3.3 山西煤矿开采对水资源的主要危害
煤炭开采严重危及地下水资源，加剧缺水地区的供水紧张。煤炭开采过程中的矿井水和矸石淋滤水等未经净化处理就被直接排放，对周围水环境造成了严重的污染，仅山西省水资源的破坏造成的经济损失就达300亿元。公开资料显示，山西省每年的环境污染损失大约占到GDP的15%左右，而新增的GDP大约只有9%左右。随着煤炭开采强度和延伸速度的不断加大提高，矿区地下水位大面积下降，使缺水矿区供水更为紧张，以致影响当地居民的生产和生活。另一方面，大量地下水资源因煤系地层破坏而渗漏矿井并被排出，这些矿井水被净化利用的不足20%，对矿区周边环境又造成了新的污染，严重影响了社会经济的可持续发展。同时地下水位的严重下降，也使区域内的作物大面积减产，抗御自然灾害能力下降，严重危害农业生产。如何解决好经济发展中山西省煤炭生产与水资源的矛盾，是一个非常紧迫的课题。
煤炭开采过程中形成的巷道和开采后形成的采空区，严重地破坏了表水、地下水运移、赋存的天然状态，产生了一系列问题，诸如河水断流、地下水位下降、泉水流量锐减甚至干涸、水污染加重等严重影响着山西经济社会的可持续发展和生态环境的建设。
（1） 采煤对地表水的影响。山西地处黄土高原，煤矿绝大部分位于山区，地形复杂，河谷切割深，沟谷径流较少，大部分为季节性河流，当煤矿开采沉陷波及到地面时，造成地表开裂和塌陷，使得地表水渗入地下或矿坑，因而使地表径流减少，水库蓄水量下降。此外，大量的矿坑污水排向河道后，不仅严重污染了流域内地表水，还可能通过渗漏污染地下水。例如在大同十里河、口泉河、怀仁小峪河、朔州七里河、阳泉桃河、孝义兑镇河、左权清漳河、晋城长河等地均有此类现象。
（2） 采煤对煤系地层裂隙水的影响。煤矿开采直接影响的地下水是煤系地层裂隙水，煤炭开采改变了地下水自然流径及补、排条件。
（3） 采煤对岩溶水资源的影响。山西省碳酸盐岩分布总面积占全省总面积的72. 3%，是我国北方碳酸盐岩分布最多的省。山西省岩溶水资源总量约35亿m3，是工业与城市生活的主要供水水源。由于山西地质条件的特殊性，煤系地层直接覆盖在奥陶系碳酸盐岩类地层上。岩溶水的主要含水层位于煤系底部的奥陶系灰岩中，它下伏于煤系地层中，在有断裂构造导水或底部隔水层厚度薄，不能抵御水压或矿山压力对其的破坏
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时，无论煤层是否带压，都会对岩溶水造成破坏。如果煤层带压可造成煤矿突水，不仅威胁安全生产，且造成水资源破坏。如果不带压，煤系地层中由于开采所形成的污水渗入到灰岩中可造成岩溶水水质污染。
（4） 采煤对水利工程的破坏，导致人畜吃水困难。据调查统计，山西由于采煤排水和采空区漏水引起矿区水位下降，导致泉水流量衰减或断流，共影响井泉3218个。水利工程433处，水库40余座，输水管道近800多km。由于井泉流量减少，水量漏失，水位下降等，导致1 678个村庄的80多万人和近11万头大牲畜饮用水困难。
（5） 煤矿开采导致地表变形、塌陷。据全省不完全的调查统计，到2000年由于煤矿开采，导致地表变形、产生裂缝和塌陷面积为464. 14 km2，使得6 52万m2耕地被毁；因采煤占用土地面积达7 500万m2。根据2006年山西原煤生产分析计算的采煤影响破坏地下水静储量、动储量为2. 54 m3/ t(煤)，折合总水量6. 25亿m3。其中，采煤直接排水量为0. 8m3/ t。为此，煤矿开采对水资源破坏量的价值估算采用两部分计算，一部分是造成水资源污染，使得水资源质量有所下降，即采煤过程中，使得优质的地下水转化为矿井水，造成采煤直接排水量为0. 87 m3/ t另一部分是对水资源永久性的破坏，即难以恢复的水资源量的消耗为1. 67 m3/ t。根据估算，采煤排水量对水资源破坏价值为0. 7~1. 1元/ t煤矿开采对水资源量的永久消耗价值计算为12. 62元/ t。综合以上两部分计算结果，煤矿开采对水资源量破坏价值为13. 32~13. 72元/ t。此外，煤矿开采对人畜饮水影响的价值计算为0. 6~1. 0元/ t。综合以上分析计算结果:煤矿开采对山西省水资源影响的经济损失为13. 92~14. 72元/ t。
3.4 水资源污染的控制技术
3.4.1 矿井水污染的控制技术
矿井水对水资源的污染，可以通过矿井水资源化，利用特殊开采技术减少矿井水涌出量和降低其污染程度来控制。 （1） 矿井水的资源化
矿井水由于受到开采、运输过程中散落的粉煤灰、岩粉和矿工生产活动及煤中伴随矿物的分解氧化导致污染。根据矿井水含污物特性一般分为：洁净矿井水、含悬浮物矿
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井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水及含特殊污染物的矿井水等。
