山西省大同矿区水环境分析及水资源保护

张春燕

(山西省煤炭资源地质局)

大同矿区位于大同市西南部，大同市的大小煤矿均集中在这里，是主要煤炭工业区。随着煤炭资源的不断开发，其周围环境不同程度地受到了影响，尤其是对水环境的影响日渐严重。采煤使矿区地表水局部渗漏，地下水位下降，采区已有的水源工程设施受到破坏，矿坑排水对环境又造成了严重的破坏。因此，探讨煤炭开采所造成的水环境问题以及水资源的有效保护已成为一个迫切的研究课题。

1 矿区概况

大同矿区地处山西省北部—大同煤田内，东以口泉山脉与大同断陷盆地相隔，地貌上属低山丘陵区，地形起伏大，沟壑发育，地表有大面积的第三、四系松散沉积物覆盖。煤矿主要集中在口泉沟、云冈沟及其两侧。十里河、口泉沟为本区的主要水系，也是矿井排水、工业废水及生活污水的出口。

本区属于半干旱大陆性气候，昼夜温差大，降水量小，蒸发量大，属缺水地区。地层自下而上依次为太古界集宁群变质岩类、寒武-奥陶系海相碳酸盐岩类、石炭二叠系和侏罗系含煤地层、白垩系、第三系及第四系地层。整个区域呈一倍东走向的不对称复式向斜构造，东南翼陡窄，西南翼宽缓。区内除第四系冲积层和基岩风化壳含水量相对丰富外，其下伏中生界、古生界地层，岩石坚固结实，裂隙岩溶不发育，岩石一般含水微弱。

2 采煤对矿区水环境及水资源的影响

2.1 水量变化

煤矿开采排水，首先改变了采区范围地下水的补给、径流、排泄条件，使地下水的流场、流向发生变化，在“矿井三带”影响范围内，地下水可以直接流入矿井；其次，局部改变了自然条件下降水与地表水和地下水之间的转化关系，在采区范围内，“三水”均补给矿坑水；最后，受煤矿开采三带的影响，导致煤系各含水层发生了水力联系，引起含水层水位下降，水量发生变化。

从目前各煤矿水文地质条件及配水现状分析，采煤对水量影响主要表现在：

1) 煤矿长期排水，多数煤矿未加以综合利用，造成水资源浪费，使矿区地下水资源更趋紧张。

2) 煤矿开拓过程中，地下水穿透含煤地层向下部矿坑渗透，使上部含水层的水量减少，水位下降，进而造成了当地居民的用水困难。

3) 由于长期排水形成以矿坑为中心的降落漏斗，使采区地下水位下降，井泉水量减少，河流径流量减少或断流，进而影响河流下游的水量正常补给。

4) 煤矿停采后，地下采空区成为集水空间，形成采空区积水，同时各含水层的水位逐渐恢复。地下采空区储水量逐步增加，为今后的工农业生产发展提供了新的水源。

5) 矿坑排水除一部分转化为潜流和渗入地下含水层外，另一部分转化为地面水，使得有些原已干枯的河段又出现了水流，如口泉河靠矿坑水补给，当矿坑排水停止，河水随之枯竭。

2.2 水质污染

1) 污染来源。矿区开采煤炭对水体造成污染的来源有：矿坑排水、固体废渣、洗选煤废水以及生活污水。

a) 矿坑排水。煤矿开采时形成的矿坑水，是受到污染的地下水。煤层中含有P、Cl、As、B、Hg、Pb、Cd、C、Zn等元素，煤层一旦被揭露并和地下水相遇，将发生一系列的物理化学反应，如溶滤、离解、氧化等，使煤中一部分元素转移进入地下水体或者与地下水反应生成新的化合物。根据矿坑水水质抽样监测资料，矿坑水普遍硬度偏高，PH值偏酸性，部分煤矿矿坑水含有Hg、Cr、As、Co、Zn、Cu元素和氟化物。按照GB8978-88《污水综合排放标准》、GB3838-88《地面水环境质量标准》和GB5749-85《生活饮用水水质标准》，对矿坑排水水质综合分析评价结果：悬浮物、PH值、Hg、As、氟化物在部分矿井超过GB3838-88和GB5749-85标准要求，但矿坑排水水质符合GB8978-88最高允许排放浓度对水质的要求。

