探究煤礦礦坑排水對(duì)周邊地下水水質(zhì)的影響

石 偉

（山西地寶能源有限公司，山西 太原 030045）

0 引言

在煤礦礦井開采工作基本結(jié)束后，通常會(huì)在已開采區(qū)域遺留礦坑，這些礦坑內(nèi)也通常含有大量的廢水。為避免礦坑地質(zhì)條件出現(xiàn)問題，礦坑排水作業(yè)不可或缺，但在礦坑排水作業(yè)的過程中，其極易對(duì)周邊地下水環(huán)境造成嚴(yán)重污染[1-2]。針對(duì)這一問題，需要加強(qiáng)實(shí)踐分析，在已有分析結(jié)果的基礎(chǔ)上引入先進(jìn)治理技術(shù)予以干預(yù)，確保將煤礦礦坑排水對(duì)周邊地下水水質(zhì)的負(fù)面影響降到最低。

1 項(xiàng)目概況

某大型煤礦礦區(qū)設(shè)計(jì)開采能力為300 萬t/a，采用斜井開拓和長(zhǎng)壁綜采工藝進(jìn)行采煤。近年來，為提高煤炭產(chǎn)量，該礦區(qū)所屬企業(yè)積極采取措施提升產(chǎn)能，同時(shí)也產(chǎn)生了大量礦坑排水，平均排水量為19 400 m3/d。這些礦坑排水大部分未進(jìn)行處理，而直接排放到礦區(qū)西側(cè)的沙地之中，目前已經(jīng)形成了具有連續(xù)水面的排水池，當(dāng)前排水池面積約為9 802.7 m2。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查資料，該煤礦礦坑排水水質(zhì)的主要指標(biāo)見表1。

表1 該煤礦礦坑排水水質(zhì)的主要指標(biāo)參數(shù)

從表1 中的數(shù)據(jù)不難看出，該煤礦礦坑排水中，以上幾項(xiàng)指標(biāo)均存在不同程度的超標(biāo)。同時(shí)，研究人員收集相關(guān)工程圖紙后，得出當(dāng)?shù)氐幕镜刭|(zhì)水文條件如圖1 所示。

圖1 目標(biāo)區(qū)域潛水位等值線分布圖

從圖1 中可見，排水池所在區(qū)域地勢(shì)明顯偏高。同時(shí)結(jié)合地質(zhì)資料勘查可知，該區(qū)域巖性主要為細(xì)砂，結(jié)構(gòu)松散孔隙度大，且具有較優(yōu)的地下水賦存條件，這些條件也導(dǎo)致礦坑排水存在向下滲透的趨勢(shì)，對(duì)于地下水水質(zhì)較為不利。因此，研究人員決定對(duì)該礦坑排水如何影響周邊地下水水質(zhì)的問題進(jìn)行研究。

2 主要研究流程

2.1 數(shù)據(jù)采集和分析

在本次研究中，為探究較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，研究人員以排水池為中心，在排水池周邊區(qū)域，按照地下水流向和垂直地下水流向，共計(jì)布置2 條勘探線，在勘探線上隨機(jī)布置若干個(gè)勘探點(diǎn)[3]，其中勘探點(diǎn)包括當(dāng)?shù)孛裼盟?，?yīng)用野外豎管法對(duì)水樣進(jìn)行采集，其基本原理圖如圖2 所示。

圖2 野外豎管法的原理示意圖

在采集到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)與以往資料中的本底值進(jìn)行對(duì)比，從而判斷污染情況。本次采集的典型數(shù)據(jù)與本底值的對(duì)比情況分析結(jié)果見表2。

表2 地下水水質(zhì)對(duì)比分析結(jié)果 單位：mg/L

從表2 中的數(shù)據(jù)可知，同本底值相比，幾個(gè)主要測(cè)試節(jié)點(diǎn)在多項(xiàng)指標(biāo)上明顯超出本底值，證明煤礦礦坑排水對(duì)周邊地下水確實(shí)造成了污染，主要污染離子則為硫酸根離子、鈉離子和鈣離子。

2.2 污染物運(yùn)移特征分析

根據(jù)已掌握的勘察資料來看，目標(biāo)研究區(qū)域地下水徑流流向整體為自西向東，且存在12‰左右的天然水力坡度，受此影響，礦坑排水中的污染物將存在明顯的運(yùn)移傾向，需要對(duì)其在空間上的污染特征做進(jìn)一步分析。

為實(shí)現(xiàn)此環(huán)節(jié)的分析，研究人員在距排水池不同距離的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行采樣，并對(duì)采樣中的幾種主要污染物的含量變化進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表3。

