持“保护”与“开发”并举，重要水源地、生态保护区要科学实施分区开采，采用水资源保护性开采措施;坚持“分级处理、分质利用”，科学合理制定矿井水排放和利用标准，充分利用矿区特有优势，大力发展井下处理、利用矿区低成本热源的处理技术。

“在煤水协同管理策略建议方面，主要为基于水循环全过程评价煤炭对水系统的影响、创新按矿井水抽取量征收水资源费机制、加强矿井排水的合理配置与综合高效利用、推进以水为关键要素的现代绿色矿山建设。”刘合说。

能源的开发利用全过程与水资源密切相关，同时气候变化对能源的开发利用和“自然—社会”水循环全过程造成系统影响。未来气候变化对西部地区水和能源开发利用存在正负影响和不确定性，如气温持续升高、降水可能继续增多，进一步影响区域径流、水资源及生态环境等。

“亟须加强能源—水资源—气候变化领域的协同管理。”刘合说。