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專題專欄
煤炭大省,拿什么來拯救綠水青山
作者:李振栓 來源:山西省煤炭地質局 瀏覽次數:680次 更新時間:2019-07-02

       摘要:山西煤炭資源儲量大、分布廣、品種全、質量優,開采技術條件簡單,開采歷史悠久。但山西地處黃土高原,水資源貧乏,有“山西之長在于煤,山西之短在于水”的稱謂。采煤對地表及地下水的破壞不僅在數量上,更為嚴重的是對地下水的污染是永久的,無法治理及不可恢復的,需引起高度重視。

       一、山西煤炭資源分布及開采情況

       山西煤炭資源儲量大、分布廣,含煤面積6.2萬平方公里,占國土面積的40.4%;119個縣(市、區)中94個有煤炭資源。全省2000米以淺煤炭預測資源儲量6652億噸;探明保有資源儲量2674.3億噸,約占全國的1/4。煤種齊全,形成以大同、寧煤田為主的動力煤、河東、西山、霍西煤田為主的焦煤、沁水煤田為主的無煙煤三大基地。露天、井工開采方式均有。山西地處全國中部,交通便利,便于供往全國。

       山西煤炭開采歷史悠久,光緒33年,山西商辦全省保晉礦務局在太原創辦,專營煤炭;1913年成立平定建昌公司; 1915年晉煤參加巴拿馬國際博覽會,被稱為“煤中皇后”,譽滿全球。 1937年日本侵入山西,大量開采,煤礦431處,劫運山西煤炭2000多萬t;至1949年,據不完全統計,共開采1億t。到2017年底,全省共計開采原煤185億噸。

       1982年以前,僅有八大礦務局,44座煤礦。1982年“有水快流”以來,煤礦數量猛增,2000年關閉整頓小煤礦前全省有證煤礦9800多座,關閉整頓后6183座;2005年第一輪整合重組后,留有2598座;2009年第二輪整合重組后,截至2015年底,共有煤礦1078座,能力14.6億噸/年。兼并重組后的煤礦除少部分被利用外,其他煤礦關閉后不在排水,礦井涌水積存在井下,形成老空水。

       二、 山西水資源分布及特點

       山西是一個水資源非常緊缺的省份,

       第一次(1956—1979)水資源評價,全省水資源總量142億m3。人均(1980年人口2496.46萬)574m3。相當于世界的3.8%、亞洲的7.3%、全國的19%。

       第二次(1980—2000年)水資源評價,全省水資源總量109.3m3,比第一次少23%,人均(2000年人口3247.8萬)381m3,20年來,人均占有水量減少33.63%。

       山西地勢東、西、南三面低,地表、地下水出境流量大,1956—2000年入境水量僅1.08億m3,而出境水量73.92億m3;降水量483.2mm、降水集中于每年的7—9月、且分布不均綜合利用較難; 人均水資源量僅381m3 ,按照國際劃分標準,山西屬于極度缺水地區(小于500m3)。 

       山西裸露及隱伏巖溶面積11.3萬km2,占全省面積的75.2%,70年代全省大于0.01m3/s的泉共有256個,總流量118.33m3/s(37.31億m3/a);其中大于0.1m3/s的泉有86個,大于1m3/s的泉有24個。總流量為88.2~107.8m3/s。(27.8~34 億m3/a),占全省地表徑流總量 114 億m3的24.3~29.8%。

       由于大量開采,現在有多處斷流,如蘭村、晉祠、古堆、洪山等。巖溶水是山西生活、生產的主要供水水源。

       三、煤炭開采對地表及地下水資源的破壞

       由于含水層與煤層共生于同一地質體中及煤炭開采產生的上、下三帶作用,破壞了原始含水層的結構,導致含水層中的水在流動過程中遇到采掘破壞區不能連續流動,流入采掘空間,形成礦井涌水或突水。根據本人2001年《山西省煤炭開采對水資源的破壞影響及評價》,山西自煤炭開采以來破壞煤系地層地下水靜儲量71388萬m3,破壞煤系地層地下水動儲量71370m3/h,按照2000年煤炭產量24611萬噸計算,噸煤破壞水資源2.54m3。

