煤矿开采引发的水环境问题的研究3.doc

摘要煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料，在中国能源生产和消费中一直占有极其重要的地位。随着经济的高速发展，煤炭的开采量越来越大；而随着水资源的日益匮乏，煤矿开采引发的水环境问题日益突出，必须采取措施控制煤炭开采对水资源的破坏。煤矿开采产生的矿井水、煤矸石是煤矿水污染的主要污染源。矿井水含有大量的悬浮物，有的还呈现出高矿化度或酸性，甚至还含有放射性元素及氧化物等污染物，直接外排会对地表上河流等水资源产生较严重的污染；煤矸石产生的淋溶液含有的铅、锡、汞、砷、铬等有害重金属，毒性很大，污染严重，对生物和人类健康都会造成危害。本文阐述两种污染源的产生、污染和治理方法，提出了一些对策和希望。关键字：煤矿开采；水环境问题；矿井水；煤矸石；水污染治理。目录煤炭开采对水环境的污染12矿井水对环境的污染12.1矿井水的来源12.2矿井水的类型与其水质特征22.2.1洁净矿井水22.2.2含悬浮物矿井水22.2.3高矿化度矿井水22.2.4酸性矿井水32.2.5含特殊污染物矿井水42.3矿井水的环境污染效应52.4矿井水污染的控制技术52.4.1矿井水的资源化6（1）洁净矿井水6（2）含悬浮物矿井水6（3）高矿化度矿井水6（4）酸性矿井水6（5）含特殊污染物的矿井水72.4.2采用特殊开采技术减少矿井水涌出量72.4.3降低矿井水的污染程度8（4）加强井下环境卫生的管理，严禁粪便及腐烂物混入矿井水；83 煤矸石及其淋滤液的水污染83.1煤矸石83.2煤矸石及其淋滤液对水资源的影响83.3煤矸石及其淋滤液污染治理93.3.1煤矸石淋滤液的污染治理93.3.2煤矸石的资源化利用93.3.2.1煤矸石在能源行业的利用93.3.2.2煤矸石在建筑行业中的利用10（2）煤矸石制砖10（3）煤矸石用作公路填料103.3.2.3煤矸石在农业中的利用10（2）煤矸石生产微生物肥料11（3）煤矸石改良土壤113.3.2.4煤矸石在化学工业的应用114结语11专题讲演煤矿开采引发的水环境问题的研究煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料。煤炭作为不可再生资源，在中国能源生产和消费中一直占有极其重要的地位。随着经济的高速发展，煤炭的开采量越来越大。为了满足国民经济发展的需要，近年来中国煤炭产量一直稳定在10亿t以上，随着中国煤炭的大规模开发和利用，水资源也遭受了严重的破坏，平均开采一吨煤破坏地下水资源约l0m3。特别是中国煤炭资源储量丰富的华北、西北地区，水资源尤为缺乏，工农业生产和人们饮水十分困难，生态环境脆弱，矿山开采对水资源的破坏十分严重。因此，为了煤炭事业的可持续发展，为了保护水资源，必须采取措施控制煤炭开采对水资源的破坏，不能以在煤炭开发利用过程中大量破坏和浪费水资源为代价来实现煤炭资源开采。煤炭开采对水环境的污染煤矿开采对水环境污染的主要污染源为矿井水和煤矸石淋滤液。煤矿开采过程中，煤炭中的各种重金属、无机物和有机物等溶质和悬浮物进入水体，形成矿井水。矿井水和煤矸石中所含有的铅、锡、汞、砷、铬等有害重金属通过雨水形成的淋溶液排入水环境中污染水体，影响工农业生产，危害人体健康。2矿井水对环境的污染2.1矿井水的来源矿井水主要来源于地下水，是在煤矿开采过程中，地下水与煤、岩层接触，发生一系列物理、化学和生化反应而形成。矿井水的特性取决于成煤的地质环境和煤系地层矿物化学成分，其中矿区水文地质条件及充水因素对矿井水的水量、水质有决定性的影响。矿井排水量受矿区水文地质条件的影响较大，各地相差悬殊。