探究煤矿矿坑排水对周边地下水水质的影响

石 伟

（山西地宝能源有限公司，山西 太原 030045）

0 引言

在煤矿矿井开采工作基本结束后，通常会在已开采区域遗留矿坑，这些矿坑内也通常含有大量的废水。为避免矿坑地质条件出现问题，矿坑排水作业不可或缺，但在矿坑排水作业的过程中，其极易对周边地下水环境造成严重污染[1-2]。针对这一问题，需要加强实践分析，在已有分析结果的基础上引入先进治理技术予以干预，确保将煤矿矿坑排水对周边地下水水质的负面影响降到最低。

1 项目概况

某大型煤矿矿区设计开采能力为300 万t/a，采用斜井开拓和长壁综采工艺进行采煤。近年来，为提高煤炭产量，该矿区所属企业积极采取措施提升产能，同时也产生了大量矿坑排水，平均排水量为19 400 m3/d。这些矿坑排水大部分未进行处理，而直接排放到矿区西侧的沙地之中，目前已经形成了具有连续水面的排水池，当前排水池面积约为9 802.7 m2。

根据现场勘查资料，该煤矿矿坑排水水质的主要指标见表1。

表1 该煤矿矿坑排水水质的主要指标参数

从表1 中的数据不难看出，该煤矿矿坑排水中，以上几项指标均存在不同程度的超标。同时，研究人员收集相关工程图纸后，得出当地的基本地质水文条件如图1 所示。

图1 目标区域潜水位等值线分布图

从图1 中可见，排水池所在区域地势明显偏高。同时结合地质资料勘查可知，该区域岩性主要为细砂，结构松散孔隙度大，且具有较优的地下水赋存条件，这些条件也导致矿坑排水存在向下渗透的趋势，对于地下水水质较为不利。因此，研究人员决定对该矿坑排水如何影响周边地下水水质的问题进行研究。

2 主要研究流程

2.1 数据采集和分析

在本次研究中，为探究较为准确的数据，研究人员以排水池为中心，在排水池周边区域，按照地下水流向和垂直地下水流向，共计布置2 条勘探线，在勘探线上随机布置若干个勘探点[3]，其中勘探点包括当地民用水井，应用野外竖管法对水样进行采集，其基本原理图如图2 所示。

图2 野外竖管法的原理示意图

在采集到数据后，将数据与以往资料中的本底值进行对比，从而判断污染情况。本次采集的典型数据与本底值的对比情况分析结果见表2。

表2 地下水水质对比分析结果 单位：mg/L

从表2 中的数据可知，同本底值相比，几个主要测试节点在多项指标上明显超出本底值，证明煤矿矿坑排水对周边地下水确实造成了污染，主要污染离子则为硫酸根离子、钠离子和钙离子。

2.2 污染物运移特征分析

根据已掌握的勘察资料来看，目标研究区域地下水径流流向整体为自西向东，且存在12‰左右的天然水力坡度，受此影响，矿坑排水中的污染物将存在明显的运移倾向，需要对其在空间上的污染特征做进一步分析。

为实现此环节的分析，研究人员在距排水池不同距离的节点进行采样，并对采样中的几种主要污染物的含量变化进行分析，分析结果见表3。

表3 不同距离下污染物含量变化情况

从表3 中的数据可见，随着距离的增大，几种主要污染物的含量随之降低，在距离达到800 m 时，几种主要污染物的含量均达到或基本接近当地地下水本底值，证明此距离基本为污染物运移的最大距离。经过进一步精准测算后得知，具体的距离值为803.76 m。

2.3 主要污染离子的运移特征分析

由于各种污染离子的理化性质存在一定差异，因此不同污染离子的运移距离也必然存在差异。与本底值相比，虽然上述几种主要污染离子在污染范围上高度一致，但其超标范围则各不相同[4]。在本环节的研究中，研究人员按照顺地下水流向上和垂直地下水流向上两个方向进行采样分析，并将离子含量超过本底值的情况定义为“超标”，由此判断几种离子的超标范围，具体数据见表4。

表4 不同方向上的污染物超标范围

从表4 中的数据可知，煤矿矿坑排水后，周边地下水受到矿坑排水入渗污染物中，以硫酸根离子、钠离子和钙离子最为明显，也是导致TDS 升高的重要原因，其运移扩散浓度大于本底值的范围即可视为周边地下水目前所受污染的范围[5]。另一方面，污染物顺地下水流向方向的污染范围相对更大，初步推断在这种情况下污染物微粒受到的合力作用更强，因而造成了更大的污染范围，针对这一问题，其关键则在于对此方向的污染进行抑制。

3 矿坑排水治理相关建议

从上文的分析结果可知，煤矿矿坑排水对于周边区域地下水水质会造成较为明显的污染，对此，应当采取以下几方面的措施予以防治：

1）对煤开采措施进行优化。掘进工作在接近含水层、导水断层时，必须超前钻孔探井下有突水危险的地区附近设置水闸门或闸墙，在掘进的其它地点发生明显突水征兆或大量涌水时，应立即停止采取相应的保护措施，确保含水层不受破坏。减轻对地下含水层的影响。

2）要加强矿区水文地质勘察工作，深入研究矿区水文地质条件，明确边界不同水文地质条件，分别利用地面防渗、帷幕注浆，截断进入井田的地下水通道，以减少矿井涌排水量和突水的机率，减少地下水污染途径。

3）要加强对地下含水层的保护。一方面，要做到循环用水，一水多用，建议开展水采矿井煤泥水处理技术的研究，使水采煤泥和洗煤厂洗煤煤泥经浮选后全部厂内回收；另一方面，应当推进污水井下处理技术的应用，如采用基于闭路循环设计的煤泥水处理系统，该系统在井下中央硐室采用斜管沉淀仓对采区分级脱水后的煤泥水进行净化处理，从以往的经验来看，其取得效果也较为显著，具有较高的应用可行性。

4 结语

整体来看，在当前煤炭资源的开采过程中，因矿坑排水造成地下水污染的问题仍然不容忽视。为最大程度上避免矿坑排水对周边地下水水质造成的不良影响，就需要对矿坑排水的具体影响加强监测和分析，明确污染物因素及其运移规律等内容。而后根据这些内容，采取相应的预防和治理措施，以期将地下水层受到的污染降至最低，进而推动煤炭开采工作的绿色环保目标的实现。