□許 猛 □周 洋 □許青松 □劉 恒

（河南省商丘水文水資源勘測(cè)局）

1.概述

永城市位于河南省最東部，距離商丘市區(qū)98km?？偯娣e為2000km2，人口150萬(wàn)。處于河南、山東、江蘇、安徽四省交匯處，素有“豫東門(mén)戶”之稱。永城大力發(fā)展“黑色經(jīng)濟(jì)”，即以豐富的煤炭資源為基礎(chǔ)，把其建設(shè)成為我國(guó)中西部地區(qū)重要的煤炭能源生產(chǎn)基地、煤化工基地、鋁制品加工基地。永城地下含煤面積621km2，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量100億t，現(xiàn)擁有兩家中國(guó)500強(qiáng)企業(yè)——永城煤電控股集團(tuán)和神火集團(tuán)，是河南省最大的煤化工基地也是全國(guó)六大無(wú)煙煤基地之一。

2.采煤與煤加工對(duì)地下水的污染

煤炭開(kāi)采對(duì)地下水會(huì)產(chǎn)生較大的影響，其影響主要受水文地質(zhì)條件、地質(zhì)構(gòu)造特征、煤礦開(kāi)采階段、降水量、開(kāi)采面積、開(kāi)采深度、開(kāi)采沉陷等影響。當(dāng)煤炭開(kāi)采時(shí)，在地面以下形成縱橫交錯(cuò)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(kāi)采面、不同采掘深度的采空區(qū)等等，這些井、巷道、采空區(qū)相互貫通，穿越了各類含水層和隔水層，改變?cè)让合档貙蛹吧细菜缮r地層中地下水運(yùn)移狀態(tài)，對(duì)地下水造成污染。

煤是含有礦物雜質(zhì)的復(fù)雜有機(jī)物，其礦物雜質(zhì)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(qū)天然地下水儲(chǔ)水構(gòu)造、導(dǎo)致礦區(qū)地下水枯竭，而且還通過(guò)以下途徑引發(fā)地下水的污染。

2.1 采煤

煤的采掘生產(chǎn)活動(dòng)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(duì)礦區(qū)及其周?chē)叵滤h(huán)境構(gòu)成了以下危害：一是礦坑充水。礦坑充水使處于封閉狀態(tài)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(shí)間內(nèi)使地下水形成酸水。二是廢石、尾礦。廢石對(duì)水環(huán)境的污染主要表現(xiàn)在廢石經(jīng)雨水或各種水源滲濾、浸泡后形成的滲濾液對(duì)礦區(qū)地下水環(huán)境形成的危害。廢石性質(zhì)及所含微量元素不同，其滲濾液對(duì)水環(huán)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(qū)，煤矸石山星羅棋布，粉煤灰在灰場(chǎng)區(qū)內(nèi)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(jìn)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(shí)會(huì)釋放出重金屬。在高溫燃燒時(shí)難以氣化的重金屬元素在燃燒過(guò)程中被飛灰和底渣所吸附，存留于飛灰和底渣中，再經(jīng)沖灰渣水排至貯灰場(chǎng)?；以械牟糠挚扇艿奈⒘恐亟饘僭貢?huì)因雨水沖洗、滲透等原因滲入地下水中，對(duì)地下水體造成污染。

2.3 煤氣化

煤的地下氣化。是通過(guò)直接對(duì)地下蘊(yùn)藏的煤炭進(jìn)行可控制性的燃燒產(chǎn)生煤氣后，輸出地面的一種能源采集方式。煤的地下氣化對(duì)地下水產(chǎn)生的有機(jī)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(jī)污染物向周?chē)鷰r層的擴(kuò)散和滲透；二是有機(jī)污染物通過(guò)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(huì)改變地下水的pH、Eh值，進(jìn)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(wú)機(jī)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(jī)硫化物硫。有機(jī)和無(wú)機(jī)硫通過(guò)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(dāng)然煤中也含有碳酸鈣、氫氧化物等堿性物質(zhì)。上述堿性物質(zhì)進(jìn)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(zhǎng)年累積，可使周?chē)叵滤峄档蜕踔羻适溟_(kāi)發(fā)利用價(jià)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(zhì)較多的無(wú)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(duì)含量不高，但由于長(zhǎng)期大量瀝水滲入地下，重金屬的累積作用也可導(dǎo)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(zhǎng)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(fù)到潔凈狀態(tài)。