据不完全统计，平均煤涌水量为4m3。但不同地区差异较大，中国东北地区一般矿井吨煤涌水量在23m3，华北、华东及河南等大部分矿区一般为35m3，其中峰峰、淄博、邯郸、开滦等矿区在10m3左右；南方矿区平均吨煤涌水量也在10m3以上；西部矿区吨煤涌水量在1.6m3以下。2.2矿井水的类型与其水质特征受地质年代、地质构造、煤系伴生矿物成分、环境条件等因素的影响，矿井水水质变化较大。特别境条件等因素的影响，矿井水水质变化较大。特别当矿井水流经采煤工作面、巷道以及采空区时，受到人类活动的影响，岩粉、煤粉和其它有机物进人水体，使水质复杂。矿井水类型一般可分为洁净矿井水、含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水和含特殊污染物矿井水等5种类型。2.2.1洁净矿井水洁净矿井水即未被污染的干净地下水，基本符合国家生活饮用水的水质标准，有的还含多种微量元素，可开发为矿泉水。对这类矿井水可按一般饮用地下水进行处理，处理后直接供居民作为生活用水。2.2.2含悬浮物矿井水含悬浮物的矿井水，一般水质为中性，矿化度小于1000mg/L，金属离子微量或未检出，基本上不含有毒有害离子。矿井水中的悬浮物含量变化较大，低时不到l000mg/L，而高时可达数千毫克每升。矿井水中悬浮物主要为煤粉微粒，其平均密度只是地表水中悬浮物（主要为泥沙）平均密度的一半左右，水中所含固体颗粒细，灰分高，颗粒表面多带负电荷。由于颗粒多带同号电荷，它们之间产生斥力阻止颗粒间彼此接近聚合成大颗粒而下沉。同时颗粒同周围水分子发生水化作用，形成水化膜，也阻止颗粒聚合，使颗粒在水中保持分散状态。此外，煤泥颗粒在水中还受颗粒的布朗运动的影响，颗粒界面间的相互作用，使得煤泥水性质复杂化，不但有悬浮物的特性，还有胶体的某些性质。2.2.3高矿化度矿井水高矿化度矿井水也称含盐矿井水，一般是指含盐量大于l000mg/L的矿井水。这类矿井水的水质多数呈中性或偏碱性，水中Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-、SO42- 等离子浓度较高，硬度较大，矿化度大多为10004000mg/L，最高可达15000mg/L。因高矿化度矿井水含盐量大，带苦涩味，因此也称苦咸水。据不完全统计，中国煤矿高矿化度矿井水的水量约占中国北方国有重点煤矿矿井涌水量的30%，主要分布于中国西部高原、黄淮平原及华东沿海地区的多数煤矿。如徐州矿区韩桥矿、大黄山矿、张集矿、张双楼矿和充州矿区的济宁二号井的矿井水均属于高矿化度矿井水。高矿化度矿井水形成的主要原因有：(1)由于降雨量少，蒸发量大，蒸发浓缩作用强烈，致使地下水矿化度较高，故矿井水的矿化度也高。(2)煤系地层中含有大量的碳酸盐及硫酸盐岩层时，开采过程中使地下水广泛接触加剧可溶性矿物溶解，使Ca2+、Mg2+ 等离子增多。(3)开采高硫煤层时，因硫化物氧化产生游离酸，游离酸再同碳酸盐矿物、碱性物质发生中和反应使矿井水中Ca2+、Mg2+ 、SO42- 等离子增加。(4)有的地区地下咸水侵入煤田，使矿井水呈高矿化度。2.2.4酸性矿井水酸性矿井水主要分布在中国南方，是指pH值小于6的矿井水，pH值一般介于24之间，含SO42-、Fe3+、Mn2+ 及其他金属离子，水中SO42- 浓度较高，其矿化度与硬度也因酸的作用而增高。矿井水呈酸性的主要原因是由于采煤活动将原来的还原环境变为氧化环境，与煤共生伴生的硫铁矿发生氧化，形成硫酸，pH值下降，当煤系地层中的矿物碱性不足以中和硫酸的酸性时，就形成酸性矿井水。