我国煤炭开采水资源保护利用技术研究进展

【摘  要】随着我国煤炭工业的突飞猛进，带来了一系列的水环境问题，如地面沉降与变形，地下水水位下降，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。我国西部是煤炭的主产区，但西部地區生态环境脆弱，水资源蒸发量大，煤炭资源与水资源的逆向分布使得我国煤炭开采水资源保护利用成为煤炭绿色开发的重大技术难题。本文主要分析了煤炭开采水资源保护利用技术。

【关键词】煤炭开采;水资源;影响;现状;对策

引言

随着我国国民经济快速增长，各行业对能源的需求量逐渐增加。煤炭是我国的主体能源，占我国一次能源生产和消费的70%百分之七十左右，且在未来相当长时期内，煤炭为主体能源的结构不会改变。我国煤炭资源得天独厚，但水资源严重短缺，尤其在我国煤炭主产区的西部矿区，由于特殊的地理气候条件，干旱少雨，水资源供需矛盾十分突出，严重制约该地区煤炭绿色开发。笔者从煤炭开采对地下水资源的影响分析入手，探讨了煤炭开采水资源保护和利用的技术，对煤炭开采区水地下水保护和生态环境保护提出了几点思考。有不对之处，请批评指正。

1煤炭开采对地下水资源的影响分析

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。

1.1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，在其影响范同之内，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。据相关数据表明，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，全省由于采煤排水弓l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32I8个，导致1678个村庄812715口人、108241头大牲畜饮水严重困难。

1.2采煤改变了“三水”转化关系

存天然状态下，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“带”连通，使得地表水被疏干，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。

1.3采煤对岩溶水资源的影响

我国部分地区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部分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。

1.4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，人渗地下污染地下水;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。

2煤炭开采区地下水保护现状

早在上世纪80年代中期，我国就对煤炭开采区地下水资源的保护予以高度重视。从l989年至2003年分别开展了三次全国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。

3煤炭开采水资源保护和利用技术

长期以来，针对煤炭开采对地下水的影响问题，国内外进行了大量的技术研究和工程实践。钱鸣高院士率先提出煤炭绿色开采理念和西部矿区保水开采技术研究的若干领域，指出必须研发适合于西部矿区的煤炭开采与水资源协调技术。据此不同机构和学者展开了大量的研究工作，包括煤炭开采“三带”和煤炭开采地下水运移规律等基础研究，形成了两类技术途径：一是以“堵截法”为特征的保水开采技术;二是以“疏导法”为特征的矿井水储存利用技术。

3.1“堵截法”为特征的保水开采技术

“堵截法”保水开采技术的核心是保护煤层上方隔水层完整性，避免形成导水裂隙，从而堵截地下水向下渗流，实现保护含水层地下水的目的。采用的主要技术手段包括充填开采、限高开采、房柱式开采、保水区域划分等。充填开采在我国东部和中部矿区，特别是“三下”采煤中得到较好的应用，但在我国西部煤炭主产区推广应用，必须解决提高充填效率和降低充填成本等难题。针对西部煤炭开采地下水保护，相关学者研发了基于生态水位保护的保水区域划分、房柱式开采和条带式开采等技术，但其推广应用尚需解决提高煤炭资源采出率等问题。

3.2“疏导法”为特征的矿井水井下储用技术

该技术是采用疏导手段，在掌握并利用煤炭开采地下水运移规律基础上，将矿井水转移至采空区进行储存，并建设相应的抽采利用工程，确保矿井水不外排地表，实现矿井水资源的保护利用。我国研发成功的煤矿地下水库技术，即利用煤炭开采形成的采空区岩体空隙，用人工坝体将不连续的安全煤柱连接形成水库坝体，形成相对封闭的储水空间，同时建设矿井水注入设施和取水设施，充分利用采空区岩体对矿井水的自然净化作用，实现矿井水井下储存与利用，该技术已成功在部分矿区全面实施。

3.3煤炭开采地下水资源保护利用的技术探索

针对西部矿区煤炭开采矿井水外排损失的问题，某集团联合中国矿业大学（北京）、中国矿业大学、清华大学和中国煤炭科工集团西安研究院等高校和科研机构，開展了《矿区水资源保护性开采与综合利用技术》《矿区水资源保护性采煤技术研究与应用》《矿区现代煤炭开采对地下水资源和生态影响规律研究》等多项科技创新项目和工程实践，掌握了矿区煤炭开采地下水的运移规律，开展了矿井水保护利用的技术探索：一是设法阻止矿井水的产生，主要采用限高和充填开采技术;二是在地面建设储水设施;三是探索在井下储用矿井水。

