探究煤礦礦坑排水對周邊地下水水質(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，其極易對周邊地下水環(huán)境造成嚴重污染[1-2]。針對這一問題，需要加強實踐分析，在已有分析結(jié)果的基礎(chǔ)上引入先進治理技術(shù)予以干預(yù)，確保將煤礦礦坑排水對周邊地下水水質(zhì)的負面影響降到最低。

1 項目概況

某大型煤礦礦區(qū)設(shè)計開采能力為300 萬t/a，采用斜井開拓和長壁綜采工藝進行采煤。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，當前排水池面積約為9 802.7 m2。

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

表1 該煤礦礦坑排水水質(zhì)的主要指標參數(shù)

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

圖1 目標區(qū)域潛水位等值線分布圖

從圖1 中可見，排水池所在區(qū)域地勢明顯偏高。同時結(jié)合地質(zhì)資料勘查可知，該區(qū)域巖性主要為細砂，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，對于地下水水質(zhì)較為不利。因此，研究人員決定對該礦坑排水如何影響周邊地下水水質(zhì)的問題進行研究。

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，共計布置2 條勘探線，在勘探線上隨機布置若干個勘探點[3]，其中勘探點包括當?shù)孛裼盟瑧?yīng)用野外豎管法對水樣進行采集，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行對比，從而判斷污染情況。本次采集的典型數(shù)據(jù)與本底值的對比情況分析結(jié)果見表2。

表2 地下水水質(zhì)對比分析結(jié)果 單位：mg/L

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

2.2 污染物運移特征分析

根據(jù)已掌握的勘察資料來看，目標研究區(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移傾向，需要對其在空間上的污染特征做進一步分析。

為實現(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)點進行采樣，并對采樣中的幾種主要污染物的含量變化進行分析，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，在距離達到800 m 時，幾種主要污染物的含量均達到或基本接近當?shù)氐叵滤镜字担C明此距離基本為污染物運移的最大距離。經(jīng)過進一步精準測算后得知，具體的距離值為803.76 m。

2.3 主要污染離子的運移特征分析

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方向進行采樣分析，并將離子含量超過本底值的情況定義為“超標”，由此判斷幾種離子的超標范圍，具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 不同方向上的污染物超標范圍

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，其運移擴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，因而造成了更大的污染范圍，針對這一問題，其關(guān)鍵則在于對此方向的污染進行抑制。

3 礦坑排水治理相關(guān)建議

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

1）對煤開采措施進行優(yōu)化。掘進工作在接近含水層、導(dǎo)水斷層時，必須超前鉆孔探井下有突水危險的地區(qū)附近設(shè)置水閘門或閘墻，在掘進的其它地點發(fā)生明顯突水征兆或大量涌水時，應(yīng)立即停止采取相應(yīng)的保護措施，確保含水層不受破壞。減輕對地下含水層的影響。

2）要加強礦區(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，截斷進入井田的地下水通道，以減少礦井涌排水量和突水的機率，減少地下水污染途徑。

3）要加強對地下含水層的保護。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)當推進污水井下處理技術(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對采區(qū)分級脫水后的煤泥水進行凈化處理，從以往的經(jīng)驗來看，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周邊地下水水質(zhì)造成的不良影響，就需要對礦坑排水的具體影響加強監(jiān)測和分析，明確污染物因素及其運移規(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，進而推動煤炭開采工作的綠色環(huán)保目標的實現(xiàn)。