       煤炭開采產生的地表裂縫,導致淺層含水層水被疏干,原有的可供當地居民生活用水的小泉小水斷流,不得不打深井開采奧陶系巖溶水,這樣更加劇了巖溶泉水出流量的減少及斷流。

       例1、興縣馬圐圙煤礦破壞地表水

       河東煤田興縣馬圐圙煤礦在開采厚度為13.94m 的13號煤層時,由于采煤產生的導水裂縫帶發育到地表,2007年7月22日在暴雨的作用下,引起麻焉塔溝發生地面塌陷(見下圖),導致幾百余萬m3洪水灌入井下,將地表水轉換形成礦坑積水。

       例2、左權縣城關第二煤礦破壞地表水

       該礦在后峪溝擋水壩下開采4號煤層時,產生的導水裂縫帶達到水體底部,2017年5月18日,井下發現出水 5-6m3/h,2017年5月19日涌水量增大到30m3/h,5月25日達到峰值271m3/h,地面調查發現后峪溝擋水壩內原有的2.8萬m3水體干涸及后峪溝溪流斷流。

       例3、太原東山煤礦六斜坡底板突奧陶系巖溶水,

       東山煤礦1982年10月19日在一采區六斜坡開采15號煤層探水時,遇F11斷層使煤層與奧陶系灰巖對接,在奧灰水1.76MPa的水壓作用下發生了突水,從19日16時到25日,不到六天時間,就淹沒了整個一采區,水位從699m上升到760m,突水7萬余m3。經測算,當初突水量達540m3/h,之后穩定在近500m3/h左右,后來由于棗溝水源地的建立及觀孟前水源地的開采,使水量逐漸下降,自1995年至今,突水量基本穩定在250m3/h左右,在堵水無效的情況下,為了不浪費水資源,修建了坑口發電廠。

       例4、介休一些煤礦底板突奧陶系巖溶水

       介休鑫峪溝現狀開采5#、9#煤層。礦井設計生產能力為90萬t/a。井田巖溶地下水水位912m,9#煤層采煤工作面標高600m,為帶壓開采。2017年6月22日下午6時, 90101綜采工作面在安裝調試過程中,底板發生突水,突水量600m3/h。2017年9月礦方與冀中能源防治水中心、河北煤炭科學研究院簽訂了合同,自2017年10月至2018年4月,開始向奧陶系含水層注漿,欲將奧陶系含水層改造成隔水層,已達到封堵得目的,半年時間向奧陶系含水層內注粘土、煤粉灰、水泥、干料等107294m3。

       2018年6月14日下午,水利廳調研組在排水現場實測,排水量達 720m3/h。

       由于突水點距洪山泉排泄點較近,對洪山泉影響較大。

       2018、10、14日,介休左則溝煤礦突奧陶系巖溶水水,1000m3/h。 

       四、煤炭開采對地下水的污染

       煤中含有有機硫、無機硫及元素硫及為了防火安全,井下不容許使用可燃的木材,改用金屬材料,頂板維護、運輸、采掘均使用金屬設備,及采礦用的各種金屬設備,他們在遇到礦井水是,硫、鐵會溶解于水中,使水中硫酸根、鐵離子增加,在開采期間由于不斷的排水,大量的硫、鐵不會溶解于水中,水中含量不會太高,水質經處理后還可以回用,但礦井閉坑后,不再排水,水可以長時間對它們進行溶解,導致水中硫酸鹽、鐵含量大幅度增加,對地下水造成極大污染。

       例5、陽泉山底河小流域被污染

       山底河流域面積58km2,位于山西省陽泉市,在娘子關泉域內,流域內原有28座煤礦,2005年通過煤礦整合為目前7座煤礦,北部所有小煤礦關閉。到2009年,流域煤系地層地下水開始從山底村通過閉坑礦井和石炭系底部K1砂巖出流地表,并很快進入下游碳酸鹽巖滲漏區。

