煤炭開(kāi)采對(duì)水資源的影響范文

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摘要：山西省多年來(lái)煤炭開(kāi)采帶來(lái)了巨大利潤(rùn)的同時(shí)，造成了大量的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，尤其是對(duì)水資源的破壞，嚴(yán)重影響到經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。面對(duì)山西省水資源短缺的現(xiàn)狀，從煤炭開(kāi)采對(duì)地下水系統(tǒng)、地下水資源量、地表水污染、巖溶大泉污染四個(gè)方面進(jìn)行分析，通過(guò)水樣采集、測(cè)試結(jié)果來(lái)說(shuō)明山西省煤炭開(kāi)采對(duì)水資源產(chǎn)生了巨大影響及破壞。

關(guān)鍵詞：地下水；煤炭開(kāi)采；破壞水資源

根據(jù)山西省2014統(tǒng)計(jì)年鑒，截止到2010年山西的水資源總量占國(guó)家總量的0．50％，約為120億m3，地下水占90億m3，地表水占其中的70億m3，山西省人均占有水資源量為全國(guó)人均占有量的21％，根據(jù)國(guó)際制定的通用標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷山西省的缺水程度，山西處于極度缺水的等級(jí)［1］。在此情形下，大規(guī)模的煤炭開(kāi)發(fā)以極大的觸動(dòng)力影響了水資源系統(tǒng)、水資源環(huán)境，尤其是對(duì)水文地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生了極為明顯的不可逆作用，破壞了地下水資源的自然賦存條件，影響了礦區(qū)水資源的質(zhì)量。

1煤炭開(kāi)采對(duì)地下水系統(tǒng)的影響

煤炭開(kāi)采對(duì)地下水系統(tǒng)的正常循環(huán)破壞嚴(yán)重。煤炭開(kāi)采后形成了大面積的采空區(qū)，采空區(qū)上覆巖層的沉陷及裂縫破壞了地下水系統(tǒng)，造成地下水的滲漏和水位下降，而這種破壞所產(chǎn)生的影響更具有廣泛性和深遠(yuǎn)性。

1．1地下水均衡遭破壞

煤炭資源和水資源原本處于平衡的生態(tài)系統(tǒng)中，在自然條件下各自有其固有的存在狀態(tài)和變化條件。煤礦開(kāi)采打破了地下水本身的平衡狀態(tài)，使采空區(qū)上覆的巖層形成較為明顯的冒落帶、裂隙帶、整體移動(dòng)帶，變了原有的補(bǔ)徑排條件，使地下水流加快，水位下降，貯存量減少，從而破壞了地下水均衡。

1．2改變降水、地表水及地下水的轉(zhuǎn)換關(guān)系

在天然條件下，地表水、地下水及降水（以下簡(jiǎn)稱為“三水”）存在著穩(wěn)定的補(bǔ)給關(guān)系。但是因?yàn)槊旱V開(kāi)采后礦井排水在較淺的地段，導(dǎo)致三種狀態(tài)的水相互連通，地表水滲入地下成為地下水，之后倒灌進(jìn)礦坑再排出后變?yōu)榈乇硭?。這種相互轉(zhuǎn)化與相互補(bǔ)給的補(bǔ)排關(guān)系，改變了原有的“三水”轉(zhuǎn)化過(guò)程，使水資源得不到充分利用，同時(shí)造成大量水資源受到礦井污染。

1．3帶來(lái)嚴(yán)重的突水事故

全國(guó)目前至少14個(gè)省（區(qū)）出現(xiàn)過(guò)坑道（主要是煤礦）突水事故。山西省是坑道突水較為嚴(yán)重的省份，六大煤田有五個(gè)發(fā)生過(guò)突水事故。山西主要可采煤層是石炭系、二疊系及侏羅系煤層，采掘的煤層大多位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面和奧陶系巖溶水位之上，采掘容易造成嚴(yán)重的突水事件，其水源主要是煤系地層本身的碎屑巖裂隙水、石炭系層間石灰?guī)r巖溶水及上覆松散巖系的孔隙水，煤炭開(kāi)采破壞了儲(chǔ)水構(gòu)造，改變了地下水徑流路線，造成了嚴(yán)重的坑下突水。

