山西省廢棄礦山地下水污染影響與防治

原杰輝

（煤炭工業太原設計研究院， 山西 太原 030001）

山西省位于黃土高原東部晉陜大峽谷與太行山脈之間，自古就有“表里山河”的美譽，多山的自然環境孕育了豐富的礦產資源，也為資源型經濟發展提供了基礎條件。截至2015年底，山西省共發現118種礦產（亞種計），其中61種礦產已查明資源儲量。共有1 453處礦產地已查明資源儲量，包括558處大型、309處中型和615處小型礦產地，其中有818處礦產地已經得到不同程度的開發[1]。近幾年來，由于資源枯竭、資源整合、淘汰落后產能以及礦山兼并重組、升級改造等因素，山西省內以煤礦為主的大量礦山已經關閉或者即將關閉，由礦山關閉后引發的水環境污染問題逐漸凸顯。在當前日益嚴峻的生態環境保護形勢下，針對山西省內廢棄礦山特點開展地下水環境污染研究工作十分必要。

1 山西省廢棄礦山基本情況分析

以煤礦為例，山西省作為重要的能源基地，煤炭開發歷史由來已久，煤炭資源開發利用程度高，自改革開放以來煤礦企業發展迅猛，20世紀90年代后期煤礦數量最多時曾超過1萬座，經過2005年煤炭資源整合后減少到4 278座（2005年底），經過2008年推動的煤礦企業兼并重組整合工作后到全省煤礦數量減為1 078座（2015年底），其中保留1 053座兼并重組煤礦，另有25座新核準的煤礦，2015年全省煤礦年生產能力14.6億t，當年全省煤炭產量為9.75億t[2]。2016至2017年間，山西省執行國家去產能政策，關閉煤礦52座、合計退出產能4 590萬t，同時核減了925萬t生產煤礦產能。截止2011年底，山西省年產30萬t規模以下煤礦已全部關閉，目前提出煤礦規模控制目標是力爭2020年底前年產60萬t規模以下煤礦全部退出。

伴隨著以煤炭為主的礦產資源整合和礦山兼并重組整合工作的推動，十幾年間，山西省關停了大量小煤窯和小礦山，礦山生產基本上實現了“由亂入治”。可以預見的是，在未來一段時期內，隨著礦山開發規模的加大和礦產資源的枯竭，山西省內以煤礦為代表的廢棄礦山將逐漸增加，廢棄礦山帶來的地下水環境污染問題也將日益突出。

2 廢棄礦山地下水環境污染機理

國內外資源型地區在大量礦山閉礦后，均不同程度的面臨著伴隨而來的礦區地下水污染和破壞問題，自意識到廢棄礦山誘發各類環境水文地質問題會影響正常生產生活以來，針對廢棄礦山的研究項目不斷增多、研究方向不斷增廣、研究深度不斷增深。國外對礦山閉礦后的地下水污染研究始于20世紀90年代，美國、英國、德國、俄羅斯等國對廢棄礦山造成的地下水污染進行了大量監控、試驗和治理研究，對廢棄礦山的水質演變分析和治理研究較多，對廢棄礦山繼續利用和生態環境恢復也取得良好工作效果。近年來國內學者認識到了廢棄礦山對環境尤其是對土壤和地下水的長期危害，并進行了部分研究。

總體上國內針對廢棄礦山可能引發的環境污染問題及閉礦后采空區積水的應用研究尚處于起步階段，并未足夠重視閉礦后的地下水污染問題，尤其在廢棄礦山地下污染影響方面的研究尚不深入。

2.1 廢棄礦山地下水污染來源

現有研究成果一般認為，廢棄礦山的地下水污染物總體上來源于地表和地下兩個方面：

1）地表污染物來源主要為礦山廢棄后遺留于地表的固體廢棄物，按具體來源又可以將其分為礦山自源固體廢物（矸石、外排土、廢礦石等）和外源固體廢物（廢棄機械、廢棄生產材料、建筑及生活垃圾等）。

