師幸生

（太原市水利科學(xué)研究所 太原 030002）

太原市地處山西省中部，煤炭資源豐富，煤質(zhì)優(yōu)良，品種齊全，1990年煤炭總產(chǎn)量2 840萬(wàn)t，到2009年煤炭總產(chǎn)量達(dá)到 3 502.7萬(wàn)t。

煤炭和水共存于地下巖層中，由于大規(guī)模的煤炭開(kāi)采，對(duì)水資源造成了嚴(yán)重的影響和破壞。形成地面沉降，水位下降，泉水、河水?dāng)嗔?，水污染加重等一系列環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，直接影響著生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。太原市是我國(guó)最大的焦煤生產(chǎn)基地，也是我省采煤工業(yè)相對(duì)集中，對(duì)水資源破壞較為嚴(yán)重的地區(qū)，在全省及北方地區(qū)具有一定的代表性。

1 礦坑排水現(xiàn)狀

衡量礦坑排水對(duì)水資源破壞程度的主要指標(biāo)之一是平均排水系數(shù)，平均排水系數(shù)是指每生產(chǎn)一噸原煤所排的水量，即煤礦年排水總量/煤礦年原煤產(chǎn)量。

據(jù)對(duì)太原市煤礦礦坑排水的調(diào)查，1988年平均排水系數(shù)0.984 m3/t，2000年平均排水系數(shù)1.14 m3/t，2006年平均排水系數(shù)為0.756 m3/t，2009年平均排水系數(shù)為0.79 m3/t。

值得注意的是東山礦區(qū)，2009年平均排水系數(shù)高達(dá)2.09 m3/t。

2 煤礦開(kāi)采對(duì)地下水的影響特點(diǎn)

2.1 國(guó)統(tǒng)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦開(kāi)采對(duì)地下水的影響特點(diǎn)

國(guó)家統(tǒng)配煤礦及地方國(guó)營(yíng)煤礦對(duì)地下水的破壞時(shí)間長(zhǎng)，破壞面積、影響深度和破壞強(qiáng)度大；而鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦及村辦煤礦對(duì)地下水的破壞時(shí)間較短，破壞面積較小，影響深度和破壞強(qiáng)度相對(duì)較小。但按煤炭開(kāi)采量換算的含水系數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦卻大于國(guó)統(tǒng)煤礦。

鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦一般分布在煤田的邊緣地區(qū)，這些地區(qū)早期就形成老采空區(qū)300多個(gè)，面積達(dá)100 km2，是老窯突水事故多發(fā)區(qū)。老窯突水，嚴(yán)重破壞了原先的水動(dòng)力平衡；且老窯積水的水質(zhì)很差，pH值達(dá)到2，呈酸性，普通水泵、管道排水設(shè)備，只能工作3～4h，就被腐蝕報(bào)廢，同時(shí)排水對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重污染破壞。

鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦礦井廢水處理設(shè)施配套嚴(yán)重滯后，未經(jīng)處理的礦坑廢水大量排放、入滲，使地表水和地下水均受到不同程度的污染［1］。

2.2 煤層開(kāi)采對(duì)地下水的影響特點(diǎn)

開(kāi)采高程在當(dāng)?shù)貖W陶系巖溶水位之下的煤礦，礦坑排水量較大，對(duì)巖溶水的影響也大。

開(kāi)采上組煤和中組煤的礦，多數(shù)為頂板漏水，排水量相對(duì)比較小，對(duì)地下水的影響也比較小，而開(kāi)采下組煤的礦，其礦井充水多具承壓性，則排水量比較大，對(duì)地下水的影響也大。

2.3 煤礦開(kāi)采對(duì)地表及地表水的影響特點(diǎn)

由于煤礦開(kāi)采及礦坑排水，致使地表水、土壤、植被及地下水系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞，使礦區(qū)生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡化，加重了水土流失，造成小泉小水漏失。出現(xiàn)38個(gè)村莊、1.32萬(wàn)人、2 379頭大牲畜的吃水困難。農(nóng)村紛紛要求打深井，更加重了地下水的開(kāi)采負(fù)荷，給地下水的保護(hù)造成更大的困難。

