煤礦酸性礦井水的產生原因和治理措施

張世平

(山西大土河礦業投資有限公司，山西呂梁033000)

0 引言

水資源是人類不可缺少的自然物質，是生命之源。地下水是開采淡水資源的重要來源，然而，隨著煤礦開采廣度和深度的不斷擴大，越來越多的地下水被污染，這成為制約煤炭行業發展的一大挑戰。煤在開采過程中會發生很多化學變化，尤其是煤中的硫元素被氧化后形成硫酸，污染地下水，不但會腐蝕采礦設備，而且還會污染地表水和土壤，進而影響附近居民的身體健康。所以，煤礦開采過程中對水資源的保護是采煤工程的重要環節，不可小覷。

1 煤礦開采過程中酸性水形成的原因

1.1 井下采煤過程中酸性水形成的原因

1)硫元素的氧化。構成煤的元素主要是碳元素，但是除碳之外，還含有一定量硫、磷、砷、鐵、錳等成份，其中硫元素主要是以黃鐵礦(FeS2)的形態存在于煤層中。由于煤層的開采破壞了煤層原有的還原環境，而變為氧化環境，這些還原態的黃鐵礦(FeS2)被氧化而生成硫酸，進而溶于水后使礦井水呈酸性，具體的過程如下:

當煤中的黃鐵礦含量較高時，會生成較強的酸性水。

2)其他元素加重了酸性水的污染。地下水在礦井中涌出后，所處的水化學環境發生了改變。在酸性條件下，不斷溶解煤層的各種可溶性物質，總礦化度及某些有害組分的濃度不斷增加，甚至嚴重超標，水質大為惡化。當酸性礦井水排到地面后，也會給地面造成嚴重的污染，不僅使礦區周邊植物的生長受到不良影響，而且給人畜的欽用水也帶來了安全隱患。

1.2 地面矸石堆放對地表水體的酸化污染

煤礦或多或少都會有煤矸石在地面堆放。當矸石中硫含量較高時，可發生煤矸石自燃，在雨水或其他來水的作用下，也可以產生大量的酸性水。另外，部分煤矸石含有多種有毒重金屬元素，經降雨淋溶后，并在酸性水作用下，溶解性重金屬元素會下滲，遷移進入土壤，造成土壤和地下水的嚴重污染。

2 酸性礦井水對安全生產的危害

2.1 酸性礦井水對機電設備的危害

酸性礦井水對井下機電設備有強烈的腐蝕作用，尤其是當PH 值＜4 的時候更是呈強酸性，危害極大。在前蘇聯布而里亞礦區，由于酸性水的產生，在8 h 內，使鉆桿直徑減少了1 mm。在我們礦山生產中這種例子也會經常見到，例如鋼絲繩長時間浸泡在酸性水中會發生斷絲情況，從而造成跑罐、掉罐等安全事故;排水設備因為經常抽排酸性水，使用壽命大幅縮短。

2.2 對礦山建筑物的損害

酸性礦井水接觸到井下混凝土支護，或排到地面(也包括地表矸石形成的酸性水)，因管理不到位滲入地下，浸泡建筑物基礎后，和土壤、混凝土中的多種離子反應產生硫酸鹽。這些硫酸鹽在結晶過程中膨脹，體積會增大30%以上，造成混凝土的強度減小，建筑物結構開裂，影響建筑使用安全，嚴重的可使建筑物報廢。

2.3 污染地表水體，破壞生態環境

酸性礦井水排到地面后(或地表矸石形成的酸性水)，融入土壤的酸性水會使地表土壤發生板結，造成田地減產或絕收。由于酸性礦井水中存在高含量的等離子，一旦流入河流中，必然會污染水質。由于的作用使得水體中氧的消耗量顯著增加，造成魚類、浮游生物、藻類等大量死亡。結合OH-生成Fe(OH)3紅褐色沉淀，使得水體底部以及兩岸呈現紅色，影響美觀。同時，酸性礦井水中含有大量重金屬離子，而重金屬能夠在生物食物鏈內富集，大大增加酸性礦井水的毒理性指標，從而威脅下游地區的飲用水供給和灌溉系統。

