陳郭靜

(陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)有限公司 二礦,山西 陽(yáng)泉 045000)

1 山西水資源特點(diǎn)分析

山西省水資源的特點(diǎn)是總體短缺、分布不均且地下水超采嚴(yán)重。

1)水資源總體短缺。根據(jù)2005年進(jìn)行的山西省第二次水資源評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,全省平均水資源總量為123.8億m3,比1982年的第一次評(píng)價(jià)結(jié)果142億m3減少約18億m3,減少的幅度為12.9%。按照目前全省約3 245萬(wàn)穩(wěn)定居住人口計(jì)算,每人對(duì)水資源的平均占有量只有382 m3,是全國(guó)淡水資源人均占有量的1/6,比全世界人均嚴(yán)重缺水界限低118 m3。每畝耕地平均占有的水資源量?jī)H為190 m3,是全國(guó)耕地畝均水資源占有量的的1/11,水資源指數(shù)位列全國(guó)第29位[1]。

2)地下水超采嚴(yán)重。各地市縣的統(tǒng)計(jì)資料顯示,山西省抽采地下水約7億m3/a,因超采嚴(yán)重而引發(fā)超采區(qū)面積不斷擴(kuò)大,巖溶泉水流量逐年減少,甚至出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。煤炭開(kāi)采破壞地層結(jié)構(gòu)及地下水超采嚴(yán)重不僅疏干含水層導(dǎo)致地下水位下降,而且造成地面沉降出現(xiàn)裂縫和水質(zhì)惡化等其他生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

3)水資源分布不均。山西省地處我國(guó)北方,屬于溫帶季風(fēng)氣候,各地區(qū)因水文地質(zhì)條件不同及存在降水量區(qū)域差異而導(dǎo)致水資源分布不均勻?？傮w表現(xiàn)為東部、東南部地區(qū)水資源豐富,西北部地區(qū)極度貧乏[2]。東部、東南部地區(qū)約占省境湖河流量的42%,忻州、太原、臨汾等腹部地區(qū)約占37%,西部地區(qū)僅占12%。

2 煤炭開(kāi)采對(duì)水資源影響

2.1 煤炭開(kāi)采對(duì)水資源影響造成經(jīng)濟(jì)損失

水資源受煤炭開(kāi)采影響的某些直觀損失可用經(jīng)濟(jì)價(jià)值量化說(shuō)明,更多無(wú)形損失無(wú)法用經(jīng)濟(jì)價(jià)值量化表現(xiàn),有些損失破壞甚至需要數(shù)年才能體現(xiàn)[3]。水資源受煤炭開(kāi)采影響遭受的經(jīng)濟(jì)損失主要表現(xiàn)為:

1)煤炭開(kāi)采造成人畜飲用水困難。據(jù)初步統(tǒng)計(jì),山西省由于大規(guī)模煤炭開(kāi)采破壞地下水資源已造成近1700個(gè)村莊約80萬(wàn)人、10萬(wàn)頭牲畜最基本的飲用水困難。為了解決村民吃水和牲畜飲用水困難,每年開(kāi)鑿新水井或加深原有水井投資預(yù)算超過(guò)3億元。

2)煤炭開(kāi)采造成土地質(zhì)量下降。煤炭開(kāi)采最直接的就是破壞億萬(wàn)年形成的穩(wěn)定地層結(jié)構(gòu),含水層與采動(dòng)裂隙溝通而引發(fā)地下水流失,地表河流湖泊水量減少,甚至干涸。受此影響,土地因缺水而導(dǎo)致質(zhì)量下降,水澆地減少,旱地增多,糧食產(chǎn)量降低,直接影響農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家糧食安全。本世紀(jì)初的調(diào)查結(jié)果顯示,山西省由于多年大量煤炭開(kāi)采造成地下水流失而導(dǎo)致近10萬(wàn)畝高產(chǎn)量水澆良地退化為旱地,糧食減產(chǎn)超過(guò)50%,經(jīng)濟(jì)損失巨大。

3)煤炭開(kāi)采造成水利設(shè)施破壞。全山西省有400多處水利工程不同程度地受到煤炭開(kāi)采影響,其中40座小型水庫(kù),190處小型簡(jiǎn)易提升泵站,80萬(wàn)m輸水管道,44萬(wàn)m水渠等水利工程遭受破壞嚴(yán)重,修復(fù)這些設(shè)施帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)損失每年超過(guò)7 000萬(wàn)元。

2.2 煤炭開(kāi)采對(duì)水資源影響引發(fā)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題

我國(guó)北方的地下水資源原本就緊缺,經(jīng)過(guò)近年山西省煤炭資源整合,礦井產(chǎn)量都很大,礦區(qū)常住職工及家屬多,生產(chǎn)生活需要消耗大量的淡水資源,因供需失衡而導(dǎo)致礦區(qū)周圍地下水位急劇下降。煤炭企業(yè)排放的生產(chǎn)生活污水不僅數(shù)量多,而且一般都含有重金屬等有害物質(zhì),直接污染周圍土地和地表河流,使得土壤性質(zhì)惡化,農(nóng)作物生長(zhǎng)及人畜健康受到影響,地面出現(xiàn)裂隙、沉降等嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境破壞問(wèn)題[4]。煤炭開(kāi)采對(duì)水資源影響引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題可概況為以下幾點(diǎn)。

