我國煤炭開采水資源保護利用技術研究進展

【摘 ?要】隨著我國煤炭工業(yè)的突飛猛進，帶來了一系列的水環(huán)境問題，如地面沉降與變形，地下水水位下降，河水斷流，水污染加重等，嚴重影響著生態(tài)環(huán)境建設和經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。我國西部是煤炭的主產(chǎn)區(qū)，但西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源蒸發(fā)量大，煤炭資源與水資源的逆向分布使得我國煤炭開采水資源保護利用成為煤炭綠色開發(fā)的重大技術難題。本文主要分析了煤炭開采水資源保護利用技術。

【關鍵詞】煤炭開采;水資源;影響;現(xiàn)狀;對策

引言

隨著我國國民經(jīng)濟快速增長，各行業(yè)對能源的需求量逐漸增加。煤炭是我國的主體能源，占我國一次能源生產(chǎn)和消費的70%百分之七十左右，且在未來相當長時期內，煤炭為主體能源的結構不會改變。我國煤炭資源得天獨厚，但水資源嚴重短缺，尤其在我國煤炭主產(chǎn)區(qū)的西部礦區(qū)，由于特殊的地理氣候條件，干旱少雨，水資源供需矛盾十分突出，嚴重制約該地區(qū)煤炭綠色開發(fā)。筆者從煤炭開采對地下水資源的影響分析入手，探討了煤炭開采水資源保護和利用的技術，對煤炭開采區(qū)水地下水保護和生態(tài)環(huán)境保護提出了幾點思考。有不對之處，請批評指正。

1煤炭開采對地下水資源的影響分析

煤礦的大規(guī)模開采，造成大量的采空塌陷，地表開裂，煤系地層中含水、隔水系統(tǒng)被破壞，改變了天然地下水循環(huán)狀態(tài)，導致裂隙水被疏干、泉水斷流、河川徑流嚴重衰減等一系列環(huán)境問題。

1.1礦坑排水改變了地下水天然流場及補、逕、排條件

煤、水資源共存于一個地質體中，在天然條件下，各有自身的賦存條件及變化規(guī)律，由于煤礦開采排水改變了地下水原有的循環(huán)狀態(tài)，形成以礦井為中心的地下水降落漏斗，改變了原有的補、逕、排條件，使地下水向礦坑匯流，在其影響范同之內，地下水流加快，貯存量減少，局部由承壓轉為無壓，使原有的含水層變?yōu)橥杆畬?，導致煤系地層以上地下水被疏干。?jù)相關數(shù)據(jù)表明，山西省大部分農(nóng)村人畜吃水靠煤系裂隙水，而煤礦開采恰好破壞了該層段的含水層，據(jù)不完全統(tǒng)計，全省由于采煤排水弓l起礦區(qū)地下水位下降，導致泉水流量減小或斷流，共影響井泉32I8個，導致1678個村莊812715口人、108241頭大牲畜飲水嚴重困難。

1.2采煤改變了“三水”轉化關系

存天然狀態(tài)下，降水、地表水與地下水存在一定的補排關系，由于采煤影響，導致“帶”連通，使得地表水被疏干，河水被漏失轉化為礦坑水，改變原始狀態(tài)下地下水與地表水的轉化形式，使水資源不能充分利用，水質受到污染。

1.3采煤對巖溶水資源的影響

我國部分地區(qū)特殊地質條件所決定，采煤地層與奧陶系石灰?guī)r地層形成不整合接觸，而碳酸鹽巖巖溶水是部分城市生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要供水水源。在有斷裂構造導水或底部隔水層厚度較薄地段，不能抵御水壓或礦山壓力對其的破壞時，無論煤層是否帶壓，都會對巖溶水造成破壞。如果煤層帶壓、可造成煤礦突水，不僅威脅安全生產(chǎn)，且造成水資源破壞;如果不帶壓，煤系地層中由于開采所形成的污水滲入到灰?guī)r中造成巖溶水質污染。

