煤炭开采对水资源的影响范文

摘要：山西省多年来煤炭开采带来了巨大利润的同时，造成了大量的环境地质问题，尤其是对水资源的破坏，严重影响到经济可持续发展。面对山西省水资源短缺的现状，从煤炭开采对地下水系统、地下水资源量、地表水污染、岩溶大泉污染四个方面进行分析，通过水样采集、测试结果来说明山西省煤炭开采对水资源产生了巨大影响及破坏。

关键词：地下水；煤炭开采；破坏水资源

根据山西省2014统计年鉴，截止到2010年山西的水资源总量占国家总量的0．50％，约为120亿m3，地下水占90亿m3，地表水占其中的70亿m3，山西省人均占有水资源量为全国人均占有量的21％，根据国际制定的通用标准来判断山西省的缺水程度，山西处于极度缺水的等级［1］。在此情形下，大规模的煤炭开发以极大的触动力影响了水资源系统、水资源环境，尤其是对水文地质环境产生了极为明显的不可逆作用，破坏了地下水资源的自然赋存条件，影响了矿区水资源的质量。

1煤炭开采对地下水系统的影响

煤炭开采对地下水系统的正常循环破坏严重。煤炭开采后形成了大面积的采空区，采空区上覆岩层的沉陷及裂缝破坏了地下水系统，造成地下水的渗漏和水位下降，而这种破坏所产生的影响更具有广泛性和深远性。

1．1地下水均衡遭破坏

煤炭资源和水资源原本处于平衡的生态系统中，在自然条件下各自有其固有的存在状态和变化条件。煤矿开采打破了地下水本身的平衡状态，使采空区上覆的岩层形成较为明显的冒落带、裂隙带、整体移动带，变了原有的补径排条件，使地下水流加快，水位下降，贮存量减少，从而破坏了地下水均衡。

1．2改变降水、地表水及地下水的转换关系

在天然条件下，地表水、地下水及降水（以下简称为“三水”）存在着稳定的补给关系。但是因为煤矿开采后矿井排水在较浅的地段，导致三种状态的水相互连通，地表水渗入地下成为地下水，之后倒灌进矿坑再排出后变为地表水。这种相互转化与相互补给的补排关系，改变了原有的“三水”转化过程，使水资源得不到充分利用，同时造成大量水资源受到矿井污染。

1．3带来严重的突水事故

全国目前至少14个省（区）出现过坑道（主要是煤矿）突水事故。山西省是坑道突水较为严重的省份，六大煤田有五个发生过突水事故。山西主要可采煤层是石炭系、二叠系及侏罗系煤层，采掘的煤层大多位于当地侵蚀基准面和奥陶系岩溶水位之上，采掘容易造成严重的突水事件，其水源主要是煤系地层本身的碎屑岩裂隙水、石炭系层间石灰岩岩溶水及上覆松散岩系的孔隙水，煤炭开采破坏了储水构造，改变了地下水径流路线，造成了严重的坑下突水。

2煤炭开采对地下水资源量的影响

根据山西的煤炭开采历史，以及开采过程中影响排水量的因素和矿坑排水量的变化规律，参考煤层与含水层组合的特点，从地下水静储量与动储量两个角度进行分析。静储量是指本来赋存于含水层中的水，因为煤炭开采后的顶板垮塌导致采空区上部覆盖的含水层被破坏，该含水层中的水因此被迅速排空。静储量是固定量，与该含水层本身结构有关，由煤层开采带来的破坏结果具有一次性的特点［2］。山西省内的六大煤田除河东煤田以单斜构造产出外，其它五大煤田皆为向斜构造。山西组的砂岩含水层和太原组的砂岩、灰岩含水层与主要煤层间距都很小，目前一般矿井的开采深度都在300m以浅。据此，目前开采破坏静储量应是主采煤层埋藏在300m以内含水层中的水。根据含水层的厚度、分布面积、给水度及静储量计算公式，在主采煤层300m内，破坏地下水静储量为71388万m3。需要特别指出的是：这种破坏对含水层的影响是永久性的、不可逆的。恰巧此层位又是山西省农村饮水的主要含水层，这种破坏带来的水位下降，导致水井枯竭，树木枯死，土地荒芜。地下水动储量是指采煤造成上覆含水层被破坏，短时间内矿井中涌水量突然增大，经过一段时间的排水，水量趋于相对稳定。这个相对稳定的量就是动储量。动储量受到煤层埋藏深度、开采方法、地质构造、降水量等因素的影响，对其破坏带来的后果也是永久性不可逆的［3］。煤矿开采后的冒裂高度一般为150m，也就是说最上层的首层厚煤层采后破坏高度为150m，当埋藏深度小于150m，矿井排水量与降水及地表水体有关，当埋藏深度大于150m时，开采煤层仅破坏两煤层间含水层内的静储量，而与地表水体及降水无影响。据此，按照统计的埋藏深度为150m以内的采空区面积及各煤田开采破坏的地下水模数，将计算的山西省各煤田破坏的动储量如表2所示。从计算结果可以看出，煤炭开采对动储量的破坏量为68370m3／h（7．8亿m3／a）。