酸性矿井水的形成除和煤的存在状态、含硫量有关外，还和矿井的涌水量、密闭状态、空气流通状况以及微生物的种类和数量等有密切的关系。酸性矿井水的形成主要基于以下机理；(l)煤层中含有较高的伴生矿物硫是形成酸性矿并水的基础。研究表明，当煤层中含硫量低于1%时，基本上不产生酸性水；而含硫量大于1%的煤层，则易形成酸性水。以煤层含有黄铁矿为例，当黄铁矿残留在采空区，处于氧化环境，与矿井水和空气接触后，经过一系列的氧化、水解等反应，生成硫酸和氢氧化铁沉淀，使水呈酸性。这类矿山排水沟中，常见到铁褐色薄膜就是氢氧化铁沉淀的结果。2FeS2 + 7O2 + 2H2O = 4SO42- + 2Fe2+ + 4H+4Fe2+ + O2 + 10H2O = 4Fe(OH) 3+ 8H+(2)井下的氧渗透是形成酸性矿井水的必要条件。在井下潮湿环境中，硫化物的氧化速度与氧浓度成正比。采空区为硫化物的氧化和酸性产物的存储提供了良好的场所，具有形成酸性水的适宜条件。(3)酸性矿井水的形成与矿井涌水量也有密切关系。在氧渗透条件好，有积水的采空区，硫化物的氧化速度较快，且酸性产物积存在采空区，达到较高浓度，在雨季期间被冲刷出来，使矿井水呈现较强的酸性;在有稳定补给水源、顶板透水性较好的采空区，涌水量较大且稳定，酸性产物被不断地冲洗和排泄出去，达不到较高浓度，不易形成较强的酸性水。因此，矿井水的pH值与矿井涌水量的变化密切相关。在隔离封闭的采空区，氧循环条件较差，硫化物的氧化速度随氧含量的下降而变慢，缺氧严重的酸性产物会产生脱硫酸作用，使水中的SO42- 减少甚至消失，从而减弱酸性。(4)酸性矿井水排出后遇到灰岩，pH值将会升高。在灰岩发育的地区，酸性矿井水排出后，CaCO3 溶解可使pH升高。CaCO3 + H+ = Ca2+ + HCO3-2.2.5含特殊污染物矿井水含特殊污染物矿井水主要是指含有含微量元素或放射性元素等有毒有害污染物的矿井水。如放射性矿井水、高氟矿井水等，还有一些地区，因地区地质条件导致矿井水重金属超标。放射性矿井水形成原因是矿区所在地土壤和岩石具有一定的放射水平，煤炭开采破坏了原有的岩石结构，岩石裂隙增多，地下水经过岩石裂隙到煤系地层，所以导致矿井水具有放射性。影响矿井水放射性水平的因素比较复杂，除主要受煤层和周围岩层原声放射性核素含量决定外，还受水文地质条件、地下水的酸度、水中络合离子含量、岩石结构及水力联系等因素的影响。据对全国90个重点矿务局254个矿井水和154个深井水水样的总，总天然放射性水平监测结果发现，有近50%矿区饮用水总放射性指标超标，有的甚至超标数十倍之多。2.3矿井水的环境污染效应(l)矿区地面塌陷、地下水资源流失，水质恶化。过量的排放矿井水会使地下水位下降，造成地下水的含盐量和硬度升高，不适合饮用，同时地下含水层的覆岩垮落，地表沉陷。以山西省为例，由于多年来采煤对地下含水层的破坏，造成至少70多万人吃水困难。(2)污染地表水体。矿井水中的悬浮物会影响地表水体的自净，水质恶化。酸性矿井水排人地表水体，会降低地表水的pH值，抑制细菌和微生物的生长，妨碍水体自净，pH小于4时，鱼类会死亡;矿井水中某些重金属离子由不溶性化合物变为可溶性离子状态，毒性增大;煤矿的酸性矿井水中通常含有Fe2+离子，氧化时消耗水中的溶解氧。高矿化度矿井水会严重污染地面环境，淤塞河流湖泊，破坏地表景观，抑制水生生物的生长和繁衍。(3)影响工农业生产。在北方地区，矿井水排放破坏水资源会严重影响农业灌溉用水；矿井水的排放还会破坏土壤的团粒结构，使土壤板结或盐渍化，农作物枯黄死亡，土壤贫府化;酸性矿井水具有很大的危害性，它能腐蚀管道、水泵、钢轨等矿井设备和混凝土结构，影响工业生产。(4)危害人体健康。