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【摘要】太原市煤炭开采严重破坏了地下水资源的自然赋存条件，使本来就已紧张的水资源供需矛盾更加尖锐，本文通过分析煤炭开采对地下水环境的影响，提出太原市煤炭开采区地下水资源的保护措施。
【关键词】煤炭开采；地下水；影响；管理保护
1 引言
太原市地处山西省中部，煤炭资源丰富，但水资源严重短缺，根据太原市水资源调查评价，全市水资源总量为5.33亿m3，人均水资源占有量仅173m3。煤炭和水共存于地下岩层中，煤炭开采、加工不仅需要消耗大量的水，而且带来了诸如地面沉降与变形，水位下降，泉水干涸，污染加重等一系列的问题，严重影响着生态环境和经济社会的可持续发展。本文通过分析煤炭开采对地下水环境的影响，提出煤炭开采区水资源与水生态环境保护措施，实现煤炭开发与水资源保护的协调发展。
2煤炭资源及地下水资源开发利用现状
2.1煤炭资源开采现状
太原市地处山西省中部，跨宁武、西山、沁水三大煤田,含煤总面积为1598km2，已探明煤炭资源总量为186.3亿t。煤质优良，品种齐全，有肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤五个品种。2008年；市内实际开采矿井为16座，产量4148万t， 2010年原煤产量达到4500万t，洗精煤产量将达到2500万t。按照4500万t/a的生产能力和160亿t的保有储量计算，太原煤田的服务年限为266年左右。
2.2地下水资源开发利用现状及其存在问题
太原市地下水资源量多年平均（1956～2000年）为54362万m3。全市地下水多年平均可开采量为36752万m3，2009年全市地下水实际开采量为34637.22万m3，超采量为4130.02万m3。全市地下水严重超采。
太原市地下水资源面临问题：一、过度开发利用，使地下水严重超采；二、煤炭开采严重破坏了地下水资源的自然赋存条件；三、煤炭开采对水环境影响十分严重并逐步恶化。
3煤炭开采对地下水的影响
3.1对水资源量的影响
煤矿浅层干旱区长期大面积采煤，导致采空区面积不断扩大，采空区导水裂隙带和地面塌陷范围随之扩大，使地表水和地下水、矿坑水发生了直接联系，造成河川径流渗漏，径流量减少。
煤炭开采对不同类型的地下水产生不同影响。由于煤炭开采使地表水水量减少，必然导致第四系孔隙水补给减少，一部分第四系含水层底板被采煤裂隙波及，进而增加了含水层向下部基岩的垂直入渗，因此，采煤导致孔隙水水位下降、水量减少；裂隙水资源赋存于石炭、二叠系煤系地层中，由于矿坑排水打破了原有的平衡状态，形成了以矿井为中心的降落漏斗，使裂隙水向矿坑汇流，地下水流速加快，水位下降，贮存量减少，局部地区由承压水转为无压水，使裂隙水超采；煤系底部的岩溶水，是太原市工农业、城市生活的主要来源，是矿坑充水的间接水源。采煤改变了岩溶水的补、径、排关系，使岩溶水变成了矿坑水。这对煤矿附近的供水水源造成了极大威胁，特别是煤矿开采层位于岩溶水水位以下，发生断裂导水时，可能造成恶性突水。
3.2对地下水含水系统的破坏
煤炭开采使上部含水层发生应力形变，产生塌陷、裂缝加剧了上、下岩层间的水力联系，改变了降水与地下水的转化关系和地下水径流特征。天然状态下煤、水共存于一个地质体中，各自有其赋存条件及变化规律。但在地质勘探布设的纵横交错的勘探孔，施工的竖井、斜井、巷道，不同的采掘面、采掘深度及采空区，使得煤系地层裂隙岩溶水、上覆松散岩类孔隙水和下伏碳酸盐岩岩溶水相互贯通，改变了原有的地下水补、径、排条件。煤炭开采后，采空区又发生地面塌陷、裂缝，破坏了浅部地下水隔水层和储水构造，造成水源枯竭、泉水断流、土壤沙化，加速了区域地下水水位下降，减少了地下水储水空间。
3.3对地下水水质的影响
根据分析太原西山矿区采集的岩溶水、裂隙水及孔隙地下水水质和矿坑水水质，超标项目均为总硬度、SO42-、挥发酚和矿化度，表明矿坑水是地下水污染的污染源之一。
采煤对地下水水质的影响主要是：一、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、矿坑水排出地表后，使地表水污染，继而在流经碳酸盐岩渗漏段时，或随河沟流动入渗地下污染地下水；三、矿山尾矿、矸石堆在降水淋滲作用下，淋滤水入渗地下污染地下水。
4煤炭开采区地下水资源保护与管理
4.1实行煤炭开采分区保护管理
根据煤炭开采对水资源的影响与破坏程度，将煤田分为禁采区、限采区和一般控制区。
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、河源保护区、自然保护区、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。在禁采区内禁止采煤、开矿、开山采石；禁止新建、改扩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、污水等。