2煤炭開(kāi)采對(duì)地下水資源量的影響

根據(jù)山西的煤炭開(kāi)采歷史，以及開(kāi)采過(guò)程中影響排水量的因素和礦坑排水量的變化規(guī)律，參考煤層與含水層組合的特點(diǎn)，從地下水靜儲(chǔ)量與動(dòng)儲(chǔ)量?jī)蓚€(gè)角度進(jìn)行分析。靜儲(chǔ)量是指本來(lái)賦存于含水層中的水，因?yàn)槊禾块_(kāi)采后的頂板垮塌導(dǎo)致采空區(qū)上部覆蓋的含水層被破壞，該含水層中的水因此被迅速排空。靜儲(chǔ)量是固定量，與該含水層本身結(jié)構(gòu)有關(guān)，由煤層開(kāi)采帶來(lái)的破壞結(jié)果具有一次性的特點(diǎn)［2］。山西省內(nèi)的六大煤田除河?xùn)|煤田以單斜構(gòu)造產(chǎn)出外，其它五大煤田皆為向斜構(gòu)造。山西組的砂巖含水層和太原組的砂巖、灰?guī)r含水層與主要煤層間距都很小，目前一般礦井的開(kāi)采深度都在300m以淺。據(jù)此，目前開(kāi)采破壞靜儲(chǔ)量應(yīng)是主采煤層埋藏在300m以內(nèi)含水層中的水。根據(jù)含水層的厚度、分布面積、給水度及靜儲(chǔ)量計(jì)算公式，在主采煤層300m內(nèi)，破壞地下水靜儲(chǔ)量為71388萬(wàn)m3。需要特別指出的是：這種破壞對(duì)含水層的影響是永久性的、不可逆的。恰巧此層位又是山西省農(nóng)村飲水的主要含水層，這種破壞帶來(lái)的水位下降，導(dǎo)致水井枯竭，樹(shù)木枯死，土地荒蕪。地下水動(dòng)儲(chǔ)量是指采煤造成上覆含水層被破壞，短時(shí)間內(nèi)礦井中涌水量突然增大，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的排水，水量趨于相對(duì)穩(wěn)定。這個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的量就是動(dòng)儲(chǔ)量。動(dòng)儲(chǔ)量受到煤層埋藏深度、開(kāi)采方法、地質(zhì)構(gòu)造、降水量等因素的影響，對(duì)其破壞帶來(lái)的后果也是永久性不可逆的［3］。煤礦開(kāi)采后的冒裂高度一般為150m，也就是說(shuō)最上層的首層厚煤層采后破壞高度為150m，當(dāng)埋藏深度小于150m，礦井排水量與降水及地表水體有關(guān)，當(dāng)埋藏深度大于150m時(shí)，開(kāi)采煤層僅破壞兩煤層間含水層內(nèi)的靜儲(chǔ)量，而與地表水體及降水無(wú)影響。據(jù)此，按照統(tǒng)計(jì)的埋藏深度為150m以內(nèi)的采空區(qū)面積及各煤田開(kāi)采破壞的地下水模數(shù)，將計(jì)算的山西省各煤田破壞的動(dòng)儲(chǔ)量如表2所示。從計(jì)算結(jié)果可以看出，煤炭開(kāi)采對(duì)動(dòng)儲(chǔ)量的破壞量為68370m3／h（7．8億m3／a）。

3煤炭開(kāi)采對(duì)地表水的污染

煤炭開(kāi)采不僅影響、破壞了水資源系統(tǒng)及水資源量，其礦坑排水更污染了礦區(qū)水資源質(zhì)量。通過(guò)對(duì)煤礦地表水樣的采集、分析，檢測(cè)結(jié)果表明，山西省煤礦區(qū)地表水主要污染因子有Mn、NH4＋、Cl－、SO42－、NO2－、F－、酚、氰、P、Pb。按地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅴ類水進(jìn)行評(píng)價(jià)：Mn超標(biāo)率25％，NH4＋超標(biāo)率為85．7％，Cl－超標(biāo)率為19．1％，SO42－超標(biāo)率為66．7％，NO2－超標(biāo)率為25．0％，F(xiàn)－超標(biāo)率為5．9％，酚超標(biāo)率為21．4％，P超標(biāo)率為80．0％，Pb超標(biāo)率為30．0％。山西煤礦區(qū)地表水污染最為嚴(yán)重的是霍西礦區(qū)介休—靈石—霍州的汾河段，該段汾河Mn、NH4＋、Cl－、SO42－、F－、酚、氰、P、Pb等污染因子均超標(biāo)，且最大超標(biāo)倍數(shù)基本都出現(xiàn)在該段汾河，這與實(shí)地調(diào)查到的大量的礦山污水排入該段汾河的結(jié)果是一致的［4］。