表3 不同距離下污染物含量變化情況

從表3 中的數(shù)據(jù)可見，隨著距離的增大，幾種主要污染物的含量隨之降低，在距離達(dá)到800 m 時(shí)，幾種主要污染物的含量均達(dá)到或基本接近當(dāng)?shù)氐叵滤镜字?，證明此距離基本為污染物運(yùn)移的最大距離。經(jīng)過進(jìn)一步精準(zhǔn)測(cè)算后得知，具體的距離值為803.76 m。

2.3 主要污染離子的運(yùn)移特征分析

由于各種污染離子的理化性質(zhì)存在一定差異，因此不同污染離子的運(yùn)移距離也必然存在差異。與本底值相比，雖然上述幾種主要污染離子在污染范圍上高度一致，但其超標(biāo)范圍則各不相同[4]。在本環(huán)節(jié)的研究中，研究人員按照順地下水流向上和垂直地下水流向上兩個(gè)方向進(jìn)行采樣分析，并將離子含量超過本底值的情況定義為“超標(biāo)”，由此判斷幾種離子的超標(biāo)范圍，具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 不同方向上的污染物超標(biāo)范圍

從表4 中的數(shù)據(jù)可知，煤礦礦坑排水后，周邊地下水受到礦坑排水入滲污染物中，以硫酸根離子、鈉離子和鈣離子最為明顯，也是導(dǎo)致TDS 升高的重要原因，其運(yùn)移擴(kuò)散濃度大于本底值的范圍即可視為周邊地下水目前所受污染的范圍[5]。另一方面，污染物順地下水流向方向的污染范圍相對(duì)更大，初步推斷在這種情況下污染物微粒受到的合力作用更強(qiáng)，因而造成了更大的污染范圍，針對(duì)這一問題，其關(guān)鍵則在于對(duì)此方向的污染進(jìn)行抑制。

3 礦坑排水治理相關(guān)建議

從上文的分析結(jié)果可知，煤礦礦坑排水對(duì)于周邊區(qū)域地下水水質(zhì)會(huì)造成較為明顯的污染，對(duì)此，應(yīng)當(dāng)采取以下幾方面的措施予以防治：

1）對(duì)煤開采措施進(jìn)行優(yōu)化。掘進(jìn)工作在接近含水層、導(dǎo)水?dāng)鄬訒r(shí)，必須超前鉆孔探井下有突水危險(xiǎn)的地區(qū)附近設(shè)置水閘門或閘墻，在掘進(jìn)的其它地點(diǎn)發(fā)生明顯突水征兆或大量涌水時(shí)，應(yīng)立即停止采取相應(yīng)的保護(hù)措施，確保含水層不受破壞。減輕對(duì)地下含水層的影響。

2）要加強(qiáng)礦區(qū)水文地質(zhì)勘察工作，深入研究礦區(qū)水文地質(zhì)條件，明確邊界不同水文地質(zhì)條件，分別利用地面防滲、帷幕注漿，截?cái)噙M(jìn)入井田的地下水通道，以減少礦井涌排水量和突水的機(jī)率，減少地下水污染途徑。

3）要加強(qiáng)對(duì)地下含水層的保護(hù)。一方面，要做到循環(huán)用水，一水多用，建議開展水采礦井煤泥水處理技術(shù)的研究，使水采煤泥和洗煤廠洗煤煤泥經(jīng)浮選后全部廠內(nèi)回收；另一方面，應(yīng)當(dāng)推進(jìn)污水井下處理技術(shù)的應(yīng)用，如采用基于閉路循環(huán)設(shè)計(jì)的煤泥水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)在井下中央硐室采用斜管沉淀倉(cāng)對(duì)采區(qū)分級(jí)脫水后的煤泥水進(jìn)行凈化處理，從以往的經(jīng)驗(yàn)來看，其取得效果也較為顯著，具有較高的應(yīng)用可行性。

4 結(jié)語

整體來看，在當(dāng)前煤炭資源的開采過程中，因礦坑排水造成地下水污染的問題仍然不容忽視。為最大程度上避免礦坑排水對(duì)周邊地下水水質(zhì)造成的不良影響，就需要對(duì)礦坑排水的具體影響加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和分析，明確污染物因素及其運(yùn)移規(guī)律等內(nèi)容。而后根據(jù)這些內(nèi)容，采取相應(yīng)的預(yù)防和治理措施，以期將地下水層受到的污染降至最低，進(jìn)而推動(dòng)煤炭開采工作的綠色環(huán)保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。