石 偉
(山西地寶能源有限公司,山西 太原 030045)
在煤礦礦井開采工作基本結(jié)束后,通常會(huì)在已開采區(qū)域遺留礦坑,這些礦坑內(nèi)也通常含有大量的廢水。為避免礦坑地質(zhì)條件出現(xiàn)問題,礦坑排水作業(yè)不可或缺,但在礦坑排水作業(yè)的過程中,其極易對(duì)周邊地下水環(huán)境造成嚴(yán)重污染[1-2]。針對(duì)這一問題,需要加強(qiáng)實(shí)踐分析,在已有分析結(jié)果的基礎(chǔ)上引入先進(jìn)治理技術(shù)予以干預(yù),確保將煤礦礦坑排水對(duì)周邊地下水水質(zhì)的負(fù)面影響降到最低。
某大型煤礦礦區(qū)設(shè)計(jì)開采能力為300 萬t/a,采用斜井開拓和長(zhǎng)壁綜采工藝進(jìn)行采煤。近年來,為提高煤炭產(chǎn)量,該礦區(qū)所屬企業(yè)積極采取措施提升產(chǎn)能,同時(shí)也產(chǎn)生了大量礦坑排水,平均排水量為19 400 m3/d。這些礦坑排水大部分未進(jìn)行處理,而直接排放到礦區(qū)西側(cè)的沙地之中,目前已經(jīng)形成了具有連續(xù)水面的排水池,當(dāng)前排水池面積約為9 802.7 m2。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查資料,該煤礦礦坑排水水質(zhì)的主要指標(biāo)見表1。
表1 該煤礦礦坑排水水質(zhì)的主要指標(biāo)參數(shù)
從表1 中的數(shù)據(jù)不難看出,該煤礦礦坑排水中,以上幾項(xiàng)指標(biāo)均存在不同程度的超標(biāo)。同時(shí),研究人員收集相關(guān)工程圖紙后,得出當(dāng)?shù)氐幕镜刭|(zhì)水文條件如圖1 所示。
圖1 目標(biāo)區(qū)域潛水位等值線分布圖
從圖1 中可見,排水池所在區(qū)域地勢(shì)明顯偏高。同時(shí)結(jié)合地質(zhì)資料勘查可知,該區(qū)域巖性主要為細(xì)砂,結(jié)構(gòu)松散孔隙度大,且具有較優(yōu)的地下水賦存條件,這些條件也導(dǎo)致礦坑排水存在向下滲透的趨勢(shì),對(duì)于地下水水質(zhì)較為不利。因此,研究人員決定對(duì)該礦坑排水如何影響周邊地下水水質(zhì)的問題進(jìn)行研究。
在本次研究中,為探究較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),研究人員以排水池為中心,在排水池周邊區(qū)域,按照地下水流向和垂直地下水流向,共計(jì)布置2 條勘探線,在勘探線上隨機(jī)布置若干個(gè)勘探點(diǎn)[3],其中勘探點(diǎn)包括當(dāng)?shù)孛裼盟?,?yīng)用野外豎管法對(duì)水樣進(jìn)行采集,其基本原理圖如圖2 所示。
圖2 野外豎管法的原理示意圖
在采集到數(shù)據(jù)后,將數(shù)據(jù)與以往資料中的本底值進(jìn)行對(duì)比,從而判斷污染情況。本次采集的典型數(shù)據(jù)與本底值的對(duì)比情況分析結(jié)果見表2。
表2 地下水水質(zhì)對(duì)比分析結(jié)果 單位:mg/L
從表2 中的數(shù)據(jù)可知,同本底值相比,幾個(gè)主要測(cè)試節(jié)點(diǎn)在多項(xiàng)指標(biāo)上明顯超出本底值,證明煤礦礦坑排水對(duì)周邊地下水確實(shí)造成了污染,主要污染離子則為硫酸根離子、鈉離子和鈣離子。
根據(jù)已掌握的勘察資料來看,目標(biāo)研究區(qū)域地下水徑流流向整體為自西向東,且存在12‰左右的天然水力坡度,受此影響,礦坑排水中的污染物將存在明顯的運(yùn)移傾向,需要對(duì)其在空間上的污染特征做進(jìn)一步分析。
為實(shí)現(xiàn)此環(huán)節(jié)的分析,研究人員在距排水池不同距離的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行采樣,并對(duì)采樣中的幾種主要污染物的含量變化進(jìn)行分析,分析結(jié)果見表3。