1)擾亂地下水自然流場(chǎng)。煤層及地下含水層都是地層結(jié)構(gòu)的組成部分,在億萬(wàn)年地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的平衡狀態(tài)下,各自的賦存條件不同。煤炭開(kāi)采就是將埋藏于地下的煤層搬運(yùn)至地面,在采動(dòng)影響及重力作用下,采場(chǎng)周圍巖層的自然平衡狀態(tài)被破壞,地下含水層被采動(dòng)裂隙導(dǎo)通而形成以采空區(qū)為中心的降落漏斗,地下水原有的補(bǔ)給、排泄條件被改變而流向采空區(qū)。在采場(chǎng)降落漏斗的影響范圍內(nèi),地下水位下降,儲(chǔ)量減少,原本的承壓水轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)壓水,含水層轉(zhuǎn)變?yōu)橥杆畬?地表水井因失去補(bǔ)給來(lái)源而干涸。

2)影響“三水”轉(zhuǎn)化關(guān)系。自然狀態(tài)下,大氣降水、地表河流湖泊水與地下巖溶水(簡(jiǎn)稱“三水”)保持平衡的補(bǔ)給排泄關(guān)系。當(dāng)煤層埋藏較淺時(shí),采場(chǎng)“三帶”(冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶)一般可連通地表,礦區(qū)地表排水通過(guò)采場(chǎng)裂隙進(jìn)入淺部地層或采空區(qū),由地表水轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵滤?在下游轉(zhuǎn)化為地表水而排出。

3)污染地下水環(huán)境。地下水環(huán)境受煤炭開(kāi)采而引發(fā)的污染主要表現(xiàn)為采場(chǎng)裂隙將被污染的地表水導(dǎo)通到地下而污染地下水系、污染物在排污過(guò)程中向下滲漏而污染下部地層巖溶水、井筒等人工通道向井下導(dǎo)入污水。

4)造成地表水徑流減少。當(dāng)開(kāi)采埋藏較深的煤炭資源時(shí),采場(chǎng)裂隙一般不會(huì)延伸到地表,井下采掘空間與地表水不會(huì)產(chǎn)生直接的水力聯(lián)系,煤炭開(kāi)采活動(dòng)不會(huì)對(duì)地表水產(chǎn)生直接影響。當(dāng)煤層厚度大或采空區(qū)范圍增大到一定程度時(shí),地層開(kāi)采沉陷面積和采場(chǎng)裂隙延伸至地表,地表水通過(guò)裂隙進(jìn)入井下采掘空間而與地下采場(chǎng)發(fā)生水力聯(lián)系,直接導(dǎo)致地表河流湖泊水減少、水庫(kù)等水利設(shè)施的儲(chǔ)水量下降。

5)形成漏斗區(qū)。當(dāng)煤層被回采后,采空區(qū)上方巖層在采動(dòng)影響及重力作用下垮落直至充滿采掘空間,沿采場(chǎng)豎向形成冒落帶、裂縫帶和彎曲下沉帶,三帶范圍內(nèi)垂向裂縫發(fā)育多且寬度大,使得采空區(qū)上方煤巖系地層中的水向下滲漏而進(jìn)入采掘空間或外排,以采場(chǎng)為中心形成水位下降漏斗區(qū),導(dǎo)致淺部地層水枯竭。

6)造成植被破壞。煤炭開(kāi)采造成地表植被賴以生存的淺部地層水資源枯竭和土地質(zhì)量下降,一方面加大了地表水土流失,環(huán)境進(jìn)一步惡化，另一方面地表沒(méi)有植被覆蓋而減少了大氣降水滲漏,降雨時(shí)地表河流的洪水流量增大,淺部地層的儲(chǔ)蓄能力降低。

3 礦井水利用途徑及存在問(wèn)題

根據(jù)山西省現(xiàn)有國(guó)有重點(diǎn)煤炭集團(tuán)煤炭生產(chǎn)過(guò)程總排水量排序顯示,大同煤礦集團(tuán)公司居首,陽(yáng)泉煤礦集團(tuán)公司居末[5],兩大集團(tuán)每年的排水量分別為1 440萬(wàn)m3和345萬(wàn)m3。本世紀(jì)初山西省各大國(guó)有重點(diǎn)煤炭集團(tuán)礦井水排放與利用統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 礦井水排放與利用統(tǒng)計(jì)表Table 1 Water drainage and utilization in coal mines

