山西省废弃矿山地下水污染影响与防治

原杰辉

（煤炭工业太原设计研究院， 山西 太原 030001）

山西省位于黄土高原东部晋陕大峡谷与太行山脉之间，自古就有“表里山河”的美誉，多山的自然环境孕育了丰富的矿产资源，也为资源型经济发展提供了基础条件。截至2015年底，山西省共发现118种矿产（亚种计），其中61种矿产已查明资源储量。共有1 453处矿产地已查明资源储量，包括558处大型、309处中型和615处小型矿产地，其中有818处矿产地已经得到不同程度的开发[1]。近几年来，由于资源枯竭、资源整合、淘汰落后产能以及矿山兼并重组、升级改造等因素，山西省内以煤矿为主的大量矿山已经关闭或者即将关闭，由矿山关闭后引发的水环境污染问题逐渐凸显。在当前日益严峻的生态环境保护形势下，针对山西省内废弃矿山特点开展地下水环境污染研究工作十分必要。

1 山西省废弃矿山基本情况分析

以煤矿为例，山西省作为重要的能源基地，煤炭开发历史由来已久，煤炭资源开发利用程度高，自改革开放以来煤矿企业发展迅猛，20世纪90年代后期煤矿数量最多时曾超过1万座，经过2005年煤炭资源整合后减少到4 278座（2005年底），经过2008年推动的煤矿企业兼并重组整合工作后到全省煤矿数量减为1 078座（2015年底），其中保留1 053座兼并重组煤矿，另有25座新核准的煤矿，2015年全省煤矿年生产能力14.6亿t，当年全省煤炭产量为9.75亿t[2]。2016至2017年间，山西省执行国家去产能政策，关闭煤矿52座、合计退出产能4 590万t，同时核减了925万t生产煤矿产能。截止2011年底，山西省年产30万t规模以下煤矿已全部关闭，目前提出煤矿规模控制目标是力争2020年底前年产60万t规模以下煤矿全部退出。

伴随着以煤炭为主的矿产资源整合和矿山兼并重组整合工作的推动，十几年间，山西省关停了大量小煤窑和小矿山，矿山生产基本上实现了“由乱入治”。可以预见的是，在未来一段时期内，随着矿山开发规模的加大和矿产资源的枯竭，山西省内以煤矿为代表的废弃矿山将逐渐增加，废弃矿山带来的地下水环境污染问题也将日益突出。

2 废弃矿山地下水环境污染机理

国内外资源型地区在大量矿山闭矿后，均不同程度的面临着伴随而来的矿区地下水污染和破坏问题，自意识到废弃矿山诱发各类环境水文地质问题会影响正常生产生活以来，针对废弃矿山的研究项目不断增多、研究方向不断增广、研究深度不断增深。国外对矿山闭矿后的地下水污染研究始于20世纪90年代，美国、英国、德国、俄罗斯等国对废弃矿山造成的地下水污染进行了大量监控、试验和治理研究，对废弃矿山的水质演变分析和治理研究较多，对废弃矿山继续利用和生态环境恢复也取得良好工作效果。近年来国内学者认识到了废弃矿山对环境尤其是对土壤和地下水的长期危害，并进行了部分研究。

总体上国内针对废弃矿山可能引发的环境污染问题及闭矿后采空区积水的应用研究尚处于起步阶段，并未足够重视闭矿后的地下水污染问题，尤其在废弃矿山地下污染影响方面的研究尚不深入。

2.1 废弃矿山地下水污染来源

现有研究成果一般认为，废弃矿山的地下水污染物总体上来源于地表和地下两个方面：

1）地表污染物来源主要为矿山废弃后遗留于地表的固体废弃物，按具体来源又可以将其分为矿山自源固体废物（矸石、外排土、废矿石等）和外源固体废物（废弃机械、废弃生产材料、建筑及生活垃圾等）。

2）地下污染物来源主要为矿山废弃后遗留于井下（巷道、工作面等）的外源性污染物来源（如人为排泄物、生产生活垃圾、废弃坑木及金属支架、废弃、生产残留油类等），以及人为开采结束后改变原生地质环境发生新的水-岩相互作用过程形成的新“矿坑水”。

2.2 废弃矿山地下水污染发生机理

废弃矿山地表污染发生途径目前已有大量专家学者进行了研究，其污染发生机理与垃圾填埋场、固废填埋场、尾矿库等基本类似，主要为大气降水冲刷、浸泡地表固体废弃物形成了淋溶水（液），参与地表产汇流过程造成地表水污染，下渗进入地下水含水层造成土壤、地下水污染。

废弃矿山地下污染发生机理大体上主要为：矿山闭矿后停止矿坑水疏排，采矿期间地下水降落漏斗内地下水位在停止抽水后不断恢复，废弃矿山内部巷道、工作面等直接充水、浸泡并发生新的水-岩作用过程形成受废弃矿山污染的地下水直接（间接）参与区域地下水循环造成污染影响。在此过程中不仅采矿活动遗留污染物进入地下水系统，矿井、采场、人为暴露的含煤地层（矿体围岩）内有害物质也将进入地下水系统。

一般而言，废弃矿山的地表污染和地下污染往往同时发生，部分废弃矿山的地下水位甚至可以恢复至地表固体废物堆场并形成地表长期浸泡与地表-地下联动污染影响。

2.3 废弃矿山地下水污染途径

山西省内废弃矿山地下水污染迁移途径及其污染机理总体上包括如下几个方面：

1）露天开采形成闭矿坑积水。露天开采末期至闭矿后会在终采区形成矿坑，在降水汇流及地下水位恢复共同作用下可能局部积水并对内排土场发生长期浸泡，造成底板及以上含水层污染影响。

