淺析煤炭開采的地下水環境影響與評價

劉 哲

(西北大學 城市與環境學院，陜西 西安 710127)

煤炭開發對推動國民經濟的快速發展，提高國家綜合實力和人們生活水平有著重要意義。但同時，煤炭開發對自然環境影響深遠，大量的采空塌陷，地表開裂，破壞煤礦地層中含水、隔水系統，改變天然地下水循環狀態，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境問題，影響地下水資源的數量和質量，破壞水的動態平衡。進行煤炭開采的地下水環境影響評價，對于保護地下水資源、促進生態環境建設和社會經濟發展具有重要的意義。文章分析了煤炭開采對地下水資源的影響，參照2011年2月出臺的《環境影響評價技術導則 地下水環境》(HJ610－2011)(以下簡稱《導則》)，討論了煤炭開采的地下水環境影響價的主要內容和要點。

1 煤炭開采對地下水資源的影響

煤炭開采包括露天開采和井工開采，其中井工開采占94%左右。不論哪種開采方式，均易產生地下水環境問題［1］。煤炭開采對地下水資源影響復雜多樣，在煤炭開各個時期(采期、坑排水期以及礦山尾礦、矸石堆積期)都可能對地下不同位置(淺層、中層和深層)改變地下水場流及補、徑、排條件，對地下水資源水量、水質、水平衡等方面產生深遠影響［2－6］。

1.1 水量與水循環影響

水資源和煤礦共處于一個地質體中，通常施工單位為了能夠維持正常的采礦模式，確保采煤工作面能夠橫向和縱向的發展，會在采礦的同時，把工作面周圍的水和潛在的水全部排出。開采使圍巖變形和移動，煤系地層上覆巖層直至地面，出現冒落帶、彎曲帶和垂直向裂縫帶［7］。煤系地層中的水和散松巖類地層中的水快速向下滲透，形成區域性地下水位降落漏斗區，淺、中層的水位逐年被下降并被輸干;隨著開采深度的加大，深層含水層的水也被截留轉化為礦坑水被排出，以礦井為中心的地下水位下降漏斗區范圍和幅度不斷擴大，在其影響范圍內，地下水流動加快，儲存量不斷減少［4］。

因巖層破壞和地表裂隙或塌陷作用，原有的蓄水構造和地下水補、徑、排條件發生變異［8－9］。地表徑流與采區、上含水層與采區之間的水力聯系通過采動地層溝通［4］。地表徑流、基流和潛流中各有一部分或全部由以橫向運動為主，變為以垂向運動為主，向礦坑匯流轉為礦坑水或滲透地下轉為地下水的運動;同時，降雨入滲速度加快，蒸發量減少。地下水則由以前的基流和潛流排泄為主，變為以礦坑排水為主［2］;同時，因局部承壓水轉為無壓，含水層變為透水層，地下水調蓄能力降低，向地表水補給量減少。這樣整個區域地表水、地下水均衡系統遭到破壞，造成大面積疏干漏斗、泉水干枯、水資源逐步枯竭以及河水斷流，一定程度上加劇地區的供水緊張問題。

1.2 水質影響

地下水水質的污染源主要來自受污坑井水和煤矸石等固體廢棄物。

1.2.1 礦井水造成的水環境污染［4－10］

礦井水的污染一部分來開采過程中的井下糞便，煤、沙塵，廢坑木的腐爛，廢機油、廢酸液，井下灑水及防火灌漿水等，一部分來自煤層、圍巖中的硫化物礦物與氧氣、水接觸，在微生物的催化作用下，經過一系列復雜的地球化學反應，產生的酸性礦井水。這些污染物包括汞、鉛、鉻等重金屬;氟化物、氰化物等無機毒物以及無機酸、鹽類和無機懸浮物等。受污染的礦井水在大量未經處理的情況下，一部分通過巖層裂隙直接下滲到下腹地層，一部分排出地表后，首先污染地表水，繼而在流經碳酸鹽巖滲漏段時，或隨河溝循環流動時，再次入滲地下污染地下水。此外，大氣污染通過大氣降水、入滲也會產生地下水。