3.1 利用途徑介紹

在現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)條件下,礦井水最直接普遍的利用途徑是經(jīng)水倉(cāng)簡(jiǎn)單沉淀過(guò)濾后,被用作井下噴淋降塵、地面洗煤補(bǔ)水等生產(chǎn)環(huán)節(jié)[6]。設(shè)備條件較好的煤炭企業(yè),礦井水經(jīng)過(guò)反滲透或電滲析深度處理后,用于如沖洗車輛及廁所、道路綠化灑水等地面生產(chǎn)生活公用事業(yè)用水。針對(duì)用水極度短缺的礦區(qū),增加設(shè)備投入對(duì)礦井水進(jìn)行深度處理后用于職工家屬洗澡及生活直接飲用水。如大同煤礦集團(tuán)公司青磁窯礦引進(jìn)先進(jìn)的水處理設(shè)備,礦井水經(jīng)過(guò)超濾+反滲透處理后,水質(zhì)可達(dá)到《我國(guó)城鎮(zhèn)居民生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定,緩解了礦區(qū)居民飲用水短缺的問(wèn)題。

礦井水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后還可以用于農(nóng)業(yè)灌溉、農(nóng)村居民生活及林牧漁業(yè)生產(chǎn)水源。如晉城地區(qū)高平市永錄鄉(xiāng)在礦井排水口周圍修筑攔水壩,礦井水被收集引流到報(bào)廢的礦井存儲(chǔ)而作為附近村莊生產(chǎn)生活水源。據(jù)統(tǒng)計(jì),高平市充分發(fā)揮報(bào)廢礦井存在大量地下空間的作用,已修建了30多處地下儲(chǔ)水庫(kù),估算儲(chǔ)水量超過(guò)了120萬(wàn)m3,4 200多畝旱地因此而轉(zhuǎn)變?yōu)樗疂驳?2 100多畝原有的水澆地供水水源進(jìn)一步得到改善。晉城市北石店鄉(xiāng)的鄉(xiāng)村辦廢舊礦井經(jīng)過(guò)改造配套后成為儲(chǔ)集周圍礦井排水的地下水庫(kù),估算儲(chǔ)水量超過(guò)150萬(wàn)m3,6 400多畝土地得到灌溉;北石店村農(nóng)業(yè)園區(qū)的供水源基本為報(bào)廢封閉礦井,園區(qū)的1 000多畝土地得到充足水源灌溉,礦井水能夠保證養(yǎng)殖、綠化、旅游等用水需求,被評(píng)為全國(guó)農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)礦區(qū)土地復(fù)墾示范區(qū)。

礦井水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后還可被用于市政建設(shè)和城市綠化。如晉城市陽(yáng)城縣南溝煤礦的礦井廢棄水不僅用于農(nóng)業(yè)灌溉等生產(chǎn)活動(dòng),還大量用于市政建設(shè)和城市綠化,改善了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境,促進(jìn)了旅游業(yè)發(fā)展。

3.2 存在問(wèn)題

1)山西作為全國(guó)產(chǎn)煤大省,各地市遍布有1 000多座煤礦企業(yè)。雖然煤礦數(shù)量多,但排水分散,礦井水不適合集中處理,只能通過(guò)煤炭生產(chǎn)企業(yè)增加設(shè)施設(shè)備進(jìn)行處理。此外,礦井水的處理利用率普遍比較低,許多企業(yè)由于在礦井水處理設(shè)施設(shè)備方面投入資金較少而使得大部分礦井水未經(jīng)任何處理直接排放,不僅污染環(huán)境,而且浪費(fèi)水資源,加劇了礦區(qū)生產(chǎn)生活用水緊張的現(xiàn)狀。

2)地下采空區(qū)大多被礦井水充滿且無(wú)法利用,地下水的自然徑流路線被改變,原有的地層儲(chǔ)水構(gòu)造因煤炭開(kāi)采而被破壞,井下采掘工程中極易導(dǎo)通采空區(qū)水而引發(fā)涌突水事故,給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)巨大安全隱患。

3)礦井水處理工藝不完善,具體表現(xiàn)為設(shè)計(jì)參數(shù)不科學(xué)、凈水藥劑選擇或使用不當(dāng)。礦井水一般都含有大量的懸浮物質(zhì),設(shè)計(jì)處理礦井水的設(shè)施設(shè)備時(shí),未考慮其特殊的處理要求,簡(jiǎn)單借鑒江河湖泊水處理工藝參數(shù),造成經(jīng)過(guò)處理后的水質(zhì)達(dá)不到使用要求。

4)礦井水處理設(shè)施設(shè)備建設(shè)及運(yùn)營(yíng)需要大量資金保障,近年由于煤炭行業(yè)整體低迷,企業(yè)利潤(rùn)減少,甚至出現(xiàn)虧損,資金投入少成為制約礦井水處理利用的關(guān)鍵因素。

4 結(jié)束語(yǔ)

礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)與用水緊張之間的矛盾已成為制約北方煤炭企業(yè)和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素,隨著企業(yè)運(yùn)營(yíng)者科學(xué)可持續(xù)發(fā)展觀念和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高,煤炭生產(chǎn)企業(yè)逐步改變了對(duì)礦井水的認(rèn)識(shí),開(kāi)始認(rèn)識(shí)到礦井水作為潛在水資源的利用價(jià)值。礦井水經(jīng)處理由污水轉(zhuǎn)變?yōu)樗Y源被加以利用是解決其直接排放污染環(huán)境和礦區(qū)生產(chǎn)生活用水短缺問(wèn)題的最佳選擇,可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)三方面的效益統(tǒng)一。