山西省煤炭开采区地下水资源保护对策

潘桂花

(山西省水资源管理委员会办公室,山西 太原 030001)

0 概述

山西煤炭资源得天独厚,但水资源严重短缺,根据山西省第二次水资源调查评价成果,全省水资源总量为 123.8亿m3,人均水资源占有量不足 380 m3。水是国民经济的命脉,煤是工业的粮食,两者都是人类生存与发展的基本资源。随着山西煤炭工业的突飞猛进,带来了一系列的水环境问题,诸如地面沉降与变形,地下水水位下降,泉水流量锐减甚至干涸,河水断流,水污染加重等,严重影响着生态环境建设和经济社会的可持续发展。本文将通过煤炭开采对水资源的影响分析,提出煤炭开采区水资源保护对策,实现煤炭资源开发与水资源保护的协调发展。

1 水资源及其开发利用状况

山西水资源的主要补给来源为当地大气降水。根据山西省第二次水资源调查评价成果,全省多年平均(1956～2000年系列)(下同)降水量为 508.8 mm,多年平均水资源总量为 123.8亿 m3,其中,河川径流量为 86.77亿 m3,地下水天然资源量 84.04亿 m3,重复量计算量为 47.01亿 m3。

2007年全省国民经济各部门用水总量为 62.97亿 m3。其中工业用水量 16.44亿 m3,农业灌溉用水量 32.98亿 m3,城镇居民生活用水量 3.70亿 m3,城镇公共用水量 1.99亿m3,农村居民生活用水量 2.65亿 m3,林牧渔业用水量 2.53亿 m3,生态环境用水量 3.78亿 m3。在总用水量中,地下水为 36.23亿 m3,地表水为 22.51亿 m3,其它为 4.23亿 m3。

山西水资源特点:一是水资源总量不足,人均、亩均占有水资源量偏低,造成供需矛盾突出;二是水资源在时空和区域上分布严重不均,开发利用条件差;三是腹部盆地区地下水超采严重,环境地质问题进一步加剧;四是煤矿开采对水资源影响十分严重;五是水土流失严重,水库供水能力有衰减的趋势;六是河流水质污染严重,盆地平原地区生态环境恶化。

2 煤炭资源及其开采现状

2.1 煤炭资源及分布

山西煤炭资源丰富,含煤面积达 6.1 k m2,占全省总面积的 39%,已探明煤炭储量为 6 400亿 t。自北向南分布有大同、宁武、河东、西山、霍西及沁水六大煤田等煤产地。在全省 119个县级行政单位中,就有 94个县分布着煤炭资源,占80%,山西的煤主要形成在古生代的石炭纪,二叠纪和中生代的侏罗纪,以烟煤和无烟煤为主。

2.2 煤炭开采现状

上世纪 90年代以来,煤矿数量逐渐增多,煤炭产量亦迅猛增长,1991年总产量 2.9亿 t,到 1996年,矿井数量达到9 600多座,产量达到 3.49亿 t。之后,山西省实行了对煤矿行业的治理整顿,调产整合,开始时关闭整合 9万 t以下的矿井,后来关闭整合 30万 t以下的矿井,目前 90万 t以下的矿井不予审批,到 2007年煤矿总数减少到 2 840座,原煤总产量达到 6.3亿 t。

3 煤炭开采对地下水资源的影响

煤矿的大规模开采,造成大量的采空塌陷,地表开裂,煤系地层中含水、隔水系统被破坏,改变了天然地下水循环状态,导致裂隙水被疏干、泉水断流、河川径流严重衰减等一系列环境问题。

3.1 矿坑排水改变了地下水天然流场及补、迳、排条件

煤、水资源共存于一个地质体中,在天然条件下,各有自身的赋存条件及变化规律,由于煤矿开采排水改变了地下水原有的循环状态,形成以矿井为中心的地下水降落漏斗,改变了原有的补、迳、排条件,使地下水向矿坑汇流,在其影响范围之内,地下水流加快,贮存量减少,局部由承压转为无压,使原有的含水层变为透水层,导致煤系地层以上地下水被疏干。山西省大部分农村人畜吃水靠煤系裂隙水,而煤矿开采恰好破坏了该层段的含水层,据不完全统计,全省由于采煤排水引起矿区地下水位下降,导致泉水流量减小或断流,共影响井泉 3 218个,导致 1 678个村庄 812 715口人、108 241头大牲畜饮水严重困难。

3.2 采煤改变了“三水”转化关系

在天然状态下,降水、地表水与地下水存在一定的补排关系,由于采煤影响,导致“三带”连通,使得地下水被疏干,河水被漏失转化为矿坑水,改变原始状态下地下水与地表水的转化形式,使水资源不能充分利用,水质受到污染。

3.3 采煤对岩溶水资源的影响

山西特殊地质条件所决定,采煤地层与奥陶系石灰岩地层形成不整合接触,而碳酸盐岩岩溶水是山西城市生活及工农业生产的主要供水水源。在有断裂构造导水或底部隔水层厚度较薄地段,不能抵御水压或矿山压力对其的破坏时,无论煤层是否带压,都会对岩溶水造成破坏。如果煤层带压可造成煤矿突水,不仅威胁安全生产,且造成水资源破坏;如果不带压,煤系地层中由于开采所形成的污水渗入到灰岩中造成岩溶水质污染。

3.4 采煤排水对地下水质的影响

采煤对地下水水质的影响主要反映在三方面:一是采煤过程中,污染的矿坑水通过岩层裂隙直接下渗到下伏地层,使其中的地下水遭受污染;二是矿坑水排出地表后,首先使地表水污染,继而在流经碳酸盐岩渗漏段时,或随河沟流动时,入渗地下污染地下水;三是矿山尾矿、矸石堆在降水淋渗作用下,淋滤水入渗地下,使地下水受污染。