长期接触酸性水可使手脚破裂，眼睛疼痒，危害人类健康。有的矿井水中含有有害元素，如淄博双沟煤矿矿井水和地下水研究表明，有多种致癌多环芳烃超过国家饮用水水质标准。贵州的高汞和高砷煤矿矿井水能将赋存与黄铁矿、硫酸盐、碳酸盐矿物中的有毒物质溶出，直接危害人类健康。2.4矿井水污染的控制技术矿井水对水资源的污染，可以通过矿井水资源化，利用特殊开采技术减少矿井水涌出量和降低其污染程度来控制。2.4.1矿井水的资源化矿井水由于受到开采、运输过程中散落的粉煤灰、岩粉和矿工生产活动及煤中伴随矿物的分解氧化导致污染。根据矿井水含污物特性一般分为：洁净矿井水、含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水及含特殊污染物的矿井水等。（1）洁净矿井水洁净矿井水多数是从奥陶纪石炭二迭系的太原组及茅口组灰岩中涌出的，其水质较好，一般pH呈中性，硬化度与浊度低，不含有毒有害离子。只需在井下涌水水源处妥善截流，通过专用管排至井底，再经水泵排至地表，不用处理或经简单消毒即可作为生活饮用水，有的还含有多种有益元素，可直接开发作为矿泉水。（2）含悬浮物矿井水含悬浮物矿井水一般指除悬浮物、细菌及感官指标外，其它理化指标均满足饮用水卫生标准的矿井水。其悬浮物含量多在100400mg/L，在中国北方矿区分布较广，如平顶山、焦作、开滦及华东、华北矿区的矿井水多数属这种水质。最常规方法主要是采用混凝、沉淀、过滤、消毒杀菌处理工艺，经处理后的矿井水，可作为生活饮用水及井上、下工业用水。（3）高矿化度矿井水高矿化度矿井水也称含盐矿井水，它是由于地下水与碳酸盐和硫酸盐岩层的接触融蚀，使水中Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-、SO42-等离子增多而形成的，矿化度大多为10004000mg/L，水质多呈碱性，带苦涩味，其硬度往往也较高。高矿化度水处理分2步进行：一是预处理（主要去除悬浮物），主要采用混凝沉淀技术去除悬浮物及杂质；二是脱盐处理，使处理后水含盐量符合中国卫生饮用水要求。脱盐处理方法有蒸馏法、电渗析、反渗透法。常用的方法是电渗析法，目前中国处理高矿化度矿井水几乎全部采用电渗析技术，经处理后的矿井水一般可做工业用水。（4）酸性矿井水酸性矿井水主要是因为被采煤层中含有大量的硫铁矿，在有充足的氧气和细菌的存在下，使黄铁矿氧化，生成亚硫酸和硫酸，造成矿井水呈酸性，一般含有大量的Fe（Fe2+、Fe3+）。它严重腐蚀矿山设备和管道，未经处理排入地面水体，会危害水生生物，并使禾苗枯死。目前中国大多数采用酸碱中和法进行处理这类矿井水，即用廉价的碱性物质和石灰作中和剂处理酸性水。由于酸性矿井水水质一般较复杂，若将其处理为生活用水，其成本较高，经处理后的酸性矿井水，一般可作为工业用水和达标后排放用作灌农田，也可作为矿井锅炉房除尘，井下防尘用水。根据工艺流程的不同，分为直接投加石灰法、石灰水中和滚筒法。（5）含特殊污染物的矿井水一些含重金属、放射性元素、氟化物等的矿井水，首先应去除悬浮物，然后对其中不符合标准水质的污染物质进行处理，对含氟水，可用活性氧化铝吸附除去氟。含铁、锰水，通常采用混凝、沉淀、吸附、离子交换和膜技术等处理方法。它们对环境的污染和人体的健康危害性较大，且处理工艺较复杂，成本也较高，按常规处理后很难满足生活饮用水及工业用水的标准，通常只要求达标排放，仅作农灌用。实际矿井水大多数为复合型水，在设计水处理工艺时必须查清水质和水量，然后考虑水处理单元操作的取舍和优化组合。