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你可能喜欢陕北神东矿区地下有“龙宫” 容量相当两西湖_新浪陕西_新浪网
高勒宝水库
地下水库一角
　　地处毛乌素沙漠边缘地带的神东矿区，属于我国重度缺水的能源“金三角”（宁东、鄂尔多斯和榆林）核心区域，然而，在它的下面却深藏着35座库容总量达3100万立方米，相当于两个西湖容量的地下水库。这些水库犹如一座座地下“龙宫”，矿井水在“龙宫”内转移循环，自然净化，为民所用。它集井下供排水、矿井水处理、水灾防治、环境保护和节能减排六大功能于一体，它就是著名的神东矿区地下水库。
　　储水 采空区变身地下“龙宫”
　　据统计，我国煤矿开采每年产生的矿井水约80亿吨，而利用率仅为25%，每年造成的矿井水损失量约60亿吨。矿井水长期被视为水害，通常外排地表，除很少部分利用外，绝大部分白白流失。矿井水外排地表后还存在大量的蒸发损失。
　　作为我国最大的煤炭生产企业，神东煤炭集团公司从2000年生产能力为2000多万吨，到现在的2亿吨煤炭生产基地，矿区生产规模不断扩大，生产队伍不断壮大，生产、生活需水量也在不断增加，神东矿区中心区总用水量由2000年的805万吨增长到2010年的2000多万吨。
　　神东矿区地处毛乌素沙漠的边缘地带，属于我国重度缺水的能源“金三角”（宁东、鄂尔多斯和榆林）核心区域，矿区煤炭资源丰富，煤层厚、埋藏浅，但自然生态条件非常脆弱、干旱少雨，历史上年均降水量仅300—400毫米，而年蒸发量却高达毫米，矿区蒸发量是降水量的6倍以上，水资源显得弥足珍贵，保水形势十分严峻。
　　随着神东矿区生产规模和开采范围的不断扩大，地表水和潜水越来越多地转化为矿井水，矿区开发建设初期的哈拉沟、考考赖沟、石圪台沟、公涅尔盖沟供水水源地的水源，日渐缺水，甚至枯竭，已经无法满足矿区开发建设的需要。
　　“那时，大柳塔煤矿生产、生活用水全部依靠哈拉沟水厂供给，一立方米水要好几块钱。”大柳塔煤矿总工程师陈苏社对当年的用水窘境记忆深刻。
　　为了摆脱花钱买水、受人制约的困窘，神东煤炭集团公司投资建设了污水处理厂。建成后，将井下污水全部抽排到地面污水处理厂处理。当时设计日处理能力达到12000立方米，矿井水经处理后全部达标排放。而此时，井下依然没有存水设施。
　　那时，矿区水资源非常短缺，看着经过处理的矿井水白白排放掉，白白流失，当时还在生产办的陈苏社心里着实觉得可惜。如何能让矿井水储存起来，随用随取，将这宝贵的地下水资源收集保存起来，不再白白浪费掉？这个念头一直萦绕在陈苏社的心头。
　　凭着对井下地质条件的熟知，陈苏社提出利用井下采空区储水的大胆想法，得到矿里的赞同和支持。
　　于是，测量、选址、库容确定、管路布置等基础数据的收集和计算，填满了陈苏社的工作生活。多少个不眠之夜，多少次实地测量，多少回挑灯夜战，陈苏社手工绘制出一张2-2煤采空区储水设计图。从此，开启了矿井地下储水的新探索。
　　1998年，大柳塔煤矿井下一水平2-2煤第一个采空区储水“龙宫”建成。当时1-2煤、2-2煤生产全部从这个“龙宫”取水，利用加压泵加压后向工作面供水，此时的井下生产不再使用地面生活用水。这第一座“龙宫”让大柳塔煤矿如获至宝，不但节省了一大笔用水资金，结束了“用水卡脖”的时代，同时也给陈苏社和当时的矿领导班子带来了新的启发和思考。
