煤矿开采对地下水资源影响及控制
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煤矿开采对地下水资源影响及控制
摘要:煤矿开采通常会对地下水环境产生重要影响,本文先对我国的煤矿情况进行了一个简单的概述,接下来从几个方面讲述了煤矿开采对地下水资源的影响及采煤流失地下水资源的主要因素,最后从几方面提出了保护矿区水资源的有效途径。
关键词:煤矿开采地下水环境影响因素 保护途径
一、概述
我国的煤炭资源非常丰富,因此煤炭在我国一次能源生产和消费结构中占有主体地位,在相当长的一段时间内,煤炭大量开采的趋势是很难发生根本性的转变的,而煤矿的开采势必会对自然生态状况产生极大的扰动,进而引发开采区地下水含水层的破坏,引发水的动态平衡和生态环境的破坏,最终导致水资源流失,对我国经济等造成不可估量的损失。目前我国水资源较为贫乏,人均水资源量仅为世界人均占有量的四分之一,且区域时空分布不均衡,所以针对煤矿开采对地下水资源的影响,一定要保护有限的地下水资源。
二、煤矿开采对地下水资源量的影响
在自然环境条件下,煤和水资源共存于一个地质体中,但各自的存在条件及变化规律却不相同。由于过度的开采煤矿,并进行相应的排水,从而导致地下水原有的自然平衡被打破,形成了一个降落漏斗,而这个漏斗是以以矿井为中心的,同时改变了补、径、排等的原有条件,使地下水向矿坑汇流,在其影响半径之内,会出现以下几种情况:地下水流加快,地下水水位下降,水的储存量严重减少,局部可能还会出现承压到无压的转换,严重破坏了煤系地层以上的裂隙水,原有的含水层也因受到这种原因影响而变为透水层。下面就分水层来说煤矿开采对地下水的影响。
1、对浅、中层地下水的影响
工业用水和生活用水的主要水源就是浅、中层地下水,由于煤矿开采的影响,煤系地层及其上覆着的松岩类上的裂缝会不断变大、变多,这样就会引起煤系地层中及松散岩类地层中的水均快速地向下渗透,浅、中层地下水就会慢慢流干,区域性地下水位降落漏斗就是这样形成的。在煤矿周围村庄的村民也存在吃水问题,由于煤矿开采导致水井无水,进而水井报废,不仅是对经济的损失,也是困扰村民的一大问题,所以在建矿的地方还要考虑好为周围村民寻找水源的问题。
2、对深层地下水的影响
在煤矿开采过程中,煤矿采煤工作面要进行横向和纵向双向的发展,这就要及时将工作面周围的水或潜在的水排出,以维持采矿的正常进行。煤矿开采的深度会随时间不断的加大,矿井排水量也会逐年增加,深层各含水层水会变为矿坑
水排出,导致深层地下水位逐年下降,有关地下水降落漏斗的范围和幅度也越来越大。深层地下水位一旦下降,在短时期内是很难恢复过来的。地下水的流失会导致泉水的补给减少,严重时也会出现泉水断流情况。目前,已无法在很多煤矿附近找到天然泉。一般山丘地带煤矿存在的较多,在采煤排水的时候,也因此出现了人为的排水带,山丘区地下水也被排水截取了,不能补给给河谷盆地,地下水的径流路线也同时改变了,由水平运动变为垂直运动,进而减少了平川地区的侧向补给量。
三、采煤流失地下水资源的主要因素
1、水文地质条件
水文地质条件一般有:含水层的厚度、水的含量、节理、裂缝间隙、岩溶发育程度和补给来源。 一是有厚度较大的含水层、发育的裂隙岩溶、水含量较丰富、丰富的补给来源,则矿坑排水量就大,反之则小;二是相应的地理环境及位置,包括有:煤矿平面位置一般离井、泉、河水比较近,且和水力关系密切,侧向补给来源大,则对应矿坑排水量就大,反之则小;三与其有直接的关系是当地降水量的大小、入渗系数的大小、煤层深浅的情况,一般是开采煤层越深,降水量大且可直接转化为矿坑水,入渗也比较多,煤层开采后地面会受到导水裂隙带的影响,此时矿井排水量就大,同时跟季节的关系也很大,即每年降水量大的7、8、9月,矿井排水也增加,反之则小。
2、地质构造特征
对地下水、地面水起着重要的控制与导水作用的就是地质构造,对地下、地面水局部也可以阻溢;构造复杂,断裂多的地质,离断层越近开采煤层,补给充分,排水量就会越大。反之构造简单,离断层越远开采煤层,补给来源少,排水量就越小。
