山西省大同矿区水环境分析及水资源保护

'第9期山西焦煤科技NO．92010年9月ShanxiCokingCoalScience&TechnologySep．2010·专题综述·山西省大同矿区水环境分析及水资源保护张春燕①(山西省煤炭资源地质局)摘要在对山西省大同矿区(以下简称大同矿区)煤炭开采现状调查的基础上，探讨煤炭开采对大同矿区水环境及水资源的影响，分别从水量变化和水质污染方面进行分析论述，指出由此引发的相关问题，并提出相应的水环境现状治理和水资源保护对策。关键词煤炭开采；水环境；矿坑排水；水资源；对策中图分类号：TD741文献标识码：B文章编号：1672-0652(2010)09-0053-04‘大同矿区位于大同市西南部，大同市的大小煤矿2采煤对矿区水环境及水资源的影响均集中在这里，是主要煤炭工业区。随着煤炭资源的2．1水量变化不断开发，其周围环境不同程度地受到了影响，尤其煤矿开采排水，首先改变了采区范围地下水的补是对水环境的影响日渐严重。采煤使矿区地表水局给、径流、排泄条件，使地下水的流场、流向发生变化，部渗漏，地下水位下降，采区已有的水源工程设施受在“矿井三带”影响范围内，地下水可以直接流人矿到破坏，矿坑排水对环境又造成了严重的破坏。因井；其次，局部改变了自然条件下降水与地表水和地此，探讨煤炭开采所造成的水环境问题以及水资源的下水之间的转化关系，在采区范围内，“三水”均补给有效保护已成为一个迫切的研究课题。矿坑水；最后，受煤矿开采三带的影响，导致煤系各含1矿区概况水层发生了水力联系，引起含水层水位下降，水量发大同矿区地处山西省北部一大同煤田内，东以口生变化。泉山脉与大同断陷盆地相隔，地貌上属低山丘陵区，从目前各煤矿水文地质条件及配水现状分析，采地形起伏大，沟壑发育，地表有大面积的第三、四系松煤对水量影响主要表现在：散沉积物覆盖。煤矿主要集中在口泉沟、云冈沟及其1)煤矿长期排水，多数煤矿未加以综合利用，造两侧。十里河、口泉沟为本区的主要水系，也是矿井成水资源浪费，使矿区地下水资源更趋紧张。排水、工业废水及生活污水的出口。2)煤矿开拓过程中，地下水穿透含煤地层向下本区属于半干旱大陆性气候，昼夜温差大，降水部矿坑渗透，使上部含水层的水量减少，水位下降，进量小，蒸发量大，属缺水地区。地层自下而上依次为而造成了当地居民的用水困难。太古界集宁群变质岩类、寒武一奥陶系海相碳酸盐岩3)由于长期排水形成以矿坑为中心的降落漏类、石炭二叠系和侏罗系含煤地层、白垩系、第三系及斗，使采区地下水位下降，井泉水量减少，河流径流量第四系地层。整个区域呈一倍东走向的不对称复式减少或断流，进而影响河流下游的水量正常补给。向斜构造，东南翼陡窄，西南翼宽缓。区内除第四系4)煤矿停采后，地下采空区成为集水空间，形成冲积层和基岩风化壳含水量相对丰富外，其下伏中生采空区积水，同时各含水层的水位逐渐恢复。地下采界、古生界地层，岩石坚固结实，裂隙岩溶不发育，岩空区储水量逐步增加，为今后的工农业生产发展提供石一般含水微弱。了新的水源。①作者简介：张春燕男1963年出生1985年毕业于山西矿业学院高级工程师太原030045 I』l西焦煤科技2010年第9期5)矿坑排水除一部分转化为潜流和渗入地下含态的有机质(如纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质等)，水层外，另一部分转化为地面水，使得有些原已干枯还禽有氮、硫、磷等无机盐类和各种微生物。的河段又出现了水流，如口泉河靠矿坑水补给，当矿2)地表水。十里河和日泉沟为区内的主要水坑排水停止，河水随之枯竭。体，丽矿区内煤矿多沿河道两侧分布，因而矿区地表2．2水质污染水的污染亦集中在这两条河道中。1)污染来源。矿区开采煤炭对水体造成污染的十里河从西向东横贯矿区北部，途经东周窑、旧来源有：矿坑排水、固体废渣、洗选煤废水以及生活高iIJ、燕子山、四台、云冈和晋华宫等矿，最后注入大污水。