　　随着神东的发展，大柳塔煤矿的采掘范围不断扩大，矿井用水量也与日俱增。随着生产的发展，地面污水处理厂12000立方米的日处理能力日显不足，处理不了的污水溢流后遭到地方环保部门的处罚。于是，陈苏社和矿里的技术人员又产生了向井下采空区注入污水的想法。
　　经过测量、打孔、开挖水仓、管道对接和安装注水泵等，一系列基础工作具备后，2003年，开始向井下采空区注入部分污水，实现了井下排上来的污水量不超过地面污水处理厂处理能力的目标。
　　“采空区储水初试成功，解决了污水处理厂能力不足的问题，又免除了被环保局罚款的忧虑。但是，供水需要加压泵，没有实现自然压差供水。”利用矿井采空区进行储水复用得到矿里及公司的支持，初尝甜头的喜悦让陈苏社倍添动力，同时也给他带来更深度的思考。
　　缓解矿区生产生活需水量日益增大和地表水源地供水量日渐萎缩的矛盾，并非一日之功，利用采空区储水也非一时之举。如何建造坚不可摧的地下“龙宫”，实现收集、净化、综合利用，让矿井水资源发挥更大效用，神华集团将这个新课题列为科技创新重大项目之一，神东及大柳塔煤矿，中国矿业大学及清华大学等相关单位技术人员和专家加入到研究设计的行列。
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　　地处毛乌素沙漠边缘地带的神东矿区，属于我国重度缺水的能源“金三角”（宁东、鄂尔多斯和榆林）核心区域，然而，在它的下面却深藏着35座库容总量达3100万立方米，相当于两个西湖容量的地下水库。这些水库犹如一座座地下“龙宫”，矿井水在“龙宫”内转移循环，自然净化，为民所用。它集井下供排水、矿井水处理、水灾防治、环境保护和节能减排六大功能于一体，它就是著名的神东矿区地下水库。　　储水 采空区变身地下“龙宫”　　据统计，我国煤矿开采每年产生的矿井水约80亿吨，而利用率仅为25%，每年造成的矿井水损失量约60亿吨。矿井水长期被视为水害，通常外排地表，除很少部分利用外，绝大部分白白流失。矿井水外排地表后还存在大量的蒸发损失。　　作为我国最大的煤炭生产企业，神东煤炭集团公司从2000年生产能力为2000多万吨，到现在的2亿吨煤炭生产基地，矿区生产规模不断扩大，生产队伍不断壮大，生产、生活需水量也在不断增加，神东矿区中心区总用水量由2000年的805万吨增长到2010年的2000多万吨。　　神东矿区地处毛乌素沙漠的边缘地带，属于我国重度缺水的能源“金三角”（宁东、鄂尔多斯和榆林）核心区域，矿区煤炭资源丰富，煤层厚、埋藏浅，但自然生态条件非常脆弱、干旱少雨，历史上年均降水量仅300—400毫米，而年蒸发量却高达毫米，矿区蒸发量是降水量的6倍以上，水资源显得弥足珍贵，保水形势十分严峻。　　随着神东矿区生产规模和开采范围的不断扩大，地表水和潜水越来越多地转化为矿井水，矿区开发建设初期的哈拉沟、考考赖沟、石圪台沟、公涅尔盖沟供水水源地的水源，日渐缺水，甚至枯竭，已经无法满足矿区开发建设的需要。　　“那时，大柳塔煤矿生产、生活用水全部依靠哈拉沟水厂供给，一立方米水要好几块钱。”大柳塔煤矿总工程师陈苏社对当年的用水窘境记忆深刻。　　为了摆脱花钱买水、受人制约的困窘，神东煤炭集团公司投资建设了污水处理厂。建成后，将井下污水全部抽排到地面污水处理厂处理。当时设计日处理能力达到12000立方米，矿井水经处理后全部达标排放。而此时，井下依然没有存水设施。　　那时，矿区水资源非常短缺，看着经过处理的矿井水白白排放掉，白白流失，当时还在生产办的陈苏社心里着实觉得可惜。