關閉煤礦老空水危害與防治對策

邵 軒，張萬鵬

(1.河南能源化工集團 義煤公司常村煤礦，河南 義馬 472302； 2.河南能源化工集團 研究總院，河南 鄭州 450018)

限于“富煤、缺油、少氣”的資源條件，煤炭一直是我國的最主要能源[1]。為了保證國民經濟快速發展，國家曾鼓勵鄉鎮和個人參與煤炭資源的開發建設，使得我國煤礦數量暴發性增長，在20世紀90年代曾達到10萬處左右，與之相伴的是煤炭嚴重供大于求，煤礦安全事故頻發。1998年，國家實施“關井壓產”政策，小煤礦大量退出。截至2015年底，我國煤礦數量已減少至約1.1萬處。我國加入世貿組織后，伴隨國民經濟高速發展，煤炭行業進入黃金十年，原煤產量由2000年的約10億t增加到2013年的39.74億t，世界占比近50%，煤炭行業再次陷入困局。隨著經濟轉型和能源結構優化，煤炭落后產能淘汰加快，至2020年，我國煤礦數量已減少至不足5 000處。

煤礦關閉后，停止向外排水將形成大量老空水。關閉煤礦老空水既對相鄰生產礦井構成安全威脅，還存在造成資源損失、反向補給地下水、污染水資源與環境等問題[2-5]。開展相關研究，對煤炭行業的安全健康發展和環境保護有重要意義。

1 關閉煤礦老空水危害

1.1 安全危害

關閉煤礦所形成的老空水首先對相鄰生產煤礦構成水害威脅和透水危險[6-13]。若隔離煤柱尺寸不足或受到破壞，一旦透水，后果不堪設想，廣東梅州大興煤礦“2005.8.7”特別重大透水事故、山西王家嶺“2010.3.28”特別重大透水事故等均由老空水導致；其次，隔離煤柱若被破壞而失去防隔水作用，老空水就成為生產礦井的直接充水水源，增加生產礦井的排水負擔，甚至威脅生產礦井安全；另外，淺部老空水也是深部新建煤礦的水災隱患。

1.2 資源損失

已關閉煤礦大都缺乏(準確)采掘資料，采掘邊界、積水條件以及相互溝通情況不清，對相鄰礦井構成嚴重水災危害，給準確設計防水煤柱造成困難。為了確保安全，避免透水事故發生，在沒有準確老空水邊界條件下，不得已過量留設防水煤柱。已關閉的鄉鎮、個體小煤礦，不僅在生產活動中破壞資源，在關閉后還要(過量)留設防水煤柱，造成資源損失。

1.3 反向補給地下水

采煤破壞所形成的頂底板導水裂隙，在礦井生產時是礦井水的充水途徑；礦井關閉后成為老空水向含水層反向充水的補給通道。穿過含水層的井巷工程、井下水文孔或水源井以及突水點等，若處理、封堵不好，含水層也將接受老空水的補給。天然狀態下，各含水層之間水力聯系一般較弱；老空水形成后，井巷工程、采空區、采后導水裂隙以及沒有處理或處理不徹底的井下水文孔、水源井、突水點等人工或自然導水通道將使得相關含水層之間產生較密切的水力聯系。

1.4 污染水資源與環境

含煤地層中所含的黃鐵礦、硫鐵礦等含硫煤巖，經氧化后能形成硫酸鹽，甚至硫酸，使得老空區積水多呈酸性，甚至強酸性；廢棄在井下的工字鋼、支架、管材、坑木、荊笆、膠帶、電纜、油脂、塑料等腐蝕、腐爛后，進一步污染老空水。劣質老空水在通過斷層、各種裂隙、突水點、井下水文孔或水源井等通道反向補給含水層的同時，也在污染地下水[14-19]；長期作用，受污染的含水層將難以修復逆轉，危害當地的取供水安全。老空水一旦進入潛水含水層或流出地表，還將污染地表水和土壤，破壞地表生態。老空水污染水源和生態環境，如果不加治理或治理措施失當，甚至可能造成生態環境災難。

2 主要對策與建議

2.1 做好礦井關閉前相關工作

關閉前，應認真對照井下采掘工程的實際情況和相關圖紙是否一致，通過補漏糾偏，做到圖紙內容和標注真實可靠。采用注漿封堵方法，處理井下水文地質觀測孔、水源井以及突水點等，確保封堵效果，避免其成為礦井水反向補給含水層的集中通道；治理工程結束后，應編制井下水文地質孔(水源井)封堵報告、突水點治理報告等。在編制閉坑地質報告時，應測算礦井采空區體積、預計老空水的水位和積水量，分析老空水的污染程度以及可能對水資源和生態造成的影響和危害等。

2.2 礦井采掘資料歸檔

礦井采掘工程平面圖、礦井充水性圖、井下水文地質孔(水源井)的封堵報告(含井孔結構圖等)、突水點封堵報告和礦井水文地質方面的臺賬、圖紙、報告等應長期保存并及時存檔管理，供今后開發利用或在相關區域建設項目啟動前開展安全、地質災害、水資源、環境等方面評估以及施工設計和科研工作使用。

2.3 開展水文地質研究

閉坑煤礦的地理位置、所處煤田、地表形態、含水層(隔水層)特征、地質構造、補徑排條件、生態環境、經濟發展程度等各不相同，煤礦閉坑后的水文地質問題也就千差萬別。針對整個煤田的單一煤礦、部分煤礦或全部煤礦關閉條件后可能出現的水文地質問題進行研究，以便有關問題早發現、早處理，做到未雨綢繆、防患于未然。

2.4 老空水安全風險防治

生產煤礦應首先調收集關閉礦井相鄰區域的采掘資料，并繪制在采掘工程平面圖上，查明隔離煤巖柱的尺寸、完整性，分析防隔水作用的可靠程度。若防隔水煤巖柱不可靠，應對其注漿加固，同時完善礦井防排水系統，做好水災應急管理，還要通過在關閉煤礦采空區鑿打鉆孔或利用其井筒，安裝水位監測系統，實時掌握閉坑礦井水位變化；若透水隱患難以消除，安全無法保障，則應淘汰關閉。

2.5 老空水污染防治

若開采影響范圍內沒有含水層或者含水層富水性弱，且老空水不可能溢出地面，則可采用封堵井筒以及可能溝通采空區的地表裂縫等措施，以隔絕空氣，形成“死水”環境，遏阻含硫礦物的持續氧化而形成硫酸，以減輕污染危害。若老空水能通過斷層、突水通道、水源井(水文孔)等通道集中反向補給含水層，對當地取供水安全造成現實或潛在危害，則須提前采取注漿封堵措施，阻斷含水層的集中反向補給通道。

2.6 老空水資源化利用

不同煤礦老空水污染程度不同，不同行業用水對水質要求不同。將老空水當作“地下水庫”，資源化利用，直接從老空水抽水或再做針對性的凈化處理，滿足不同用戶對水質的不同需求[20-22]。利用“地下水庫”的調節功能，雨季，通過大氣降水、地表河水等對“地下水庫”充分補給；旱季，可以適當擴大開采規模，為雨季補給“地下水庫”騰開庫容。

3 結語

(1)關閉煤礦所形成的老空水，存在威脅相鄰生產礦井安全、資源損失、反向補給含水層、污染水資源、危害生態環境等一系列水文地質問題。

(2)針對關閉煤礦的水文地質問題，應做好礦井收尾階段的地測工作和資料歸檔；開展前瞻性研究；采取針對性措施，杜絕透水事故，阻斷反向補給地下水，遏阻酸性水的形成而污染環境；還應探索資源化利用老空水。