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摘要：山西省多年來煤炭開采帶來了巨大利潤的同時，造成了大量的環境地質問題，尤其是對水資源的破壞，嚴重影響到經濟可持續發展。面對山西省水資源短缺的現狀，從煤炭開采對地下水系統、地下水資源量、地表水污染、巖溶大泉污染四個方面進行分析，通過水樣采集、測試結果來說明山西省煤炭開采對水資源產生了巨大影響及破壞。

關鍵詞：地下水；煤炭開采；破壞水資源

根據山西省2014統計年鑒，截止到2010年山西的水資源總量占國家總量的0．50％，約為120億m3，地下水占90億m3，地表水占其中的70億m3，山西省人均占有水資源量為全國人均占有量的21％，根據國際制定的通用標準來判斷山西省的缺水程度，山西處于極度缺水的等級［1］。在此情形下，大規模的煤炭開發以極大的觸動力影響了水資源系統、水資源環境，尤其是對水文地質環境產生了極為明顯的不可逆作用，破壞了地下水資源的自然賦存條件，影響了礦區水資源的質量。

1煤炭開采對地下水系統的影響

煤炭開采對地下水系統的正常循環破壞嚴重。煤炭開采后形成了大面積的采空區，采空區上覆巖層的沉陷及裂縫破壞了地下水系統，造成地下水的滲漏和水位下降，而這種破壞所產生的影響更具有廣泛性和深遠性。

1．1地下水均衡遭破壞

煤炭資源和水資源原本處于平衡的生態系統中，在自然條件下各自有其固有的存在狀態和變化條件。煤礦開采打破了地下水本身的平衡狀態，使采空區上覆的巖層形成較為明顯的冒落帶、裂隙帶、整體移動帶，變了原有的補徑排條件，使地下水流加快，水位下降，貯存量減少，從而破壞了地下水均衡。

1．2改變降水、地表水及地下水的轉換關系

在天然條件下，地表水、地下水及降水（以下簡稱為“三水”）存在著穩定的補給關系。但是因為煤礦開采后礦井排水在較淺的地段，導致三種狀態的水相互連通，地表水滲入地下成為地下水，之后倒灌進礦坑再排出后變為地表水。這種相互轉化與相互補給的補排關系，改變了原有的“三水”轉化過程，使水資源得不到充分利用，同時造成大量水資源受到礦井污染。

1．3帶來嚴重的突水事故

全國目前至少14個省（區）出現過坑道（主要是煤礦）突水事故。山西省是坑道突水較為嚴重的省份，六大煤田有五個發生過突水事故。山西主要可采煤層是石炭系、二疊系及侏羅系煤層，采掘的煤層大多位于當地侵蝕基準面和奧陶系巖溶水位之上，采掘容易造成嚴重的突水事件，其水源主要是煤系地層本身的碎屑巖裂隙水、石炭系層間石灰巖巖溶水及上覆松散巖系的孔隙水，煤炭開采破壞了儲水構造，改變了地下水徑流路線，造成了嚴重的坑下突水。

2煤炭開采對地下水資源量的影響

根據山西的煤炭開采歷史，以及開采過程中影響排水量的因素和礦坑排水量的變化規律，參考煤層與含水層組合的特點，從地下水靜儲量與動儲量兩個角度進行分析。靜儲量是指本來賦存于含水層中的水，因為煤炭開采后的頂板垮塌導致采空區上部覆蓋的含水層被破壞，該含水層中的水因此被迅速排空。靜儲量是固定量，與該含水層本身結構有關，由煤層開采帶來的破壞結果具有一次性的特點［2］。山西省內的六大煤田除河東煤田以單斜構造產出外，其它五大煤田皆為向斜構造。山西組的砂巖含水層和太原組的砂巖、灰巖含水層與主要煤層間距都很小，目前一般礦井的開采深度都在300m以淺。據此，目前開采破壞靜儲量應是主采煤層埋藏在300m以內含水層中的水。根據含水層的厚度、分布面積、給水度及靜儲量計算公式，在主采煤層300m內，破壞地下水靜儲量為71388萬m3。需要特別指出的是：這種破壞對含水層的影響是永久性的、不可逆的。恰巧此層位又是山西省農村飲水的主要含水層，這種破壞帶來的水位下降，導致水井枯竭，樹木枯死，土地荒蕪。地下水動儲量是指采煤造成上覆含水層被破壞，短時間內礦井中涌水量突然增大，經過一段時間的排水，水量趨于相對穩定。這個相對穩定的量就是動儲量。動儲量受到煤層埋藏深度、開采方法、地質構造、降水量等因素的影響，對其破壞帶來的后果也是永久性不可逆的［3］。煤礦開采后的冒裂高度一般為150m，也就是說最上層的首層厚煤層采后破壞高度為150m，當埋藏深度小于150m，礦井排水量與降水及地表水體有關，當埋藏深度大于150m時，開采煤層僅破壞兩煤層間含水層內的靜儲量，而與地表水體及降水無影響。據此，按照統計的埋藏深度為150m以內的采空區面積及各煤田開采破壞的地下水模數，將計算的山西省各煤田破壞的動儲量如表2所示。從計算結果可以看出，煤炭開采對動儲量的破壞量為68370m3／h（7．8億m3／a）。