如何能让矿井水储存起来，随用随取，将这宝贵的地下水资源收集保存起来，不再白白浪费掉？这个念头一直萦绕在陈苏社的心头。　　凭着对井下地质条件的熟知，陈苏社提出利用井下采空区储水的大胆想法，得到矿里的赞同和支持。　　于是，测量、选址、库容确定、管路布置等基础数据的收集和计算，填满了陈苏社的工作生活。多少个不眠之夜，多少次实地测量，多少回挑灯夜战，陈苏社手工绘制出一张2-2煤采空区储水设计图。从此，开启了矿井地下储水的新探索。　　1998年，大柳塔煤矿井下一水平2-2煤第一个采空区储水“龙宫”建成。当时1-2煤、2-2煤生产全部从这个“龙宫”取水，利用加压泵加压后向工作面供水，此时的井下生产不再使用地面生活用水。这第一座“龙宫”让大柳塔煤矿如获至宝，不但节省了一大笔用水资金，结束了“用水卡脖”的时代，同时也给陈苏社和当时的矿领导班子带来了新的启发和思考。　　随着神东的发展，大柳塔煤矿的采掘范围不断扩大，矿井用水量也与日俱增。随着生产的发展，地面污水处理厂12000立方米的日处理能力日显不足，处理不了的污水溢流后遭到地方环保部门的处罚。于是，陈苏社和矿里的技术人员又产生了向井下采空区注入污水的想法。　　经过测量、打孔、开挖水仓、管道对接和安装注水泵等，一系列基础工作具备后，2003年，开始向井下采空区注入部分污水，实现了井下排上来的污水量不超过地面污水处理厂处理能力的目标。　　“采空区储水初试成功，解决了污水处理厂能力不足的问题，又免除了被环保局罚款的忧虑。但是，供水需要加压泵，没有实现自然压差供水。”利用矿井采空区进行储水复用得到矿里及公司的支持，初尝甜头的喜悦让陈苏社倍添动力，同时也给他带来更深度的思考。　　缓解矿区生产生活需水量日益增大和地表水源地供水量日渐萎缩的矛盾，并非一日之功，利用采空区储水也非一时之举。如何建造坚不可摧的地下“龙宫”，实现收集、净化、综合利用，让矿井水资源发挥更大效用，神华集团将这个新课题列为科技创新重大项目之一，神东及大柳塔煤矿，中国矿业大学及清华大学等相关单位技术人员和专家加入到研究设计的行列。保水 降服地下“水老虎”　　神东矿区中心区矿井均开采的是侏罗纪煤层，很多矿井在薄基岩厚松散含水层下开采，煤层开采后会导通基岩裂隙水和第四系孔隙水。随着矿区生产规模和开采范围的不断扩大，地表水和潜水越来越多地转化为矿井水，1998年建成的第一个采空区储水设施，成功降服了地下“水老虎”，变废为宝，实现了地下水的循环再利用。　　号称地下“龙宫”的储水设施的安全性取决于煤柱坝体和人工坝体。由于煤层本身硬度较大，只要煤柱的尺寸留够，煤柱坝体就是安全的；人工坝体则要按要求把强度设计足够，保证施工质量可靠。只要煤柱坝体和人工坝体都很安全了，地下水库也就安全了。　　为了保证施工质量，当时身为生产办设计工程师的陈苏社连续十几个小时盯守在井下施工现场。可是严格按照设计图施工后的坝体还是出现少量渗漏水。陈苏社上网查询，请教相关专家后，在混凝土中添加了一种添加剂，它可以使混凝土在凝固过程中产生一定的膨胀性，能快速充满坝体中的缝隙，使坝体密实无缝，漏水问题迎刃而解。如何让坝体牢固不倒？近几年，陈苏社经过认真研究，又想到了“T”字形人工坝体，在人工坝体中部加固一段垂直短墙，T”字形结构具有三角形的稳定性，既能强力支撑，又能节省材料，减小了工程量。　　