山西省煤炭开采区地下水资源管理保护对策研究

杨锁林

（山西省太原市水利科学研究所，030002，太原）

山西省煤炭分布面积约占全省面积39%，煤炭总储量达6 400亿t（2 000 m以浅）；全省煤炭年产量由1978年的9 825万t增加到2007年的6.3亿t，30年累计生产原煤85亿t，占全国同期煤炭总产量的31%；30年累计调出原煤53亿t，占全国同期省际贸易量的80%，供应华北、华东、中南地区26个省（自治区、直辖市）；晋煤在华北、华东地区的市场份额分别占到60%和30%；晋煤出口23个国家和地区，占全国煤炭出口总量的70%之多。2007年全省煤、电、焦化产业链的增加值占全部工业增加值的48%，占全省GDP的29%。可见，当前乃至今后很长一段时期，煤炭及其直接相关产业仍然是山西的支柱产业，仍将对全国经济社会发展起强有力的保障作用。

而山西省水资源严重短缺，水生态环境十分脆弱。全省人均水资源占有量仅364m3（按2007年人口计算），是全国人均占有量的1/6，远低于世界公认的人均1 000 m3的严重缺水界限。水资源条件先天不足，已成为山西省经济社会发展的重要制约因素。

由于山西省煤炭资源与地下水共存于地下岩层中，是一个先天共生的复合系统，一方面，煤炭开采、加工需要消耗大量的水；另一方面，煤炭开采本身对水资源造成了严重的影响和破坏。大规模的煤炭开采，带来了一系列的环境地质问题，如地面沉降与变形，地下水水位下降，泉水流量锐减甚至干涸，河水断流，水污染加重等，严重影响着生态环境建设和经济社会的可持续发展。煤炭资源的开采与矿区水资源的保护是一对突出的矛盾。因此，从太原西山煤田开采对区域水资源、水环境的影响研究着手，提出煤炭开采区水资源管理保护的一些对策措施。

一、太原西山煤田基本情况

1.煤炭资源

太原西山煤田含煤总面积1 598km2，目前已探明煤炭储量186.3亿t，保有储量160亿t，占山西省煤炭保有储量的6.4%。西山煤田品质优良，是我国最大的焦煤生产基地之一。

2.煤炭开采现状

2007年西山煤田有统配煤矿、地方国有煤矿及其他所有制煤矿275座，原煤产量4035万t，比1980年增加了两倍多，比1949年增加了106倍。井田面积总计788.19km2，设计原煤总产量4466万t/a，实际总产量4035万t/a，占全省原煤总产量的9.58%。2010年原煤产量将达到4 500万t。按照4 500万t/a的生产能力和160亿t的保有储量计算，整个西山煤田的服务年限约266年。

3.矿坑排水现状

经调查，2007年全省生产煤矿矿坑排水总量约2 775万m3，折算平均排水系数为0.7m3/t。

二、煤炭开采对地下水影响分析

1.对地表水的影响

西山煤田处于中低山丘陵地带，水系发育。20世纪六七十年代煤炭大规模开采前，沟中由于有裂隙渗泉，小溪长流，河清山绿。进入80年代之后随着煤炭的大量开采，采空区面积不断扩大，采空区导水裂隙带和地面沉陷范围也随之扩大，与地表水发生水力联系，地表水渗入地下或矿坑，导致流域内地表径流减少。

另一方面采空塌陷及新增地下贮水空间(采空区)使得地下水与地表水的补径排特征发生改变，天然基流减少转化为矿坑水，改变了地下水系统对径流的调蓄作用，流域内地面径流的动态规律不再只受大气降水和地下水调蓄作用控制，它还要受矿坑排水动态及疏干含水层静储量的影响。这也使得水资源的时空分布更加不均衡。

2.对孔隙水的影响

由于采煤导致地面裂缝，上覆现代河谷孔隙水含水层与下伏煤系地层之间无稳定连续的黏土隔水层，造成孔隙水的下漏。西山煤田分布有汾河及其20多条支流，在煤矿采空区的上游河谷地区，孔隙水基本全部漏失，部分地段如风峪沟周家庄村在地面就能听到孔隙水下漏进入矿井的流水声。另一种情况是煤矿主副井建在河谷地带，如古交地区的马兰矿、屯兰矿和镇城底矿，在建井时井筒本身就是一眼大水井，大量孔隙水进入井筒，导致孔隙水水位大范围下降，农业和农村的水井全部报废。