1.4采煤排水對地下水質的影響

采煤對地下水水質的影響主要反映在三方面：一是采煤過程中，污染的礦坑水通過巖層裂隙直接下滲到下伏地層.使其中的地下水遭受污染;二是礦坑水排出地表后，首先使地表水污染，繼而在流經(jīng)碳酸鹽巖滲漏段時，或隨河溝流動時，人滲地下污染地下水;三是礦山尾礦、矸石堆在降水淋滲作用下，淋濾水入滲地下，使地下水受污染。

2煤炭開采區(qū)地下水保護現(xiàn)狀

早在上世紀80年代中期，我國就對煤炭開采區(qū)地下水資源的保護予以高度重視。從l989年至2003年分別開展了三次全國范圍內的采煤對水資源影響調查評價工作，基本查清了煤炭開采對水資源影響的機理、影響破壞程度;采取經(jīng)濟手段，開征采礦排水水資源費;加強礦坑水的綜合利用，積極鼓勵煤礦和配套的洗煤廠自用外，向電廠配置礦坑水;出臺相關政策，開展煤炭生產(chǎn)礦區(qū)的土地復墾工作;建立煤炭可持續(xù)發(fā)展基金，確保資源、環(huán)境的協(xié)調發(fā)展。這對煤炭開采區(qū)的地下水保護起到了積極的作用。

但現(xiàn)行對煤炭開采區(qū)地下水資源的保護方面法律法規(guī)及其政策，還不盡完善，煤炭開采與水資源保護成為一對不可調和的矛盾。礦坑排水處理利用率、礦坑排水征費率、礦坑排水登記核準率、礦坑排水處理設施建設率、礦坑排水裝表計量管理率等一系列指標均較低;政府與管理部門重經(jīng)濟生產(chǎn)，輕水資源保護的觀念依然存在，控制煤炭開采的手段及煤炭開采區(qū)水資源保護措施還不夠完善。

3煤炭開采水資源保護和利用技術

長期以來，針對煤炭開采對地下水的影響問題，國內外進行了大量的技術研究和工程實踐。錢鳴高院士率先提出煤炭綠色開采理念和西部礦區(qū)保水開采技術研究的若干領域，指出必須研發(fā)適合于西部礦區(qū)的煤炭開采與水資源協(xié)調技術。據(jù)此不同機構和學者展開了大量的研究工作，包括煤炭開采“三帶”和煤炭開采地下水運移規(guī)律等基礎研究，形成了兩類技術途徑：一是以“堵截法”為特征的保水開采技術;二是以“疏導法”為特征的礦井水儲存利用技術。

3.1“堵截法”為特征的保水開采技術

“堵截法”保水開采技術的核心是保護煤層上方隔水層完整性，避免形成導水裂隙，從而堵截地下水向下滲流，實現(xiàn)保護含水層地下水的目的。采用的主要技術手段包括充填開采、限高開采、房柱式開采、保水區(qū)域劃分等。充填開采在我國東部和中部礦區(qū)，特別是“三下”采煤中得到較好的應用，但在我國西部煤炭主產(chǎn)區(qū)推廣應用，必須解決提高充填效率和降低充填成本等難題。針對西部煤炭開采地下水保護，相關學者研發(fā)了基于生態(tài)水位保護的保水區(qū)域劃分、房柱式開采和條帶式開采等技術，但其推廣應用尚需解決提高煤炭資源采出率等問題。

3.2“疏導法”為特征的礦井水井下儲用技術

該技術是采用疏導手段，在掌握并利用煤炭開采地下水運移規(guī)律基礎上，將礦井水轉移至采空區(qū)進行儲存，并建設相應的抽采利用工程，確保礦井水不外排地表，實現(xiàn)礦井水資源的保護利用。我國研發(fā)成功的煤礦地下水庫技術，即利用煤炭開采形成的采空區(qū)巖體空隙，用人工壩體將不連續(xù)的安全煤柱連接形成水庫壩體，形成相對封閉的儲水空間，同時建設礦井水注入設施和取水設施，充分利用采空區(qū)巖體對礦井水的自然凈化作用，實現(xiàn)礦井水井下儲存與利用，該技術已成功在部分礦區(qū)全面實施。

