煤炭大省，拿什么来拯救绿水青山？

煤炭大省，拿什么来拯救绿水青山？

如何拯救山西未来地下水资源

---采煤对地下水资源的破坏及污染不容忽视

李振拴

（山西省煤炭地质局 山西 太原 030006）

摘要：山西煤炭资源储量大、分布广、品种全、质量优，开采技术条件简单，开采历史悠久。但山西地处黄土高原，水资源贫乏，有“山西之长在于煤，山西之短在于水”的称谓。采煤对地表及地下水的破坏不仅在数量上，更为严重的是对地下水的污染是永久的，无法治理及不可恢复的，需引起高度重视。

一、山西煤炭资源分布及开采情况

山西煤炭资源储量大、分布广，含煤面积6.2万平方公里，占国土面积的40.4%；119个县（市、区）中94个有煤炭资源。全省2000米以浅煤炭预测资源储量6652亿吨；探明保有资源储量2674.3亿吨，约占全国的1/4。煤种齐全，形成以大同、宁煤田为主的动力煤、河东、西山、霍西煤田为主的焦煤、沁水煤田为主的无烟煤三大基地。露天、井工开采方式均有。山西地处全国中部，交通便利，便于供往全国。

山西煤炭开采历史悠久，光绪33年，山西商办全省保晋矿务局在太原创办，专营煤炭；1913年成立平定建昌公司； 1915年晋煤参加巴拿马国际博览会，被称为“煤中皇后”，誉满全球。 1937年日本侵入山西，大量开采，煤矿431处，劫运山西煤炭2000多万t；至1949年，据不完全统计，共开采1亿t。到2017年底，全省共计开采原煤185亿吨。

1982年以前，仅有八大矿务局，44座煤矿。1982年“有水快流”以来，煤矿数量猛增，2000年关闭整顿小煤矿前全省有证煤矿9800多座,关闭整顿后6183座；2005年第一轮整合重组后，留有2598座；2009年第二轮整合重组后，截至2015年底，共有煤矿1078座，能力14.6亿吨/年。兼并重组后的煤矿除少部分被利用外，其他煤矿关闭后不在排水，矿井涌水积存在井下，形成老空水。

二、 山西水资源分布及特点

山西是一个水资源非常紧缺的省份，

第一次（1956—1979）水资源评价，全省水资源总量142亿m3。人均（1980年人口2496.46万）574m3。相当于世界的3.8%、亚洲的7.3%、全国的19%。

第二次（1980—2000年）水资源评价，全省水资源总量109.3m3，比第一次少23%，人均（2000年人口3247.8万）381m3，20年来，人均占有水量减少33.63%。

山西地势东、西、南三面低，地表、地下水出境流量大，1956—2000年入境水量仅1.08亿m3，而出境水量73.92亿m3；降水量483.2mm、降水集中于每年的7—9月、且分布不均综合利用较难；人均水资源量仅381m3 ，按照国际划分标准，山西属于极度缺水地区（小于500m3）。

山西裸露及隐伏岩溶面积11.3万km2,占全省面积的75.2%，70年代全省大于0.01m3/s的泉共有256个，总流量118.33m3/s(37.31亿m3/a)；其中大于0.1m3/s的泉有86个，大于1m3/s的泉有24个。总流量为88.2～107.8m3/s。(27.8～34 亿m3/a)，占全省地表径流总量114 亿m3的24.3～29.8%。

由于大量开采，现在有多处断流，如兰村、晋祠、古堆、洪山等。岩溶水是山西生活、生产的主要供水水源。

三、煤炭开采对地表及地下水资源的破坏

由于含水层与煤层共生于同一地质体中及煤炭开采产生的上、下三带作用，破坏了原始含水层的结构，导致含水层中的水在流动过程中遇到采掘破坏区不能连续流动，流入采掘空间，形成矿井涌水或突水。根据本人2001年《山西省煤炭开采对水资源的破坏影响及评价》，山西自煤炭开采以来破坏煤系地层地下水静储量71388万m3，破坏煤系地层地下水动储量71370m3/h，按照2000年煤炭产量24611万吨计算，吨煤破坏水资源2.54m3。