2.4.2采用特殊开采技术减少矿井水涌出量（1）当煤层顶板一定距离内有较大含水层时（如三叠纪的某些灰岩），可采取一些采后顶板移近量较小的特殊开采技术（如条带式采煤法、充填采煤法，房柱式采煤法，离层带的注浆充填法等）以最大程度地降低顶板下沉量，使煤层顶板冒落的高度不致导通上覆的含水层。（2）当煤层底板有强含水层时（如某些北方矿区的奥灰岩、南方某些矿区的茅口灰岩），井下巷道布置应与这些含水层保持一定的安全距离。如遇断层切割，则应进行渗水和突水的严密封赌。（3）当矿区地面有湖泊、河流、水库等水体时，应在地下相应范围留设保安煤柱或采用充填采煤法、条带采煤法等特殊采煤方法，严格控制采动影响范围，力求避免由于采动引起的采动裂隙导通上覆水体。（4）对于实现水力化采煤的矿井，应用闭路循环供水系统，使废水在生产过程中多次重复使用。（5）对地表的塌陷区和和裂缝应采用密封性能较好的材料进行填堵。2.4.3降低矿井水的污染程度（1）定期对井下水仓进行清理；（2）完善井下排水系统，水沟规范并加盖板；（3）以水介质代替乳化液或尽量采用油路系统的闭路循环；（4）加强井下环境卫生的管理，严禁粪便及腐烂物混入矿井水；（5）对充填或灌浆污水，必须先进行井下沉淀后方可排入井下水仓。3 煤矸石及其淋滤液的水污染3.1煤矸石煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石的含量占原煤的15%20%，中国历年已积存煤矸石约1000Mt，并且每年仍继续排放约100Mt，不仅堆积占地，对自然环境产生危害。3.2煤矸石及其淋滤液对水资源的影响煤矸石长期露天堆放于地表,其表面的颗粒在降水的冲刷作用下,会形成黑色淤泥流进附近的河道湖泊中,导致河道湖泊的淤积,使河床抬高、通航能力下降、行洪能力减弱、调蓄能力降低、水体严重污染、直接影响生产生活。煤矸石中所含有的铅、锡、汞、砷、铬等有害重金属会通过雨水淋溶进入地表水域或渗入土壤,进而通过土壤渗入浅层地下水。淋滤液可能形成酸性水，同时大量的悬浮物、有机物对周围水环境将造成严重污染。其中重金属元素毒性很大，污染严重，对生物和人类健康都会造成危害，重金属不能被生物降解,生物从环境中摄取的重金属可通过食物链发生生物放大、富集。最后在人体内不断积蓄而造成慢性中毒。如铅能损坏人的肝脏和心脏,使发育变得迟缓,使头部肌肉、关节、脾、骨髓和神经系统患病,严重时可导致人死亡。3.3煤矸石及其淋滤液污染治理3.3.1煤矸石淋滤液的污染治理煤矸石淋滤液地下水的污染，主要是露天堆放的矸石在雨水的淋滤作用下形成的酸性水，悬浮物和有机物造成的，可以通过减少矸石排放量来减少这类污染，可采用矸石不出井或少出井的开采技术（如采用宽巷掘进，将掘进出矸用于巷旁支护、堆放在井下废弃用于采空区充填、在开拓部署和采区巷道布置中采用全煤巷布置、采用无煤柱开采技术等）。对已形成的煤矸石山应用水污染处理技术进行无害化处理。3.3.2煤矸石的资源化利用煤矸石是成煤过程中与煤层伴生,灰分通常大于50%,发热量一般在3. 38. 3MJ/kg的一种碳质岩石。不同地区的煤矸石化学成分不一致,其主要化学成分有： SiO2、Al2O3和C，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、SO3、K2O、Na2O和P2O3等，以及如钛、钒、钴等微量稀有金属元素。煤矸石的化学成分的大致范围，见表1。表1煤矸石的化学组成化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OC含量/%30601540210141312122030煤矸石的主要矿物成分为高岭石、蒙脱石、石英砂、硅酸盐矿物、碳酸盐矿物和少量的铁钛矿，其中高岭石的含量达68. 