3、煤矿开采阶段
在煤矿刚开始开采时,发现的含水层相对多,也大都处于自然饱和状态,含水性强,随着不断增大煤矿开采面积,会出现顶板冒落;导致地下水直接渗入矿坑。在矿井开采的中期阶段,由于使用的是原来的含水层,含水层水位随着开采时间的增长会不断的降低,而降落漏斗也会随之稳定,部分含水层由承压转为无压,矿井排水量靠入渗量补给,且补、径、排这三者处于平衡状态。在矿井开采的后期阶段,原有的含水层部分可能会被疏干,地表入渗补给量随着裂隙被充填而减少,则矿井排水量慢慢衰减。在矿井开采进入停采的阶段,矿坑排水在一定范围内变小或不排水。但因煤层存在隔水层,也会有一部分水被储存在地下。
四、保护矿区水资源的有效途径
地下水是人们常用的饮水水源,它具有稳定不易受污染的特性。但由于其流速缓慢,所在含水层对污染物质的净化作用小以及含水层对污染物质的吸附与解
析等作用,造成了地下水一旦受到污染就很难进行治理。因此一定要控制好地下水的污染,下面就从几个方面来说控制措施。
1、管理统一规划及推行水资源有偿使用
大量疏排矿坑地下水,使吨煤的生产成本提高,对煤炭生产企业造成负担,但也使得浪费了大量的地下水资源。因此政府部门要对矿区水资源如:地表水、地下水、矿坑排水纳入统一管理,实现资源的统一规划。同时为更好的控制矿井地下水的排放,推行限量排水及回灌地下水制度。实行分渠排放,分别利用,分类管理清水、污水。对于有些未受到污染和污染程度轻微的地下水,属于矿井超前疏排的,可以用作电厂冷却用水和一般工业用水。坑下的排水含量超标时,应立即净化处理,可建立污水处理厂,用于部分工业和农业灌溉用水。地下水是非常珍贵的一种资源,应合理应用。在市场经济大形势下,利用行政管理加经济手段,政府让煤矿采取地下水的有偿使用,做到合理使用煤矿区地下水资源,避免浪费水资源。
2、加强开采过程中保护矿区地下水资源的措施
煤矿在富含水层下开采时,留设的防水煤岩柱要足够且有效,井巷掘进工作必须超前钻孔探水,同时设置水闸门或闸墙在井下有突水危险的地区附近,在下述情况下,如掘进工作面、发生明显突水征兆、大量涌水的地方等应立即停止工作,采取一定的保护措施,确保不破坏含水层;为减轻对地下含水层的影响,可采用矸石或改变采矿工艺、降低导水裂隙带高度等方法;同时对矿区水文地质条件要进行深入研究,加强勘察矿区水文地质的工作。针对不同矿井边界的水文地质条件,采用地面防渗、帷慕注浆等方法,使矿井涌排水量减少,尽可能避免浪费水资源。
3、消除矸石山
最好的消除矸石山灾害的办法就是对其进行综合利用,使其变废为宝。煤矸石可分为下述三种用途,一是热能利用,对其进行回收利用,这是因为煤矸石中含有一定数量煤炭;二是建材利用,当前煤矸石综合利用的主要途径就是作为建筑材料使用;三是煤矸经劲风化后,可填充采空区,可改良土壤,减小地表沉陷,同时也可加工成吸附剂、分子筛等。
4、加大矿山废水污染控制
1)改革生产工艺,尽量减少废水排放量
一定的生产工艺过程,会产生相应的污染物的排放,因此杜绝或减少污染物的排放量最有效的办法就是改革工艺。
2)循环用水,一水多用
开展研究水采矿井煤泥水的处理技术,使可以全部厂内回收水采煤泥。一回收煤炭资源;二在不影响洗煤厂洗煤用水的同时,实现闭路循环洗水,可尽可能地节约水资源;三污水的外排要减少,保护环境的同时获得一定的的经济效益和社会效益。采用循环供水系统,在一定的生产过程中多次重复使用废水。既将废水的排放量减少、又将新水的补给减少,进而解决供水日益困难的问题。
结束语
本文通过对煤矿开采所带来的对地下水的影响及其控制措施的研究,对今后煤矿的发展提供了一定的发展方向,也使得我国煤矿在保护环境、尽可能保护地下水的情况下,更快更好地发展。
参考文献
1、连斌浅析煤矿开采引起的水环境问题
2、乔小娟,李国敏,周金龙采煤对地下水资源与环境的影响分析
3、张伟煤矿开采对地下水的影响及其脆弱性评价
4、吴玉生,赵亚平煤矿开采对地下水资源的影响