煤炭大省，拿什么來(lái)拯救綠水青山？

如何拯救山西未來(lái)地下水資源

---采煤對(duì)地下水資源的破壞及污染不容忽視

李振拴

（山西省煤炭地質(zhì)局 山西 太原 030006）

摘要：山西煤炭資源儲(chǔ)量大、分布廣、品種全、質(zhì)量?jī)?yōu)，開(kāi)采技術(shù)條件簡(jiǎn)單，開(kāi)采歷史悠久。但山西地處黃土高原，水資源貧乏，有“山西之長(zhǎng)在于煤，山西之短在于水”的稱謂。采煤對(duì)地表及地下水的破壞不僅在數(shù)量上，更為嚴(yán)重的是對(duì)地下水的污染是永久的，無(wú)法治理及不可恢復(fù)的，需引起高度重視。

一、山西煤炭資源分布及開(kāi)采情況

山西煤炭資源儲(chǔ)量大、分布廣，含煤面積6.2萬(wàn)平方公里，占國(guó)土面積的40.4%；119個(gè)縣（市、區(qū)）中94個(gè)有煤炭資源。全省2000米以淺煤炭預(yù)測(cè)資源儲(chǔ)量6652億噸；探明保有資源儲(chǔ)量2674.3億噸，約占全國(guó)的1/4。煤種齊全，形成以大同、寧煤田為主的動(dòng)力煤、河?xùn)|、西山、霍西煤田為主的焦煤、沁水煤田為主的無(wú)煙煤三大基地。露天、井工開(kāi)采方式均有。山西地處全國(guó)中部，交通便利，便于供往全國(guó)。

山西煤炭開(kāi)采歷史悠久，光緒33年，山西商辦全省保晉礦務(wù)局在太原創(chuàng)辦，專營(yíng)煤炭；1913年成立平定建昌公司； 1915年晉煤參加巴拿馬國(guó)際博覽會(huì)，被稱為“煤中皇后”，譽(yù)滿全球。 1937年日本侵入山西，大量開(kāi)采，煤礦431處，劫運(yùn)山西煤炭2000多萬(wàn)t；至1949年，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，共開(kāi)采1億t。到2017年底，全省共計(jì)開(kāi)采原煤185億噸。

1982年以前，僅有八大礦務(wù)局，44座煤礦。1982年“有水快流”以來(lái)，煤礦數(shù)量猛增，2000年關(guān)閉整頓小煤礦前全省有證煤礦9800多座,關(guān)閉整頓后6183座；2005年第一輪整合重組后，留有2598座；2009年第二輪整合重組后，截至2015年底，共有煤礦1078座，能力14.6億噸/年。兼并重組后的煤礦除少部分被利用外，其他煤礦關(guān)閉后不在排水，礦井涌水積存在井下，形成老空水。

二、 山西水資源分布及特點(diǎn)

山西是一個(gè)水資源非常緊缺的省份，

第一次（1956—1979）水資源評(píng)價(jià)，全省水資源總量142億m3。人均（1980年人口2496.46萬(wàn)）574m3。相當(dāng)于世界的3.8%、亞洲的7.3%、全國(guó)的19%。

第二次（1980—2000年）水資源評(píng)價(jià)，全省水資源總量109.3m3，比第一次少23%，人均（2000年人口3247.8萬(wàn)）381m3，20年來(lái)，人均占有水量減少33.63%。

山西地勢(shì)東、西、南三面低，地表、地下水出境流量大，1956—2000年入境水量?jī)H1.08億m3，而出境水量73.92億m3；降水量483.2mm、降水集中于每年的7—9月、且分布不均綜合利用較難；人均水資源量?jī)H381m3 ，按照國(guó)際劃分標(biāo)準(zhǔn)，山西屬于極度缺水地區(qū)（小于500m3）。