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。
一般控制区，按照相关法律规定进行煤炭开采。
4.2矿坑水综合利用
矿坑水利用应当统一遵循规划，集中处理，综合利用的原则。一、井下分层开采，分区集中，清污分流，按质利用，努力提高复用率。二、提前开发利用煤系水。结合水文和煤田地质条件，在采区开发前，提前开发煤系水，进行优化配置。三、保护优先，排供结合。煤炭开采前应进行矿井水文地质勘察，认真研究，统一规划，提出综合治理措施。
为了减少煤炭开采对水资源和水环境产生的不利影响，必须采取有力的保护措施。一、依法办事，有章可循，有法可依。坚决贯彻《矿产资源法》、《水法》、《环境保护法》等法规。二、全面开展煤炭建设项目水资源论证和水环境影响评价工作。为了煤炭工业的可持续发展，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。三、科学规划，合理整合。制定太原市煤炭行业发展规划，加大煤矿的关停、整合力度。
4.3建立煤炭开采对水资源影响的补偿机制
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，应对煤炭开采以及加工企业加征煤炭生产水资源补偿（基金）费。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。征收后，应与其它水资源费一并上缴财政。该项资金应专款专用，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。
4.4煤矿开采对水资源影响的监测
对重点煤矿排水量、水质和煤炭开采对水资源影响进行监测，通过监测资料分析矿坑排水量与煤炭开采量、开采深度、开采层位等关系；分析煤炭开采对水环境的影响及危害；分析煤矿排水量水质及主要污染物；分析煤矿排水量的处理回用状况及存在问题，预测煤炭开采对水资源影响的趋势，提出煤炭开采对水资源影响的防治对策与措施。
参考文献：1、《山西省煤矿开采对水资源的影响研究》山西煤田水文地质二二九队2003.12。
2、《山西省煤炭开采对水资源的影响评价及其补偿机制与监控规划》山西省水资源管理委员会办公室2005.8。
3、《山西省煤炭开采环境可持续发展生态补偿研究》山西省环境科学研究院2006.7。
4、《太原市水资源评价及水资源综合规划》太原市水务局2005.5。
【关键词】煤炭开采；地下水；影响；管理保护
1 引言
太原市地处山西省中部，煤炭资源丰富，但水资源严重短缺，根据太原市水资源调查评价，全市水资源总量为5.33亿m3，人均水资源占有量仅173m3。煤炭和水共存于地下岩层中，煤炭开采、加工不仅需要消耗大量的水，而且带来了诸如地面沉降与变形，水位下降，泉水干涸，污染加重等一系列的问题，严重影响着生态环境和经济社会的可持续发展。本文通过分析煤炭开采对地下水环境的影响，提出煤炭开采区水资源与水生态环境保护措施，实现煤炭开发与水资源保护的协调发展。
2煤炭资源及地下水资源开发利用现状
2.1煤炭资源开采现状
太原市地处山西省中部，跨宁武、西山、沁水三大煤田,含煤总面积为1598km2，已探明煤炭资源总量为186.3亿t。煤质优良，品种齐全，有肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤五个品种。2008年；市内实际开采矿井为16座，产量4148万t， 2010年原煤产量达到4500万t，洗精煤产量将达到2500万t。按照4500万t/a的生产能力和160亿t的保有储量计算，太原煤田的服务年限为266年左右。
2.2地下水资源开发利用现状及其存在问题
太原市地下水资源量多年平均（1956～2000年）为54362万m3。全市地下水多年平均可开采量为36752万m3，2009年全市地下水实际开采量为34637.22万m3，超采量为4130.02万m3。全市地下水严重超采。
太原市地下水资源面临问题：一、过度开发利用，使地下水严重超采；二、煤炭开采严重破坏了地下水资源的自然赋存条件；三、煤炭开采对水环境影响十分严重并逐步恶化。
3煤炭开采对地下水的影响
3.1对水资源量的影响
煤矿浅层干旱区长期大面积采煤，导致采空区面积不断扩大，采空区导水裂隙带和地面塌陷范围随之扩大，使地表水和地下水、矿坑水发生了直接联系，造成河川径流渗漏，径流量减少。