經2014年7月21日自2015年2月25日取樣分析,水中TDS=4974.54mg/l、最大8946 mg/l;平均SO42--=3570.29mg/l,最大6227 mg/l;HB=2590.13mg/l,最大3798 mg/l;pH值=3.56,最低2.67。其流量平均值為7842.79m3/d;最大量為119806.3m3/d,

       山底河位于娘子關泉域,娘子關泉域是我國北方最大的巖溶泉域之一,泉域總面積7436 km2。上世紀80年代前娘子關泉水的多年平均流量為12.6m3/s,是山西省陽泉市最主要的供水水源,擔負著全市約80萬人口的供水任務。礦坑排水在下游流過奧陶系灰巖裸露區,必將對巖溶水造成污染。

       例6、太原西山牛家口污染地表水

       礦井關閉多年,老窯水從夏石村附近出流,2016年5月2日取樣分析,TDS=4475mg/L,HB= 1885mg/L, SO42-=3256 mg/L,pH= 4.522。該礦下游就是著名的晉祠名勝風景區,皆為奧陶系灰巖出露區。

       例7、太原西山胡家咀煤礦老空水水質

       2017年10月26日,西曲礦在西1072運輸大巷架空線475#處探放的原胡家咀4#煤小窯老空水,化驗結果:PH=2.64;Fe3+=1258mg/l;Fe2+=1036mg/l;SO42-=10819.69mg/l;TDS=13886mg/l;HB=2056.53mg/l;;HCO3- =0 mg/l;電導率8550μs/cm。

       例8、山西柳林樓俊集團趙家莊煤礦老空水水質

       趙家莊煤礦在2018年8月17日對1989-1997年期間形成的采空區積水委托山西省地質礦產研究院進行了分析,分析結果:PH=2.42 Fe3+=5778.5mg/l;SO42-=18029mg/l;AI3+=360mg/l;NH4+=400mg/l;TDS=22507mg/l;Mn=189.45mg/l;HCO3- =0 mg/l。對照(GB5749-2006)生活飲用水標準,鐵超標19261倍,錳超標1893.5倍,硫酸根超標71倍,礦化度超標21.5倍,鋁超標1799倍。

       山西于2009年進行煤礦兼并重組,大量煤礦真正關閉也是在該時期,距今將近10年,在這期間,原有采空區空間小的礦井,積水已充滿采掘空間,流出地面;采空區空間大的礦井,積水還未充滿,隨著時間的延續,關閉的礦井積水都將會充滿地下采掘空間而流出地表。如果山西的煤炭資源被采空后,40%的國土面積上都流出這種高度污染的水,山西將會呈現一種什么樣的局面。到那時,地表水干涸了,煤系砂巖水被變成了高度污染的礦坑水,流出的礦坑水又污染了巖溶地下水,山西人民在這片國土上將如何生存。

       五、建議

       1、規劃好山西經濟發展與煤炭開采的關系,對煤炭開采破壞水資源嚴重的區域嚴禁開采。

       2、現開采條件下,加大對礦坑排水的處理及利用,嚴禁礦坑水不處理外排,而打深井開采巖溶地下水。

       3、開采過程中使用的金屬設施、設備,隨著回采全部回收,不得遺留井下。

       4、不得開采高硫煤。

       5、煤礦閉坑后,一定要開采利用礦坑水,在地面向井下易積水的部位打開采井,不斷的抽取積水,導致其循環加快,使水質不易變壞;抽出的水可以作為生產、灌溉、生態用水,緩解我省水資源緊缺的狀況。

       6、大力開展種樹種草及水土保持工作及在灰巖地區打滲水井,提高入滲率及回灌水量,增加地下水儲存量。

       7、加強地下水凈化技術的研究工作,提高礦坑水的處理率及降低處理成本。


       本文作者李振拴  山西靜樂人  1956年生,教授級高工,山西省煤炭地質局原副總工程師,山西省委聯系的高級專家。

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