人工坝墙内工字钢采用里竖五、中横三、外竖一的布置方式，坝墙外丁字形支撑墙内工字钢布置为横三、竖一，工字钢之间采用电气焊焊接，顶帮均采用全锚螺纹钢锚杆，并在工字钢前后铺设两层钢筋网。坝墙采用混凝土浇筑为一个整体，浇筑完成后采用喷砼的方式封顶及堵漏。经清华大学水利专家论证后，墙体安全稳定系数为3.0时，最大承载水位为60米，人工坝体结构安全可靠、稳定。　　就这样边干边探索，攻克了一系列技术难题。通过持续技术创新，煤矿分布式地下水库技术应时而生、顺势而为。　　从2008年到2015年的7年时间，是层间距为155米的一、二两个水平联合实施地下水库技术阶段，此时，井下生产供水直接从“龙宫”取清水，一水平1-2煤和2-2煤利用加压泵加压供水；二水平5-2煤通过垂直钻孔利用自然压差供水，除了7米大采高综采面需加压泵加压供水以外，其余掘进面和喷雾系统自然压差1.6-1.7MPa，均可满足水压要求，不需再加压。　　5-2煤的污水全部泵排至2-2煤，通过回灌设施注入到地下“龙宫”自然净化。自2013年元月份开始，实现了污水近零升井，地面污水厂基本停用。地下“龙宫”还向洗选中心、橡胶坝和露天开采等通过泵排免费供水，经深度处理厂给生活管网免费供水。　　几年来，在神华、神东两级公司的指导和带领下，大柳塔煤矿技术人员与中国矿业大学等单位联手，进一步深化研究地下水库技术，创建了涵盖设计、建设和运行的煤矿分布式地下水库技术体系；建成了利用采空区空间储水、采空区矸石对水体过滤净化、自然压差输水的煤矿分布式地下水库，实现了矿井水不外排，有效保护了地下水资源，形成了较为完整的、功能全面、庞大的空间网络立体水循环利用系统。　　目前，大柳塔煤矿地下“龙宫”储水量约710万立方米，日回灌量约9790立方米，经地下水库矸石吸附过滤后供井下生产和地面生产生活使用，井下日均复用水量约7770立方米，地面日均使用水量约4500立方米。　　凡事总是提前考虑谋划，陈苏社一直在技术工作上坚持“超前思考、系统思考、空间思考和全面思考”四个思考的工作方法和原则，这是陈苏社多年的一个工作习惯。早在5-2煤建设初期，他就根据2-2煤的位置，提前测量、设计，预留了空间和相应硐室，反复思考，认真研究，提前拿出最佳方案。在22406-7综采面回采结束后，对22406主运巷封闭时，就提前预留了3个用于水循环利用的连接5-2煤和2-2煤的垂直钻孔的位置，钻孔深度约155米，其中2个是清水抽采利用管道，主要供应5-2煤大巷的喷雾消尘用水和5-2煤采掘面的生产用水；1个是矿井水回灌管道。　　“搞技术的就要超前考虑。在巷道施工前就要想到水库的联通和利用。这些超前工作得到矿领导的认可，也给了我们各方面的极大支持，所以地下‘龙宫’才得以顺利建成连通和不断完善。”潜心做好一件事，陈苏社在辛苦中获得成就感，也体味着其中的快乐。　　为了确保地下水库安全运行，实现实时监测“龙宫”储水情况，神东与清华大学和中国煤炭科工集团常州研究院合作，开发了地下水库安全监测系统。在采空区上方安装了两台电容式水位计，监测“龙宫”水位，通过GPRS信号将监测数据传输到安全监测中心；在“龙宫”工作区安装了1台防爆计算机，可以在现场随时查看“龙宫”运行状态和历史数据；两台LED显示屏，能够实时显示“龙宫”的水位、水质、流量、压力等数据。在地面建立安全监测系统，利用监测系统客户端，可以在神东信息网覆盖区域内，随时监测“龙宫”的运行情况。