3.3煤炭開采地下水資源保護利用的技術探索

針對西部礦區(qū)煤炭開采礦井水外排損失的問題，某集團聯(lián)合中國礦業(yè)大學（北京）、中國礦業(yè)大學、清華大學和中國煤炭科工集團西安研究院等高校和科研機構，開展了《礦區(qū)水資源保護性開采與綜合利用技術》《礦區(qū)水資源保護性采煤技術研究與應用》《礦區(qū)現(xiàn)代煤炭開采對地下水資源和生態(tài)影響規(guī)律研究》等多項科技創(chuàng)新項目和工程實踐，掌握了礦區(qū)煤炭開采地下水的運移規(guī)律，開展了礦井水保護利用的技術探索：一是設法阻止礦井水的產(chǎn)生，主要采用限高和充填開采技術;二是在地面建設儲水設施;三是探索在井下儲用礦井水。

研究表明，部分礦區(qū)充填開采和限高開采雖然技術上可行，但大幅降低煤炭開采效率和煤炭資源采出率，難以大規(guī)模實施;在地面建設儲水設施，面臨征地困難、水資源蒸發(fā)浪費和水體污染嚴重等技術難題，也無法實施。據(jù)此，開展了礦井水儲存于井下采空區(qū)的技術探索，經(jīng)歷了采空區(qū)儲水設施、煤礦地下水庫和煤礦分布式多層地下水庫的技術發(fā)展歷程，構建了較為完善的煤礦地下水庫技術體系，包括水源預測、水庫選址、庫容設計、壩體構筑、安全監(jiān)控和水質控制等6個方面。

4煤炭開采區(qū)水地下水保護對策

針對目前我國煤炭開采區(qū)地下水資源保護現(xiàn)狀及存在的問題，提出煤炭開采區(qū)地下水保護對策，主要包括設立水資源保護區(qū)、加強煤礦開采對水資源影響監(jiān)測與監(jiān)控、促進礦坑水綜合利用、建立煤炭開采對于資源影響的補償機制等內容。

4.1設立水資源保護區(qū)

通過對煤炭開采區(qū)的全面調查，結合當?shù)氐乃Y源環(huán)境，根據(jù)不同水環(huán)境條件，采取相應的措施，將煤炭開采區(qū)區(qū)劃分為禁采區(qū)、限采區(qū)和一般控制區(qū)。一級禁采區(qū)是水資源保護的重點保護區(qū)域，主要是指泉域重點保護區(qū)、城市集中式飲用水水源地、水功能區(qū)劃的保護區(qū)和飲用水水源開發(fā)區(qū)、地下水涵養(yǎng)保護區(qū)、帶壓開采危險區(qū)等。

在禁采區(qū)內禁止開展與水源保護無關的一切活動，包括采煤、開礦、開山采石等;禁止新建、擴建、改建與供水設施和保護水源無關的建設項目;禁止傾倒、排放工業(yè)廢渣和城市生活垃圾、污水及其它廢棄物。限采區(qū)是指水資源的次級保護區(qū)域，主要是指城市集中式飲用水水源地二級保護區(qū)、水功能區(qū)赳工業(yè)用水開發(fā)區(qū)、帶壓開采相對危險區(qū)等。在限采區(qū)內要控制煤炭開采深度和煤炭開采規(guī)模等;嚴格控制興建耗水量大或對水資源.環(huán)境有污染的建設項目;不得利用滲坑、滲井、廢棄礦井等排放工業(yè)廢污水、城市生活污水;不得傾倒、排放工業(yè)廢渣和城市生活垃圾、污水及其它廢棄物;工業(yè)污水和城市生活污水排放必須達到水功能要求的污水排放標準。

4.2提高礦坑水的綜合利用率

礦坑水利用的方向應當統(tǒng)一規(guī)劃，合理開發(fā)，綜合利用，保護水源，做到煤水并重，一水多用。一是對礦井排水要分區(qū)集中，清污分流，按質利用，如井下生產(chǎn)用水、供洗煤廠用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水等。二是根據(jù)國家發(fā)改能源864號文要求，建設坑口電站回用礦坑水。三是對礦坑水的排放，要按照國家環(huán)保規(guī)定要求，認真處理達到排放標準，保證環(huán)境不受污染。

