矿井水资源多元利用方案研究与实施
邯矿集团亨健公司通过应用水源热泵技术和超高水材料充填开采技术，并结合自身条件，在矿井水余热回收利用的基础上，将矿井水作为充填原料，用于超高水材料制浆充填，使每年约20万m3矿井水的二次入井，实现了矿井水资源的多元利用。
标签：水源热泵绿色开采超高水材料多元利用
0 引言
矿井水是伴随煤炭开采而产生的地表渗透水、岩溶水、矿坑水、地下含水层的疏放水以及生产、防尘用水等组成，内部蕴藏着大量的低温热能，由于受采掘和人为活动的影响，矿井水极易受到污染，含有大量煤、岩尘等杂质，悬浮物浓度较高，并含有少量有机物和微生物，矿井水的大量排放，会对地表上河流等水资源产生较严重的污染，影响到人民的生活环境，同时也给人民的生命安全带来威胁。
于此同时，邯郸矿区9亿多吨煤炭资源储量中，建筑物下压煤达3.5亿吨。
其中，主采2号煤层中的建筑物下压煤达1.5亿吨。
超高水材料充填开采技术在邯矿集团试验成功并实现规模化充填开采，既为邯矿集团解决“三下”压煤难题、提高资源回采率、延长矿井寿命提供了技术保证，又降低了煤层采动对周围环境的影响，实现煤炭的绿色生态开采。
1 发展水源热泵技术，实现矿井水余热利用
1.1 水源热泵技术的引进与使用水源热泵系统是一种高效、节能，有利于环境保护和资源可持续发展的新型空调冷、热源技术，冬季将低温矿井排水中的低品位热能进行提升，向建筑物供暖，夏季将室内的热量释放到低温矿井排水中去，为建筑物制冷，具有较使用常规能源节能、环保、资源再利用、清洁安全、性能稳定、运行灵活等的特点。
亨健公司工业广场内有职工宿舍楼两栋，职工澡堂一个，联合建筑体1座（包括矿灯房和区队办公区域）。
亨健公司冬季对上述建筑物均采用燃煤锅炉供暖，职工澡堂的洗澡用水也采用锅炉燃烧所产生的热蒸汽来加热，夏季制冷采用单机空调制冷方式。
亨健公司矿井排水常年排放温度在20℃左右，未经过任何处理，直排到了周围环境中。
锅炉燃煤产物及矿井水的排放，周围环境带来的巨大影响。
1.2 水源热泵技术在亨健公司的应用为了提高亨健公司绿色矿山的建设水平，亨健公司引进了水热源泵相关设备和技术，矿井水余热通过水热泵吸收再利用，使亨健公司工业广场建筑群冬季供暖，夏季制冷及职工澡堂用水加热全部利用矿井余热资源，淘汰了原燃煤锅炉，降低了空调电费和锅炉原煤的投入，降低了污染物的排放。
2 实施充填开采技术，实现矿井绿色开采
超高水充填材料浆体是由超高水充填材料和水混合搅拌制作而成，水的体积比占95%左右，浆体的制作是通过地面制浆系统完成的，亨健公司地面建造了2NJ160-
4S3000型浆体生产泵站（如图1所示），该泵站通过自动化控制系统控制，人为设定参数后可以自动配料、自动搅拌、自动放浆等特点，搅拌完成浆液分别通过输送管路由地面自流经垂直钻孔进入井下，在通过井下巷道内布置的充填管路流向充填施工地点（如图2所示），进入采空区进行充填，使煤炭实现了煤炭的“绿色开采”。
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图1地面充填泵站
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图2井下充填管路布置图
3 构建矿井水资源的多元利用体系
从水源热泵流出的矿井水，仅仅提取了水的热能量，其内部的有害物质并没有处理，若直接排放仍会对环境造成污染，同时，亨健公司实施的超高水材料充填开采技术，又是一个需水量比较大的地方，每天需近700m3的水用于与超高水材料混合制浆，并输送井下充填。
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图3矿井水的利用示意图
亨健公司综合两者之间的矛盾，经试验研究，发现矿井水中的成分对超高水材料强度没有影响，因此，亨健公司从地面布设管路，将水源热泵排出的矿井水引入地面充填泵站，地面充填泵站建有临时蓄水池，通过合理安排井下水仓排水时间，实现了边排水边制浆、充填，据统计，亨健公司每年用于充填的水量20万m3以上，该方法的实施，即解决了亨健公司超高水材料充填所需“水原料”的问题，又有效地减少了矿井水的排放，极大的降低了对周围环境的污染，使矿井水的二次入井，实现了矿井水能源的多元利用。
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圖4矿井水的二次入井
4 建立健全各项规章制度，实施精细化管理模式
亨健公司针对风、水源热泵及超高水材料充填建立的严格的管理制度，针对各环节、工序合理安排，妥善布置，细化施工流程，规范岗位责任，量化考核标准，每个工序安排专人管理及施工，设备包机到人，定时维护，定期检修，确保设备的正常运转。
矿井抽水、充填时间遵循‘避峰填谷’的政策，由调度室统一协调安排，保障矿井水资源的多元利用系统的可靠运行。
5 成果实施效果
5.1 经济效益风水源热泵自安装完成后，热泵机组工作稳定可靠，职工宿舍制冷效果好，职工澡堂洗浴用水温度适中，该工程已取代锅炉加热。
以2013年8月份统计数据为例，设备当月消耗电能12万kwh。
电费为：
120000kwh×0.68元/kwh=8.1万元
如当月采用传统锅炉供热，办公楼、宿舍楼采用空调制冷（夏季），每台空调功率按2kw计算，整个建筑群大约要200台，每台空调每天开机4小时计算。
锅炉供热大约需要10吨煤，每天开机12小时，功率为20kw，费用为：
2kw×4h×200台×0.68元/kwh×31天+10t×500元/t（售价）×31天=18.87万元
因此仅在8月份即节约费用为18.87-8.1=10.77万元。
另使用矿井水为原料充填开采的实施成功，减少了单独打井及布置水泵抽水费用，经粗略计算，每月可以节省电费6万元左右。
5.2 社会效益亨健公司矿井水多元利用方案的实施，使亨健公司实现了开采方式的绿色化、资源利用的高效化、推进了亨健公司绿色生态矿山的建设步伐，促进了企业的科学健康发展，具有较高的借鉴意义。
参考文献：
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[2]邱伟.建筑施工水资源利用与节水措施[J].价值工程，2013(28).
[3]何广武，于忠胜.我国水资源利用及水环境污染控制对策[J]. 价值工程，2010(01).。