2）地面沉陷与地表裂缝。沟通废弃矿山地表污染源和地下污染源，污染土壤及包气带岩土层，尤其在晋城、长治等地区部分矿山地下水位埋藏很浅，地表沉陷后会形成积水，在积水区周边造成浅部含水层污染影响。

3）地下采煤形成导水裂隙带。煤层开采后对顶板造成垮落并在上覆岩层内形成导水裂隙带，采煤期间导水裂隙带影响范围内含水层地下水下渗组成矿坑水，闭矿后停止矿坑水抽排，水位逐渐恢复并发生污染，造成上覆含水层串层污染，甚至有可能顶托污染到浅部第四系含水层及地表水体。

4）底板采动裂隙。采矿期间破坏底板（围岩）造成采动裂隙，在闭矿后废弃矿山巷道及工作面发生污染，可能沿底板裂隙下渗进入下伏含水层造成污染影响，尤其在煤层下伏本溪组隔水层天然发育厚度较小的地区，采煤破坏底板后可能造成下伏奥灰水的污染。

5）钻孔封闭不良。矿山勘探与生产过程中，需要施工大量钻孔，包括地质勘探孔、水文地质勘探孔、井下探放水孔、瓦斯抽放孔等，钻孔封闭不良会造成自上而下不同含水层间水力联系，废弃矿山发生污染后可能沿着这些钻孔进入原本影响不到的含水层造成污染影响。

6）导水地质构造。在矿山开发过程中，具有导水作用的断层、陷落柱等地质构造是沟通上覆及下伏含水层组成矿坑涌水的重要途径，在废弃矿山发生污染后矿坑水可能沿着导水构造反向污染充水含水层。

2.4 废弃矿山地下水污染特点

1）污染发生特点。相对地下污染而言，废弃矿山地表污染具有污染来源易于发现、污染程度容易监控、污染治理较易进行的特点，目前已有大量专家学者进行了研究并取得相当程度的进展。废弃矿山地下污染由于发生位置难以监控和观察，往往在发现污染影响的同时污染程度的污染范围已经较为广泛、污染治理难以进行。

2）污染物特征。山西省以煤矿为代表的矿坑水水质一般呈现如下特点：pH值呈现酸性，悬浮物含量高，硫酸盐、铁含量普遍较高；局部地区矿化度、氟化物、锰较高；有机污染物以石油类含量相对较高。

3 废弃矿山地下水环境污染防治措施

现有废弃矿山地下水环境污染防治措施研究一般将治理污染的方法分为两类，即主动预防和被动治理[3]。

1）主动预防措施。即在废弃矿山内地下水位上升造成污染影响前对对废弃矿山进行治理，需要在矿山闭矿阶段及之前开始采取措施，具体措施包括：对地表、地下巷道、工作面进行清理；对关键采空区进行充填；对未灌浆止水孔进行灌浆封堵，检查和封闭钻孔；填平贯通小巷和小井；构筑专门的排水管网以确保地下水位低于当地地面标高；建立地下水水文水质监测网；定期巡查维修地面固体废物堆场排水等。主动预防措施的优点为权责明确，可以在很大程度上避免废弃矿山地下水环境污染事件的发生，但整体投入较大，需要政策法规的支持以保证实施。

2）被动治理措施。即在废弃矿山闭矿后，针对发生的废弃矿山地下水环境污染事件进行地下水原位修复专项治理，往往在事件发生后已经造成了大范围的污染影响，地下水原位修复难度大且治理效果难以保证。

4 废弃矿山地下水环境污染防治管理建议

目前，国家及山西省已出台多项矿山闭矿政策和要求，基本可以确保下一阶段山西省内闭矿矿山能够采取较为完善的主动预防措施，但对历史遗留的废弃矿山尚未建立完善的地下水监测和污染事件预防措施，尚存较大的地下水环境风险[4]。本文就此提出如下技术管理建议：

1）制定矿区废弃矿山综合治理规划。以矿区内部主要集团公司为主导制定矿区废弃矿山综合治理规划，设置专门的环境污染防治机构，明确废弃矿山相关责任主体和责任人，建立覆盖全矿区开发全过程的地下水跟踪监测网络、监测计划和事故应急预案，做到立即发现和及时治理。

2）闭矿矿山制定符合环保要求的关闭计划并严格执行。矿山关闭后仍会对水文地质和水环境造成长期影响，因此闭矿矿山需要遵循国家和地方制定的闭矿政策，编制符合要求的矿山关闭计划并严格执行，该计划应将可能对地下水环境造成的污染影响及预防措施纳入其中。

3）加强矿山企业技术资料整理、归档和交接工作管理。企业应将矿山勘察、生产、闭矿等技术资料加以整理和归档，在闭矿后与相关责任单位做好交接。矿山生产企业技术资料是记录矿产资源条件、水文地质条件和矿山生产活动的重要资料，做好技术资料整理、归档与交接可以为矿山闭矿后环境保护提供重要技术支持和基本保证。

4）建立完善地下水跟踪监测计划。在矿山闭矿阶段建立完善的地下水跟踪监测计划，明确监测项目、监测点位、监测频次等，以便于关闭后及时掌握地下水环境动态信息。

5）制定闭矿风险应急响应机制。在矿山闭矿阶段应建立我完善闭矿风险应急响应机制，与地方政府的应急预案协同，对可能发生地下水污染影响风险进行应急响应，并提出完备的事件处理措施。

5 结语

立足于山西省废弃矿山可能造成的地下水污染影响，对省内矿山废弃情况进行了梳理，分析和描述了山西省废弃矿山地下水污染来源、污染发生机理、污染途径及污染特点等，提出废弃矿山地下水环境污染防治措施和管理建议，对山西省废弃矿山地下水环境污染防治工作具有一定参考作用。