b) 固体废渣。煤炭开采过程中，同时还有大量的固体废弃物如煤矸石，在煤炭初选中被剔除掉，煤矸石大量堆积，形成黑灰色人工矸石山丘地貌，既破坏了周围景观的和谐，又争占了耕地，还引发了多种环境效应。煤矸石长期暴露在空气中，加快了风化进程，一方面，煤矸石所含有机质、黄铁矿等成分易氧化自燃，产生大量CO、NO、SO2、H2S，苯并芘等废气，对空气环境造成污染；另一方面，大量的有机质成分和可溶性硫化物、重金属盐类，甚至某些废石含有放射性元素等，通过风化、大气降雨淋滤，将进入地表水体，并进一步下渗到地下水体。

c) 洗选煤废水。洗选煤是一种对原煤进行洁净处理的工艺过程，以提高煤炭质量和利用效率，除掉部分无效燃烧物质和有害元素成分。在利用水进行洗滤过程中，可使原煤部分有机质或无机物含量减少，从而使洗选煤废水含有大量的悬浮物、重金属离子和各类浮选剂。

d) 生活污水。矿区居住人口密集，生活污水排放亦不能忽视。生活污水中一般含有悬浮物或溶解态的有机质(如纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质等)，还含有氮、硫、磷等无机盐类和各种微生物。

2) 地表水。十里河和口泉沟为区内的主要水体，而矿区内煤矿多沿河道两侧分布，因而矿区地表水的污染亦集中在这两条河道中。

十里河从西向东横贯矿区北部，途经东周窑、旧高山、燕子山、四台、云冈和晋华宫等矿，最后注入大同平原。沿途接受各大小煤矿矿坑水、洗选煤废水和生活污水的排入，直至在下游河段，河水水质恶化严重，已逐渐成为矿区内一条污河。

口泉沟发源于左云县南，贯穿矿区中北部，途径王村、挖金湾、雁崖、四老沟、白洞、同家梁和永定庄煤矿，最后流向东部平原。据资料记载，口泉沟曾常年流水，由于后来煤矿的大规模开采，河水沿途渗漏而转入地下，基本断流。目前，河水主要接受沿途各煤矿的矿坑水、洗选煤废水和生活污水，已属一条污水排放河道。

3) 地下水。

a) 浅层地下水。受矿井采动产生的三带影响，地表污染水体沿途向下渗和降雨淋滤固体废渣下渗的速度将加快，必然造成浅层地下水的串层污染，使地下水水质向差的方向发展。

b)深层地下水。由于煤炭的大量开采，煤矿井下水的大量外排，从而引起了地下水位的持续降低，在采区范围内，地下水将产生强烈的水文地球化学效应。

首先破坏了地下水的补排平衡，使水岩系统的物理-化学动力均衡产生变化，局部疏干带的产生扩大了固液相间的比例而使系统中相互作用效应加剧，特别是氧化作用加强，促使了Ca、Mg转入水中，造成地下水硬度、矿化度增高。其次，由于水位下降改变了地下水径流条件，使原先物理-化学环境中平衡的额定组分迁移规律发生变化，特别是具有可变化合价元素络合生成物(Fe、Mn等)在水中迁移活化起来，这些物质的氧化不断地消耗着地下水的氧化-还原电位，致使水中聚集和保持了无氧环境下运移的大量元素。

从矿坑水抽样化验资料分析表明，采区周围地下水硬度和矿化度均偏高，其水中所含元素成分增多。

3 矿区水环境变化带来的问题

3.1 供水紧张

基于矿区水环境现状，目前大同矿区的生活生产用水不得不利用区外供水。据大同煤矿集团公司2000年统计，全公司日供水总量达12.61万m3，其中自取水6.4万m3，外购水6.21万m3，外购水占供水总量近50%，而且首先满足生产用水，致使矿区居民生活用水非常紧张，使大量职工住宅楼水压不足，农村生活用水尚待解决，矿区供需水矛盾是一个迫切而艰巨的任务，必须尽快采取合理有效的措施。

3.2 农业生产受损

煤炭开采排水，造成地下水位下降，地面裂缝和塌陷等现象的发生，造成部分水源工程破坏，使矿区农业生产用水和农村人畜吃水困难。据不完全统计，矿区范围内因采煤而造成的水源工程报废有10多处，有200多个村庄缺水和近万亩水浇地灌溉水短缺。煤炭开采排水是主要原因之一。

3.3 生态环境退化

矿区为低山丘陵地貌，地表植被稀疏，属生态环境脆弱区。采煤不仅造成地表塌陷和地面沉降，而且使近地表潜水水位下降，泉水流量减少或断流，草木吸收水分不足，水土流失严重，从而加重了自然生态环境的退化。