3煤炭开采对地表水的污染

煤炭开采不仅影响、破坏了水资源系统及水资源量，其矿坑排水更污染了矿区水资源质量。通过对煤矿地表水样的采集、分析，检测结果表明，山西省煤矿区地表水主要污染因子有Mn、NH4＋、Cl－、SO42－、NO2－、F－、酚、氰、P、Pb。按地面水环境质量标准Ⅴ类水进行评价：Mn超标率25％，NH4＋超标率为85．7％，Cl－超标率为19．1％，SO42－超标率为66．7％，NO2－超标率为25．0％，F－超标率为5．9％，酚超标率为21．4％，P超标率为80．0％，Pb超标率为30．0％。山西煤矿区地表水污染最为严重的是霍西矿区介休—灵石—霍州的汾河段，该段汾河Mn、NH4＋、Cl－、SO42－、F－、酚、氰、P、Pb等污染因子均超标，且最大超标倍数基本都出现在该段汾河，这与实地调查到的大量的矿山污水排入该段汾河的结果是一致的［4］。

4煤炭开采对岩溶大泉的污染

在全省岩溶大泉中，被检测出的主要污染有铁、硫酸盐、矿化度、总硬度、有机物、蓄积性毒物及氰化物、氟污染。17个岩溶大泉的平均含铁量除洪山、广胜寺、下马圈、古堆泉外，其余铁含量超标率达14．3％～100％，超标倍数0．028倍～3．44倍；硫酸盐超标的有古堆泉、龙子祠泉、郭庄泉、娘子关泉，超标率16．7％～100％；总硬度超标的有三姑泉、龙子祠泉、郭庄泉、娘子关泉、晋祠泉、洪山泉，超标率为9．09％～100％；矿化度超标的有柳林泉、晋祠泉。有机物仅有坪上泉、辛安泉COD超标，晋祠泉DO超标，娘子关泉NO3－超标；神头泉NO2－超标。蓄积性毒物包括有Pb、Cd、Hg、As、Cr6＋等，在19个大泉中Pb超标的有晋祠泉、柳林泉、龙子祠泉和三姑泉，最大超标0．11倍～1．16倍，平均超标0．11倍～0．621倍，Hg含量大于0．2ug／L的有兰村、晋祠、郭庄和辛安泉四个泉域。As、Cr6＋在各泉域的检出含量中，绝大部分低于标准值的20％，检出率也相当低；在天然条件下，岩溶水中不含氰化物，但17个大泉中检出率为97．35％，检出含量一般为0．002mg／L～0．01mg／L，大于0．01mg／L的有娘子关、下马圈、神头、红石楞、坪上泉，但超标的只有娘子关泉，超标率33．3％，污染范围50km2以上；在天然状态下，氟含量也较低，一般在0．2mg／L～0．6mg／L之间，受污染最大泉的氟含量高达2．0mg／L，超标一倍。有超标污染的泉域为晋祠泉、古堆泉、郭庄泉、柳林泉，平均超标在1倍以内。

5结束语

山西省煤炭开采对水资源造成的危害具有不可逆性，对生态环境的影响具有代际延续性，其所造成的严重后果将在今后逐渐显现出来，应当及时制定相应的防治体系，合理布局煤炭工业，促进煤炭工业健康可持续发展。

参考文献：

［1］王芳．山西煤炭开采对水资源的影响研究［J］．河南水利与南水北调，2015（19）：50－51．

［2］曹金亮．山西省煤矿开采对水资源的影响分析［J］．华北国土资源，2008（4）：18－20．

［3］时红，张永波．论煤炭开采对地下水资源量的破坏影响［J］．山西科技，2011，26（1）：36－37.

［4］山西省地质环境监测中心．山西省矿山地质环境调查与评估报告［R］．太原：山西省地质环境监测中心，2003．

作者：秦润嫱1，2 单位：1．太原理工大学，2．山西地质博物馆