同平原。沿途接受各大小煤矿矿坑水、洗选煤废水和生活污水的排人，直至在下游河段，河水水质恶化严a)矿坑排水。煤矿开采时形成的矿坑水，是受重，已逐渐成为矿区内一条污河。到污染的地下水。煤层中含有P、CI、As、B、Hg、Pb、口泉沟发源于左云县南，贯穿矿区中北部，途径Cd、C、Zn等元素。煤层一旦被揭露并和地下水相遇，王村、挖金湾、雁崖、四老沟、自洞、同家梁和永定庄煤将发生一系列的物理化学反应，如溶滤、离解、氧矿，最后流向东部平原。据资料记载．口泉沟曾常年等，使煤中一部分元素转移进入地下水体或者与地下流水，由于后来煤矿的大规模开采，河水沿途渗漏而水反应生成新的化合物。根据矿坑水水质抽样监测转入地下，基本断流。目前，河水主要接受沿途各煤资料，矿坑水普遍硬度偏高，PH值偏酸性，部分煤矿矿的矿坑水、洗选煤废水和生活污水，已属一条污水矿坑水含有Hg、Cr、As、Co、Zn、Cu元素和氟化物。排放河道。按照GB8978-88《污水综合排放标准》、GB3838—883)地下水。《地面水环境质蹙标准》和GB5749—85《生活饮用水a)浅层地下水。受矿井采动产生的三带影响，水质标准》，对矿坑排水水质综合分析评价结果：悬浮地表污染水体沿途向下渗和降雨淋滤固体废渣下渗物、PH值、Hg、As、氟化物在部分矿井超过GB3838的速度将加快，必然造成浅层地下水的串层污染，使—88和GB5749～85标准要求，但矿坑排水水质符地下水水质向差的方向发展。合GB8978-88最高允许排放浓度对水质的要求。b)深层地下水。由于煤炭的大量开采，煤矿井b)固体废渣。煤炭开采过程中，同时还有大量下水的大量外排，从而引起了地下水位的持续降低，的固体废弃物如煤矸百，在煤炭初选中被剔除掉，煤在采区范围内，地下水将产生强烈的水文地球化学矸石大量堆积，形成黑灰色人工矸石山丘地貌，既破效应。坏了周围景观的和谐，又争占了耕地，还引发了多种首先破坏了地下水的补排平衡，使水岩系统的物环境效应。煤矸石长期暴露在空气中，加快了风化进理一化学动力均衡产生变化，局部疏干带的产生扩大程，一方面，煤矸石所含有机质、黄铁矿等成分易氧化了固液相问的比例而使系统中相互作用效应加剧，特自燃，产生大量CO、NO、SO、H：S．苯并芘等废气，别是氧化作用加强，促使一TCa、Mg转入水中，造成地对空气环境造成污染；另一方面，大量的有机质成分下水硬度、矿化度增高。其次，由于水位下降改变了和可溶性硫化物、重金属盐类，甚至某些废石含有放地下水径流条件。使原先物理一化学环境中平衡的额射性元素等，通过风化、大气降雨淋滤。将进入地表水定组分迁移规律发生变化，特别是具有可变化合价元体，并进一步下渗到地下水体。素络合生成物(Fe、Mn等)在水中迁移活化起来，这c)洗选煤废水。洗选煤是一种对原煤进行洁净些物质的氧化不断地消耗着地下水的氧化一还原电处理的工艺过程，以提高煤炭质量和利用效率，除掉位，致使水中聚集和保持了无氧环境下运移的大量部分无效燃烧物质和有害元素成分。在利用水进行元素。洗滤过程中，可使原煤部分有机质或无机物含量减从矿坑水抽样化验资料分析表明，采区周围地下少，从而使洗选煤废水含有大量的悬浮物、重金属离水硬度和矿化度均偏高，其水中所含元素成分增多。子和各类浮选剂。3矿区水环境变化带来的问题d)生活污水。矿区居住人口密集，生活污水排3．1供水紧张放亦不能忽视。生活污水中一一般含有悬浮物或溶解基于矿区水环境现状，目前大同矿区的生活生产 2010年第9期张春燕：山西省大同矿区水环境分析及水资源保护·55·用水不得不利用区外供水。据大同煤矿集团公司但该工程的实现还需要一定的时间，同时还要做好环2000年统计，全公司日供水总量达12．61万m。，其境影响可行性评价和经济成本的合理化工作。中自取水6．4万m。，外购水6．21万m。，外购水占供4．