山西裸露及隱伏巖溶面積11.3萬(wàn)km2,占全省面積的75.2%，70年代全省大于0.01m3/s的泉共有256個(gè)，總流量118.33m3/s(37.31億m3/a)；其中大于0.1m3/s的泉有86個(gè)，大于1m3/s的泉有24個(gè)。總流量為88.2～107.8m3/s。(27.8～34 億m3/a)，占全省地表徑流總量114 億m3的24.3～29.8%。

由于大量開(kāi)采，現(xiàn)在有多處斷流，如蘭村、晉祠、古堆、洪山等。巖溶水是山西生活、生產(chǎn)的主要供水水源。

三、煤炭開(kāi)采對(duì)地表及地下水資源的破壞

由于含水層與煤層共生于同一地質(zhì)體中及煤炭開(kāi)采產(chǎn)生的上、下三帶作用，破壞了原始含水層的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致含水層中的水在流動(dòng)過(guò)程中遇到采掘破壞區(qū)不能連續(xù)流動(dòng)，流入采掘空間，形成礦井涌水或突水。根據(jù)本人2001年《山西省煤炭開(kāi)采對(duì)水資源的破壞影響及評(píng)價(jià)》，山西自煤炭開(kāi)采以來(lái)破壞煤系地層地下水靜儲(chǔ)量71388萬(wàn)m3，破壞煤系地層地下水動(dòng)儲(chǔ)量71370m3/h，按照2000年煤炭產(chǎn)量24611萬(wàn)噸計(jì)算，噸煤破壞水資源2.54m3。

煤炭開(kāi)采產(chǎn)生的地表裂縫，導(dǎo)致淺層含水層水被疏干，原有的可供當(dāng)?shù)鼐用裆钣盟男∪∷當(dāng)嗔鳎坏貌淮蛏罹_(kāi)采奧陶系巖溶水，這樣更加劇了巖溶泉水出流量的減少及斷流。

例1、興縣馬圐圙煤礦破壞地表水

河?xùn)|煤田興縣馬圐圙煤礦在開(kāi)采厚度為13.94m 的13號(hào)煤層時(shí)，由于采煤產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育到地表，2007年7月22日在暴雨的作用下，引起麻焉塔溝發(fā)生地面塌陷（見(jiàn)下圖），導(dǎo)致幾百余萬(wàn)m3洪水灌入井下，將地表水轉(zhuǎn)換形成礦坑積水。

興縣馬圐圙煤礦地面塌陷照片

例2、左權(quán)縣城關(guān)第二煤礦破壞地表水

該礦在后峪溝擋水壩下開(kāi)采4號(hào)煤層時(shí)，產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶達(dá)到水體底部，2017年5月18日，井下發(fā)現(xiàn)出水 5-6m3/h，2017年5月19日涌水量增大到30m3/h，5月25日達(dá)到峰值271m3/h，地面調(diào)查發(fā)現(xiàn)后峪溝擋水壩內(nèi)原有的2.8萬(wàn)m3水體干涸及后峪溝溪流斷流。

例3、太原東山煤礦六斜坡底板突奧陶系巖溶水，

東山煤礦1982年10月19日在一采區(qū)六斜坡開(kāi)采15號(hào)煤層探水時(shí)，遇F11斷層使煤層與奧陶系灰?guī)r對(duì)接，在奧灰水1.76MPa的水壓作用下發(fā)生了突水，從19日16時(shí)到25日，不到六天時(shí)間，就淹沒(méi)了整個(gè)一采區(qū)，水位從699m上升到760m，突水7萬(wàn)余m3。經(jīng)測(cè)算，當(dāng)初突水量達(dá)540m3/h，之后穩(wěn)定在近500m3/h左右，后來(lái)由于棗溝水源地的建立及觀孟前水源地的開(kāi)采，使水量逐漸下降，自1995年至今，突水量基本穩(wěn)定在250m3/h左右，在堵水無(wú)效的情況下，為了不浪費(fèi)水資源，修建了坑口發(fā)電廠。

