山西省大同礦區水環境分析及水資源保護

張春燕

(山西省煤炭資源地質局)

大同礦區位于大同市西南部，大同市的大小煤礦均集中在這里，是主要煤炭工業區。隨著煤炭資源的不斷開發，其周圍環境不同程度地受到了影響，尤其是對水環境的影響日漸嚴重。采煤使礦區地表水局部滲漏，地下水位下降，采區已有的水源工程設施受到破壞，礦坑排水對環境又造成了嚴重的破壞。因此，探討煤炭開采所造成的水環境問題以及水資源的有效保護已成為一個迫切的研究課題。

1 礦區概況

大同礦區地處山西省北部—大同煤田內，東以口泉山脈與大同斷陷盆地相隔，地貌上屬低山丘陵區，地形起伏大，溝壑發育，地表有大面積的第三、四系松散沉積物覆蓋。煤礦主要集中在口泉溝、云岡溝及其兩側。十里河、口泉溝為本區的主要水系，也是礦井排水、工業廢水及生活污水的出口。

本區屬于半干旱大陸性氣候，晝夜溫差大，降水量小，蒸發量大，屬缺水地區。地層自下而上依次為太古界集寧群變質巖類、寒武-奧陶系海相碳酸鹽巖類、石炭二疊系和侏羅系含煤地層、白堊系、第三系及第四系地層。整個區域呈一倍東走向的不對稱復式向斜構造，東南翼陡窄，西南翼寬緩。區內除第四系沖積層和基巖風化殼含水量相對豐富外，其下伏中生界、古生界地層，巖石堅固結實，裂隙巖溶不發育，巖石一般含水微弱。

2 采煤對礦區水環境及水資源的影響

2.1 水量變化

煤礦開采排水，首先改變了采區范圍地下水的補給、徑流、排泄條件，使地下水的流場、流向發生變化，在“礦井三帶”影響范圍內，地下水可以直接流入礦井；其次，局部改變了自然條件下降水與地表水和地下水之間的轉化關系，在采區范圍內，“三水”均補給礦坑水；最后，受煤礦開采三帶的影響，導致煤系各含水層發生了水力聯系，引起含水層水位下降，水量發生變化。

從目前各煤礦水文地質條件及配水現狀分析，采煤對水量影響主要表現在：

1) 煤礦長期排水，多數煤礦未加以綜合利用，造成水資源浪費，使礦區地下水資源更趨緊張。

2) 煤礦開拓過程中，地下水穿透含煤地層向下部礦坑滲透，使上部含水層的水量減少，水位下降，進而造成了當地居民的用水困難。

3) 由于長期排水形成以礦坑為中心的降落漏斗，使采區地下水位下降，井泉水量減少，河流徑流量減少或斷流，進而影響河流下游的水量正常補給。

4) 煤礦停采后，地下采空區成為集水空間，形成采空區積水，同時各含水層的水位逐漸恢復。地下采空區儲水量逐步增加，為今后的工農業生產發展提供了新的水源。

5) 礦坑排水除一部分轉化為潛流和滲入地下含水層外，另一部分轉化為地面水，使得有些原已干枯的河段又出現了水流，如口泉河靠礦坑水補給，當礦坑排水停止，河水隨之枯竭。

2.2 水質污染

1) 污染來源。礦區開采煤炭對水體造成污染的來源有：礦坑排水、固體廢渣、洗選煤廢水以及生活污水。

a) 礦坑排水。煤礦開采時形成的礦坑水，是受到污染的地下水。煤層中含有P、Cl、As、B、Hg、Pb、Cd、C、Zn等元素，煤層一旦被揭露并和地下水相遇，將發生一系列的物理化學反應，如溶濾、離解、氧化等，使煤中一部分元素轉移進入地下水體或者與地下水反應生成新的化合物。根據礦坑水水質抽樣監測資料，礦坑水普遍硬度偏高，PH值偏酸性，部分煤礦礦坑水含有Hg、Cr、As、Co、Zn、Cu元素和氟化物。按照GB8978-88《污水綜合排放標準》、GB3838-88《地面水環境質量標準》和GB5749-85《生活飲用水水質標準》，對礦坑排水水質綜合分析評價結果：懸浮物、PH值、Hg、As、氟化物在部分礦井超過GB3838-88和GB5749-85標準要求，但礦坑排水水質符合GB8978-88最高允許排放濃度對水質的要求。