4.3保護優(yōu)先，排供結合

由于煤層埋藏較深，位于奧灰水位以下和巖溶排泄區(qū)，巖溶水豐富，水壓很高，對煤礦開采是一個威脅，對水資源也有嚴重影響，在開采前應當進行詳細的礦井水文地質勘察，提出綜合治理措施，具高突水風險的采區(qū)危險地段，在對重點巖溶大泉和巖溶水供水水源地產(chǎn)生重大影響的將嚴禁開采，其煤炭資源暫時予以封存;在對重點巖溶大泉和巖溶水供水水源地不產(chǎn)生較大影響的情況下，根據(jù)水文地質條件，提前打井降壓排水，充分開發(fā)利用優(yōu)質水源，解決當?shù)厣钌a(chǎn)用水問題，同時保證煤礦安全生產(chǎn)，防止突水事故發(fā)生。

4.4加強煤礦生產(chǎn)水資源論證工作

煤和水共存于地下巖層中，一方面煤炭開采、加工需要用水。另一方面，煤炭開采對水資源的影響和破壞是非常嚴重的。為了煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，盡量降低煤炭開采對水資源的影響破壞程度，根據(jù)2002年水利部、國家計委頒布實施的第15號令《建設項目水資源論證管理辦法》要求，必須對煤炭工業(yè)的建設項目進行嚴格的水資源論證，并辦理取水許可等有關手續(xù)。

4.5建立完善的水資源破壞補償機制

由于煤炭開采對水資源的影響和破壞，應將煤炭行業(yè)作為一種特殊行業(yè)，應建立完善的煤炭開采對水資源破壞的補償機制，包括對煤炭開采以及加工企業(yè)。煤炭開采水資源補償（基金）費的征收，應由水行政主管部門負責征收，上繳財政。該資金應?？顚Ｓ茫饕糜诖笾行退垂こ探ㄔO、水資源保護、生態(tài)環(huán)境修復及解決因煤炭開采對農(nóng)村人畜飲水造成影響的農(nóng)村人畜飲水解困工程。

4.6開展煤礦開采對水資源影響的監(jiān)測

開展重點煤礦排水量、水質監(jiān)測及對水資源影響的監(jiān)測工作，通過監(jiān)測資料分析煤礦排水量與煤炭開采量、開采深度、開采層位的關系，分析煤礦開采對水環(huán)境的影響及造成的危害，分析煤礦排水量水質狀況及其主要污染物，分析煤礦排水量的回用狀況及存在問題，預測煤礦開采對水資源影響的趨勢，針對不同的煤礦，及時提出煤礦開采對水資源影響的防治對策與措施。

5煤炭開采對煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境損害的防治對策

5.1法律法規(guī)方面

煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境損害的防治離不開法律法規(guī)，目前國家正在逐步完善《中華人民共和國煤炭法》《中華人民共和國水土保持法》等法律法規(guī)，煤炭開采企業(yè)應當在這些法律法規(guī)的引導下，樹立保護生態(tài)環(huán)境的意識，規(guī)范開采，通過結合本地實際情況，包括開采特點與損害現(xiàn)狀，建立健全企業(yè)內部的管理制度，明確具體的防治工作，以及部門工作內容與工作人員職責范圍，將國家的政策落到實處，真正做到開采與保護并重，也即要國家倡導的：“既要金山銀山，也要青山綠水”，實現(xiàn)人與自然兩者的和諧共生、共存。

5.2管理監(jiān)督方面

一方面，需要建立一種綜合的執(zhí)法隊伍。以往煤炭區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)管問題，多由各部門分別執(zhí)法，出現(xiàn)了不少的分歧，也容易給煤炭開采企業(yè)留下“陽奉陰違”的漏洞，在今后的生態(tài)環(huán)境防治工作中，應盡力建立一支綜合的執(zhí)法隊伍，加強土地管理部門與環(huán)保部門等部門間的聯(lián)系，避免各部門在執(zhí)法時發(fā)生“脫節(jié)”現(xiàn)象，影響防治工作的實效性;