1.2.2 煤矸石等固體廢棄物造成的水環境污染［4－10］

露天堆放的煤矸石長期經風化、降雨、降雪淋溶和自身所載水分的作用，產生一系列的理、化變化，有毒有害成分隨淋溶水向地下滲透，在土壤中濃縮聚集，向地下水中遷移，污染地下水資源。其中含有的有害雜質包括硫化物，碳酸鹽類混合物，可溶性無機鹽以及汞、砷、氟、氯等微量元素。

此外，選煤廠在煤炭選洗的煤泥水、接納礦區污廢水的塌陷坑水體，對地下水都有不同程度的污染。在水循環失衡狀態下，這些有毒有害物質的釋放對水環境造成嚴重的威脅。

2 煤炭開采地下水環境影響評價

地下水環境影響評價的主要任務是進行地下水環境現狀評價和項目的環境影響預測，評價項目實施過程中對地下水環境可能造成的直接影響和間接危害，并針對評價結果提出防治對策，保護水資源，為項目實施提供決策、選址、管理等科學依據。主要涉及確定評價等級、現狀調查與評價、影響預測［11－13］。

2.1 評價等級的確定

2.1.1 項目分類

依據《導則》［12］，Ⅰ類項目指在建設、生產運行和服務期滿后的各個過程中，可能造成地下水水質污染的建設項目;Ⅱ類項目指在建設、生產運行和服務期滿后的各個過程中，可能引起地下水流場或地下水水位變化，并導致環境水文地質問題的建設項目。依據前述分析和《導則》項目分類，煤炭開采屬于Ⅱ類。但考慮目前企業節水意識增強，礦井水多能全部回收，水質污染多因煤矸石等固廢堆積，因此建議井田(礦田)開采范圍確定為Ⅱ類，煤礦工業場地和排矸場地確定為Ⅰ類，進行分區域分類開展地下水環境影響評價工作。

2.1.2 評價級別的劃分

Ⅱ類項目根據建設項目地下水供水(或排水、注水)規模、引起的地下水水位變化范圍、建設項目場地的地下水環境敏感程度以及可能造成的環境水文地質問題的大小等條件確定。據不完全統計，全國煤礦每年疏排礦井水超過2.2億 m3，而煤炭的大規模開采造成的采空塌陷、地面裂縫、區域地下水位下降、煤矸石堆放、礦坑排水等一系列地質災害和地質環境問題也是顯而易見的［1－10］。依據《導則》中的建設項目供水(或排水、注水)規模、建設項目引起的地下水水位變化區域范圍和建設項目造成的環境水文地質問題大小這三項指標，很容易判斷煤炭開采評價級別為二級及以上［12］。評價級別判定時，地下水排水量應采用經國土資源管理部門批準的礦井(田)地質勘探報告中確定的礦井(田)正常涌水量。地下水環境敏感程度的劃分中，“水土流失重點防治區”建議按水利部公告［2006］第2號《水利部關于劃分國家級水土流失防治區的公告》中規定的“水土流失重點預防保護區”執行。

2.2 現狀調查與評價

依據《導則》［12］，煤炭開采建設項目的地下水環境現狀調查與評價的范圍包括開采項目建設、生產運行和服務期滿后三個階段的地下水水位變化的影響區域，以及相關的環境保護目標和敏感區域，如已有、擬建和規劃的地下水供水水源區，地下水環境影響的敏感區域(如重要濕地、與地下水相關的自然保護區和地質遺跡等)，可能出現環境水文地質問題等主要區域。必要時應擴展至完整的水文地質單元，以及可能與建設項目所在的水文地質單元存在直接補排關系的區域。

2.2.1 現狀調查監測

地下水的現狀調查監測包括污染源調查、地質現狀調查、地下水環境現狀監測、環境水文地質勘查與試驗。

1)地下水污染源調查

調查按《工業污染源調查技術要求及其建檔技術規定》的要求進行。煤炭工業對地下水環境可能造成的污染影響僅限于工業場地、排矸場地附近，對于矸石屬性鑒別為Ⅰ類一般工業固體廢物的煤礦建設項目，建議煤礦建設項目污染源調查按工業場地、排矸場地確定的評價類別和級別開展地下水污染源調查工作，井田(礦田)開采范圍可簡化污染源調查工作。除項目自身污染源調查外，同時搜集已有污染源調查資料。

