煤礦作為傳統(tǒng)高耗水行業(yè)，其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的礦井水與礦區(qū)降雨形成的雨水長期被視為“廢水”直接排放，既造成水資源浪費(fèi)，又加劇區(qū)域水環(huán)境壓力。隨著“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)與水資源稅改革，通過管網(wǎng)改造實(shí)現(xiàn)雨水回收與礦井水再利用的協(xié)同，已成為煤礦綠色轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵路徑。本文結(jié)合姚橋煤礦、梅花井煤礦等典型案例，提出系統(tǒng)性改造方案。

 

一、協(xié)同利用的技術(shù)邏輯

1. 水質(zhì)特性互補(bǔ)性

礦井水含懸浮物（SS 50-200mg/L）、少量重金屬，但經(jīng)混凝沉淀+過濾處理后可達(dá)工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)；雨水初期徑流含泥沙、有機(jī)物，但棄流后水質(zhì)接近地表水Ⅲ類。兩者通過“分質(zhì)處理、分級(jí)利用”可形成互補(bǔ)：礦井水處理后用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)，雨水經(jīng)簡(jiǎn)單凈化用于綠化、沖洗等低品質(zhì)用水場(chǎng)景。

 

2. 管網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)同性

傳統(tǒng)煤礦管網(wǎng)存在“雨污合流”問題，導(dǎo)致雨水?dāng)y帶煤塵進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，增加處理成本。通過改造將雨水管網(wǎng)與礦井水管網(wǎng)分離，構(gòu)建“雙管雙網(wǎng)”體系：雨水管網(wǎng)負(fù)責(zé)收集屋面、路面徑流，礦井水管網(wǎng)負(fù)責(zé)輸送井下排水，實(shí)現(xiàn)“清污分流”。

 

二、協(xié)同改造的核心技術(shù)

1. 雨水回收系統(tǒng)優(yōu)化

（1）初期棄流與截污

采用“2mm徑流厚度棄流+格柵攔截”組合工藝。例如，在屋面排水管末端設(shè)置自動(dòng)棄流裝置，前2mm降雨徑流（含屋頂積塵、鳥糞等污染物）直接排入污水管網(wǎng)，后續(xù)潔凈雨水進(jìn)入收集系統(tǒng)。地面徑流通過滲透式溝渠（碎石填充，坡度0.5%）減緩流速，配合格柵井?dāng)r截樹葉、塑料等大顆粒雜質(zhì)。

 

（2）模塊化蓄水池設(shè)計(jì)

選用高強(qiáng)度PP塑料模塊拼裝蓄水池，單池容量100-300m³，頂部覆土0.8m后可作為綠化或停車場(chǎng)使用。池內(nèi)設(shè)置液位傳感器與潛水泵，當(dāng)水位達(dá)到80%時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)泵送系統(tǒng)，將雨水輸送至清水池；超過90%時(shí)通過溢流管排入市政管網(wǎng)，防止內(nèi)澇。

 

（3）多級(jí)凈化工藝

雨水經(jīng)蓄水池沉淀后，依次通過旋流除污器（去除粒徑＞0.2mm顆粒）、砂濾罐（濾速8m/h，SS去除率＞85%）、紫外線消毒器（波長254nm，接觸時(shí)間30s），出水水質(zhì)達(dá)到《城市污水再生利用—城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 18920-2020），可用于綠化灌溉、道路沖洗。

 

2. 礦井水再利用系統(tǒng)升級(jí)

（1）井下分質(zhì)處理

針對(duì)高懸浮物礦井水，采用“初沉池（停留時(shí)間1.5h）+高效斜板沉淀池（表面負(fù)荷8m³/(m²·h)）+無閥濾池（濾速8m/h）”工藝，出水SS＜10mg/L，滿足井下消防、灑水需求。對(duì)于含氟礦井水，增設(shè)活性氧化鋁吸附柱（氟去除率＞90%），出水氟化物＜1.0mg/L。

 

（2）管網(wǎng)材質(zhì)革新

將原4寸無縫鋼管更換為8寸涂塑鋼管，涂層厚度≥300μm，耐腐蝕性提升3倍，使用壽命延長至15年。管路連接采用法蘭式快裝接頭，配合專用底座（10#槽鋼焊接，錨索固定），每4米設(shè)置一個(gè)支撐點(diǎn)，確保在巷道變形（±50mm）時(shí)仍保持密封性。

 

（3）智能調(diào)蓄系統(tǒng)

在西風(fēng)井井底-181m水平建設(shè)200m³調(diào)節(jié)池，通過液位計(jì)與變頻泵聯(lián)動(dòng)，當(dāng)?shù)V井水流量＞50m³/h時(shí)，多余水量泵送至地面蓄水池；當(dāng)流量＜30m³/h時(shí)，啟動(dòng)地面蓄水池補(bǔ)水，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

 

三、協(xié)同利用的效益分析

1. 經(jīng)濟(jì)效益

以年降雨量600mm、礦區(qū)面積20萬㎡的煤礦為例，雨水年可收集量約7.2萬m³，按3元/m³的水價(jià)計(jì)算，年節(jié)約水費(fèi)21.6萬元；礦井水再利用率提升至80%后，年減少排水費(fèi)15萬元，綜合年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)36.6萬元。

 

2. 環(huán)境效益

雨水回收減少地表徑流沖刷帶來的煤塵污染，礦井水再利用降低地下水開采量。以梅花井煤礦為例，其礦井水用于周邊鴛鴦湖補(bǔ)水后，湖面面積擴(kuò)大20%，區(qū)域濕度提升15%，形成“礦區(qū)生態(tài)美化圈”。

 

3. 社會(huì)效益

改造后礦區(qū)綠化率從15%提升至25%，道路沖洗頻次從每日3次降至1次，職工浴室熱水供應(yīng)穩(wěn)定性提高90%，顯著改善工作環(huán)境。

 

四、實(shí)施路徑與保障措施

1. 分階段實(shí)施

（1）試點(diǎn)階段（1年）：選擇1個(gè)井口區(qū)域進(jìn)行雨水管網(wǎng)改造與礦井水處理系統(tǒng)升級(jí)，驗(yàn)證技術(shù)可行性。

（2）推廣階段（2-3年）：全礦區(qū)推廣“雙管雙網(wǎng)”體系，建設(shè)地面雨水蓄水池與礦井水調(diào)蓄池。

（3）優(yōu)化階段（4-5年）：引入AI控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)液位、流量、水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)調(diào)節(jié)。

 

2. 政策與資金支持

申請(qǐng)國家節(jié)水型社會(huì)建設(shè)專項(xiàng)資金，爭(zhēng)取水資源稅減免政策；與科研機(jī)構(gòu)合作開發(fā)低成本處理技術(shù)，如利用煤矸石制備濾料，降低材料成本30%。

 

3. 運(yùn)維管理機(jī)制

建立“礦井水處理站+雨水管理辦公室”雙主體運(yùn)維模式，制定《雨水回收系統(tǒng)操作規(guī)程》《礦井水管網(wǎng)巡檢制度》，定期開展水質(zhì)檢測(cè)與設(shè)備維護(hù)，確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。

 

結(jié)論

通過雨水回收與礦井水再利用的協(xié)同改造，煤礦可實(shí)現(xiàn)“水資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)”三重效益的統(tǒng)一。該方案不僅符合國家綠色礦山建設(shè)要求，更為煤炭行業(yè)水資源高效利用提供了可復(fù)制的技術(shù)范式。未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的融入，協(xié)同利用系統(tǒng)將向智能化、精細(xì)化方向進(jìn)一步升級(jí)。