煤炭开采产生的地表裂缝，导致浅层含水层水被疏干，原有的可供当地居民生活用水的小泉小水断流，不得不打深井开采奥陶系岩溶水，这样更加剧了岩溶泉水出流量的减少及断流。

例1、兴县马圐圙煤矿破坏地表水

河东煤田兴县马圐圙煤矿在开采厚度为13.94m 的13号煤层时，由于采煤产生的导水裂缝带发育到地表，2007年7月22日在暴雨的作用下，引起麻焉塔沟发生地面塌陷（见下图），导致几百余万m3洪水灌入井下，将地表水转换形成矿坑积水。

兴县马圐圙煤矿地面塌陷照片

例2、左权县城关第二煤矿破坏地表水

该矿在后峪沟挡水坝下开采4号煤层时，产生的导水裂缝带达到水体底部，2017年5月18日，井下发现出水 5-6m3/h，2017年5月19日涌水量增大到30m3/h，5月25日达到峰值271m3/h，地面调查发现后峪沟挡水坝内原有的2.8万m3水体干涸及后峪沟溪流断流。

例3、太原东山煤矿六斜坡底板突奥陶系岩溶水，

东山煤矿1982年10月19日在一采区六斜坡开采15号煤层探水时，遇F11断层使煤层与奥陶系灰岩对接，在奥灰水1.76MPa的水压作用下发生了突水，从19日16时到25日，不到六天时间，就淹没了整个一采区，水位从699m上升到760m，突水7万余m3。经测算，当初突水量达540m3/h，之后稳定在近500m3/h左右，后来由于枣沟水源地的建立及观孟前水源地的开采，使水量逐渐下降，自1995年至今，突水量基本稳定在250m3/h左右，在堵水无效的情况下，为了不浪费水资源，修建了坑口发电厂。

例4、介休一些煤矿底板突奥陶系岩溶水

介休鑫峪沟现状开采5#、9#煤层。矿井设计生产能力为90万t/a。井田岩溶地下水水位912m，9#煤层采煤工作面标高600m，为带压开采。2017年6月22日下午6时， 90101综采工作面在安装调试过程中，底板发生突水，突水量600m3/h。2017年9月矿方与冀中能源防治水中心、河北煤炭科学研究院签订了合同，自2017年10月至2018年4月，开始向奥陶系含水层注浆，欲将奥陶系含水层改造成隔水层，已达到封堵得目的，半年时间向奥陶系含水层内注粘土、煤粉灰、水泥、干料等107294m3。

2018年6月14日下午，水利厅调研组在排水现场实测，排水量达720m3/h。

由于突水点距洪山泉排泄点较近，对洪山泉影响较大。

2018、10、14日，介休左则沟煤矿突奥陶系岩溶水水，1000m3/h。

四、 煤炭开采对地下水的污染

煤中含有有机硫、无机硫及元素硫及为了防火安全，井下不容许使用可燃的木材，改用金属材料，顶板维护、运输、采掘均使用金属设备，及采矿用的各种金属设备，他们在遇到矿井水是，硫、铁会溶解于水中，使水中硫酸根、铁离子增加，在开采期间由于不断的排水，大量的硫、铁不会溶解于水中，水中含量不会太高，水质经处理后还可以回用，但矿井闭坑后，不再排水，水可以长时间对它们进行溶解，导致水中硫酸盐、铁含量大幅度增加，对地下水造成极大污染。

例5、阳泉山底河小流域被污染

山底河流域面积58km2，位于山西省阳泉市，在娘子关泉域内，流域内原有28座煤矿，2005年通过煤矿整合为目前7座煤矿，北部所有小煤矿关闭。到2009年，流域煤系地层地下水开始从山底村通过闭坑矿井和石炭系底部K1砂岩出流地表，并很快进入下游碳酸盐岩渗漏区。

经2014年7月21日自2015年2月25日取样分析，水中TDS=4974.54mg/l、最大8946 mg/l；平均SO42--=3570.29mg/l，最大6227 mg/l；HB=2590.13mg/l，最大3798 mg/l；pH值=3.56，最低2.67。其流量平均值为7842.79m3/d；最大量为119806.3m3/d，