例4、介休一些煤礦底板突奧陶系巖溶水

介休鑫峪溝現(xiàn)狀開(kāi)采5#、9#煤層。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為90萬(wàn)t/a。井田巖溶地下水水位912m，9#煤層采煤工作面標(biāo)高600m，為帶壓開(kāi)采。2017年6月22日下午6時(shí)， 90101綜采工作面在安裝調(diào)試過(guò)程中，底板發(fā)生突水，突水量600m3/h。2017年9月礦方與冀中能源防治水中心、河北煤炭科學(xué)研究院簽訂了合同，自2017年10月至2018年4月，開(kāi)始向奧陶系含水層注漿，欲將奧陶系含水層改造成隔水層，已達(dá)到封堵得目的，半年時(shí)間向奧陶系含水層內(nèi)注粘土、煤粉灰、水泥、干料等107294m3。

2018年6月14日下午，水利廳調(diào)研組在排水現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，排水量達(dá)720m3/h。

由于突水點(diǎn)距洪山泉排泄點(diǎn)較近，對(duì)洪山泉影響較大。

2018、10、14日，介休左則溝煤礦突奧陶系巖溶水水，1000m3/h。

四、 煤炭開(kāi)采對(duì)地下水的污染

煤中含有有機(jī)硫、無(wú)機(jī)硫及元素硫及為了防火安全，井下不容許使用可燃的木材，改用金屬材料，頂板維護(hù)、運(yùn)輸、采掘均使用金屬設(shè)備，及采礦用的各種金屬設(shè)備，他們?cè)谟龅降V井水是，硫、鐵會(huì)溶解于水中，使水中硫酸根、鐵離子增加，在開(kāi)采期間由于不斷的排水，大量的硫、鐵不會(huì)溶解于水中，水中含量不會(huì)太高，水質(zhì)經(jīng)處理后還可以回用，但礦井閉坑后，不再排水，水可以長(zhǎng)時(shí)間對(duì)它們進(jìn)行溶解，導(dǎo)致水中硫酸鹽、鐵含量大幅度增加，對(duì)地下水造成極大污染。

例5、陽(yáng)泉山底河小流域被污染

山底河流域面積58km2，位于山西省陽(yáng)泉市，在娘子關(guān)泉域內(nèi)，流域內(nèi)原有28座煤礦，2005年通過(guò)煤礦整合為目前7座煤礦，北部所有小煤礦關(guān)閉。到2009年，流域煤系地層地下水開(kāi)始從山底村通過(guò)閉坑礦井和石炭系底部K1砂巖出流地表，并很快進(jìn)入下游碳酸鹽巖滲漏區(qū)。

經(jīng)2014年7月21日自2015年2月25日取樣分析，水中TDS=4974.54mg/l、最大8946 mg/l；平均SO42--=3570.29mg/l，最大6227 mg/l；HB=2590.13mg/l，最大3798 mg/l；pH值=3.56，最低2.67。其流量平均值為7842.79m3/d；最大量為119806.3m3/d，

陽(yáng)泉山底河關(guān)閉礦井排水照片

山底河位于娘子關(guān)泉域，娘子關(guān)泉域是我國(guó)北方最大的巖溶泉域之一，泉域總面積7436 km2。上世紀(jì)80年代前娘子關(guān)泉水的多年平均流量為12.6m3/s，是山西省陽(yáng)泉市最主要的供水水源，擔(dān)負(fù)著全市約80萬(wàn)人口的供水任務(wù)。礦坑排水在下游流過(guò)奧陶系灰?guī)r裸露區(qū)，必將對(duì)巖溶水造成污染。

例6、太原西山牛家口污染地表水

礦井關(guān)閉多年，老窯水從夏石村附近出流，2016年5月2日取樣分析，TDS=4475mg/L,HB=1885mg/L,SO42-=3256mg/L，pH=4.522。該礦下游就是著名的晉祠名勝風(fēng)景區(qū)，皆為奧陶系灰?guī)r出露區(qū)。

