永城市煤炭開采與加工對地下水的污染及其防治措施

□許 猛 □周 洋 □許青松 □劉 恒

（河南省商丘水文水資源勘測局）

1.概述

永城市位于河南省最東部，距離商丘市區98km。總面積為2000km2，人口150萬。處于河南、山東、江蘇、安徽四省交匯處，素有“豫東門戶”之稱。永城大力發展“黑色經濟”，即以豐富的煤炭資源為基礎，把其建設成為我國中西部地區重要的煤炭能源生產基地、煤化工基地、鋁制品加工基地。永城地下含煤面積621km2，遠景儲量100億t，現擁有兩家中國500強企業——永城煤電控股集團和神火集團，是河南省最大的煤化工基地也是全國六大無煙煤基地之一。

2.采煤與煤加工對地下水的污染

煤炭開采對地下水會產生較大的影響，其影響主要受水文地質條件、地質構造特征、煤礦開采階段、降水量、開采面積、開采深度、開采沉陷等影響。當煤炭開采時，在地面以下形成縱橫交錯的垂向豎井、水平向巷道、不同角度的斜井及斜巷道以及不同開采面、不同采掘深度的采空區等等，這些井、巷道、采空區相互貫通，穿越了各類含水層和隔水層，改變原先煤系地層及上覆松散巖地層中地下水運移狀態，對地下水造成污染。

煤是含有礦物雜質的復雜有機物，其礦物雜質含量約5%～50%。地球上的一百多種元素，幾乎都能在煤中找到。采煤不僅改變了礦區天然地下水儲水構造、導致礦區地下水枯竭，而且還通過以下途徑引發地下水的污染。

2.1 采煤

煤的采掘生產活動需排放各類廢棄物，如礦坑水、廢石和尾礦等。這些廢棄物的不合理排放和堆存，對礦區及其周圍地下水環境構成了以下危害：一是礦坑充水。礦坑充水使處于封閉狀態的煤系地下含水層與空氣接觸，由于煤層中含有大量的黃鐵礦及其他金屬硫化物，礦坑充水可在較短時間內使地下水形成酸水。二是廢石、尾礦。廢石對水環境的污染主要表現在廢石經雨水或各種水源滲濾、浸泡后形成的滲濾液對礦區地下水環境形成的危害。廢石性質及所含微量元素不同，其滲濾液對水環境的影響程度各異。煤矸石和粉煤灰滲濾污染地下水。在煤礦區，煤矸石山星羅棋布，粉煤灰在灰場區內排放堆存，在雨水和灑水作用下，煤矸石和粉煤灰中有毒有害元素可滲濾進入土壤，并向淺層地下水遷移，污染淺層地下水。

2.2 煤燃燒

煤在燃燒時會釋放出重金屬。在高溫燃燒時難以氣化的重金屬元素在燃燒過程中被飛灰和底渣所吸附，存留于飛灰和底渣中，再經沖灰渣水排至貯灰場。灰渣中的部分可溶的微量重金屬元素會因雨水沖洗、滲透等原因滲入地下水中，對地下水體造成污染。

2.3 煤氣化

煤的地下氣化。是通過直接對地下蘊藏的煤炭進行可控制性的燃燒產生煤氣后，輸出地面的一種能源采集方式。煤的地下氣化對地下水產生的有機污染物是酚類化合物且主要是石炭酸。在煤的地下氣化帶附近：一是煤層高溫分解的有機污染物向周圍巖層的擴散和滲透；二是有機污染物通過地下水的滲透向含水層四周遷移；③逸出的氣體如氨氣、硫化物在溶解后會改變地下水的pH、Eh值，進而影響地下水的BOD和COD。

2.4 煤堆瀝水

一是改變地下水的pH值。永城煤炭全硫含量為0.3%～5%。其中包括含量較多的無機硫化物硫、硫酸鹽硫、微量元素硫和含量較少的硫醇、硫醌、硫醚等有機硫化物硫。有機和無機硫通過氧水、水解及微生物作用可形成硫酸。泥炭、褐煤中含有大量腐植酸等天然酸性物。當然煤中也含有碳酸鈣、氫氧化物等堿性物質。上述堿性物質進入瀝水可使煤堆淋濾水的pH值升高。大量酸性淋濾水滲入地下，長年累積，可使周圍地下水酸化，降低甚至喪失其開發利用價值。二是重金屬和其他有害元素。一般煤中銅、鉛、砷、鉻、鎘、鉬、鎳等有害重金屬及氟、硒等有害元素的含量通常很低，但含礦物質較多的無煙煤、石煤中有可能大量含有上述某些元素。這些伴生的有害元素隨著瀝水滲入地下，可能造成地下水的污染。另外，煤堆瀝水中的重金屬有害元素絕對含量不高，但由于長期大量瀝水滲入地下，重金屬的累積作用也可導致地下水污染。三是地下水硬度和鹽度增加。鈣、鎂、鐵均為煤炭中的常量元素。其可溶性的鈣鹽、鎂鹽和鐵鹽隨煤堆瀝水滲入地下，可使地下水的硬度升高。煤堆瀝水含有較多鹽分，長期影響地下水可使地下水變咸。地下水的自凈能力甚低，一旦被污染，很難恢復到潔凈狀態。

