为化解煤水资源矛盾，保护好黄河流域生态环境，中国煤炭科工集团（以下简称“中国煤科”）西安研究院近年来建成我国首个聚焦黄河流域矿井水与生态问题的省部级研究平台——陕西省矿区（煤矿）生态环境保护与修复校企联合研究中心；从机制机理、技术工艺、材料装备等方面分步攻关，探索出矿井水“治保用”一体化技术体系，从根本上实现了源头保水控水、过程监测监控、末端净化利用的矿井水全生命周期管控，实现矿井水“零排放”。

  采前“保好水”

  露天煤矿帷幕注浆

  长久以来，我国露天煤矿地下水控制方式主要是强排，对地表水、地下水资源造成较大破坏。保护矿区水资源并减少矿坑疏排水量，是露天煤矿在实现绿色开采的过程中面临的棘手问题。

  对此，中国煤科西安研究院针对露天煤矿境界外河流湿地常年补水条件及对露天煤矿安全开采和区域水文环境的影响，开发了“露天煤矿帷幕截水关键技术体系”，通过突破防渗膜大深度垂向隐蔽密贴铺设与连接、超深松散地层稳定成槽等难题，实现在地表或地下水体与矿坑之间建设一条一定深度狭长的人工不透水带，使地表水和地下水得到原位保护，地表径流和生态水位得到良好保持，矿坑内实现无涌水或少涌水开采，从而达到保水与资源绿色开发的双效益。

  该技术已在大雁矿区露天煤矿落地应用，该区地表分布有常年性河流，植被以草为主，生态环境抗干扰性弱，露天矿坑的形成会使地表水和松散层水渗入矿坑，周边水位显著下降。截水帷幕形成后，帷幕墙外围约20平方公里范围内地下水位回升至生态水位，解决了当地牧民取水困难的问题，截水帷幕外围植被多样性增加了15%以上。此外，矿坑疏排水量的减少，进一步降低了边坡滑动的风险，边坡稳定系数增加至1.2以上。

  “草原在春夏季节再也不是瘦黄瘦黄的景象了，我们也不用舍近求远去放牧了。”露天煤矿周边的牧民高兴地说。

  采中“净好水”

  矿区水资源保护利用实验室

  实现矿井水资源化利用必须解决好悬浮物含量高和矿化度高的“两高”问题。

  “我们首先要抓住关键核心，悬浮物的去除要集约高效，矿化度的降低要协同降低成本。”中国煤科西安研究院技术人员这样统一思想。之后，展开了技术攻关。

  矿井水中悬浮物的密度一般仅为地表水泥沙的50%，极难自然沉降。对此，中国煤科西安研究院采用混凝沉淀工艺，在矿井水中投加混絮凝剂，使悬浮物颗粒凝聚成絮体而沉降，同时在混凝沉淀的基础上增加重力、磁力、离心力等方式加速沉淀。

  在此基础上，中国煤科西安研究院还研发出无机膜短流程矿井水处理系统，过滤后的矿井水悬浮物可降低至1毫克/升以下，节约占地面积最高可达80%。处理后的矿井水可应用于降尘、冲洗、消防等对水资源品质要求相对较低的场景。

  矿井水中较高的溶解性总固体制约着矿井水的更高值利用。为此，中国煤科西安研究院采用深度除氟系统与脱盐膜过滤系统耦合，高效除氟材料可精准去除氟化物，反渗透或纳滤膜材料可透过矿井水中盐类物质，使深度处理后的矿井水达到TDS水质检测标准要求，并可根据需求场景进行调节。经过处理的矿井水可应用于循环冷却、灌溉、养殖、景观、生态补充等对水资源品质要求较高的场景。

  “我们采用数字化监测、智能化加药以及自适应脱盐工艺，还可实现降低矿井水处理运行成本30%以上。”中国煤科西安研究院相关技术团队负责人表示。

  中国煤科西安研究院根据不同水质特征和资源化利用需求，还开发了矿井水分质分级处理技术与工艺，全场景全时域监测预测矿井水径流过程，精确掌控矿井水水质和水量情况，高效低耗净化矿井水，分质分用户优化调配洁净矿井水，实现了矿井水的高效利用。

  采后“用好水”

  露天矿生态修复

  矿井水既是矿产资源开采过程中的伴生产物，也是重要的非常规水源，经处理达标后的矿井水可作为矿区生产、生活和生态用水的重要水源之一。

  针对西部矿区水资源短缺、生态环境脆弱等问题，中国煤科西安研究院研发形成了面向生态的矿井水配置与利用技术体系，基于矿区生态服务功能，确定矿区生态需水量，将矿山生态修复作为优先用水户，通过面向生态的水资源配置，确保其生态需水。

  为缓解由生态水位下降诱发的生态退化，中国煤科西安研究院开发了矿井水生态回灌技术，并在伊敏矿区示范，该区浅部有较厚的松散层，浅表层是重要的生态涵养层，受周边煤炭开采影响，松散层水位显著下降，生态功能降低，经过回灌后示范区地下水位由降转升，水位升高接近2米，实现了矿区地下水位稳定抬升；为解决生态修复过程中供水不足的难题，中国煤科西安研究院开发了矿井水生态回用技术，技术成果在黑山矿区示范应用，示范区处于寒冷、干旱区域，是缺水、缺肥的露天矿剥采形成的巨大排土场，植被无法自然生长，经土壤重构与菌肥结合，保障了寒旱区重构土壤含水率和植被的需水量，加速了矿区生态修复进程。

  同时，中国煤科西安研究院根据矿井水利用存在“夏多冬少”的季节性特点，开发了矿井水异位存储技术，将冬季富足的矿井水存储在储水空间，待夏季需水量较大时，调出储水空间存储的矿井水用于生态用水，使矿井水利用效率提高至95%。该技术体系在宝日希勒矿区示范，该区冬季寒冷，无法再利用矿井水进行生态浇灌，多余的矿井水也无法消纳，夏季矿井水用途多、需求旺，将冬季产生的矿井水进行多途径转移存储，既充分利用了矿井水，又改善了矿区的生态环境。（李德山）