4 煤炭开采区地下水保护现状

早在上世纪 80年代中期,山西省就对煤炭开采区地下水资源的保护予以高度重视。从 1989年至 2003年分别开展了三次全省范围内的采煤对水资源影响调查评价工作,基本查清了煤炭开采对水资源影响的机理、影响破坏程度;采取经济手段,开征采矿排水水资源费;加强矿坑水的综合利用,积极鼓励煤矿和配套的洗煤厂自用外,向电厂配置矿坑水;出台相关政策,开展煤炭生产矿区的土地复垦工作;建立煤炭可持续发展基金,确保资源、环境的协调发展。这对煤炭开采区的地下水保护起到了积极的作用。

但现行对煤炭开采区地下水资源的保护方面法律法规及其政策,还不尽完善,煤炭开采与水资源保护成为一对不可调和的矛盾。矿坑排水处理利用率、矿坑排水征费率、矿坑排水登记核准率、矿坑排水处理设施建设率、矿坑排水装表计量管理率等一系列指标均较低;政府与管理部门重经济生产,轻水资源保护的观念依然存在,控制煤炭开采的手段及煤炭开采区水资源保护措施还不够完善。

5 煤炭开采区水地下水保护对策

针对目前山西煤炭开采区地下水资源保护现状及存在的问题,提出煤炭开采区地下水保护对策,主要包括设立水资源保护区、加强煤矿开采对水资源影响监测与监控、促进矿坑水综合利用、建立煤炭开采对于资源影响的补偿机制等内容。

5.1 设立水资源保护区

通过对煤炭开采区的全面调查,结合当地的水资源环境,根据不同水环境条件,采取相应的措施,将煤炭开采区区划分为禁采区、限采区和一般控制区。一级禁采区是水资源保护的重点保护区域,主要是指泉域重点保护区、城市集中式饮用水水源地、水功能区划的保护区和饮用水水源开发区、地下水涵养保护区、带压开采危险区等。在禁采区内禁止开展与水源保护无关的一切活动,包括采煤、开矿、开山采石等;禁止新建、扩建、改建与供水设施和保护水源无关的建设项目;禁止倾倒、排放工业废渣和城市生活垃圾、污水及其它废弃物。限采区是指水资源的次级保护区域,主要是指城市集中式饮用水水源地二级保护区、水功能区划工业用水开发区、带压开采相对危险区等。在限采区内要控制煤炭开采深度和煤炭开采规模等;严格控制兴建耗水量大或对水资源环境有污染的建设项目;不得利用渗坑、渗井、废弃矿井等排放工业废污水、城市生活污水;不得倾倒、排放工业废渣和城市生活垃圾、污水及其它废弃物;工业污水和城市生活污水排放必须达到水功能要求的污水排放标准。

5.2 提高矿坑水的综合利用率

矿坑水利用的方向应当统一规划,合理开发,综合利用,保护水源,做到煤水并重,一水多用。一是对矿井排水要分区集中,清污分流,按质利用,如井下生产用水、供洗煤厂用水、农业灌溉用水等。二是根据国家发改能源 864号文要求,建设坑口电站回用矿坑水。三是对矿坑水的排放,要按照国家环保规定要求,认真处理达到排放标准,保证环境不受污染。

5.3 保护优先,排供结合

由于煤层埋藏较深,位于奥灰水位以下和岩溶排泄区,岩溶水丰富,水压很高,对煤矿开采是一个威胁,对水资源也有严重影响,在开采前应当进行详细的矿井水文地质勘察,提出综合治理措施,具高突水风险的采区危险地段,在对重点岩溶大泉和岩溶水供水水源地产生重大影响的将严禁开采,其煤炭资源暂时予以封存;在对重点岩溶大泉和岩溶水供水水源地不产生较大影响的情况下,根据水文地质条件,提前打井降压排水,充分开发利用优质水源,解决当地生活生产用水问题,同时保证煤矿安全生产,防止突水事故发生。

5.4 加强煤矿生产水资源论证工作

煤和水共存于地下岩层中,一方面煤炭开采、加工需要用水,另一方面,煤炭开采对水资源的影响和破坏是非常严重的。为了煤炭工业的可持续发展,尽量降低煤炭开采对水资源的影响破坏程度,根据 2002年水利部、国家计委颁布实施的第 15号令《建设项目水资源论证管理办法》要求,必须对煤炭工业的建设项目进行严格的水资源论证,并办理取水许可等有关手续。

5.5 建立完善的水资源破坏补偿机制

由于煤炭开采对水资源的影响和破坏,应将煤炭行业作为一种特殊行业,应建立完善的煤炭开采对水资源破坏的补偿机制,包括对煤炭开采以及加工企业。煤炭开采水资源补偿(基金)费的征收,应由水行政主管部门负责征收,上缴财政。该资金应专款专用,主要用于大中型水源工程建设、水资源保护、生态环境修复及解决因煤炭开采对农村人畜饮水造成影响的农村人畜饮水解困工程。

5.6 开展煤矿开采对水资源影响的监测

开展重点煤矿排水量、水质监测及对水资源影响的监测工作,通过监测资料分析煤矿排水量与煤炭开采量、开采深度、开采层位的关系,分析煤矿开采对水环境的影响及造成的危害,分析煤矿排水量水质状况及其主要污染物,分析煤矿排水量的回用状况及存在问题,预测煤矿开采对水资源影响的趋势,针对不同的煤矿,及时提出煤矿开采对水资源影响的防治对策与措施。