准格尔旗煤炭矿集区地下水水质分析及水污染治理措施研究

周业泽 秦越强 王江玉龙 高 森 许凯然 姜禹戈

（中国地质调查局廊坊自然资源综合调查中心）

地下水是我国最为重要的水资源之一，与日常生产生活息息相关。随着矿山开采深度不断增加，矿区地下水污染程度日益严重，因此，矿区地下水污染防护与整治措施显得尤为重要。准格尔旗煤炭矿集区的地下水是整个准格尔旗地下水的一部分，共同组合成为整个地下水循环系统。因此，做好准格尔旗煤炭矿集区地下水的治理工作，对于维护整个准格尔旗地区的地下水资源起到关键作用。

目前，地下水污染问题已逐渐被重视，国内外学者对地下水污染进行了深入研究，取得许多有益成果。但由于矿区施工环境及地质条件复杂，普通地下水污染处理措施模式化严重，可借鉴性较小［1］。因此，本研究通过对准格尔旗煤炭矿集区的地下水进行水质分析及研究，并提出针对性的地下水污染治理措施。

1 区域概况

准格尔旗位于内蒙古自治区鄂尔多斯市东部，毛乌素沙漠的东南端，蒙晋陕三省交界处。准格尔旗主要的沟川有塔哈拉川、饽牛川、纳林川、十里长川、孔兑沟、大沟、罐子沟、呼斯太河等，其中呼斯太河和大沟为非季节性河流，其不受季节变化影响，其余河流全部为季节性河流。全域内的水资源呈不均匀分布，由西北向东南递增，黄河为准格尔旗的主要水系，流经该旗北部、东部、东南边缘，全程为197 km，其中黄河流域内的水量较充沛。根据全国水资源评价成果显示，准格尔旗区域内地表水水量为3.22亿m3，地下水资源为1.04亿m3，总量仅占全国总量的15%，而人均水资源占有量仅为全国人均水资源占有量的59%，可判定该地区属于水资源稀缺地区。准格尔旗属于典型的大陆半干旱气候，冬季持续时间长且寒冷，春季气候干燥且多风，夏季持续时间短且炎热。地区全年平均气温为7.3℃，地区内降水分布较为集中且降水量较少，近年平均降水量仅为352 mm，降水多集中于6—9月，约占全年降水量的76%，年均蒸发量为1 992.5 mm，年均湿润度为0.3～0.34，年平均日照时数为2 900～3 100 h，年平均大风日数为10～30 d，最大风速为32 m/s［2］。

2 矿集区地下水水质分析

对准格尔旗重点煤炭集中区域的地下水采集13个水样进行水质分析，水样类型主要为矿区内井水，水质分析主要内容包括pH、总硬度、含量、F−含量、Cl−含量、菌落总数、重金属含量等。由于分析结果中重金属含量均为超标，所以不作分析，由表1可明显看出多数水样含量及总硬度明显超标。

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根据《地下水质量标准》（GB／T 14848—2017）［3］对13个样点的地下水进行水质分类，所得结果见表

注：本表仅显示对水质分类划分影响最大的因子，“—”表示不适用。

2，矿区地下水水质大多处于Ⅳ~Ⅴ类。

根据表1，准格尔旗重点煤炭集中区的13个地下水水样特征如下。

（1）pH为7.39~7.99，平均值为7.69，偏碱性，但未超过标准6.5~8.5。

（2）总 硬 度 为173.34~697.4 mg/L，平 均 值 为427.78 mg/L，总硬度值偏高，表明水样中Mg2+和Ca2+含量较高。

（4）F−、Cl−含量分别为0.4~5.1 mg/L和16.67~199.08 mg/L，平均值分别为0.9 mg/L和83.4 mg/L，除个别水样外，均未超过标准值。

（5）菌落总数为8~180 CFU/mL，平均值为62.88 CFU/mL，未超过标准值100 CFU/mL，但有个别水样数据超标，可能原因为矿区排出的大量生活废水，生活污水经化粪池处理后，由单独排污管道或阴沟槽直接排入地表水体中，渗透进入地下水中［5］，导致菌落总数增多。

综合以上数据结果，可知准格尔旗重点煤炭集中区域的地下水多数已受到污染，且污染情况严重，主要表现为含量、总硬度及菌落总数值偏大。

3 矿集区地下水污染因素分析

3.1 矿井水

在进行井下开采煤炭时，不可避免地需要排出大量的矿井水，黄泥灌浆水、井筒淋水、钻孔灰岩水、井下工作煤层涌水等循环用水都属于矿井水，矿井水一般都呈现高矿化度、含有大量悬浮物、含有毒有害元素等特征。在开采煤炭过程中，以下2种原因会对地下水造成严重的污染：①未对矿井水进行任何防污处理，直接排放进入地下水；②矿井水未经过适当的处理、过滤和净化，向地表进行渗流，对地表上的水体造成污染，当被污染的地表水再次流入地下，会使整个区域的地下水受到污染［6］。

3.2 煤矸石淋溶

煤炭开采过程中会产生大量的矿石堆、矸石堆，其中含有大量的S、C、Mg、Ca、Fe、Na等有害元素。当煤矸石堆放在地表时，由于其存储环境发生突变，当与空气、土壤、水接触时煤矸石会产生各种物理化学变化，产生各种有毒物质。有毒物质通过雨水的淋溶作用溶解于雨水中，之后再通过渗透汇入地下水中，污染大面积区域的地下水。

3.3 废弃矿井及采空区循环水污染

开采煤矿活动完成后，会残留大量废弃矿井及采空区，此时较高的地下水位层会向较低的废弃矿井及采空区补充地下水，在补充地下水过程中，废弃矿井及采空区中的有害物质会溶于地下水中，污染地下水。当废弃矿井中的地下水向更低层位的含水层进行流动补充时，会污染整个区域的地下水循环系统。

4 地下水污染防治措施

4.1 废水处理与地下水防污控制

针对资源开采过程中产生的水污染问题，首先要加强对矿区的水质检测与控制工作，同时要对正在生产的矿区进行实时监控，并及时对已经形成的水污染及破坏进行修复，将对水资源的影响程度降到最低。设置集水净水池，循环利用矿业用水，对于无法有效利用的废水，企业必须进行水污染处理，达到排放标准后才可排放［7］。

4.2 污染物合理放置

首先要设立矸石、生活垃圾、工业垃圾等污染物的处理点，在处理点有针对性地进行分类处理，注意做好污染物隔绝措施，避免污染物直接与雨水、地表水等水体产生接触，以防止二次污染。且要及时处理污染物，避免污染物堆放时间过长而产生有毒物质，使土壤与地下水受到污染。

4.3 废弃矿井及采空区污染处置

开采活动完成后，需要全面清理矿井及采空区内的各种污染物，针对不便于清理的污染物，要采取化学或生物手段进行集中处理，避免造成二次污染；也可利用闲置的石料、土料等作为填充材料，填充废弃的矿井及采空区，从源头避免地下水循环系统被污染。

5 结 论

（1）准格尔旗重点煤炭集中区域的地下水多数已受到污染，且污染情况严重，主要表现为含量、总硬度及菌落总数值偏大。

（2）通过对采矿排水情况、煤矸石淋溶作用、采空区对地下水的污染等问题进行探讨，有针对性地提出了关于废水处理与地下水防污控制、污染物合理放置、填充废弃矿井及采空区等地下水污染处理措施，为治理准格尔旗煤炭矿集区地下水污染、修复矿山生态环境提供有效建议。