3.防治措施

3.1 煤開(kāi)采措施

在富含水層下采礦，須留設(shè)足夠有效的防水煤巖柱。

井巷掘進(jìn)工作在接近含水層、導(dǎo)水?dāng)鄬訒r(shí)，必須超前鉆孔探水，在井下有突水危險(xiǎn)的地區(qū)附近設(shè)置水閘門(mén)或閘墻，在掘進(jìn)工作面或其它地點(diǎn)發(fā)生明顯突水征兆或大量涌水時(shí)，應(yīng)立即停止工作，采取相應(yīng)的保護(hù)措施，確保含水層不受破壞。

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

加強(qiáng)礦區(qū)水文地質(zhì)勘察工作，深入研究礦區(qū)水文地質(zhì)條件，針對(duì)礦井邊界不同水文地質(zhì)條件，分別利用地面防滲、帷幕注漿等工程，截?cái)噙M(jìn)入井田的地下水通道，以減少礦井涌排水量和突水發(fā)生的機(jī)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(zāi)害，最好的辦法是使其變廢為寶進(jìn)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(shù)量煤炭的性質(zhì)進(jìn)行回收；二是煤矸石的建材利用，煤矸石作為建筑材料，是當(dāng)前煤矸石綜合利用的主要途徑，技術(shù)相對(duì)比較成熟；三是煤矸石的其它方面利用。如經(jīng)風(fēng)化的煤矸石可充填采空區(qū)，減小地表沉陷帶來(lái)的災(zāi)害；煤矸石還可用于土壤改良，可加工成吸附劑、分子篩，生產(chǎn)硅鋁炭黑，回收硫化鐵及鋪設(shè)路基、地基等。

3.3 地下含水層保護(hù)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(yán)格控制污水灌溉水質(zhì)；采礦過(guò)程中注意矸石及尾礦堆放點(diǎn)的選擇；酸性礦井水、高礦化度礦井水經(jīng)處理后方可外排；建立地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水量、水質(zhì)變化，找出影響因素。

3.4 煤燃燒前凈化技術(shù)

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

二是洗選煤技術(shù)。煤炭洗選是潔凈煤的源頭技術(shù)，煤炭通過(guò)先進(jìn)的物理選煤技術(shù)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(shù)。采用先進(jìn)的洗選技術(shù)可使煤中重金屬元素含量明顯降低。

三是型煤技術(shù)。是利用一定比例的粘結(jié)劑或固硫劑將一種或數(shù)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(shù)。使用型煤的環(huán)境效益和節(jié)能效果非常明顯。

3.5 煤燃燒后凈化技術(shù)

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(shù)能有效地控制易揮發(fā)重金屬元素；煙道后處理系統(tǒng)，采取能同時(shí)凈化多種污染物的多段凈化裝置。

3.6 礦區(qū)廢水的控制技術(shù)

在礦區(qū)采取各種措施，嚴(yán)格控制廢水的排放量，減少?gòu)U水對(duì)地下水的污染。包括：

3.6.1 改革生產(chǎn)工藝，盡量減少?gòu)U水排放量。如選礦廠可采用無(wú)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(zhì)。

3.6.2 循環(huán)用水，一水多用。開(kāi)展水采礦井煤泥水處理技術(shù)的研究，使水采煤泥和洗煤廠洗煤煤泥經(jīng)浮選后全部廠內(nèi)回收。

3.6.3 污水井下的處理技術(shù)。目前推廣的經(jīng)濟(jì)型水泵工藝或區(qū)域化水泵工藝所采用的煤泥水處理系統(tǒng)都是按閉路循環(huán)設(shè)計(jì)的。該系統(tǒng)在井下中央硐室采用斜管沉淀倉(cāng)對(duì)采區(qū)分級(jí)脫水后的煤泥水進(jìn)行凈化處理，大部分煤泥水凈化在井下供采掘循環(huán)使用。

4.結(jié)論與建議

隨著世界能源的日益緊張，國(guó)家煤炭資源的開(kāi)采和利用也將逐步加大，而煤在開(kāi)采、加工及燃燒過(guò)程中都伴隨著對(duì)地下水的污染。而永城又以地下水作為主要的生活和工農(nóng)業(yè)供水水源，這就要求在煤的開(kāi)采和加工過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)要注意保持地下水的潔凈。因此通過(guò)對(duì)煤炭開(kāi)采及加工對(duì)地下水影響進(jìn)行分析，并采取一定的預(yù)防和治理措施，可減少對(duì)地下水的污染。