表3 不同距離下污染物含量變化情況
從表3 中的數(shù)據(jù)可見,隨著距離的增大,幾種主要污染物的含量隨之降低,在距離達(dá)到800 m 時(shí),幾種主要污染物的含量均達(dá)到或基本接近當(dāng)?shù)氐叵滤镜字?,證明此距離基本為污染物運(yùn)移的最大距離。經(jīng)過進(jìn)一步精準(zhǔn)測(cè)算后得知,具體的距離值為803.76 m。
由于各種污染離子的理化性質(zhì)存在一定差異,因此不同污染離子的運(yùn)移距離也必然存在差異。與本底值相比,雖然上述幾種主要污染離子在污染范圍上高度一致,但其超標(biāo)范圍則各不相同[4]。在本環(huán)節(jié)的研究中,研究人員按照順地下水流向上和垂直地下水流向上兩個(gè)方向進(jìn)行采樣分析,并將離子含量超過本底值的情況定義為“超標(biāo)”,由此判斷幾種離子的超標(biāo)范圍,具體數(shù)據(jù)見表4。
表4 不同方向上的污染物超標(biāo)范圍
從表4 中的數(shù)據(jù)可知,煤礦礦坑排水后,周邊地下水受到礦坑排水入滲污染物中,以硫酸根離子、鈉離子和鈣離子最為明顯,也是導(dǎo)致TDS 升高的重要原因,其運(yùn)移擴(kuò)散濃度大于本底值的范圍即可視為周邊地下水目前所受污染的范圍[5]。另一方面,污染物順地下水流向方向的污染范圍相對(duì)更大,初步推斷在這種情況下污染物微粒受到的合力作用更強(qiáng),因而造成了更大的污染范圍,針對(duì)這一問題,其關(guān)鍵則在于對(duì)此方向的污染進(jìn)行抑制。
從上文的分析結(jié)果可知,煤礦礦坑排水對(duì)于周邊區(qū)域地下水水質(zhì)會(huì)造成較為明顯的污染,對(duì)此,應(yīng)當(dāng)采取以下幾方面的措施予以防治:
1)對(duì)煤開采措施進(jìn)行優(yōu)化。掘進(jìn)工作在接近含水層、導(dǎo)水?dāng)鄬訒r(shí),必須超前鉆孔探井下有突水危險(xiǎn)的地區(qū)附近設(shè)置水閘門或閘墻,在掘進(jìn)的其它地點(diǎn)發(fā)生明顯突水征兆或大量涌水時(shí),應(yīng)立即停止采取相應(yīng)的保護(hù)措施,確保含水層不受破壞。減輕對(duì)地下含水層的影響。
2)要加強(qiáng)礦區(qū)水文地質(zhì)勘察工作,深入研究礦區(qū)水文地質(zhì)條件,明確邊界不同水文地質(zhì)條件,分別利用地面防滲、帷幕注漿,截?cái)噙M(jìn)入井田的地下水通道,以減少礦井涌排水量和突水的機(jī)率,減少地下水污染途徑。
3)要加強(qiáng)對(duì)地下含水層的保護(hù)。一方面,要做到循環(huán)用水,一水多用,建議開展水采礦井煤泥水處理技術(shù)的研究,使水采煤泥和洗煤廠洗煤煤泥經(jīng)浮選后全部廠內(nèi)回收;另一方面,應(yīng)當(dāng)推進(jìn)污水井下處理技術(shù)的應(yīng)用,如采用基于閉路循環(huán)設(shè)計(jì)的煤泥水處理系統(tǒng),該系統(tǒng)在井下中央硐室采用斜管沉淀倉(cāng)對(duì)采區(qū)分級(jí)脫水后的煤泥水進(jìn)行凈化處理,從以往的經(jīng)驗(yàn)來看,其取得效果也較為顯著,具有較高的應(yīng)用可行性。
整體來看,在當(dāng)前煤炭資源的開采過程中,因礦坑排水造成地下水污染的問題仍然不容忽視。為最大程度上避免礦坑排水對(duì)周邊地下水水質(zhì)造成的不良影響,就需要對(duì)礦坑排水的具體影響加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和分析,明確污染物因素及其運(yùn)移規(guī)律等內(nèi)容。而后根據(jù)這些內(nèi)容,采取相應(yīng)的預(yù)防和治理措施,以期將地下水層受到的污染降至最低,進(jìn)而推動(dòng)煤炭開采工作的綠色環(huán)保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。