3.对裂隙水的影响

煤矿开采直接影响的地下水是煤系地层裂隙水。由于煤、水资源共存于一个地质体中，在天然条件下，各有自身的赋存条件及变化规律，由于矿坑排水打破了地下水原有的自然平衡，形成以矿井为中心的降落漏斗，地下水自然流场及补径排条件，使地下水向矿坑汇流，在其影响范围之内，地下水流加快，水位下降，贮存量减少，局部由承压转为无压，导致煤系地层以上裂隙水受到明显的破坏，使原有的含水层变为透水层，原有的水井干枯，小泉小水漏失。

山西省大部分农村饮水主要依靠煤系地层之上的二叠系裂隙水，而煤矿开采恰好破坏了该层段的含水层。据调查统计，由于矿坑排水引起矿区水位下降，导致泉水流量下降或断流，全省共影响井泉2 426个，水利工程433处，水库40座，输水管道793 890 m。由于井泉流量减少，水位下降，导致1 678个村庄812 715口人饮用水困难。

4.对岩溶水的影响

西山煤田全部位于晋祠泉域水资源保护区范围内。晋祠泉是山西省著名的岩溶大泉，多年平均天然流量分别为1.95 m3/s。20世纪80年代以来，晋祠泉域受降水减少、地表植被破坏、地下水大量开采、煤矿排水等多种因素影响，泉流量衰减严重，于1994年4月30完全断流。尽管泉流量衰减的原因很多，但泉域采煤排水无疑是导致泉水流量削减的主要因素之一。从煤矿排水量与晋祠泉流量对比图（见图1）可以看出，煤矿排水量与泉流量之间存在明显的反消长关系，随着煤矿排水量的增大，泉流量逐渐减少。

5.对地下水含水系统的破坏

煤矿开采使上部含水层发生应力形变，产生的塌陷、裂缝加强了上下岩层间的水力联系，改变了降水与地下水转化关系和地下水径流特征。天然状态下煤、水共存于一个地质体中，各自有其赋存条件及变化规律。但在矿山开发与地质勘探布设的纵横交错的勘探孔，施工的竖井、斜井、巷道，不同的采掘面、采掘深度以及采空区，使得矿区煤系地层裂隙水、上覆松散岩类孔隙水和下伏碳酸盐岩岩溶水相互贯通，改变了原有的地下水补、径、排条件。煤炭开采后，采空区又发生地面塌陷、裂缝，破坏了浅部地下水隔水层和储水构造，造成水源枯竭、泉水断流、土壤沙化灾害，加速了区域地下水水位下降，减少了地下水储水空间。根据李振拴研究成果，山西省煤矿每生产1 t原煤破坏的水资源量为2.54 m3（其中，采煤直接排水量为0.88 m3/t，另一部分是对水资源永久性的破坏，即难以恢复的水资源量的消耗包括含水层储存量的减少和补给量的减少等为1.66m3/t）。

6.对地下水水质的影响

通过太原西山矿区采集的岩溶水、裂隙水和孔隙地下水水质分析结果，按照《地下水环境质量》Ⅲ级标准进行评价，结果表明：岩溶水超标项目主要是总硬度和SO42-，裂隙水超标项目主要是总硬度和SO42-，孔隙水超标项目主要是总硬度和矿化度。西山矿区矿坑水主要是含酚、硫化物、悬浮物的酸性水，超标项目与地下水基本一致，表明在污染地表水的同时污染了地下水。

采煤对地下水水质的影响主要反映在三方面：一是采煤过程中，污染的矿坑水通过岩层裂隙直接下渗到下伏地层，使其中的地下水遭受污染；二是矿坑水排出地表后，首先使地表水污染，继而在流经碳酸盐岩渗漏段时，或随河沟流动时，入渗地下污染地下水；三是矿山尾矿、矸石在降水淋渗作用下，淋溶水渗入地下，使地下水遭受污染。

三、煤炭开采区水资源管理保护对策

山西省从1995年开始对煤炭采掘业征收水资源补偿费，同时开征了矿坑排水水资源费；2008年开始对煤炭采掘业不仅要开展水资源论证，同时还须进行水环境影响评价等；在保持煤炭生产发展的前提下，关停整合了7 000多座小煤矿，使煤炭开采对水资源的破坏状况得到了很大程度的遏制，也为进一步做好煤矿开采区水资源与水生态环境的保护管理工作奠定了良好的基础。