另一方面，需要在統(tǒng)籌協(xié)調部門關系的基礎上，完善相關的監(jiān)督管理制度，明確各部門的權責，做到分工負責、齊抓共管;另外，在管理監(jiān)督的時候，還需執(zhí)法部門創(chuàng)新執(zhí)法手段，通過應用新型檢測設備以及將防治效果與企業(yè)利益相關聯(lián)的方法，督促煤炭開采企業(yè)積極配合國家政策，在開采煤炭的過程中，一并做好生態(tài)環(huán)境防治工作，防止煤炭區(qū)生態(tài)污染加劇，增大防治難度，影響煤炭區(qū)周邊的居民的正常生活;最后，生態(tài)環(huán)境的防治工作非一日能成之事，監(jiān)管部門在加大執(zhí)法監(jiān)督力度的同時，還需常抓不放，徹底的消除防治人員的“投機取巧”心理，踏踏實實的改善煤炭區(qū)的生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

5.3開采技術方面

生態(tài)防治工作應當伴隨著開采工作的進行而進行，并非等到“塵埃落定”，污染已經(jīng)產(chǎn)生危害才防治，所以，在煤炭開采中就應當注意生態(tài)保護問題，并采取有效的措施予以防治。對此，煤炭開采企業(yè)應當進一步落實清潔生產(chǎn)的發(fā)展戰(zhàn)略要求，改進生產(chǎn)技術，在降低廢氣、廢水排放的同時，盡可能的提升煤炭資源的利用水平，保護生態(tài)環(huán)境，如當前可供煤炭開采企業(yè)使用的有CCT技術，也即潔凈煤技術，這種技術覆蓋了煤炭開發(fā)利用的一系列環(huán)節(jié)，包括加工、轉化與污染處理，能最大限度的提升煤炭資源的利用潛能，而減少污染物的排放。煤炭開采企業(yè)應當積極的應用此種技術，實現(xiàn)煤炭開采的全過程防治。

5.4后期恢復方面

對于已經(jīng)發(fā)生的煤炭區(qū)生態(tài)環(huán)境污染，不能“放任不理”，也應當采取有效的措施，予以后期修復。但是修復的時候，一定要遵循因地制宜的原則，也即根據(jù)當?shù)氐奈廴厩闆r，采取經(jīng)濟性、高效性的措施，進行科學整治。例如對于一些較淺的塌陷區(qū)，由于塌陷程度不重，就可以將該地區(qū)恢復為耕地;又例如對于有積水的地區(qū)，若是積水較淺，可以挖池筑堤建魚塘，若是積水較深，則可以選擇養(yǎng)水生植物或是水禽?？傊禾繀^(qū)的生態(tài)環(huán)境修復，必須要充分考慮當?shù)氐膶嶋H情況，只有以此為基礎，才能讓煤炭區(qū)的生態(tài)環(huán)境得到改善，逐步恢復正常。

參考文獻：

[1]煤礦地下水庫理論框架和技術體系[J].顧大釗.煤炭學報.2015（02）

[2]地下水受煤炭開采的影響及其儲存利用技術[J].王興峰.煤炭科學技術.2015（12）

[3]神東礦區(qū)煤炭開采水資源保護利用技術與應用[J].董斌琦.煤炭工程.2017（10）

[4]綜采導水裂隙帶多因素影響指標研究與高度預計[J].劉滿才.煤炭學報.2018（04）

[5]煤炭產(chǎn)能擴張引發(fā)中西部環(huán)境隱憂[J].錢鳴高.資源環(huán)境與發(fā)展.2017（04）

[60]我國水資源安全現(xiàn)狀與主要存在問題分析[J].，顏勇.中國水利.2019（23）

[7]我國煤炭開采水資源保護利用技術研究進展[J].曹志國.煤炭科學技術.2016（01）

[8]對生態(tài)環(huán)境建設與水資源保護利用的探討[J].黃靜.資源節(jié)約與環(huán)保.2020（01）

[9]水文水資源面臨的主要問題及解決方法[J].李蘭蘭，周鶯.河南科技.2018（13）

[10]基于水資源現(xiàn)狀看水資源保護的重要性[J].蔣禮瑜.科技經(jīng)濟導刊.2019（03）

作者簡介：

霍子陽（1986-），男，蒙族，內蒙古赤峰人，本科，工程師，隊長。

（作者單位：國家能源集團神東煤炭公司寸草塔二礦）