2）地下污染物來源主要為礦山廢棄后遺留于井下（巷道、工作面等）的外源性污染物來源（如人為排泄物、生產生活垃圾、廢棄坑木及金屬支架、廢棄、生產殘留油類等），以及人為開采結束后改變原生地質環境發生新的水-巖相互作用過程形成的新“礦坑水”。

2.2 廢棄礦山地下水污染發生機理

廢棄礦山地表污染發生途徑目前已有大量專家學者進行了研究，其污染發生機理與垃圾填埋場、固廢填埋場、尾礦庫等基本類似，主要為大氣降水沖刷、浸泡地表固體廢棄物形成了淋溶水（液），參與地表產匯流過程造成地表水污染，下滲進入地下水含水層造成土壤、地下水污染。

廢棄礦山地下污染發生機理大體上主要為：礦山閉礦后停止礦坑水疏排，采礦期間地下水降落漏斗內地下水位在停止抽水后不斷恢復，廢棄礦山內部巷道、工作面等直接充水、浸泡并發生新的水-巖作用過程形成受廢棄礦山污染的地下水直接（間接）參與區域地下水循環造成污染影響。在此過程中不僅采礦活動遺留污染物進入地下水系統，礦井、采場、人為暴露的含煤地層（礦體圍巖）內有害物質也將進入地下水系統。

一般而言，廢棄礦山的地表污染和地下污染往往同時發生，部分廢棄礦山的地下水位甚至可以恢復至地表固體廢物堆場并形成地表長期浸泡與地表-地下聯動污染影響。

2.3 廢棄礦山地下水污染途徑

山西省內廢棄礦山地下水污染遷移途徑及其污染機理總體上包括如下幾個方面：

1）露天開采形成閉礦坑積水。露天開采末期至閉礦后會在終采區形成礦坑，在降水匯流及地下水位恢復共同作用下可能局部積水并對內排土場發生長期浸泡，造成底板及以上含水層污染影響。

2）地面沉陷與地表裂縫。溝通廢棄礦山地表污染源和地下污染源，污染土壤及包氣帶巖土層，尤其在晉城、長治等地區部分礦山地下水位埋藏很淺，地表沉陷后會形成積水，在積水區周邊造成淺部含水層污染影響。

3）地下采煤形成導水裂隙帶。煤層開采后對頂板造成垮落并在上覆巖層內形成導水裂隙帶，采煤期間導水裂隙帶影響范圍內含水層地下水下滲組成礦坑水，閉礦后停止礦坑水抽排，水位逐漸恢復并發生污染，造成上覆含水層串層污染，甚至有可能頂托污染到淺部第四系含水層及地表水體。

4）底板采動裂隙。采礦期間破壞底板（圍巖）造成采動裂隙，在閉礦后廢棄礦山巷道及工作面發生污染，可能沿底板裂隙下滲進入下伏含水層造成污染影響，尤其在煤層下伏本溪組隔水層天然發育厚度較小的地區，采煤破壞底板后可能造成下伏奧灰水的污染。

5）鉆孔封閉不良。礦山勘探與生產過程中，需要施工大量鉆孔，包括地質勘探孔、水文地質勘探孔、井下探放水孔、瓦斯抽放孔等，鉆孔封閉不良會造成自上而下不同含水層間水力聯系，廢棄礦山發生污染后可能沿著這些鉆孔進入原本影響不到的含水層造成污染影響。

6）導水地質構造。在礦山開發過程中，具有導水作用的斷層、陷落柱等地質構造是溝通上覆及下伏含水層組成礦坑涌水的重要途徑，在廢棄礦山發生污染后礦坑水可能沿著導水構造反向污染充水含水層。

2.4 廢棄礦山地下水污染特點

1）污染發生特點。相對地下污染而言，廢棄礦山地表污染具有污染來源易于發現、污染程度容易監控、污染治理較易進行的特點，目前已有大量專家學者進行了研究并取得相當程度的進展。廢棄礦山地下污染由于發生位置難以監控和觀察，往往在發現污染影響的同時污染程度的污染范圍已經較為廣泛、污染治理難以進行。