3 減少礦井水酸性水危害的幾點建議

3.1 減少酸性水的產生量

要想減少酸性礦井水的產生量，就要從產生酸性礦井水的源頭抓起，從產生條件著手，及時的預防，減輕危害程度。實踐證明提高煤的開采率，減少殘留煤柱或浮煤，減少黃鐵礦結核在井下廢棄采空區中被積水浸泡的時間和浸泡水量，是減少酸性水產生的重要途徑。

近年來，國內外的科技人員又提出多種減少產生硫酸的方法，例如，美國M.凱特提出了硫酸鹽還原菌法，利用微生物還原硫酸鹽，產生的硫化氫與溶解金屬反應生成硫化物沉淀，從而從源頭上抑制酸性礦井水的產生。

3. 2 提高黃鐵礦的利用率

我國目前的資源利用率還比較低，合理提高能源利用效率是當務之急。黃鐵礦在煤礦生產過程中是一種污染物，但是這也是一種重要的伴生礦產品，只要利用得當，一樣可以產生可觀的經濟效益。在黃鐵礦含量高的地區，要積極地采用新工藝、新技術，分離出黃鐵礦，并加以利用，黃鐵礦可以銷售到硫酸廠制硫酸或銷售到化肥廠制硫酸鉀等肥料，變廢為寶。

3. 3 分別存儲和縮短排放酸性水的時間

要想減少酸性水對井下排水設備的損害，縮短礦井排放酸性水的時間是很有必要的。

我們可以在井下把酸性較強的污水和正常排放的礦井涌水分開排放。對酸性污水集中儲存、集中排放，盡量減少酸性水腐蝕設備的時間。

4 對酸性礦井水的治理措施

4.1 中和法

對于未污染或輕度污染的礦井水，可以在簡單處理后，用在工業用水方面。對于已經被酸化污染的地下水，治理是相對比較困難的。目前，處理這種酸性礦井水較為常見方法是:用石灰乳作為中和劑和酸性水進行中反應，產生微溶的CaSO4和易分解的H2CO3，以達到治理的目的。中和劑有時也采用堿性廢渣，如電石渣，利用這廢渣的優點是做到了以廢治廢，降低了治理成本。

4.2 微生物處理法

近些年來，部分礦山開始使用生物化學法處理酸性礦井水。這種方法簡單易行，成本較低，而且在處理酸性礦井水的同時，還可以回收部分有用的稀有金屬，有廣泛的發展前景。

微生物處理法是利用氧化亞鐵硫桿菌，在氧氣供應充分的酸性條件下不斷將氧化成，并利用此反應產生的能量進行持續繁殖，從而大量去除鐵元素。然后只需通過投入少量的石灰乳進行中和，再通過沉淀、過濾等方式，最終達到水處理的目的。

4.3 人工濕地處理法

隨著現代科技的高速發展，酸性礦井水的治理方法有了長足的發展。人工濕地酸性礦井水處理法是20 世紀70 年代未，由德國學者提出“根區法理論”之后開始出現的先進治污技術。它是由人工建造和控制運行的與自然沼澤地類似的地理環境，將礦井酸性水有控制地投放到這片濕地上，充分利用土壤、人工介質、植物、微生物之間復雜的物理、化學、生物協同作用，對酸性礦井水進行處理。與傳統的中和法相比，人工濕地處理方法具有出水水質穩定、技術含量低、維護方便等特點，成本大為降低，目前在我國的應用越來越廣泛。但這種方法在寒冷地區有極大的局限性。

5 結語

眾所周知，煤炭長期在國民經濟中占有舉足輕重的地位，但煤炭的開采又會對環境產生諸多不利的影響，其中酸性礦井水對環境的影響必須引起我們足夠的重視，加大治理力度。為此，我們必須堅持預防性控制和處理并重的原則，進一步優化設計，選擇適當的處理工藝，以達到滿意的效果。

［1］田榮.采煤過程對地下水的影響與防治［J］. 山東煤炭科技，2009(6).

［2］伊國勛.煤礦酸性礦井水的形成及主要處理的技術［J］. 環境科學與管理，2008 (9).

［3］陳秀成.地下水污染治理技術進展［J］. 資源環境與工程，2010(4).