煤矿管网改造：雨水回收与矿井水再利用的协同方案

煤矿作为传统高耗水行业，其生产过程中产生的矿井水与矿区降雨形成的雨水长期被视为“废水”直接排放，既造成水资源浪费，又加剧区域水环境压力。随着“双碳”目标推进与水资源税改革，通过管网改造实现雨水回收与矿井水再利用的协同，已成为煤矿绿色转型的关键路径。本文结合姚桥煤矿、梅花井煤矿等典型案例，提出系统性改造方案。

 

一、协同利用的技术逻辑

1. 水质特性互补性

矿井水含悬浮物（SS 50-200mg/L）、少量重金属，但经混凝沉淀+过滤处理后可达工业用水标准；雨水初期径流含泥沙、有机物，但弃流后水质接近地表水Ⅲ类。两者通过“分质处理、分级利用”可形成互补：矿井水处理后用于生产环节，雨水经简单净化用于绿化、冲洗等低品质用水场景。

 

2. 管网系统协同性

传统煤矿管网存在“雨污合流”问题，导致雨水携带煤尘进入污水处理系统，增加处理成本。通过改造将雨水管网与矿井水管网分离，构建“双管双网”体系：雨水管网负责收集屋面、路面径流，矿井水管网负责输送井下排水，实现“清污分流”。

 

二、协同改造的核心技术

1. 雨水回收系统优化

（1）初期弃流与截污

采用“2mm径流厚度弃流+格栅拦截”组合工艺。例如，在屋面排水管末端设置自动弃流装置，前2mm降雨径流（含屋顶积尘、鸟粪等污染物）直接排入污水管网，后续洁净雨水进入收集系统。地面径流通过渗透式沟渠（碎石填充，坡度0.5%）减缓流速，配合格栅井拦截树叶、塑料等大颗粒杂质。

 

（2）模块化蓄水池设计

选用高强度PP塑料模块拼装蓄水池，单池容量100-300m³，顶部覆土0.8m后可作为绿化或停车场使用。池内设置液位传感器与潜水泵，当水位达到80%时自动启动泵送系统，将雨水输送至清水池；超过90%时通过溢流管排入市政管网，防止内涝。

 

（3）多级净化工艺

雨水经蓄水池沉淀后，依次通过旋流除污器（去除粒径＞0.2mm颗粒）、砂滤罐（滤速8m/h，SS去除率＞85%）、紫外线消毒器（波长254nm，接触时间30s），出水水质达到《城市污水再生利用—城市杂用水水质标准》（GB/T 18920-2020），可用于绿化灌溉、道路冲洗。

 

2. 矿井水再利用系统升级

（1）井下分质处理

针对高悬浮物矿井水，采用“初沉池（停留时间1.5h）+高效斜板沉淀池（表面负荷8m³/(m²·h)）+无阀滤池（滤速8m/h）”工艺，出水SS＜10mg/L，满足井下消防、洒水需求。对于含氟矿井水，增设活性氧化铝吸附柱（氟去除率＞90%），出水氟化物＜1.0mg/L。

 

（2）管网材质革新

将原4寸无缝钢管更换为8寸涂塑钢管，涂层厚度≥300μm，耐腐蚀性提升3倍，使用寿命延长至15年。管路连接采用法兰式快装接头，配合专用底座（10#槽钢焊接，锚索固定），每4米设置一个支撑点，确保在巷道变形（±50mm）时仍保持密封性。

 

（3）智能调蓄系统

在西风井井底-181m水平建设200m³调节池，通过液位计与变频泵联动，当矿井水流量＞50m³/h时，多余水量泵送至地面蓄水池；当流量＜30m³/h时，启动地面蓄水池补水，保障系统稳定运行。

 

三、协同利用的效益分析

1. 经济效益

以年降雨量600mm、矿区面积20万㎡的煤矿为例，雨水年可收集量约7.2万m³，按3元/m³的水价计算，年节约水费21.6万元；矿井水再利用率提升至80%后，年减少排水费15万元，综合年经济效益达36.6万元。

 

2. 环境效益

雨水回收减少地表径流冲刷带来的煤尘污染，矿井水再利用降低地下水开采量。以梅花井煤矿为例，其矿井水用于周边鸳鸯湖补水后，湖面面积扩大20%，区域湿度提升15%，形成“矿区生态美化圈”。

 

3. 社会效益

改造后矿区绿化率从15%提升至25%，道路冲洗频次从每日3次降至1次，职工浴室热水供应稳定性提高90%，显著改善工作环境。

 

四、实施路径与保障措施

1. 分阶段实施

（1）试点阶段（1年）：选择1个井口区域进行雨水管网改造与矿井水处理系统升级，验证技术可行性。

（2）推广阶段（2-3年）：全矿区推广“双管双网”体系，建设地面雨水蓄水池与矿井水调蓄池。

（3）优化阶段（4-5年）：引入AI控制系统，实现液位、流量、水质的实时监测与自动调节。

 

2. 政策与资金支持

申请国家节水型社会建设专项资金，争取水资源税减免政策；与科研机构合作开发低成本处理技术，如利用煤矸石制备滤料，降低材料成本30%。

 

3. 运维管理机制

建立“矿井水处理站+雨水管理办公室”双主体运维模式，制定《雨水回收系统操作规程》《矿井水管网巡检制度》，定期开展水质检测与设备维护，确保系统长期稳定运行。

 

结论

通过雨水回收与矿井水再利用的协同改造，煤矿可实现“水资源-环境-经济”三重效益的统一。该方案不仅符合国家绿色矿山建设要求，更为煤炭行业水资源高效利用提供了可复制的技术范式。未来，随着物联网、大数据技术的融入，协同利用系统将向智能化、精细化方向进一步升级。