2）污染物特征。山西省以煤礦為代表的礦坑水水質一般呈現如下特點：pH值呈現酸性，懸浮物含量高，硫酸鹽、鐵含量普遍較高；局部地區礦化度、氟化物、錳較高；有機污染物以石油類含量相對較高。

3 廢棄礦山地下水環境污染防治措施

現有廢棄礦山地下水環境污染防治措施研究一般將治理污染的方法分為兩類，即主動預防和被動治理[3]。

1）主動預防措施。即在廢棄礦山內地下水位上升造成污染影響前對對廢棄礦山進行治理，需要在礦山閉礦階段及之前開始采取措施，具體措施包括：對地表、地下巷道、工作面進行清理；對關鍵采空區進行充填；對未灌漿止水孔進行灌漿封堵，檢查和封閉鉆孔；填平貫通小巷和小井；構筑專門的排水管網以確保地下水位低于當地地面標高；建立地下水水文水質監測網；定期巡查維修地面固體廢物堆場排水等。主動預防措施的優點為權責明確，可以在很大程度上避免廢棄礦山地下水環境污染事件的發生，但整體投入較大，需要政策法規的支持以保證實施。

2）被動治理措施。即在廢棄礦山閉礦后，針對發生的廢棄礦山地下水環境污染事件進行地下水原位修復專項治理，往往在事件發生后已經造成了大范圍的污染影響，地下水原位修復難度大且治理效果難以保證。

4 廢棄礦山地下水環境污染防治管理建議

目前，國家及山西省已出臺多項礦山閉礦政策和要求，基本可以確保下一階段山西省內閉礦礦山能夠采取較為完善的主動預防措施，但對歷史遺留的廢棄礦山尚未建立完善的地下水監測和污染事件預防措施，尚存較大的地下水環境風險[4]。本文就此提出如下技術管理建議：

1）制定礦區廢棄礦山綜合治理規劃。以礦區內部主要集團公司為主導制定礦區廢棄礦山綜合治理規劃，設置專門的環境污染防治機構，明確廢棄礦山相關責任主體和責任人，建立覆蓋全礦區開發全過程的地下水跟蹤監測網絡、監測計劃和事故應急預案，做到立即發現和及時治理。

2）閉礦礦山制定符合環保要求的關閉計劃并嚴格執行。礦山關閉后仍會對水文地質和水環境造成長期影響，因此閉礦礦山需要遵循國家和地方制定的閉礦政策，編制符合要求的礦山關閉計劃并嚴格執行，該計劃應將可能對地下水環境造成的污染影響及預防措施納入其中。

3）加強礦山企業技術資料整理、歸檔和交接工作管理。企業應將礦山勘察、生產、閉礦等技術資料加以整理和歸檔，在閉礦后與相關責任單位做好交接。礦山生產企業技術資料是記錄礦產資源條件、水文地質條件和礦山生產活動的重要資料，做好技術資料整理、歸檔與交接可以為礦山閉礦后環境保護提供重要技術支持和基本保證。

4）建立完善地下水跟蹤監測計劃。在礦山閉礦階段建立完善的地下水跟蹤監測計劃，明確監測項目、監測點位、監測頻次等，以便于關閉后及時掌握地下水環境動態信息。

5）制定閉礦風險應急響應機制。在礦山閉礦階段應建立我完善閉礦風險應急響應機制，與地方政府的應急預案協同，對可能發生地下水污染影響風險進行應急響應，并提出完備的事件處理措施。

5 結語

立足于山西省廢棄礦山可能造成的地下水污染影響，對省內礦山廢棄情況進行了梳理，分析和描述了山西省廢棄礦山地下水污染來源、污染發生機理、污染途徑及污染特點等，提出廢棄礦山地下水環境污染防治措施和管理建議，對山西省廢棄礦山地下水環境污染防治工作具有一定參考作用。