b) 固體廢渣。煤炭開采過程中，同時還有大量的固體廢棄物如煤矸石，在煤炭初選中被剔除掉，煤矸石大量堆積，形成黑灰色人工矸石山丘地貌，既破壞了周圍景觀的和諧，又爭占了耕地，還引發了多種環境效應。煤矸石長期暴露在空氣中，加快了風化進程，一方面，煤矸石所含有機質、黃鐵礦等成分易氧化自燃，產生大量CO、NO、SO2、H2S，苯并芘等廢氣，對空氣環境造成污染；另一方面，大量的有機質成分和可溶性硫化物、重金屬鹽類，甚至某些廢石含有放射性元素等，通過風化、大氣降雨淋濾，將進入地表水體，并進一步下滲到地下水體。

c) 洗選煤廢水。洗選煤是一種對原煤進行潔凈處理的工藝過程，以提高煤炭質量和利用效率，除掉部分無效燃燒物質和有害元素成分。在利用水進行洗濾過程中，可使原煤部分有機質或無機物含量減少，從而使洗選煤廢水含有大量的懸浮物、重金屬離子和各類浮選劑。

d) 生活污水。礦區居住人口密集，生活污水排放亦不能忽視。生活污水中一般含有懸浮物或溶解態的有機質(如纖維素、淀粉、糖類、脂肪、蛋白質等)，還含有氮、硫、磷等無機鹽類和各種微生物。

2) 地表水。十里河和口泉溝為區內的主要水體，而礦區內煤礦多沿河道兩側分布，因而礦區地表水的污染亦集中在這兩條河道中。

十里河從西向東橫貫礦區北部，途經東周窯、舊高山、燕子山、四臺、云岡和晉華宮等礦，最后注入大同平原。沿途接受各大小煤礦礦坑水、洗選煤廢水和生活污水的排入，直至在下游河段，河水水質惡化嚴重，已逐漸成為礦區內一條污河。

口泉溝發源于左云縣南，貫穿礦區中北部，途徑王村、挖金灣、雁崖、四老溝、白洞、同家梁和永定莊煤礦，最后流向東部平原。據資料記載，口泉溝曾常年流水，由于后來煤礦的大規模開采，河水沿途滲漏而轉入地下，基本斷流。目前，河水主要接受沿途各煤礦的礦坑水、洗選煤廢水和生活污水，已屬一條污水排放河道。

3) 地下水。

a) 淺層地下水。受礦井采動產生的三帶影響，地表污染水體沿途向下滲和降雨淋濾固體廢渣下滲的速度將加快，必然造成淺層地下水的串層污染，使地下水水質向差的方向發展。

b)深層地下水。由于煤炭的大量開采，煤礦井下水的大量外排，從而引起了地下水位的持續降低，在采區范圍內，地下水將產生強烈的水文地球化學效應。

首先破壞了地下水的補排平衡，使水巖系統的物理-化學動力均衡產生變化，局部疏干帶的產生擴大了固液相間的比例而使系統中相互作用效應加劇，特別是氧化作用加強，促使了Ca、Mg轉入水中，造成地下水硬度、礦化度增高。其次，由于水位下降改變了地下水徑流條件，使原先物理-化學環境中平衡的額定組分遷移規律發生變化，特別是具有可變化合價元素絡合生成物(Fe、Mn等)在水中遷移活化起來，這些物質的氧化不斷地消耗著地下水的氧化-還原電位，致使水中聚集和保持了無氧環境下運移的大量元素。

從礦坑水抽樣化驗資料分析表明，采區周圍地下水硬度和礦化度均偏高，其水中所含元素成分增多。

3 礦區水環境變化帶來的問題

3.1 供水緊張

基于礦區水環境現狀，目前大同礦區的生活生產用水不得不利用區外供水。據大同煤礦集團公司2000年統計，全公司日供水總量達12.61萬m3，其中自取水6.4萬m3，外購水6.21萬m3，外購水占供水總量近50%，而且首先滿足生產用水，致使礦區居民生活用水非常緊張，使大量職工住宅樓水壓不足，農村生活用水尚待解決，礦區供需水矛盾是一個迫切而艱巨的任務，必須盡快采取合理有效的措施。

3.2 農業生產受損

煤炭開采排水，造成地下水位下降，地面裂縫和塌陷等現象的發生，造成部分水源工程破壞，使礦區農業生產用水和農村人畜吃水困難。據不完全統計，礦區范圍內因采煤而造成的水源工程報廢有10多處，有200多個村莊缺水和近萬畝水澆地灌溉水短缺。煤炭開采排水是主要原因之一。