研究表明，部分矿区充填开采和限高开采虽然技术上可行，但大幅降低煤炭开采效率和煤炭资源采出率，难以大规模实施;在地面建设储水设施，面临征地困难、水资源蒸发浪费和水体污染严重等技术难题，也无法实施。据此，开展了矿井水储存于井下采空区的技术探索，经历了采空区储水设施、煤矿地下水库和煤矿分布式多层地下水库的技术发展历程，构建了较为完善的煤矿地下水库技术体系，包括水源预测、水库选址、库容设计、坝体构筑、安全监控和水质控制等6个方面。

4煤炭开采区水地下水保护对策

针对目前我国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。

4.1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、水功能区赳工业用水开发区、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。

4.2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。

4.3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。

4.4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。

4.5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。

4.6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。

5煤炭开采对煤矿区生态环境损害的防治对策

5.1法律法规方面

煤矿区生态环境损害的防治离不开法律法规，目前国家正在逐步完善《中华人民共和国煤炭法》《中华人民共和国水土保持法》等法律法规，煤炭开采企业应当在这些法律法规的引导下，树立保护生态环境的意识，规范开采，通过结合本地实际情况，包括开采特点与损害现状，建立健全企业内部的管理制度，明确具体的防治工作，以及部门工作内容与工作人员职责范围，将国家的政策落到实处，真正做到开采与保护并重，也即要国家倡导的：“既要金山银山，也要青山绿水”，实现人与自然两者的和谐共生、共存。

5.2管理监督方面

一方面，需要建立一种综合的执法队伍。以往煤炭区生态环境监管问题，多由各部门分别执法，出现了不少的分歧，也容易给煤炭开采企业留下“阳奉阴违”的漏洞，在今后的生态环境防治工作中，应尽力建立一支综合的执法队伍，加强土地管理部门与环保部门等部门间的联系，避免各部门在执法时发生“脱节”现象，影响防治工作的实效性;

另一方面，需要在统筹协调部门关系的基础上，完善相关的监督管理制度，明确各部门的权责，做到分工负责、齐抓共管;另外，在管理监督的时候，还需执法部门创新执法手段，通过应用新型检测设备以及将防治效果与企业利益相关联的方法，督促煤炭开采企业积极配合国家政策，在开采煤炭的过程中，一并做好生态环境防治工作，防止煤炭区生态污染加剧，增大防治难度，影响煤炭区周边的居民的正常生活;最后，生态环境的防治工作非一日能成之事，监管部门在加大执法监督力度的同时，还需常抓不放，彻底的消除防治人员的“投机取巧”心理，踏踏实实的改善煤炭区的生态环境，实现可持续发展。

5.3开采技术方面

生态防治工作应当伴随着开采工作的进行而进行，并非等到“尘埃落定”，污染已经产生危害才防治，所以，在煤炭开采中就应当注意生态保护问题，并采取有效的措施予以防治。对此，煤炭开采企业应当进一步落实清洁生产的发展战略要求，改进生产技术，在降低废气、废水排放的同时，尽可能的提升煤炭资源的利用水平，保护生态环境，如当前可供煤炭开采企业使用的有CCT技术，也即洁净煤技术，这种技术覆盖了煤炭开发利用的一系列环节，包括加工、转化与污染处理，能最大限度的提升煤炭资源的利用潜能，而减少污染物的排放。煤炭开采企业应当积极的应用此种技术，实现煤炭开采的全过程防治。

5.4后期恢复方面

对于已经发生的煤炭区生态环境污染，不能“放任不理”，也应当采取有效的措施，予以后期修复。但是修复的时候，一定要遵循因地制宜的原则，也即根据当地的污染情况，采取经济性、高效性的措施，进行科学整治。例如对于一些较浅的塌陷区，由于塌陷程度不重，就可以将该地区恢复为耕地;又例如对于有积水的地区，若是积水较浅，可以挖池筑堤建鱼塘，若是积水较深，则可以选择养水生植物或是水禽。总之，煤炭区的生态环境修复，必须要充分考虑当地的实际情况，只有以此为基础，才能让煤炭区的生态环境得到改善，逐步恢复正常。

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作者简介：

霍子阳（1986-），男，蒙族，内蒙古赤峰人，本科，工程师，队长。

（作者单位：国家能源集团神东煤炭公司寸草塔二矿）