7%。3.3.2.1煤矸石在能源行业的利用当煤矸石的含碳量20%时，可以直接用作流化床锅炉的燃料，用煤矸石发电。随着循环流化床锅炉逐渐取代鼓泡型流化床锅炉，以及消烟除尘技术的发展，利用煤矸石发电的技术日渐成熟。如果在矿区建综合利用电厂，将大部分煤矸石等“废物”就地转化为电能,就能解决煤矸石堆积带来的种种问题，改善矿区环境，实现矿区的电力自给和集中供热，为矿区实行多种经营，改善劳动就业，提高经济效益开辟一条新路。3.3.2.2煤矸石在建筑行业中的利用（1）煤矸石生产水泥煤矸石和粘土的化学成分相近，可代替粘土提供硅铝质原料。煤矸石含有一定的可燃物质,能释放一定的热量，可节省部分的燃料。如河南义马煤业集团公司水泥厂利用煤矸石代替粘土生产水泥，煤矸石掺量30%，可使吨熟料用煤由475 kg降至378 kg。每年可节煤11640 t熟料台时产量由6. 54 t提高到8. 33 t而且吨熟料电耗下降6. 93 kWh。（2）煤矸石制砖煤矸石制砖的工艺和设备与传统粘土烧结砖基本原理相同，以煤矸石代替粘土，利用煤矸石自身的发热量，节约了外加燃料。利用煤矸石全部或部分代替粘土，采用适当烧制工艺生产烧结砖的技术在我国已经成熟，根据煤矸石的成分、性能的不同，制砖的工艺也有很大的差异，但就全国而言，大部分原料可以烧制全煤矸石砖。煤矸石砖的基本工艺：煤矸石拣选破碎粉碎加水搅拌陈化均化再搅拌碾炼真空挤出成型切坯码坯干燥焙烧。（3）煤矸石用作公路填料作为道路基层的材料对煤矸石的种类和品质没有特殊的要求，煤矸石经破碎后可用于路面或地基工程的混凝土骨料。如徐丰公路庞庄矿区段1.2km塌陷区路段（行车道宽21 m，重交通量），路基全部采用煤矸石填筑，填筑高度为610 m。该路段于1995年3月施工完毕，现使用性能良好，远远超出预计2年大修的要求。3.3.2.3煤矸石在农业中的利用（1）煤矸石生产有机复合肥煤矸石中含有丰富的有机质和微量元素，如植物生长所必需的B、Zn、Cu、Co、Mo、Mn等微量元素。但煤矸石中的营养成分由于变质程度深，固化度高，水溶性差，作物吸收的有效值不高。可通过对煤矸石进行活化处理，使得煤矸石中营养成分活性增加。将煤矸石粉碎磨细后，按一定比例与过磷酸钙混合，同时加入适量活化剂，再加入适量的水，充分搅匀后堆沤，可制得新型农肥，该肥掺入N、P、K后，即可获得全营养矸石复合肥。其工艺流程：煤矸石破碎过筛搅拌加添加剂腐熟活化干燥造粒成品包装。（2）煤矸石生产微生物肥料煤矸石和风化的煤中含有大量的有机物，是携带固氮、解磷、解钾等微生物的理想载体，故可以作为微生物肥料。以煤矸石和廉价的磷矿粉为原料基质，外加添加剂等，便可制成煤矸石微生物肥料。是一种广谱性生物肥料，肥效长，不但能使作物增产，还能使农作物品质有所改善。（3）煤矸石改良土壤针对某一特定土壤，利用煤矸石的酸碱性及其中丰富的微量元素和营养成分，适当加入一些有机肥，可有效的改良土壤的结构、增加土壤疏松度和透气性、提高土壤含水率、促进土壤中各类细菌新陈代谢、丰富土壤腐殖质、使土地得到肥化、促进植物生长。3.3.2.4煤矸石在化学工业的应用煤矸石中含有硫、铝、铁、钡、钙、钛、硅、镓、钒、锗、钽、铀等50多种元素，当煤矸石中某种元素或几种元素富集到具有工业利用价值时，就可以提取综合利用。如当煤矸石中TiO2质量分数达到7.2%时，可制备钛白粉。当煤矸石中的SiO2的含量达50%上时，可制备硅系产品。当煤矸石中的Al2O3质量分数达到35%时，可制备铝系产品。4结语淡水作为一种不可再生的宝贵资源，是人类一切活动和发展的基础，而煤炭的大量开发和利用使水资源的破坏程度日益增大，这不仅危害人类健康，对国家经济发展也产生极大的影响。