① 洁净矿井水
洁净矿井水多数是从奥陶纪石炭二迭系的太原组及茅口组灰岩中涌出的，其水质较好，一般pH呈中性，硬化度与浊度低，不含有毒有害离子。只需在井下涌水水源处妥善截流，通过专用管排至井底，再经水泵排至地表，不用处理或经简单消毒即可作为生活饮用水，有的还含有多种有益元素，可直接开发作为矿泉水。
② 含悬浮物矿井水
含悬浮物矿井水一般指除悬浮物、细菌及感官指标外，其它理化指标均满足饮用水卫生标准的矿井水。其悬浮物含量多在100-400mg/L，在中国北方矿区分布较广，如平顶山、焦作、开滦及华东、华北矿区的矿井水多数属这种水质。最常规方法主要是采用混凝、沉淀、过滤、消毒杀菌处理工艺，经处理后的矿井水，可作为生活饮用水及井上、下工业用水。常用的处理工艺流程如图3-5所示。
矿井 水 井下水 仓 混凝剂 消毒剂 调节水 池 混合 反应 沉淀 过滤 生活 生产 用水 一般农业用水 反应 初沉淀 排放 图3-5 水处理工艺流程
③ 高矿化度矿井水
高矿化度矿井水也称含盐矿井水，它是由于地下水与碳酸盐和硫酸盐岩层的接触融蚀，使水中Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-、SO42-等离子增多而形成的，矿化度大多为1000-4000mg/L，水质多呈碱性，带苦涩味，其硬度往往也较高。高矿化度水处理分2步进行：一是预处理（主要去除悬浮物），主要采用混凝沉淀技术去除悬浮物及杂质；二是脱盐处理，使处理后水含盐量符合中国卫生饮用水要求。脱盐处理方法有蒸馏法、电渗析、反渗透法。常用的方法是电渗析法，目前中国处理高矿化度矿井水几乎全部采用电渗析技术如图
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3-6所示。经处理后的矿井水一般可做工业用水。
3-6 电渗析装置工艺流程图
④ 含特殊污染物的矿井水
一些含重金属、放射性元素、氟化物等的矿井水，首先应去除悬浮物，然后对其中不符合标准水质的污染物质进行处理，对含氟水，可用活性氧化铝吸附除去氟。含铁、锰水，通常采用混凝、沉淀、吸附、离子交换和膜技术等处理方法。它们对环境的污染和人体的健康危害性较大，且处理工艺较复杂，成本也较高，按常规处理后很难满足生活饮用水及工业用水的标准，通常只要求达标排放，仅作农灌用。实际矿井水大多数为 复合型水，在设计水处理工艺时必须查清水质和水量，然后考虑水处理单元操作的取舍和优化组合。
（2） 采用特殊开采技术减少矿井水涌出量
① 当煤层顶板一定距离内有较大含水层时（如三叠纪的某些灰岩），可采取一些采后顶板移近量较小的特殊开采技术（如条带式采煤法、充填采煤法，房柱式采煤法，离层带的注浆充填法等）以最大程度地降低顶板下沉量，使煤层顶板冒落的高度不致导通上覆的含水层。
② 当煤层底板有强含水层时（如某些北方矿区的奥灰岩、南方某些矿区的茅口灰岩），井下巷道布置应与这些含水层保持一定的安全距离。如遇断层切割，则应进行渗水和突水的严密封赌。
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③ 当矿区地面有湖泊、河流、水库等水体时，应在地下相应范围留设保安煤柱或采用充填采煤法、条带采煤法等特殊采煤方法，严格控制采动影响范围，力求避免由于采动引起的采动裂隙导通上覆水体。
④ 对于实现水力化采煤的矿井，应用闭路循环供水系统，使废水在生产过程中多次重复使用。
⑤ 对地表的塌陷区和和裂缝应采用密封性能较好的材料进行填堵。 （3） 降低矿井水的污染程度 ① 定期对井下水仓进行清理；
② 完善井下排水系统，水沟规范并加盖板；
③ 以水介质代替乳化液或尽量采用油路系统的闭路循环； ④ 加强井下环境卫生的管理，严禁粪便及腐烂物混入矿井水； ⑤ 对充填或灌浆污水，必须先进行井下沉淀后方可排入井下水仓。 3.4.2 煤矸石淋滤液污染治理
煤矸石淋滤液地下水的污染，主要是露天堆放的矸石在雨水的淋滤作用下形成的酸
性水，悬浮物和有机物造成的，可以通过减少矸石排放量来减少这类污染，可采用矸石不出井或少出井的开采技术（如采用宽巷掘进，将掘进出矸用于巷旁支护、堆放在井下废弃的巷道和硐室内、直接用于采空区充填、在开拓部署和采区巷道布置中 采用全煤巷布置、采用无煤柱开采技术等）。 3.4.3 煤矿用化工材料污染治理
为了防止煤矿化工材料对水资源的污染，可以从以下几个方面着手： （1） 加强对设备的管理；
（2） 通过开发新液压传动介质代替乳化液，降低使用量，同时降低或去除原乳化油中的矿物油，并选择易于降解的添加剂，减少乳化油对环境的污染； （3） 完善各种用油设备的密封性能，防止石油产品泄露；
（4） 研究开发水介质单体液压支柱，彻底去掉乳化油。同时，发展油产品再生技术，延长油产品使用期，降低油品使用量。
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