6座井下安全监测站可以实现对地下“龙宫”水位、水压、进出库水量及坝体应力、应变、变形和渗漏等情况的实时监测；5个地面水位观测孔可以实施传输地下水库水位数据，监控中心对监测数据进行分析，掌握地下“龙宫”的实时运行状态。　　此外，神东煤炭集团公司还制定了《矿井采空区储水管理办法》，严格控制地下“龙宫”的储水高度，水位不得超过警戒水位线，通常坝体处储水高度控制在6米以下，确保“龙宫”储水的安全可靠。　　在矿井生产实践中，大柳塔煤矿的技术人员经过17年的努力，不断摸索、不断研究保水开采新思路、新方法、新技术，充分发挥利用“水往低处流”的原理，首次在井下大胆建设了地下水库，创造性地设计施工了安全可靠的地下水库人工坝体，并将井下污水全部回灌到采空区自然净化储存利用，实现污水近零升井；同时，首次成功施工了155米的大垂深垂直钻孔，并利用“连通器”原理，尽可能地实现自然压差供水，合理高效循环利用，让矿井水牢牢处于人的掌控之中，不仅保护了水资源、保护了环境，而且节省了能源，并创造了巨大的经济效益，为我国煤矿保水开采创造性地开辟了一条崭新的道路。用水 地下“龙宫”显奇效　　在神东矿区万里煤海，地下水库技术得到全面推广应用。截至2015年9月，神东矿区地下“龙宫”的储水量达到2499.5万立方米。其中，大柳塔、上湾、补连塔、榆家梁煤矿等15个矿井已经建成35座地下水库，平均储水量约71.4万立方米，历史最大储水量达到3100万立方米。　　游走于大柳塔煤矿的地下“龙宫”，从1号水库到2号、3号水库，一道一道人工坝体将地下“水老虎”牢牢封闭起来，坝体上监控探头如卫兵般时刻驻守，不间断地传送着“龙宫”各处的运行数据。身在其中，耳边不时传来管道里“哗哗”的涌水声。虽然看不到水，但我们与几立方的水只有一墙之隔，心中难免升起恐惧。　　“万一哪处管道破裂或是坝体出现问题，那我们会被洪水冲出矿井吧！”　　虽是句玩笑，但并非杞人之忧。　　大柳塔总工程师陈苏社带记者来到1998年建成的2-2煤第一座水库人工坝体前，指着银白色阀门说：“这是最近刚换的两个不锈钢阀门，旁边增加直径300毫米的新管道与原有的管道连通，成为一道供水新路。原来的旧阀门和管路已经封存在混凝土浇筑的绿色墙体内，保证不会冒漏。白色坝体已经加固并刷漆，做出明显区分标志。压力表实时监控水压情况。你的担心我们都提前做了预控防护措施。”　　“所以说做地下水库虽是件好事，但是做不好可就成危险了。一旦保水造成水患，损失将无法挽回。因此要做就必须下决心做好、做牢靠！”陈苏社感慨道。　　十几年倾心构筑地下“龙宫”的工作经历，让眼前这位总工有着高出常人的未雨绸缪的忧患意识。　　“‘龙宫’里存的是黑煤水吗？”“呵呵，‘龙宫’里注进去的是污水，流出来的是清水，就像鄂尔多斯的羊，吃进去的是草，挤出来的是奶。你来看看。”陈苏社拧开一个阀门，只见清凌凌的水瞬间流出。陈总解释了“龙宫”储水净化的原理。　　原来，地下水库的设计建设与采掘活动同步进行，设计要提前研究、提前规划，施工分步、分阶段实施。采空区留存的矸石富含碳，结构疏松，对水有很强的过滤和吸附净化作用。陈苏社在设计地下‘龙宫’时充分利用“水往低处流”的原理，尽可能利用自然压差优势存水。采空区注水考虑选择水库底板地势较高的地方注入，经过一定净化距离，一般在1000米以上，最少不低于500米，净化距离越大效果越好。长距离流动，水中的悬浮物和有机物浓度明显降低，并随净化距离和净化时间的延长，净化效果更为显著。经过检测，处理后的水质可以满足工业和绿化用水要求。　　