为了煤炭工业长期、稳定和可持续发展，必须采取措施从源头上控制煤炭开采对水资源的破坏和污染，充分利用各种特殊开采技术和污水处理技术的巷道和室内，直接有效控制水资源的破坏，使矿井水资源化，加强人们的环保意识，最大限度地降低煤炭开采对水资源的破坏程度，以获得良好的社会效益、环境效益和经济效益，从而实现社会、环境和企业的“三赢”局面。参考文献：【1】 宋晓梅,周晓燕.煤炭开采对矿区环境的影响及保护对策J. 煤炭技术,2004年01期【2】 张备.浅谈煤矿企业的水污染处理.魅力中国,2009,(01):49【3】 刘勇,孙亚军,王猛.矿井水水质特征及排放污染.洁净煤技术,2007,13(3):8386【4】 汪龙琴,张明清,周锡德,周胜利.煤矿水污染及防治技术J.洁净煤技术,2007,13(1):8285【5】 程维平.煤矸石淋溶液对环境影响的研究J.煤炭加工与综合利用, 2005, (06)1.3煤矿用化工材料污染水资源在大型矿井中工作的采煤机、转载机、掘进机等使用的液压油、齿轮油、液压支架使用的乳化油，由于管理不善可能产生泄露，其中一部分将随矿井水排至地面污染环境，另一部分流到井下造成污染。据统计，全国矿用乳化油、液压油、齿轮油的年用量约为1万1.1万t，乳化油使用时水通常配成2%3%的乳化液，主要用在综采液压支架和外注式单体液压支柱中，外注式单体液压支柱卸载的乳化液排到采空区，综采液压支架用乳化液也因泄露和换液排放于井下，在有淋水的工作面，乳化液将融入水中，可能会进入井下水仓，水仓的水被抽放地面，这样乳化油会造成井上和井下污染。由于乳化油含有50%左右的机油和一些难于被生物降解的添加剂，因此一旦造成污染会有累积效应。1.4煤炭洗选水污染水资源煤炭作为主要能源，在其使用前需要对原煤破碎和筛选，这一过程需要用水对经过粉碎的煤炭进行洗涤，因此就会产生大量的煤炭洗选废水，通常把它称之为洗煤水或者洗煤废水。洗煤废水中含有大量的悬浮物、煤泥和泥砂，故又称煤泥水，未经处理的煤泥水其悬浮物浓度可以达到5000mg/L以上。由于煤炭本身具有疏水性，洗煤废水中的一些微小煤粉在水中特别稳定，一些超细煤粉悬浮于水中，静置几个月也不会自然沉降。若将此类废水直接排放进入地表水系，不仅会造成矿区、厂区内的环境污染，还会形成河道淤塞，影响农田灌溉、工业用水和生活饮用水水质，使水环境严重恶化。洗选水中含有大量的有机和无机药剂，毒性大，对生物危害更大。1.5改变了矿区的水文地质条件采煤引起的地面塌陷不仅破坏了矿区的生态环境,而且大面积的塌陷引起工程地质条件的改变,加强了水文地球化学作用,促使地下水水质恶化。大部分塌陷区形成水面,小部分形成沼泽。一些矿区疏干排出的劣质水进入塌陷区,加速了附近区域的地下水质恶化。2.3煤矿用化工材料污染治理为了防止煤矿化工材料对水资源的污染，可以从以下几个方面着手：（1）加强对设备的管理；（2）通过开发新液压传动介质代替乳化液，降低使用量，同时降低或去除原乳化油中的矿物油，并选择易于降解的添加剂，减少乳化油对环境的污染；（3）完善各种用油设备的密封性能，防止石油产品泄露；（4）研究开发水介质单体液压支柱，彻底去掉乳化油。同时，发展油产品再生技术，延长油产品使用期，降低油品使用量。2.4煤炭洗选废水污染治理选煤厂作为矿区用水大户，大量煤泥水直接外排，除污染环境外，也严重地浪费了宝贵的水资源。因此，对于该类废水不仅需要采用成熟的工艺技术进行有效治理，还应该回收其中的煤泥，并且将净化了废水回用于洗煤过程，实现废水的循环利用，实现废水的资源化。