3.3 生態環境退化

礦區為低山丘陵地貌，地表植被稀疏，屬生態環境脆弱區。采煤不僅造成地表塌陷和地面沉降，而且使近地表潛水水位下降，泉水流量減少或斷流，草木吸收水分不足，水土流失嚴重，從而加重了自然生態環境的退化。

4 水環境問題治理與水資源保護對策

隨著大同礦區人口的急劇增長，煤炭工業的深化改革和企業規模的壯大，水資源短缺和水環境問題已成為一個越來越突出的矛盾，為了有效地保護水資源，改變礦區水環境現狀，大同市政府及大同煤礦集團公司必須從可持續發展的新理念出發，做好水資源可持續開發利用的應變對策。既要有遠期打算，又要有近期規劃，還要做好現期布局的調整和轉變。

4.1 引黃入晉工程

從大同礦區的水文地質條件分析，作為唯一地下取水目的含水層-第四系沖積層，不論在丘陵山區還是在大同盆地，已無更大的開發前景。大同礦區一直以平原區的兩大水源地(時莊和下窩寨)供水，現有資料分析表明，大同平原區因地下水的超量開采，已形成了大小不一的地下水降落漏斗，其范圍在不斷擴大，水位在持續下降，同時由此而帶來了諸多的環境問題，如地面沉陷、地表裂隙等。

引黃入晉工程的實施，可大大地緩解大同市的供水緊張局面，從而使大同礦區的供需水矛盾得以根本改變。該工程從長遠觀點出發，以期推進大同礦區乃至大同市工農業的可持續發展和城市化建設的布局。但該工程的實現還需要一定的時間，同時還要做好環境影響可行性評價和經濟成本的合理化工作。

4.2 煤炭工業發展的整改

大同礦區要推進今后煤炭工業的有序發展，必須以可持續發展為戰略指導方針，既要開發煤炭資源，又要注重保護環境，尤其是要深入開展水環境的優化治理和水資源的系統管理，如制定相應的水資源保護法規，采區適宜的水環境治理方法和改良措施。具體而言，如建立污水處理設施，對礦坑排水、洗選煤廢水處理后排放；規劃煤矸石固體廢棄物堆放場地，采取相應的防滲措施，推進利用煤矸石發電和制作建材等。

4.3 開發新的取水水源

為了緩解大同礦區近期的供水緊張狀況，大同礦區應探尋新的供水水源，開展相應的勘察和研究工作。

1) 口泉南巖溶水的開發。據以往勘探資料，口泉南部寒武-奧陶系灰巖巖溶發育，儲存的巖溶水具有一定的開發價值。

2) 采空區積水的利用。大同礦區煤炭開采所形成的采空區遍布，部分采空區內積水面利于地下水的匯集而形成采空區積水。據不完全統計，礦區內采空區積水面積分布較廣，積水量較大，并具一定的分布貯存特征，且采空區積水經適當的物理和化學方法處理后，可以滿足工業用水或農業灌溉用水的標準。因此，大同礦區應深入開展采空區積水的探測和分析研究，進一步確定其分布范圍和積水規模，并將地下采空區積水作為一個“地下水庫”，納入系統化的管理，一方面可以作為新的取水水源，另一方面可以為煤炭的進一步開采提供防治水害的可靠依據，避免突水事故的發生。

4.4 水資源保護的認識

從大同礦區水環境問題和水資源供求現狀分析，要徹底改變現狀，不僅是一個發展戰略轉變的問題，更重要的是一個思想觀念轉換的過程。

首先，當地政府領導要具有環保意識，要綜觀全局，著眼未來，在制定地方經濟發展政策的同時，應充分考慮到水資源的保護和管理，并積極開展對地方經濟發展和環境保護如何協調的大討論。

其次，由當地政府牽頭，在地方群眾中大力加強保護環境和節約用水的宣傳和教育，使每一個人都有緊迫感責任感，在思想意識上樹立關愛生存環境，珍惜每一點水的新理念。

最后，充分發揮地方政府的監管職權，正確處理好地方經濟持續發展與有效保護環境的關系，調整地方經濟產業結構，加強環境防污治本的力度。

5 結束語

大同礦區煤炭的開發，在國家的能源建設中占舉足輕重的地位，為國民經濟的發展做出了巨大的貢獻。但隨著煤炭的逐年開采，卻給礦區帶來了水環境惡化、水資源匱乏等諸多問題。如何協調煤炭工業的長足有序發展和環境的有效保護，是大同礦區相關部門目前主要探討的課題，尤其在水環境現狀治理方面和水資源保護及開發利用方面，應相應制定優化對策和改良措施，這是緩解水資源供需矛盾，保持工農業正常生產和恢復生態環境的必然選擇。

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