煤礦井田范圍內(nèi)有較大河流通過(guò)的礦井，排水量相對(duì)比較大，且受大氣降水和河道水情的影響非常明顯，或者說(shuō)煤礦開(kāi)采對(duì)地表水的影響十分明顯，在礦區(qū)外的河道上游地區(qū)，河道一般有基流，進(jìn)入礦區(qū)，河道基流和河谷孔隙地下水全部漏失，有些礦在地表就能聽(tīng)到大量漏水的聲音。

2.4 煤礦疏干性排水對(duì)地下水的影響特點(diǎn)

煤礦礦坑排水屬于疏干性排水，致使區(qū)域裂隙水位普遍下降100 m以上，個(gè)別地區(qū)下降達(dá)200 m以上。而排水的結(jié)果最終使裂隙水位下降到最底開(kāi)采標(biāo)高。礦坑疏干性排水，使得區(qū)域地下水的水文地質(zhì)條件受到不可逆轉(zhuǎn)的嚴(yán)重破壞。

總之，煤礦開(kāi)采對(duì)地下水的影響集中表現(xiàn)為：一是直接疏干了開(kāi)采層位的裂隙地下水和煤田上覆的裂隙水或孔隙水；二是直接或間接排放下伏巖溶水，造成巖溶泉水衰減或斷流；三是破壞了地下水含水層的儲(chǔ)水結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致地下水含水層系統(tǒng)的永久破壞；四是礦坑廢水沿程滲漏污染水資源和水環(huán)境。

3 煤礦開(kāi)采對(duì)地下水的影響分析

3.1 煤礦開(kāi)采對(duì)裂隙水的影響

采煤區(qū)多位于低山丘陵地帶，裂隙地下水多數(shù)以小泉小水的形式出露。煤炭大規(guī)模開(kāi)采前，由于有裂隙泉水，小溪常流，河清山綠。煤炭大規(guī)模開(kāi)采以來(lái)，隨著礦坑排水量的增大，裂隙含水層被疏干，造成礦區(qū)地下水位下降，小泉小水?dāng)嗔?；同時(shí)礦坑排水也導(dǎo)致地表徑流量減少，流域水資源調(diào)蓄作用減弱，含酚、硫化物、懸浮物的酸性礦坑水的排放，使地表水受到不同程度的污染，導(dǎo)致河流的自?xún)裟芰ο陆?，環(huán)境容量減小，加大了河流的污染負(fù)荷［2］。

3.2 煤礦開(kāi)采對(duì)孔隙水的影響

采煤排水對(duì)孔隙水的影響主要是在礦區(qū)上覆河谷孔隙水分布區(qū)，由于采煤導(dǎo)致地面沉降或裂縫，上覆現(xiàn)代河谷孔隙水含水層與下伏煤系地層之間穩(wěn)定連續(xù)的隔水層被破壞，致使孔隙水下漏。對(duì)汾河及多條支流的調(diào)查顯示，在煤礦采空區(qū)的上游河谷，孔隙水幾乎全部漏失，有些地段在地面就能聽(tīng)到孔隙水下漏進(jìn)入礦井的流水聲。另一種情況是，煤礦主副井建在河谷地帶，主副井筒本身就是一眼大水井，大量孔隙水進(jìn)入井筒，導(dǎo)致孔隙水位大范圍下降，農(nóng)業(yè)和農(nóng)村的水井報(bào)廢。

3.3 煤礦開(kāi)采對(duì)巖溶水的影響

太原市煤炭開(kāi)采對(duì)巖溶水的影響，主要是對(duì)晉祠泉流量的影響。采煤對(duì)晉祠泉流量的削減主要有兩方面：一是礦坑排水減少了巖溶水的補(bǔ)給量；二是礦坑突水增大了巖溶水的排泄量。

采煤排水對(duì)巖溶水的影響主要表現(xiàn)在：（1）巖溶水位高出開(kāi)采煤層的帶壓開(kāi)采區(qū)，巖溶水的頂托作用使部分巖溶水通過(guò)上部裂隙系統(tǒng)滲入采區(qū)，加大了礦坑排水量，間接消耗了部分巖溶水資源。（2）大規(guī)模的采煤活動(dòng)，疏干了開(kāi)采區(qū)及其影響帶上覆巖層的地下水，減少了上部地下水滲漏補(bǔ)給巖溶水量，同時(shí)，采煤排水明顯減少了該區(qū)地表水及基流量，從而減少了對(duì)巖溶水的補(bǔ)給。