3煤炭開采對地表水的污染

煤炭開采不僅影響、破壞了水資源系統及水資源量，其礦坑排水更污染了礦區水資源質量。通過對煤礦地表水樣的采集、分析，檢測結果表明，山西省煤礦區地表水主要污染因子有Mn、NH4＋、Cl－、SO42－、NO2－、F－、酚、氰、P、Pb。按地面水環境質量標準Ⅴ類水進行評價：Mn超標率25％，NH4＋超標率為85．7％，Cl－超標率為19．1％，SO42－超標率為66．7％，NO2－超標率為25．0％，F－超標率為5．9％，酚超標率為21．4％，P超標率為80．0％，Pb超標率為30．0％。山西煤礦區地表水污染最為嚴重的是霍西礦區介休—靈石—霍州的汾河段，該段汾河Mn、NH4＋、Cl－、SO42－、F－、酚、氰、P、Pb等污染因子均超標，且最大超標倍數基本都出現在該段汾河，這與實地調查到的大量的礦山污水排入該段汾河的結果是一致的［4］。

4煤炭開采對巖溶大泉的污染

在全省巖溶大泉中，被檢測出的主要污染有鐵、硫酸鹽、礦化度、總硬度、有機物、蓄積性毒物及氰化物、氟污染。17個巖溶大泉的平均含鐵量除洪山、廣勝寺、下馬圈、古堆泉外，其余鐵含量超標率達14．3％～100％，超標倍數0．028倍～3．44倍；硫酸鹽超標的有古堆泉、龍子祠泉、郭莊泉、娘子關泉，超標率16．7％～100％；總硬度超標的有三姑泉、龍子祠泉、郭莊泉、娘子關泉、晉祠泉、洪山泉，超標率為9．09％～100％；礦化度超標的有柳林泉、晉祠泉。有機物僅有坪上泉、辛安泉COD超標，晉祠泉DO超標，娘子關泉NO3－超標；神頭泉NO2－超標。蓄積性毒物包括有Pb、Cd、Hg、As、Cr6＋等，在19個大泉中Pb超標的有晉祠泉、柳林泉、龍子祠泉和三姑泉，最大超標0．11倍～1．16倍，平均超標0．11倍～0．621倍，Hg含量大于0．2ug／L的有蘭村、晉祠、郭莊和辛安泉四個泉域。As、Cr6＋在各泉域的檢出含量中，絕大部分低于標準值的20％，檢出率也相當低；在天然條件下，巖溶水中不含氰化物，但17個大泉中檢出率為97．35％，檢出含量一般為0．002mg／L～0．01mg／L，大于0．01mg／L的有娘子關、下馬圈、神頭、紅石楞、坪上泉，但超標的只有娘子關泉，超標率33．3％，污染范圍50km2以上；在天然狀態下，氟含量也較低，一般在0．2mg／L～0．6mg／L之間，受污染最大泉的氟含量高達2．0mg／L，超標一倍。有超標污染的泉域為晉祠泉、古堆泉、郭莊泉、柳林泉，平均超標在1倍以內。

5結束語

山西省煤炭開采對水資源造成的危害具有不可逆性，對生態環境的影響具有代際延續性，其所造成的嚴重后果將在今后逐漸顯現出來，應當及時制定相應的防治體系，合理布局煤炭工業，促進煤炭工業健康可持續發展。

參考文獻：

［1］王芳．山西煤炭開采對水資源的影響研究［J］．河南水利與南水北調，2015（19）：50－51．

［2］曹金亮．山西省煤礦開采對水資源的影響分析［J］．華北國土資源，2008（4）：18－20．

［3］時紅，張永波．論煤炭開采對地下水資源量的破壞影響［J］．山西科技，2011，26（1）：36－37.

［4］山西省地質環境監測中心．山西省礦山地質環境調查與評估報告［R］．太原：山西省地質環境監測中心，2003．

作者：秦潤嬙1，2 單位：1．太原理工大學，2．山西地質博物館