關(guān)閉煤礦老空水危害與防治對(duì)策

邵 軒，張萬鵬

(1.河南能源化工集團(tuán) 義煤公司常村煤礦，河南 義馬 472302； 2.河南能源化工集團(tuán) 研究總院，河南 鄭州 450018)

限于“富煤、缺油、少氣”的資源條件，煤炭一直是我國(guó)的最主要能源[1]。為了保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，國(guó)家曾鼓勵(lì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和個(gè)人參與煤炭資源的開發(fā)建設(shè)，使得我國(guó)煤礦數(shù)量暴發(fā)性增長(zhǎng)，在20世紀(jì)90年代曾達(dá)到10萬處左右，與之相伴的是煤炭嚴(yán)重供大于求，煤礦安全事故頻發(fā)。1998年，國(guó)家實(shí)施“關(guān)井壓產(chǎn)”政策，小煤礦大量退出。截至2015年底，我國(guó)煤礦數(shù)量已減少至約1.1萬處。我國(guó)加入世貿(mào)組織后，伴隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，煤炭行業(yè)進(jìn)入黃金十年，原煤產(chǎn)量由2000年的約10億t增加到2013年的39.74億t，世界占比近50%，煤炭行業(yè)再次陷入困局。隨著經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，煤炭落后產(chǎn)能淘汰加快，至2020年，我國(guó)煤礦數(shù)量已減少至不足5 000處。

煤礦關(guān)閉后，停止向外排水將形成大量老空水。關(guān)閉煤礦老空水既對(duì)相鄰生產(chǎn)礦井構(gòu)成安全威脅，還存在造成資源損失、反向補(bǔ)給地下水、污染水資源與環(huán)境等問題[2-5]。開展相關(guān)研究，對(duì)煤炭行業(yè)的安全健康發(fā)展和環(huán)境保護(hù)有重要意義。

1 關(guān)閉煤礦老空水危害

1.1 安全危害

關(guān)閉煤礦所形成的老空水首先對(duì)相鄰生產(chǎn)煤礦構(gòu)成水害威脅和透水危險(xiǎn)[6-13]。若隔離煤柱尺寸不足或受到破壞，一旦透水，后果不堪設(shè)想，廣東梅州大興煤礦“2005.8.7”特別重大透水事故、山西王家?guī)X“2010.3.28”特別重大透水事故等均由老空水導(dǎo)致；其次，隔離煤柱若被破壞而失去防隔水作用，老空水就成為生產(chǎn)礦井的直接充水水源，增加生產(chǎn)礦井的排水負(fù)擔(dān)，甚至威脅生產(chǎn)礦井安全；另外，淺部老空水也是深部新建煤礦的水災(zāi)隱患。

1.2 資源損失

已關(guān)閉煤礦大都缺乏(準(zhǔn)確)采掘資料，采掘邊界、積水條件以及相互溝通情況不清，對(duì)相鄰礦井構(gòu)成嚴(yán)重水災(zāi)危害，給準(zhǔn)確設(shè)計(jì)防水煤柱造成困難。為了確保安全，避免透水事故發(fā)生，在沒有準(zhǔn)確老空水邊界條件下，不得已過量留設(shè)防水煤柱。已關(guān)閉的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、個(gè)體小煤礦，不僅在生產(chǎn)活動(dòng)中破壞資源，在關(guān)閉后還要(過量)留設(shè)防水煤柱，造成資源損失。

1.3 反向補(bǔ)給地下水

采煤破壞所形成的頂?shù)装鍖?dǎo)水裂隙，在礦井生產(chǎn)時(shí)是礦井水的充水途徑；礦井關(guān)閉后成為老空水向含水層反向充水的補(bǔ)給通道。穿過含水層的井巷工程、井下水文孔或水源井以及突水點(diǎn)等，若處理、封堵不好，含水層也將接受老空水的補(bǔ)給。天然狀態(tài)下，各含水層之間水力聯(lián)系一般較弱；老空水形成后，井巷工程、采空區(qū)、采后導(dǎo)水裂隙以及沒有處理或處理不徹底的井下水文孔、水源井、突水點(diǎn)等人工或自然導(dǎo)水通道將使得相關(guān)含水層之間產(chǎn)生較密切的水力聯(lián)系。

1.4 污染水資源與環(huán)境

含煤地層中所含的黃鐵礦、硫鐵礦等含硫煤巖，經(jīng)氧化后能形成硫酸鹽，甚至硫酸，使得老空區(qū)積水多呈酸性，甚至強(qiáng)酸性；廢棄在井下的工字鋼、支架、管材、坑木、荊笆、膠帶、電纜、油脂、塑料等腐蝕、腐爛后，進(jìn)一步污染老空水。劣質(zhì)老空水在通過斷層、各種裂隙、突水點(diǎn)、井下水文孔或水源井等通道反向補(bǔ)給含水層的同時(shí)，也在污染地下水[14-19]；長(zhǎng)期作用，受污染的含水層將難以修復(fù)逆轉(zhuǎn)，危害當(dāng)?shù)氐娜」┧踩＠峡账坏┻M(jìn)入潛水含水層或流出地表，還將污染地表水和土壤，破壞地表生態(tài)。老空水污染水源和生態(tài)環(huán)境，如果不加治理或治理措施失當(dāng)，甚至可能造成生態(tài)環(huán)境災(zāi)難。