3.防治措施

3.1 煤開采措施

在富含水層下采礦，須留設足夠有效的防水煤巖柱。

井巷掘進工作在接近含水層、導水斷層時，必須超前鉆孔探水，在井下有突水危險的地區附近設置水閘門或閘墻，在掘進工作面或其它地點發生明顯突水征兆或大量涌水時，應立即停止工作，采取相應的保護措施，確保含水層不受破壞。

采用矸石或水砂充填采空區或改變采礦工藝、降低導水裂隙帶高度，減輕對地下含水層的影響。

加強礦區水文地質勘察工作，深入研究礦區水文地質條件，針對礦井邊界不同水文地質條件，分別利用地面防滲、帷幕注漿等工程，截斷進入井田的地下水通道，以減少礦井涌排水量和突水發生的機率，減少地下水污染途徑。

3.2 充分利用矸石山

要消除矸石山災害，最好的辦法是使其變廢為寶進行綜合利用。煤矸石的利用途徑，分為以下三類：一是煤矸石的熱能利用。利用煤矸石中含有一定數量煤炭的性質進行回收；二是煤矸石的建材利用，煤矸石作為建筑材料，是當前煤矸石綜合利用的主要途徑，技術相對比較成熟；三是煤矸石的其它方面利用。如經風化的煤矸石可充填采空區，減小地表沉陷帶來的災害；煤矸石還可用于土壤改良，可加工成吸附劑、分子篩，生產硅鋁炭黑，回收硫化鐵及鋪設路基、地基等。

3.3 地下含水層保護措施

消除地下水污染源和切除污染物滲入地下含水層的途徑。如禁止用滲坑、滲井方式排放廢水；嚴格控制污水灌溉水質；采礦過程中注意矸石及尾礦堆放點的選擇；酸性礦井水、高礦化度礦井水經處理后方可外排；建立地下水動態監測網，及時發現水量、水質變化，找出影響因素。

3.4 煤燃燒前凈化技術

一是清潔的加工技術。指在減少污染和提高利用效率的煤炭洗選加工、燃燒轉化、煙氣凈化和污染控制等一系列新技術的總稱，是使煤炭釋放的污染控制在最低水平，達到煤炭的高效清潔利用的技術。

二是洗選煤技術。煤炭洗選是潔凈煤的源頭技術，煤炭通過先進的物理選煤技術可降低原煤灰分50%～80%，脫除黃鐵礦硫60%～80%。洗選煤是降低燃煤煙塵和SO2，直接有效的潔凈技術。采用先進的洗選技術可使煤中重金屬元素含量明顯降低。

三是型煤技術。是利用一定比例的粘結劑或固硫劑將一種或數種煤粉，在一定壓力下加工成具有一定形狀和一定理化性能的煤加工技術。使用型煤的環境效益和節能效果非常明顯。

3.5 煤燃燒后凈化技術

采用高效除塵器脫除亞微米顆粒，使重金屬與煤灰塵一同減少；如濕式煙氣脫硫技術能有效地控制易揮發重金屬元素；煙道后處理系統，采取能同時凈化多種污染物的多段凈化裝置。

3.6 礦區廢水的控制技術

在礦區采取各種措施，嚴格控制廢水的排放量，減少廢水對地下水的污染。包括：

3.6.1 改革生產工藝，盡量減少廢水排放量。如選礦廠可采用無毒藥劑代替有毒藥劑，選擇污染程度小的選礦工藝，減少選礦廢水中的污染物質。

3.6.2 循環用水，一水多用。開展水采礦井煤泥水處理技術的研究，使水采煤泥和洗煤廠洗煤煤泥經浮選后全部廠內回收。

3.6.3 污水井下的處理技術。目前推廣的經濟型水泵工藝或區域化水泵工藝所采用的煤泥水處理系統都是按閉路循環設計的。該系統在井下中央硐室采用斜管沉淀倉對采區分級脫水后的煤泥水進行凈化處理，大部分煤泥水凈化在井下供采掘循環使用。

4.結論與建議

隨著世界能源的日益緊張，國家煤炭資源的開采和利用也將逐步加大，而煤在開采、加工及燃燒過程中都伴隨著對地下水的污染。而永城又以地下水作為主要的生活和工農業供水水源，這就要求在煤的開采和加工過程中的各個環節要注意保持地下水的潔凈。因此通過對煤炭開采及加工對地下水影響進行分析，并采取一定的預防和治理措施，可減少對地下水的污染。