阳泉山底河关闭矿井排水照片

山底河位于娘子关泉域，娘子关泉域是我国北方最大的岩溶泉域之一，泉域总面积7436 km2。上世纪80年代前娘子关泉水的多年平均流量为12.6m3/s，是山西省阳泉市最主要的供水水源，担负着全市约80万人口的供水任务。矿坑排水在下游流过奥陶系灰岩裸露区，必将对岩溶水造成污染。

例6、太原西山牛家口污染地表水

矿井关闭多年，老窑水从夏石村附近出流，2016年5月2日取样分析，TDS=4475mg/L,HB=1885mg/L,SO42-=3256mg/L，pH=4.522。该矿下游就是著名的晋祠名胜风景区，皆为奥陶系灰岩出露区。

太原西山牛家口附近关闭矿井排水照片

例7、太原西山胡家咀煤矿老空水水质

2017年10月26日，西曲矿在西1072运输大巷架空线475#处探放的原胡家咀4#煤小窑老空水，化验结果：PH=2.64；Fe3+=1258mg/l；Fe2+=1036mg/l；SO42-=10819.69mg/l；TDS=13886mg/l；HB=2056.53mg/l；；HCO3-=0 mg/l;电导率8550µs/cm。

例8、山西柳林楼俊集团赵家庄煤矿老空水水质

赵家庄煤矿在2018年8月17日对1989-1997年期间形成的采空区积水委托山西省地质矿产研究院进行了分析，分析结果：PH=2.42

Fe3+=5778.5mg/l；SO42-=18029mg/l；AI3+=360mg/l；NH4+=400mg/l；TDS=22507mg/l；Mn=189.45mg/l；HCO3-=0 mg/l。对照（GB5749-2006）生活饮用水标准，铁超标19261倍，锰超标1893.5倍，硫酸根超标71倍，矿化度超标21.5倍，铝超标1799倍。

山西于2009年进行煤矿兼并重组，大量煤矿真正关闭也是在该时期，距今将近10年，在这期间，原有采空区空间小的矿井，积水已充满采掘空间，流出地面；采空区空间大的矿井，积水还未充满，随着时间的延续，关闭的矿井积水都将会充满地下采掘空间而流出地表。如果山西的煤炭资源被采空后，40%的国土面积上都流出这种高度污染的水，山西将会呈现一种什么样的局面。到那时，地表水干涸了，煤系砂岩水被变成了高度污染的矿坑水，流出的矿坑水又污染了岩溶地下水，山西人民在这片国土上将如何生存。

五、建议

1、规划好山西经济发展与煤炭开采的关系，对煤炭开采破坏水资源严重的区域严禁开采。

2、现开采条件下，加大对矿坑排水的处理及利用，严禁矿坑水不处理外排，而打深井开采岩溶地下水。

3、开采过程中使用的金属设施、设备，随着回采全部回收，不得遗留井下。

4、不得开采高硫煤。

5、煤矿闭坑后，一定要开采利用矿坑水，在地面向井下易积水的部位打开采井，不断的抽取积水，导致其循环加快，使水质不易变坏；抽出的水可以作为生产、灌溉、生态用水，缓解我省水资源紧缺的状况。

6、大力开展种树种草及水土保持工作及在灰岩地区打渗水井，提高入渗率及回灌水量，增加地下水储存量。

7、加强地下水净化技术的研究工作，提高矿坑水的处理率及降低处理成本。

作者简介：李振拴 山西静乐人 1956年生，教授级高工，山西省煤炭地质局原副总工程师，山西省委联系的高级专家。

参考文献:

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李振拴 山西省煤炭开采对上覆裂隙水破坏及其利用研究 中国煤炭地质 2007 第19卷 第五期 p35-37

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山西晋柳能源楼俊集团赵家庄煤矿9401工作面防治水工作汇报材料 2018

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梁永平 娘子关泉域和山底河流域概况 2018

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2018、6

15、西山煤电水化学实验室西曲矿水质检测分析报告2017、10、26

16、山西省地质矿产研究院 山西楼俊集团赵家庄水质检测报告

2018、8、17