煤炭開采對地下水環(huán)境影響的研究

裴曉崢

(山西晉環(huán)科源環(huán)境資源科技有限公司，山西 太原 030024)

引 言

隨著對煤炭資源開發(fā)力度的不斷加大和對煤炭綜采深度的不斷增加，在開采過程中會對含水層造成嚴(yán)重的破壞，導(dǎo)致地下徑流中斷，綜采過程中的礦井水、煤粉等進入到地下徑流中，造成地下水的污染，給人類的生活用水造成了極大的安全隱患[1]。

目前，人類社會對環(huán)境保護要求不斷提高，因此迫切要求在煤炭開采過程中對地下水環(huán)境的影響進行深入研究，改變現(xiàn)有評價體系片面性強、評價因素單一的缺陷，為更好地保護地下水資源提供可靠的理論依據(jù)。本文主要從煤炭開采時對地下水的水質(zhì)、水量等的影響進行分析，提升對煤炭開采對地下水影響評價的可靠性。

1 煤炭開采對地下水影響的途徑

煤炭在開采過程中，會導(dǎo)致煤層以及其上面所覆蓋的巖層在礦壓的作用下發(fā)生斷裂，產(chǎn)生大量的縫隙，其將直接導(dǎo)致煤層開采區(qū)域的地下水向下滲漏，導(dǎo)致在開采的局部區(qū)域產(chǎn)生地下水位降落漏斗，使相鄰區(qū)域內(nèi)的地下水被抽走。在煤炭開采過程中，隨著采深的不斷加大，導(dǎo)致深層水不斷涌入巷道內(nèi)，最終被作為礦井水排出，造成地下水位不斷下降。

地下水位降落漏斗的形成直接改變了煤炭開采區(qū)域地下水的環(huán)境條件，導(dǎo)致地下水的儲量降低，局部水壓降低，同時，煤炭的開采也破壞了綜采區(qū)域的地質(zhì)條件，使區(qū)域蓄水能力降低，減少了對地表水的補給量，導(dǎo)致出現(xiàn)局部干旱，環(huán)境惡化。

在煤炭開采過程中因地下水的涌出，產(chǎn)生了大量的礦井水、廢水等，其順著地下裂縫進入到地下水徑流中造成地下水的礦物污染，嚴(yán)重影響了臨近區(qū)域居民的用水安全，且地下水被污染后凈化處理難度大、維持時間長，危害后果極為嚴(yán)重。

2 煤炭開采對地下水污染源的識別

在煤炭開采過程中，其對地下水的污染主要途徑是開采過程中礦井水的排放和滲漏，由于礦井水主要受煤炭粉塵、各種機械潤滑油、乳化液、灌漿水等的影響，其中含有大量的重金屬、硫化物、BOD(生化需氧量)。其中，硫化物的產(chǎn)生原因主要是地層中含有大量的硫鐵礦，在煤炭開采過程中當(dāng)巖層被破壞后，在井下充足的氧氣環(huán)境中，這些硫鐵礦被還原成硫酸，使礦井水現(xiàn)酸性，當(dāng)其進入到地下水后可能會發(fā)生脫硫反應(yīng)，產(chǎn)生巨大的硫化氫化合物，對人類用水安全造成極大影響。BOD(生化需氧量)[2]的產(chǎn)生主要在于井下煤炭中含有大量的有機物，包括亞鐵、硫化物等，同時含有較多的氮元素，當(dāng)這些物質(zhì)隨著水體流動進入到地下水中，導(dǎo)致大量的好氧物暴露在外，從而引起地下水體發(fā)臭。

3 地下水環(huán)境影響評價因子的選擇及應(yīng)用

對地下水環(huán)境保護的前提是對地下水的狀況進行有機評價，因此，需合理選擇地下水環(huán)境影響的評價因子，具體來說，地下水環(huán)境影響評價因子的選擇應(yīng)遵循以下原則[3]：