除此之外，结合自己多年从事水资源科研工作的实践，提出以下对策措施。

1.加强立法，依法管理

山西省在煤炭开采对水资源影响的管理方面有较好的法律基础，除水法、水污染防治法等有关水法规外，有全国第一部省级水资源管理条例《山西省水资源管理条例》，以及全国第一部岩溶泉域水资源管理条例《山西省泉域水资源管理条例》，有全国第一部地方性水法规《太原市水资源管理办法》，全国第一部岩溶泉域水资源保护地方性法规《太原市晋祠泉域水资源管理条例》和《太原市兰村泉域水资源管理条例》，煤矿开采对水资源的影响有明确具体的法律约束；水行政主管部门与煤矿生产和管理单位有20多年的协同管理机制，积累了丰富的经验。在我国北方煤矿开采区，具有很强的代表性。

同时也清楚地看到，各地区法律建设存在不平衡的问题，不同的部门法律尤其是地方性法律法规之间不同程度的存在不协调性，对水资源的科学管理、有效保护、厉行节约、高效利用以及矿区水生态环境的保护不利。应把执法的基准水平统一到《水法》和《山西省水资源管理条例》的基本要求上来，解决立法发展不平衡问题，消除法律覆盖盲区，消除政出多门的法律基础。进一步加大煤炭开采区法律法规和有关政策的贯彻执行力度，强化执法队伍建设，建立协同执法机制，提高执法水平，消除有法不依，执法不严，相关政策不落实、不到位和行政不作为的现象。

2.对煤炭开采实行分区管理

根据各大矿区水资源和煤炭资源的实际情况，设立禁采区、限采区和一般控制区。

禁采区是水资源保护的重点区域。主要是指泉域重点保护区、城市集中式饮用水水源地一级保护区、水功能区划的保护区和饮用水水源开发区、地下水涵养保护区、带压开采危险区等。在禁采区内禁止煤炭开采。

限采区是指水资源的次级保护区域。主要是指岩溶大泉非重点保护区、城市集中式饮用水水源地二级保护区、水功能区划工业用水开发区、带压开采相对危险区等。在限采区内要控制煤炭开采深度、开采层位和开采规模等。

一般控制区，依照相应有关政策和规章制度进行采煤活动。

3.加强煤炭开采区水资源保护制度建设

应当建立健全煤炭生产水资源准入制度、矿坑排水许可制度和煤矿开采对水资源的影响补偿制度。

通过对煤炭生产建设项目水资源论证和水资源影响评价，有下列情形之一的不得准入：①井田位于禁采区的，②预测的矿坑排水系数大于2 m3/t的，③正常地块突水系数大于0.15 MPa/m、非正常地块突水系数大于0.06MPa/m的，④有其他特殊要求的。

矿坑排水是一种特殊形式的地下水开采行为，因此，将矿坑排水纳入取水许可管理范畴进行管理，从申请、登记、受理审批、验收发证、计量收费，到监督管理等，按照取水许可程序予以管理。

实行煤矿开采对水资源影响的补偿制度。按照水资源论证、水环境影响评价、防洪安全影响评价和水土保持方案等评价结果，综合评价煤炭开采对水资源影响程度，以区域确定煤矿开采对水资源补偿费的标准额度，由省级政府批准执行，分步实施，逐步到位。水资源影响的补偿费可纳入生产成本，用于解决煤炭生产企业不能解决的新水源开发、水资源与水生态环境保护、水土流失治理、农村饮水等问题。

4.优化配置水资源，解决矿区缺水问题

目前山西省广大煤炭生产区仍面临缺水的困扰，应开展并做好矿区水资源保护与生态修复治理规划，加快新水源开发，大力促进矿坑排水的综合利用，合理配置水资源，以解决矿区生产发展、生态修复用水，着重解决矿区职工和采矿影响区居民生活用水困难问题和改善生活生产即生存条件问题，确保矿区居民喝上优质安全的饮用水，促进煤炭工业的良性发展和可持续发展。

[1]曹建峰.专门水文地质手册 [M].北京：中国科学技术出版社，2007.

[2]范堆相.山西省水资源评价 [M].北京：中国水利水电出版社，2005.

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[4]煤矿水的灾害防治与资源化[M].北京：煤炭工业出版社，2007.

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