矿井深处摆放的几盆花吸引了记者的目光。原来这是陈苏社亲自挑选的发财树、绿萝等花卉，摆放在井下已经3个月了，就是用来检验净化后的水质。花儿生机盎然的绿意给出了最好的答案。　　“通过在各水库之间安装连通管道，将同一水平或不同水平的地下水库之间相互连通，实现库间水量调配和突发情况下水体紧急调运。”　　“一号地下水库22406矿井水回灌设施由8个回灌孔和配套管路、水泵以及配电设施组成，还有22613运顺等5处回灌设施。这些回灌设施将5-2煤生产污水回灌至2-2煤地下水库进行自然净化，污水日回灌量约9700多立方米。”陈苏社一边走一边介绍。　　经过地下“龙宫”净化后的矿井水，一部分作为井下生产用水，一部分到地面后，作为电厂冷却、洗选加工、生态建设、农田灌溉等工、农业用水，经深度处理后还可作为生活用水。　　地下“龙宫”每天输送约1500立方米的水到地面，供地面生产单位使用。看，榆树、山杏、沙棘，樟子松……经过“龙宫”水浇灌，如今的大柳塔煤矿区绿树掩映，郁郁葱葱。　　分布式地下水库技术的基本原理，是基于超大工作面开采后，留下的采空区自然边界明显、岩体空隙均匀以及地下水的赋存规律，对煤矿井下水资源进行保护，充分利用井下采空区而研发的地下储水、循环再利用技术。大柳塔煤矿的地下“龙宫”既是一座无人、无设备、无电耗、无材耗的“四无”型天然污水处理厂，又是一套无需用泵、无需用电、无需用材、无需用人的“四无”型自然压差供水系统。以大柳塔煤矿为例，井下生产每年用清水量为280万立方米，由于井下生产污水实现了零升井，每年可以节约水费、污水处理费、电费、人工费等费用近6000万元。　　地下水库有效实现了矿井水的循环利用，受到中国工程院院士的高度评价，以其经验总结形成的《生态脆弱区煤炭现代开采地下水和地表生态保护关键技术》荣获2013年“中国煤炭工业科学技术一等奖”，获得2014年国家科技进步二等奖。《神东矿区煤矿地下水库关键技术研究与应用》也获得省部级重奖。　　目前，神东矿井水年产生量为9800多万立方米，井上下复用量为6000多万立方米，复用率达到62%以上，达标排放率100%；2014年累计节约外购水费、污水处理和外排费11.82亿元。　　神东还利用地下“龙宫”储存的水资源，向周边电厂、工业区、生活区和生态示范园等地供水，昔日的用水大户以凤凰涅槃般的执着创新，成为地方重要的供水基地。　　地下“龙宫”成效喜人，建设提高远未止步。陈苏社和矿里及相关单位的技术人员又开始规划“龙宫”的下一步建设。在二水平5-2煤地下水库选择52503面作为规划的首个备用地下水库位置。在5-2煤开采5年后预计在2020年投用，15年后即2030年把2-2煤水库的水转移到5-2煤地下水库，然后再开采2-2煤水库下方煤炭资源；对地下水库系统进一步检查、完善、加固、优化，不断提高运行效果和效益。　　基于对宝贵水资源的切身认识，神东根据矿区煤层及水资源的赋存条件，一方面通过创新地面“三区收集、三级处理、三类循环、三途径利用”污水集约化收集处理利用模式，提高废水利用率，减少污水外排，节省净水资源；另一方面在创新超大工作面开采技术、实现地表扰动最小化的基础上，通过进一步创新分布式地下水库技术、地表生态引导修复与自修复促进技术等，在煤炭绿色开采、清洁生产、保护水资源方面探索出了一条光明大道。
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