1) 操作性高。其主要是指所設(shè)定的評價因子應(yīng)便于快速獲取。在選擇時應(yīng)盡量選取易獲取且具有代表性的因子。

2) 全面性。所選擇的評價因子應(yīng)盡可能全面，能夠完整地反映出地下水環(huán)境的真實狀況。

3) 科學(xué)性及合理性。該原則主要是指所選擇的評價因子應(yīng)具有相應(yīng)的特征意義，獲取的指標(biāo)數(shù)據(jù)應(yīng)符合科學(xué)規(guī)律。

4) 可追溯性。該原則是指所選擇的評價因子應(yīng)該具有廣泛類別屬性，不能具有顯著的傾向性，從而確保每個評價因子都具有相互的可比性。

在確定地下水環(huán)境評價因子后，設(shè)定：“+”表示水質(zhì)評價因子對環(huán)境是有利的；“-”表示水質(zhì)評價因子對環(huán)境是不利的；“K”表示對地下水環(huán)境影響的可逆性；“B”表示對地下水環(huán)境影響的不可逆性；“L”表示對地下水環(huán)境的影響時間長久；“S”表示對地下水環(huán)境的影響時間較短；“D”表示對地下水環(huán)境的直接影響；“I”表示對地下水環(huán)境的間接影響；0～3表示對地下水環(huán)境影響程度由小到大等級(“1”表示影響較小；“2”表示影響中等；“3”表示影響較大)。表1所示為各評價因子對地下水環(huán)境的影響。

表1 各評價因子對地下水環(huán)境影響示意圖

由表1分析可知，在煤炭綜采區(qū)域內(nèi)的含氨、氮、硫、BOD(生化需氧量)、COD(化學(xué)需氧量)將對地下水環(huán)境產(chǎn)生長期且不可逆轉(zhuǎn)的極大影響。并且，礦井水在排放到地下水中后，其中所含的硫化物以及氟化物等將同步對地下水環(huán)境產(chǎn)生長期且不可逆轉(zhuǎn)的影響。

4 地下水環(huán)境保護措施

為了將煤礦開采過程中對地下水環(huán)境的影響降到最低，針對煤炭開采對地下水環(huán)境影響途徑，本文制定了以下保護措施：

1) 煤炭生產(chǎn)過程中的生活污水需要全部進行集中處理后再進行回收利用，未經(jīng)處理前不得進行排放；

2) 加強對礦井水的無害化處理，提高對水資源的利用效率，降低對地下水的依賴程度；

3) 合理進行生產(chǎn)中產(chǎn)生的固體廢物的堆放，實現(xiàn)煤矸石的井下回填處理，避免矸石堆積處濾液對淺層地下水的影響；

4) 加強對邊采邊回填綜采技術(shù)的研究，減少煤炭開采后形成的采空區(qū)塌陷導(dǎo)致的地下水位降落漏斗的形成；

5) 利用地下水環(huán)境評價體系，對地下水的水質(zhì)狀況進行實時監(jiān)測，及時掌握地下水水質(zhì)變化情況，并針對性地采取控制措施，避免地下水環(huán)境的進一步惡化。

5 結(jié)論

本文通過對煤炭開采對地下水影響的研究，確定了煤炭開采對地下水影響的因子，建立了評價體系，并根據(jù)分析提出了降低煤炭開采對地下水環(huán)境影響的具體措施。

1) 煤炭開采對地下水環(huán)境影響的途徑主要是，巖層斷裂形成的地下水位降落漏斗，導(dǎo)致礦井水、生活污水等滲入到地下水中。

2) 煤炭開采對地下水環(huán)境影響的因子主要包括，氨、氮、硫、BOD(生化需氧量)、COD(化學(xué)需氧量)及硫化物、氟化物等將同步對地下水環(huán)境產(chǎn)生長期且不可逆轉(zhuǎn)的影響。

3) 通過優(yōu)化綜采工藝，對礦井水、生活污水等進行無害化處理，能夠有效降低煤炭開采對地下水環(huán)境的影響。