2煤炭工业发展的整改水总量近5O％，而且首先满足生产用水，致使矿区居大同矿区要推进今后煤炭工业的有序发展，必须民生活用水非常紧张，使大量职工住宅楼水压不足，以可持续发展为战略指导方针，既要开发煤炭资源，农村生活用水尚待解决，矿区供需水矛盾是一个迫切又要注重保护环境，尤其是要深入开展水环境的优化而艰巨的任务，必须尽快采取合理有效的措施。治理和水资源的系统管理，如制定相应的水资源保护3．2农业生产受损法规，采区适宜的水环境治理方法和改良措施。具体煤炭开采排水，造成地下水位下降，地面裂缝和而言，如建立污水处理设施，对矿坑排水、洗选煤废水塌陷等现象的发生，造成部分水源工程破坏，使矿区处理后排放；规划煤矸石固体废弃物堆放场地，采取农业生产用水和农村人畜吃水困难。据不完全统计，相应的防渗措施，推进利用煤矸石发电和制作建矿区范围内因采煤而造成的水源工程报废有10多材等。处，有200多个村庄缺水和近万亩水浇地灌溉水短4．3开发新的取水水源缺。煤炭开采排水是主要原因之一。为了缓解大同矿区近期的供水紧张状况，大同矿3．3生态环境退化区应探寻新的供水水源，开展相应的勘察和研究矿区为低山丘陵地貌，地表植被稀疏，属生态环工作。境脆弱区。采煤不仅造成地表塌陷和地面沉降，而且1)口泉南岩溶水的开发。据以往勘探资料，口使近地表潜水水位下降，泉水流量减少或断流，草木泉南部寒武一奥陶系灰岩岩溶发育，储存的岩溶水具吸收水分不足，水土流失严重，从而加重了自然生态有一定的开发价值。环境的退化。2)采空区积水的利用。大同矿区煤炭开采所形4水环境问题治理与水资源保护对策成的采空区遍布，部分采空区内积水面利于地下水的随着大同矿区人口的急剧增长，煤炭工业的深化汇集而形成采空区积水。据不完全统计，矿区内采空改革和企业规模的壮大，水资源短缺和水环境问题已区积水面积分布较广，积水量较大，并具一定的分布成为一个越来越突出的矛盾，为了有效地保护水资贮存特征，且采空区积水经适当的物理和化学方法处源，改变矿区水环境现状，大同市政府及大同煤矿集理后，可以满足工业用水或农业灌溉用水的标准。因团公司必须从可持续发展的新理念出发，做好水资源此，大同矿区应深入开展采空区积水的探测和分析研可持续开发利用的应变对策。既要有远期打算，又要究，进一步确定其分布范围和积水规模，并将地下采有近期规划，还要做好现期布局的调整和转变。空区积水作为一个“地下水库，，，纳入系统化的管理，4．1引黄入晋工程一方面可以作为新的取水水源，另一方面可以为煤炭从大同矿区的水文地质条件分析，作为唯一地下的进一步开采提供防治水害的可靠依据，避免突水事取水目的含水层一第四系冲积层，不论在丘陵山区还故的发生。是在大同盆地，已无更大的开发前景。大同矿区一直4．4水资源保护的认识以平原区的两大水源地(时庄和下窝寨)供水，现有资从大同矿区水环境问题和水资源供求现状分析，料分析表明，大同平原区因地下水的超量开采，已形要彻底改变现状，不仅是一个发展战略转变的问题，成了大小不一的地下水降落漏斗．其范围在不断扩更重要的是一个思想观念转换的过程。大，水位在持续下降，同时由此而带来了诸多的环境首先．当地政府领导要具有环保意识，要综观全问题，如地面沉陷、地表裂隙等。局，着眼未来，在制定地方经济发展政策的同时，应充引黄人晋工程的实施，可大大地缓解大同市的供分考虑到水资源的保护和管理，并积极开展对地方经水紧张局面，从而使大同矿区的供需水矛盾得以根本济发展和环境保护如何调的大讨论。改变。该工程从长远观点出发，以期推进大同矿区乃其次，由当地政府牵头，在地方群众中大力加强至大同市工农业的可持续发展和城市化建设的布局。保护环境和节约用水的宣传和教育，使每一个人都有 ·56·山西焦煤科技2010年第9期紧迫感责任感，在思想意识上树立关爱生存环境，珍恶化、水资源匮乏等诸多问题。如何协调煤炭工业的惜每一点水的新理念。长足有序发展和环境的有效保护，是大同矿区相关部最后，充分发挥地方政府的监管职权，正确处理门目前主要探讨的课题，尤其在水环境现状治理方面好地方经济持续发展与有效保护环境的关系，调整地和水资源保护及开发利用方面，应相应制定优化对策方经济产业结构，加强环境防污治本的力度。