太原西山牛家口附近關(guān)閉礦井排水照片

例7、太原西山胡家咀煤礦老空水水質(zhì)

2017年10月26日，西曲礦在西1072運(yùn)輸大巷架空線475#處探放的原胡家咀4#煤小窯老空水，化驗(yàn)結(jié)果：PH=2.64；Fe3+=1258mg/l；Fe2+=1036mg/l；SO42-=10819.69mg/l；TDS=13886mg/l；HB=2056.53mg/l；；HCO3-=0 mg/l;電導(dǎo)率8550μs/cm。

例8、山西柳林樓俊集團(tuán)趙家莊煤礦老空水水質(zhì)

趙家莊煤礦在2018年8月17日對(duì)1989-1997年期間形成的采空區(qū)積水委托山西省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院進(jìn)行了分析，分析結(jié)果：PH=2.42

Fe3+=5778.5mg/l；SO42-=18029mg/l；AI3+=360mg/l；NH4+=400mg/l；TDS=22507mg/l；Mn=189.45mg/l；HCO3-=0 mg/l。對(duì)照（GB5749-2006）生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，鐵超標(biāo)19261倍，錳超標(biāo)1893.5倍，硫酸根超標(biāo)71倍，礦化度超標(biāo)21.5倍，鋁超標(biāo)1799倍。

山西于2009年進(jìn)行煤礦兼并重組，大量煤礦真正關(guān)閉也是在該時(shí)期，距今將近10年，在這期間，原有采空區(qū)空間小的礦井，積水已充滿采掘空間，流出地面；采空區(qū)空間大的礦井，積水還未充滿，隨著時(shí)間的延續(xù)，關(guān)閉的礦井積水都將會(huì)充滿地下采掘空間而流出地表。如果山西的煤炭資源被采空后，40%的國(guó)土面積上都流出這種高度污染的水，山西將會(huì)呈現(xiàn)一種什么樣的局面。到那時(shí)，地表水干涸了，煤系砂巖水被變成了高度污染的礦坑水，流出的礦坑水又污染了巖溶地下水，山西人民在這片國(guó)土上將如何生存。

五、建議

1、規(guī)劃好山西經(jīng)濟(jì)發(fā)展與煤炭開(kāi)采的關(guān)系，對(duì)煤炭開(kāi)采破壞水資源嚴(yán)重的區(qū)域嚴(yán)禁開(kāi)采。

2、現(xiàn)開(kāi)采條件下，加大對(duì)礦坑排水的處理及利用，嚴(yán)禁礦坑水不處理外排，而打深井開(kāi)采巖溶地下水。

3、開(kāi)采過(guò)程中使用的金屬設(shè)施、設(shè)備，隨著回采全部回收，不得遺留井下。

4、不得開(kāi)采高硫煤。

5、煤礦閉坑后，一定要開(kāi)采利用礦坑水，在地面向井下易積水的部位打開(kāi)采井，不斷的抽取積水，導(dǎo)致其循環(huán)加快，使水質(zhì)不易變壞；抽出的水可以作為生產(chǎn)、灌溉、生態(tài)用水，緩解我省水資源緊缺的狀況。

6、大力開(kāi)展種樹(shù)種草及水土保持工作及在灰?guī)r地區(qū)打滲水井，提高入滲率及回灌水量，增加地下水儲(chǔ)存量。

7、加強(qiáng)地下水凈化技術(shù)的研究工作，提高礦坑水的處理率及降低處理成本。

作者簡(jiǎn)介：李振拴 山西靜樂(lè)人 1956年生，教授級(jí)高工，山西省煤炭地質(zhì)局原副總工程師，山西省委聯(lián)系的高級(jí)專家。

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