2 主要對(duì)策與建議

2.1 做好礦井關(guān)閉前相關(guān)工作

關(guān)閉前，應(yīng)認(rèn)真對(duì)照井下采掘工程的實(shí)際情況和相關(guān)圖紙是否一致，通過補(bǔ)漏糾偏，做到圖紙內(nèi)容和標(biāo)注真實(shí)可靠。采用注漿封堵方法，處理井下水文地質(zhì)觀測(cè)孔、水源井以及突水點(diǎn)等，確保封堵效果，避免其成為礦井水反向補(bǔ)給含水層的集中通道；治理工程結(jié)束后，應(yīng)編制井下水文地質(zhì)孔(水源井)封堵報(bào)告、突水點(diǎn)治理報(bào)告等。在編制閉坑地質(zhì)報(bào)告時(shí)，應(yīng)測(cè)算礦井采空區(qū)體積、預(yù)計(jì)老空水的水位和積水量，分析老空水的污染程度以及可能對(duì)水資源和生態(tài)造成的影響和危害等。

2.2 礦井采掘資料歸檔

礦井采掘工程平面圖、礦井充水性圖、井下水文地質(zhì)孔(水源井)的封堵報(bào)告(含井孔結(jié)構(gòu)圖等)、突水點(diǎn)封堵報(bào)告和礦井水文地質(zhì)方面的臺(tái)賬、圖紙、報(bào)告等應(yīng)長(zhǎng)期保存并及時(shí)存檔管理，供今后開發(fā)利用或在相關(guān)區(qū)域建設(shè)項(xiàng)目啟動(dòng)前開展安全、地質(zhì)災(zāi)害、水資源、環(huán)境等方面評(píng)估以及施工設(shè)計(jì)和科研工作使用。

2.3 開展水文地質(zhì)研究

閉坑煤礦的地理位置、所處煤田、地表形態(tài)、含水層(隔水層)特征、地質(zhì)構(gòu)造、補(bǔ)徑排條件、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度等各不相同，煤礦閉坑后的水文地質(zhì)問題也就千差萬別。針對(duì)整個(gè)煤田的單一煤礦、部分煤礦或全部煤礦關(guān)閉條件后可能出現(xiàn)的水文地質(zhì)問題進(jìn)行研究，以便有關(guān)問題早發(fā)現(xiàn)、早處理，做到未雨綢繆、防患于未然。

2.4 老空水安全風(fēng)險(xiǎn)防治

生產(chǎn)煤礦應(yīng)首先調(diào)收集關(guān)閉礦井相鄰區(qū)域的采掘資料，并繪制在采掘工程平面圖上，查明隔離煤巖柱的尺寸、完整性，分析防隔水作用的可靠程度。若防隔水煤巖柱不可靠，應(yīng)對(duì)其注漿加固，同時(shí)完善礦井防排水系統(tǒng)，做好水災(zāi)應(yīng)急管理，還要通過在關(guān)閉煤礦采空區(qū)鑿打鉆孔或利用其井筒，安裝水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握閉坑礦井水位變化；若透水隱患難以消除，安全無法保障，則應(yīng)淘汰關(guān)閉。

2.5 老空水污染防治

若開采影響范圍內(nèi)沒有含水層或者含水層富水性弱，且老空水不可能溢出地面，則可采用封堵井筒以及可能溝通采空區(qū)的地表裂縫等措施，以隔絕空氣，形成“死水”環(huán)境，遏阻含硫礦物的持續(xù)氧化而形成硫酸，以減輕污染危害。若老空水能通過斷層、突水通道、水源井(水文孔)等通道集中反向補(bǔ)給含水層，對(duì)當(dāng)?shù)厝」┧踩斐涩F(xiàn)實(shí)或潛在危害，則須提前采取注漿封堵措施，阻斷含水層的集中反向補(bǔ)給通道。

2.6 老空水資源化利用

不同煤礦老空水污染程度不同，不同行業(yè)用水對(duì)水質(zhì)要求不同。將老空水當(dāng)作“地下水庫(kù)”，資源化利用，直接從老空水抽水或再做針對(duì)性的凈化處理，滿足不同用戶對(duì)水質(zhì)的不同需求[20-22]。利用“地下水庫(kù)”的調(diào)節(jié)功能，雨季，通過大氣降水、地表河水等對(duì)“地下水庫(kù)”充分補(bǔ)給；旱季，可以適當(dāng)擴(kuò)大開采規(guī)模，為雨季補(bǔ)給“地下水庫(kù)”騰開庫(kù)容。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)關(guān)閉煤礦所形成的老空水，存在威脅相鄰生產(chǎn)礦井安全、資源損失、反向補(bǔ)給含水層、污染水資源、危害生態(tài)環(huán)境等一系列水文地質(zhì)問題。

(2)針對(duì)關(guān)閉煤礦的水文地質(zhì)問題，應(yīng)做好礦井收尾階段的地測(cè)工作和資料歸檔；開展前瞻性研究；采取針對(duì)性措施，杜絕透水事故，阻斷反向補(bǔ)給地下水，遏阻酸性水的形成而污染環(huán)境；還應(yīng)探索資源化利用老空水。