和改良措施，这是缓解水资源供需矛盾，保持工农业5结束语正常生产和恢复生态环境的必然选择。大同矿区煤炭的开发，在国家的能源建设中占举足轻重的地位，为国民经济的发展做出了巨大的贡献。但随着煤炭的逐年开采，却给矿区带来了水环境收稿日期2O1O—O7—16参考文献Eli邵改群．山西煤矿开采对地下水资源影响评价[J]．中国煤田地质，2001，13(I)：41—43F2]陈剑平．环境地质与工程[M]．北京：地质出版社，2003：78—81．[3]杨忠芳，朱立，陈岳龙．现代环境地球化学[M]．北京：地质出版社，1999：1o3—105．[4]沈照理，朱宛华，钟佐橥．水文地球化学基础[M]．北京：地质出版社，1993：91—92．[5]钱易，唐孝炎．环境保护与可持续发展[M]．北京：高等教育出版社，2000：145—146．[6]阎海棠．美康采空区积水的开发前景分析口]．中国煤田地质，2001，13(2)：41-42．WaterEnvironmentAnalysisandWaterResourcesProtectionofDatongMiningAreainShanxiProvinceZhangChun-yanAbstractOnthebasisofthecoalminingpresentsituationinvestigationintheDatongminingareaofShanxiprovince(hereinafterreferstoastheDatongminingarea)，discussestheinfluenceofcoatminingtothewaterenvironmentandthewaterresourcesoftheDatongminingarea，respectivelycarriesoutanalyzingandelaboratingfromtheaspectofwatervolumechangeandthewaterpollution，pointsouttheissuesrelated，tothiscause，andputsforwardthecorrespondingcountermeasureofwaterenvironmentpresentsituationcontrolandthewaterresourcesprotection．KeywordsCoalmining；Waterenvironment；Minedrainage；Waterresources；Countermeasure(上接第48页)●‘SeparateSourceMethodinCoalMineHeadingFaceGasEmissionQuantityForecastApplicationYuanY0ng—guoAbstractAccordingtothetunnelingmethod，thecoalbedtaxsavesthecondition，thegasgeologicalcondition，theutilizationdividestheSeparateSourceMethod，carriesontheforecasttothetunnelingwork—ingsurfacegasdischargequantity，reasonablematchesthewindeffectivelyforthisoreformulationanddrawsupandtakestheeffectivegaspreventionmeasuretoprovidethetheorybasis．KeywordsSeparateSourceMethod；Mineheadingface；Gasemissionquantity；Forecast'