蘭村泉、晉祠泉是太原周邊出露的著名巖溶大泉，受降水減少、地表植被破壞、地下水大量開(kāi)采、煤礦排水等多種因素影響，蘭村泉、晉祠泉分別于1995年和1994年斷流。盡管泉流量衰減的原因很多，但泉域內(nèi)采煤排水無(wú)疑是導(dǎo)致泉水流量削減的主要因素之一。

煤礦排水量是影響泉域地下水量的一個(gè)重要因素，在采取各種壓采措施的同時(shí)，必須嚴(yán)格控制煤礦排水量的增加，否則巖溶泉復(fù)流困難。此外，排出的礦坑水在流經(jīng)碳酸鹽巖分布區(qū)時(shí)，會(huì)滲漏補(bǔ)給巖溶水，對(duì)巖溶水形成污染，從監(jiān)測(cè)分析看，這方面的影響是比較明顯的。

3.4 煤礦開(kāi)采對(duì)地下水含水系統(tǒng)的影響

煤礦開(kāi)采使其上部含水巖層發(fā)生形變，形成沉陷或裂縫等，加劇了巖層間的水力聯(lián)系，改變了降水與地下水的轉(zhuǎn)化關(guān)系及地下水徑流特征。天然狀態(tài)下，煤與水共存于同一地層中，各自有其賦存條件及演變規(guī)律。但在煤礦開(kāi)采等活動(dòng)中，由于布設(shè)地質(zhì)勘探孔、采煤豎井、斜井、巷道等及因采煤形成的采空區(qū)，破壞了淺部地下水隔水層和儲(chǔ)水構(gòu)造，使礦區(qū)煤系地層裂隙巖溶水、上覆松散巖類(lèi)孔隙水和下伏碳酸鹽巖巖溶水相互貫通，破壞了原有的地下水補(bǔ)、徑、排條件，加速了區(qū)域地下水水位下降，減少了地下水儲(chǔ)水空間[3]，造成河流枯竭、泉水?dāng)嗔?、土壤沙化等?zāi)害。

3.5 煤礦開(kāi)采對(duì)地下水水質(zhì)的影響

對(duì)太原西山礦區(qū)采集的巖溶水、裂隙水和孔隙地下水水質(zhì)分析結(jié)果，按照地下水環(huán)境質(zhì)量三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：巖溶水超標(biāo)項(xiàng)目主要是總硬度和SO42-，其中，總硬度含量642.1～735.5 mg/L；西山礦區(qū)裂隙水超標(biāo)項(xiàng)目主要是總硬度、SO42-和揮發(fā)酚，其中，總硬度的含量為401.2～1 580 mg/L；SO42-含量為 365～1 349 mg/L，揮發(fā)酚的含量為 0.014 mg/L；孔隙水超標(biāo)項(xiàng)目主要是總硬度和礦化度，其中，總硬度含量為939.2 mg/L，礦化度為1 529 mg/L。太原西山礦區(qū)礦坑水水質(zhì)全分析和污染分析結(jié)果表明：礦坑水的pH值為6.4，呈酸性，礦化度3 850 mg/L，總硬度1 376 mg/L，SO42-含量2 446 mg/L，COD 平均 1.74～3.36 mg/L，揮發(fā)酚 0.01 mg/L，最高為 0.015 mg/L。其主要超標(biāo)項(xiàng)目是總硬度和SO42-，與地下水超標(biāo)項(xiàng)目一致，表明礦坑水是地下水污染的污染源之一。

采煤對(duì)地下水水質(zhì)的影響主要反映在三方面：一是采煤過(guò)程中，污染的礦坑水通過(guò)巖層裂隙直接下滲到下伏地層，使其中的地下水遭受污染；二是礦坑水排出地表后，首先使地表水污染，繼而在流經(jīng)碳酸鹽巖滲漏段時(shí)，或隨河溝流動(dòng)時(shí)，入滲地下污染地下水；三是礦山尾礦、矸石堆在降水淋滲作用下，淋濾水入滲地下，使地下水遭受污染。

4 煤礦開(kāi)采對(duì)地下水的影響保護(hù)對(duì)策

4.1 實(shí)行煤礦開(kāi)采分區(qū)保護(hù)管理

根據(jù)煤炭開(kāi)采對(duì)水資源的影響與破壞程度，將煤田分為禁采區(qū)、限采區(qū)和一般控制區(qū)。

禁采區(qū)是水資源保護(hù)的重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域。主要是指泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)、河源保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、城市集中飲用水水源地、水功能區(qū)劃的保護(hù)區(qū)和飲用水源開(kāi)發(fā)區(qū)、地下水涵養(yǎng)保護(hù)區(qū)、帶壓開(kāi)采危險(xiǎn)區(qū)等。