2)地質現狀調查

地質現狀調查包括一般性地質資料收集，水文地質條件調查和水文地質問題調查，具體參見《導則》。針對煤炭開采項目，調查應注重對評價區土壤和植被狀況;地層巖性、地質構造、地貌特征;包氣帶巖性、結構、厚度;含水層的巖性組成、厚度、滲透系數和富水程度;隔水層的巖性組成、厚度、滲透系數;地下水類型、地下水補給、徑流和排泄條件。集中供水水源地或水源井的分布情況(包括開采層的成井的密度、水井結構、深度以及開采歷史)與項目位置關系以及與地下水有關的其它人類活動情況調查，如保護區劃分情況等方面的調查。

3)地下水環境現狀監測

地下水環境現狀監測主要通過對地下水水位、水質的動態監測，查明地下水水流與地下水化學組分的空間分布現狀和發展趨勢，為后期評價和預測提供基礎資料。《導則》中規定了監測井點布設原則、點數、監測指標、監測頻率等內容，可參照執行。依據《導則》［12］，煤炭建設項目環評地下水環境現狀監測的目的含水層應為潛水和可能受煤炭開采影響的有開發利用價值的含水層。對于井田(礦田)開采區域可僅監測地下水水位，煤礦工業場地和排矸場周圍應同時監測淺層地下水水質、水位。特別，對于監測水質指標選擇，筆者認為應綜合考慮地下水常規監測因子、國家和地方控制的污染物和建設項目的特征污染因子。

4)環境水文地質勘察與試驗

環境水文地質勘探與試驗的目的是為了進一步查明環境水文地質問題和獲取預測評價中必要的水文地質參數，在充分收集已有相關資料和地下水環境現狀調查的基礎上進行的勘探與試驗。因此，當區域內以往水文地質勘察成果或礦井(礦田)地質勘探報告已獲取的環境水文地質資料可以滿足評價要求時，可不必開展環境水文地質勘探與試驗。如必須進行，可參照《導則》進行，選擇適宜環境水文地質勘察手段(鉆探、物探和水土化學分析以及室內外測試、試驗等手段)和試驗方法(抽水試驗、注水試驗、滲水試驗、浸溶試驗、土柱淋濾試驗、彌散試驗、流速試驗(連通試驗)、地下水含水層儲能試驗等)［12］。一般，Ⅰ類項目需要做滲透試驗，看包氣帶的厚度和滲透系數;Ⅱ類項目需要觀測目標含水層枯、平、豐三個水期的水位。

2.2.2 現狀評價

現狀評價包括環境質量評價和水污染狀況，其中，前者根據國家標準，如《地下水環境質量標準》(GB/T14848－93)進行，判斷是否符合各種目的用水標準，即地下水質量的好與壞，優與劣;后者以評價地區的污染起始值或背景值作為標準進行，判斷人為污染程度。即地下水質量。評價方法包括單因子指數法、綜合評分法、尼梅羅指數法、雙指數法、模糊數學法及灰色關聯度法等［12］。此外，還應結合評價區地下水補、徑、排調查資料，對評價區存在的地下水水位狀況、地面塌陷、地裂縫等環境水文地質問題給出定性或半定量的分析，方便后續影響預測［13］。

2.3 影響預測

影響預測是對建設項目在建設、生產運行和服務期滿后三個階段，對地下水水質、水位、水量動態變化的影響及由此而產生的主要環境水文地質問題的預測。

2.3.1 預測范圍與時段

預測范圍可與現狀調查一致，由于煤礦建設項目井田(礦田)范圍較大、服務年限長達幾十年甚至上百年，且項目的工程設計僅對項目投產20年的工作面進行排產方案設計，因此，建議按照遠粗近細的原則，重點進行運行期前20年煤炭開采影響范圍的地下水環境影響預測。