煤炭开采对不同类型的地下水产生不同影响。由于煤炭开采使地表水水量减少，必然导致第四系孔隙水补给减少，一部分第四系含水层底板被采煤裂隙波及，进而增加了含水层向下部基岩的垂直入渗，因此，采煤导致孔隙水水位下降、水量减少；裂隙水资源赋存于石炭、二叠系煤系地层中，由于矿坑排水打破了原有的平衡状态，形成了以矿井为中心的降落漏斗，使裂隙水向矿坑汇流，地下水流速加快，水位下降，贮存量减少，局部地区由承压水转为无压水，使裂隙水超采；煤系底部的岩溶水，是太原市工农业、城市生活的主要来源，是矿坑充水的间接水源。采煤改变了岩溶水的补、径、排关系，使岩溶水变成了矿坑水。这对煤矿附近的供水水源造成了极大威胁，特别是煤矿开采层位于岩溶水水位以下，发生断裂导水时，可能造成恶性突水。
3.2对地下水含水系统的破坏
煤炭开采使上部含水层发生应力形变，产生塌陷、裂缝加剧了上、下岩层间的水力联系，改变了降水与地下水的转化关系和地下水径流特征。天然状态下煤、水共存于一个地质体中，各自有其赋存条件及变化规律。但在地质勘探布设的纵横交错的勘探孔，施工的竖井、斜井、巷道，不同的采掘面、采掘深度及采空区，使得煤系地层裂隙岩溶水、上覆松散岩类孔隙水和下伏碳酸盐岩岩溶水相互贯通，改变了原有的地下水补、径、排条件。煤炭开采后，采空区又发生地面塌陷、裂缝，破坏了浅部地下水隔水层和储水构造，造成水源枯竭、泉水断流、土壤沙化，加速了区域地下水水位下降，减少了地下水储水空间。
3.3对地下水水质的影响
根据分析太原西山矿区采集的岩溶水、裂隙水及孔隙地下水水质和矿坑水水质，超标项目均为总硬度、SO42-、挥发酚和矿化度，表明矿坑水是地下水污染的污染源之一。
采煤对地下水水质的影响主要是：一、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、矿坑水排出地表后，使地表水污染，继而在流经碳酸盐岩渗漏段时，或随河沟流动入渗地下污染地下水；三、矿山尾矿、矸石堆在降水淋滲作用下，淋滤水入渗地下污染地下水。
4煤炭开采区地下水资源保护与管理
4.1实行煤炭开采分区保护管理
根据煤炭开采对水资源的影响与破坏程度，将煤田分为禁采区、限采区和一般控制区。
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、河源保护区、自然保护区、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。在禁采区内禁止采煤、开矿、开山采石；禁止新建、改扩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、污水等。
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。
一般控制区，按照相关法律规定进行煤炭开采。
4.2矿坑水综合利用
矿坑水利用应当统一遵循规划，集中处理，综合利用的原则。一、井下分层开采，分区集中，清污分流，按质利用，努力提高复用率。二、提前开发利用煤系水。结合水文和煤田地质条件，在采区开发前，提前开发煤系水，进行优化配置。三、保护优先，排供结合。煤炭开采前应进行矿井水文地质勘察，认真研究，统一规划，提出综合治理措施。
为了减少煤炭开采对水资源和水环境产生的不利影响，必须采取有力的保护措施。一、依法办事，有章可循，有法可依。坚决贯彻《矿产资源法》、《水法》、《环境保护法》等法规。二、全面开展煤炭建设项目水资源论证和水环境影响评价工作。为了煤炭工业的可持续发展，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。三、科学规划，合理整合。制定太原市煤炭行业发展规划，加大煤矿的关停、整合力度。
4.3建立煤炭开采对水资源影响的补偿机制
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，应对煤炭开采以及加工企业加征煤炭生产水资源补偿（基金）费。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。征收后，应与其它水资源费一并上缴财政。该项资金应专款专用，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。
4.4煤矿开采对水资源影响的监测
对重点煤矿排水量、水质和煤炭开采对水资源影响进行监测，通过监测资料分析矿坑排水量与煤炭开采量、开采深度、开采层位等关系；分析煤炭开采对水环境的影响及危害；分析煤矿排水量水质及主要污染物；分析煤矿排水量的处理回用状况及存在问题，预测煤炭开采对水资源影响的趋势，提出煤炭开采对水资源影响的防治对策与措施。
参考文献：1、《山西省煤矿开采对水资源的影响研究》山西煤田水文地质二二九队2003.12。
2、《山西省煤炭开采对水资源的影响评价及其补偿机制与监控规划》山西省水资源管理委员会办公室2005.8。
3、《山西省煤炭开采环境可持续发展生态补偿研究》山西省环境科学研究院2006.7。
4、《太原市水资源评价及水资源综合规划》太原市水务局2005.5。