4 水环境问题治理与水资源保护对策

随着大同矿区人口的急剧增长，煤炭工业的深化改革和企业规模的壮大，水资源短缺和水环境问题已成为一个越来越突出的矛盾，为了有效地保护水资源，改变矿区水环境现状，大同市政府及大同煤矿集团公司必须从可持续发展的新理念出发，做好水资源可持续开发利用的应变对策。既要有远期打算，又要有近期规划，还要做好现期布局的调整和转变。

4.1 引黄入晋工程

从大同矿区的水文地质条件分析，作为唯一地下取水目的含水层-第四系冲积层，不论在丘陵山区还是在大同盆地，已无更大的开发前景。大同矿区一直以平原区的两大水源地(时庄和下窝寨)供水，现有资料分析表明，大同平原区因地下水的超量开采，已形成了大小不一的地下水降落漏斗，其范围在不断扩大，水位在持续下降，同时由此而带来了诸多的环境问题，如地面沉陷、地表裂隙等。

引黄入晋工程的实施，可大大地缓解大同市的供水紧张局面，从而使大同矿区的供需水矛盾得以根本改变。该工程从长远观点出发，以期推进大同矿区乃至大同市工农业的可持续发展和城市化建设的布局。但该工程的实现还需要一定的时间，同时还要做好环境影响可行性评价和经济成本的合理化工作。

4.2 煤炭工业发展的整改

大同矿区要推进今后煤炭工业的有序发展，必须以可持续发展为战略指导方针，既要开发煤炭资源，又要注重保护环境，尤其是要深入开展水环境的优化治理和水资源的系统管理，如制定相应的水资源保护法规，采区适宜的水环境治理方法和改良措施。具体而言，如建立污水处理设施，对矿坑排水、洗选煤废水处理后排放；规划煤矸石固体废弃物堆放场地，采取相应的防渗措施，推进利用煤矸石发电和制作建材等。

4.3 开发新的取水水源

为了缓解大同矿区近期的供水紧张状况，大同矿区应探寻新的供水水源，开展相应的勘察和研究工作。

1) 口泉南岩溶水的开发。据以往勘探资料，口泉南部寒武-奥陶系灰岩岩溶发育，储存的岩溶水具有一定的开发价值。

2) 采空区积水的利用。大同矿区煤炭开采所形成的采空区遍布，部分采空区内积水面利于地下水的汇集而形成采空区积水。据不完全统计，矿区内采空区积水面积分布较广，积水量较大，并具一定的分布贮存特征，且采空区积水经适当的物理和化学方法处理后，可以满足工业用水或农业灌溉用水的标准。因此，大同矿区应深入开展采空区积水的探测和分析研究，进一步确定其分布范围和积水规模，并将地下采空区积水作为一个“地下水库”，纳入系统化的管理，一方面可以作为新的取水水源，另一方面可以为煤炭的进一步开采提供防治水害的可靠依据，避免突水事故的发生。

4.4 水资源保护的认识

从大同矿区水环境问题和水资源供求现状分析，要彻底改变现状，不仅是一个发展战略转变的问题，更重要的是一个思想观念转换的过程。

首先，当地政府领导要具有环保意识，要综观全局，着眼未来，在制定地方经济发展政策的同时，应充分考虑到水资源的保护和管理，并积极开展对地方经济发展和环境保护如何协调的大讨论。

其次，由当地政府牵头，在地方群众中大力加强保护环境和节约用水的宣传和教育，使每一个人都有紧迫感责任感，在思想意识上树立关爱生存环境，珍惜每一点水的新理念。

最后，充分发挥地方政府的监管职权，正确处理好地方经济持续发展与有效保护环境的关系，调整地方经济产业结构，加强环境防污治本的力度。

5 结束语

大同矿区煤炭的开发，在国家的能源建设中占举足轻重的地位，为国民经济的发展做出了巨大的贡献。但随着煤炭的逐年开采，却给矿区带来了水环境恶化、水资源匮乏等诸多问题。如何协调煤炭工业的长足有序发展和环境的有效保护，是大同矿区相关部门目前主要探讨的课题，尤其在水环境现状治理方面和水资源保护及开发利用方面，应相应制定优化对策和改良措施，这是缓解水资源供需矛盾，保持工农业正常生产和恢复生态环境的必然选择。

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