限采區(qū)是指水資源的次級(jí)保護(hù)區(qū)域。主要是指城市集中飲用水水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)、水功能區(qū)劃工業(yè)用水開(kāi)發(fā)區(qū)、帶壓開(kāi)采相對(duì)危險(xiǎn)區(qū)等。

一般控制區(qū)，按照相關(guān)法律規(guī)定進(jìn)行煤炭開(kāi)采[4]。

4.2 實(shí)行礦坑水綜合利用

（1）井下分層開(kāi)采，分區(qū)集中，清污分流，按質(zhì)利用，努力提高復(fù)用率。

（2）提前開(kāi)發(fā)利用煤系水。這樣既可防止水質(zhì)污染，提高利用率，又可減少礦坑排水，實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)。

（3）保護(hù)優(yōu)先，排供結(jié)合。在泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)和集中供水水源地，若煤田處于突水危險(xiǎn)區(qū)則應(yīng)嚴(yán)禁開(kāi)采。在對(duì)重點(diǎn)巖溶大泉和巖溶水供水水源地不產(chǎn)生較大影響的情況下，根據(jù)水文地質(zhì)條件，提前打井降壓排水，充分開(kāi)發(fā)利用優(yōu)質(zhì)水源，解決當(dāng)?shù)厣?、生產(chǎn)用水問(wèn)題，同時(shí)保證煤礦安全生產(chǎn)，防止突水事故發(fā)生［5］。

4.3 煤礦水環(huán)境治理措施

（1）對(duì)新建、改建、擴(kuò)建煤炭建設(shè)項(xiàng)目，加強(qiáng)水資源論證和水環(huán)境影響評(píng)價(jià)管理。

（2）對(duì)煤礦開(kāi)采及加工企業(yè)加征煤炭生產(chǎn)水資源補(bǔ)償費(fèi)。

（3）對(duì)煤礦開(kāi)采對(duì)水資源的影響進(jìn)行監(jiān)測(cè)，應(yīng)由大到小逐步開(kāi)展，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：開(kāi)采量、開(kāi)采深度、采礦區(qū)面積、用水量、礦坑排水量、回用水量、排水量、排水水質(zhì)、影響范圍、面積等。

4.4 煤礦開(kāi)采區(qū)地下水資源保護(hù)政策

（1）建立煤炭生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水資源準(zhǔn)入制度。根據(jù)煤田所處區(qū)域及生產(chǎn)建設(shè)情況，對(duì)可能造成的水資源破壞、水文下墊面破壞、水利設(shè)施破壞、水土流失、人畜飲水、防洪安全、水質(zhì)污染等進(jìn)行綜合全面評(píng)估，提出準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。

（2）建立礦坑排水許可制度。將礦坑排水視同特殊形式的取水，從申請(qǐng)受理——審批建設(shè)——驗(yàn)收發(fā)證——計(jì)量收費(fèi)——監(jiān)督管理等方面進(jìn)行嚴(yán)格管理。礦坑排水許可制度的管理主體為水行政主管部門(mén)。

（3）有償使用、總量控制與定額管理。礦坑排水是一種特殊形式的地下水開(kāi)采行為，根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)，對(duì)礦坑排水收取水資源費(fèi)。

［1］王 雪,束龍倉(cāng),劉瑞國(guó).工程措施對(duì)河流與地下水補(bǔ)給關(guān)系的影響分析［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電.2007,（5）:16-17.

［2］陶希東,石培基,李鳴驥.西北干旱區(qū)水資源利用與生態(tài)環(huán)境重建研究［J］.干旱區(qū)研究.2001,（1）:20-21.

［3］賀秋芳,楊平恒,袁文昊,等.微生物與化學(xué)示蹤巖溶地下水補(bǔ)給源和途徑［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì).2009,36（3）:33-38.

［4］孫雪濤.加強(qiáng)水資源管理落實(shí)最嚴(yán)格的水資源管理制度［J］.中國(guó)水利.2009（24）:6-7.

［5］李硯閣,雷志棟.地下水系統(tǒng)保護(hù)研究［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社.2008.