4煤炭開(kāi)采對(duì)巖溶大泉的污染

在全省巖溶大泉中，被檢測(cè)出的主要污染有鐵、硫酸鹽、礦化度、總硬度、有機(jī)物、蓄積性毒物及氰化物、氟污染。17個(gè)巖溶大泉的平均含鐵量除洪山、廣勝寺、下馬圈、古堆泉外，其余鐵含量超標(biāo)率達(dá)14．3％～100％，超標(biāo)倍數(shù)0．028倍～3．44倍；硫酸鹽超標(biāo)的有古堆泉、龍子祠泉、郭莊泉、娘子關(guān)泉，超標(biāo)率16．7％～100％；總硬度超標(biāo)的有三姑泉、龍子祠泉、郭莊泉、娘子關(guān)泉、晉祠泉、洪山泉，超標(biāo)率為9．09％～100％；礦化度超標(biāo)的有柳林泉、晉祠泉。有機(jī)物僅有坪上泉、辛安泉COD超標(biāo)，晉祠泉DO超標(biāo)，娘子關(guān)泉NO3－超標(biāo)；神頭泉NO2－超標(biāo)。蓄積性毒物包括有Pb、Cd、Hg、As、Cr6＋等，在19個(gè)大泉中Pb超標(biāo)的有晉祠泉、柳林泉、龍子祠泉和三姑泉，最大超標(biāo)0．11倍～1．16倍，平均超標(biāo)0．11倍～0．621倍，Hg含量大于0．2ug／L的有蘭村、晉祠、郭莊和辛安泉四個(gè)泉域。As、Cr6＋在各泉域的檢出含量中，絕大部分低于標(biāo)準(zhǔn)值的20％，檢出率也相當(dāng)?shù)?；在天然條件下，巖溶水中不含氰化物，但17個(gè)大泉中檢出率為97．35％，檢出含量一般為0．002mg／L～0．01mg／L，大于0．01mg／L的有娘子關(guān)、下馬圈、神頭、紅石楞、坪上泉，但超標(biāo)的只有娘子關(guān)泉，超標(biāo)率33．3％，污染范圍50km2以上；在天然狀態(tài)下，氟含量也較低，一般在0．2mg／L～0．6mg／L之間，受污染最大泉的氟含量高達(dá)2．0mg／L，超標(biāo)一倍。有超標(biāo)污染的泉域?yàn)闀x祠泉、古堆泉、郭莊泉、柳林泉，平均超標(biāo)在1倍以內(nèi)。

5結(jié)束語(yǔ)

山西省煤炭開(kāi)采對(duì)水資源造成的危害具有不可逆性，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響具有代際延續(xù)性，其所造成的嚴(yán)重后果將在今后逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)制定相應(yīng)的防治體系，合理布局煤炭工業(yè)，促進(jìn)煤炭工業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

［1］王芳．山西煤炭開(kāi)采對(duì)水資源的影響研究［J］．河南水利與南水北調(diào)，2015（19）：50－51．

［2］曹金亮．山西省煤礦開(kāi)采對(duì)水資源的影響分析［J］．華北國(guó)土資源，2008（4）：18－20．

［3］時(shí)紅，張永波．論煤炭開(kāi)采對(duì)地下水資源量的破壞影響［J］．山西科技，2011，26（1）：36－37.

［4］山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心．山西省礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與評(píng)估報(bào)告［R］．太原：山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，2003．

作者：秦潤(rùn)嬙1，2 單位：1．太原理工大學(xué)，2．山西地質(zhì)博物館