2.3.2 預測因子與方法

Ⅱ類建設項目預測因子應選取水位、及與水位變化所引發的環境水文地質問題相關的因子(如水力聯系、裂隙帶高度變化、水資源破壞量等)。煤炭工業場地Ⅰ類二級評價除考慮矸石場外，還應考慮選煤廠;矸石場的源強就是淋溶液;選煤廠的源強重點考慮煤泥水儲水池5%～10%滲漏;污染因子重點考慮重金屬、有毒有害元素，具體指標選擇，結合建設項目工程特征、排污種類、排污去向及周圍地區環境質量概況，結合國家、行業等相關標準確定評價因子。

預測方法包括數學模型法和類比預測法。依據《導則》［13］，一級評價采用數值法;二級評價中當井田(礦田)水文地質條件件復雜時應采用數值法，當其水文地質條件較為簡單，煤炭開采導水裂縫帶發育高度不會直接導通潛水和具有開發利用價值的含水層時，可采用解析法。

2.5 評價與措施

結合地下水環境現狀調查和地下水環境影響預測結果，對建設項目各實施階段(建設、生產運行和服務期滿后)不同排污方案及不同防滲措施下的地下水環境影響進行評價，包括地下水流場或地下水水位(水頭)影響及可能出現的環境水文地質問題的類型、性質及其影響的范圍、特征和程度等。根據評價結果的對比，推薦地下水環境影響最小的方案［13］。

同時，針對項目方案制定預防保護措施與對策，如地面沉降、巖溶塌陷、地面裂縫等環境水文地質問題產生的具體措施制定，地下水動態監測系統等。

3 結語

煤炭開采對地下水環境影響深遠，煤炭開采的地下水環境影響評價對于保護地下水資源，維護水生態平衡，保障社會經濟發展有重要的意義。《導則》的出臺，改變了以往的地下水評價工作深度與重點參差不齊的局面，對煤炭行業規范地下水環境影響評價工作具有指導作用。本文分析了煤炭開采對下水環境水質、水量的影響;結合《導則》，討論了地下水環境影響評價的相關內容，提出煤炭開采的地下水環境影響評價可按Ⅱ類項目執行，評價級別為二級及以上;必要時，可對井區(Ⅱ類)和排矸石場等(Ⅰ類)進行分區評價;選擇監測、評價因子時，應綜合考慮常規指標、國家和地方控制污染物指標以及煤炭行業特征污染因子;評價結果應包括地下水流場或地下水水位(水頭)影響及可能出現的環境水文地質問題的類型、性質及其影響的范圍、特征和程度等建議。

［1］段穎，段云海.煤礦開采對地下水環境的影響分析［J］.環境科學與管理.2007，32(8):176－178.

［2］周進生，王劍輝，黨學亞.礦產開發對地下水失衡影響及其控制對策——以陜北煤炭資源開發為例［J］.中國礦業.2009，18(12):52－55.

［3］潘桂花.山西省煤炭開采區地下水資源保護對策［J］.地下水.2010，32(1):61－62.

［4］海龍，梁冰，白國良.煤礦開采條件下地下水滲流問題探討［J］.西安石油大學(自然科學版).2007，22(1):25－28.

［5］孫博.淺談地下水污染及其防治［J］.科技情報開發與經濟.2008，18(3):122 －124.

［6］徐耀先，楊健.煤礦開采區地下水環境影響評價方法與治理研究［J］.環境科學導刊.2009，28(5):71 －74.

［7］紀萬斌.塌陷災害與防治叢書［M］.北京:地震出版社.1998.

［8］白喜慶，孫占起.煤礦開采誘發的水環境問題研究［J］.中國礦業大學學報.2002，1，21.

［9］孟凡生，王業耀.煤礦開采環境影響評價中地下水問題探析［M］.地下水.2007，1，29.

［10］張健.淺談煤礦地下開采對地質環境的影響及災害治理［J］.四川地質學報.2009，29(6):219－221.

［11］朱學愚，錢孝星.地下水環境影響評價的工作要點［J］.水資源保護.1998，(4):48－53.

［12］HJ610－201.環境影響評價技術導則 －地下水環境［S］.

［13］王江麗，康靜文.煤炭開采項目地下水環境影響評價探討［J］.科技情報開發與經濟.2009，21(9):188－190.