由于煤炭加工废水中的污染物主要是悬浮物，目前煤泥水处理工艺流程主要有三种：预浓缩煤泥水处理流程、无预浓缩煤泥水处理流程和部分预浓缩煤泥水处理流程。进行反应、聚凝、沉淀、集泥、排泥、集水、配水、过滤、反冲、排泥等一系列运行程序。三种工艺为：（1）预浓缩管道反应沉淀清水回用或排放；（2）预调节机械加速澄清清水回用或排放；（3）预浓缩气浮清水回用或排放。这几种工艺都有如下缺点：废水必须经过多次提升；必须采用大型的刮泥排泥机械；必须采用大容积的调节池、中间水池；占地面积庞大，建设周期长，投资大；由于无法实现自动化运行，需要全天候人工操作管理、人工反洗，且必须配置反洗动力和大流量水泵，势必造成随意性随机性极大。若想提高处理效果，需要高新设备配合。以KJY高浊度废水一体化净化器为例，其处理过程为：洗煤产生的煤泥水进入厂内集水预浓缩池，预浓缩后的上清液在污泥泵的提升作用下输送到KJY高浊度废水一体化净化器，泵前加入混凝剂，在进入KJY高浊度废水一体化净化器前再加入絮凝剂，经过KJY高浊度废水一体化净化器内的混凝、絮凝多级反应后形成大量的絮状矾花，随后进入KJY高浊度废水一体化净化器的斜管沉淀池内进行重力沉降，在胶体脱稳、吸附、架桥及网捕等作用下，当煤泥废水穿过KJY高浊度废水一体化净化器内污泥层经过污泥层的过滤作用实现泥水分离；煤粉经重力沉降后进入池底，分离后的上清液，再经过KJY高浊度废水一体化净化器内的水力全自动反冲洗过滤器进行过滤，在经过这样一系列处理后的废水，已经非常的澄清，此时在出水中加酸将PH值调节到8左右后，进入回用水池以备回用。 ,1.煤炭在我国的一次性能源结构中占70%以上,这种状况在短期内难以得到根本改变,而且随着工农业的发展,对煤炭需求的总量仍在增加,迫使煤炭开采深度加大,开采面积增加.但是由于采煤技术的限制,机械化程度不是很高,加之有的煤质不好,造成煤矸石堆积如山,矿区酸性水的形成,煤尘污染的现象非常严重,同时使耕地大面积被占压,植物剧减,使矿区的生态环境遭到严重破坏,生态环境质量急剧下降.而作为生态环境质量中首当其冲的水环境问题更是遭到严重破坏而变得更加突出,因此对采矿引起的水环境问题的研究迫在眉睫.1 采矿对区域地下水位及流场的影响对我国来讲,深部开采基本占大多数.为了维持采矿的正常进行,采煤工作面的横向和纵向的发展以及工业城市生活用水的迅猛增加,必须大量开采地下水或将工作面周围的水或潜在的水排出.这样导致矿井排水量逐年加大,排水费用也逐年增多,地下水位急剧下降.相应地所形成的地下水降落漏斗范围和幅度也越来越大.地下水的流场也发生了明显的变化.作为我国特殊现象的汲水井也因.19751995年间,河北区煤矿开采区的地下水位急剧下降,其中浅层地下水位由平均5.88 m降至11.88 m,而深层地下水位则由平均7.37 m下降到30.25 m,形成了十余个大小不等的降落漏斗.另外在我国典型的大水矿区如焦作、峰峰和开滦等,这种情况尤其严重.例如在焦作矿区,1952年排水量仅1.501 m3/s,地下水位为105 m;1965年矿坑排水量为4.96 m3/s,地下水位为93 m,地下水位比1952年下降了12 m;1978年矿坑排水量增加到5.55 m3/s,地下水水位大约在85 m左右;1982年矿坑排水量为8.463 m3/s,地下水位为83 m,并在电厂岗庄水源地大规模集中开采区形成多边形枕状漏斗;1993年矿坑排水量增加,使得地下水位急剧下降,平均地下水位为71 m,最低水位位于在岗庄水源地,为62.08 m.在短短的四十年时间里,地下水为下降幅度达约43 m左右,大大增加了取水的费用,也加速了生态环境的恶化.由于矿坑排水改变了孔隙水的补、径、排方式,目前孔隙水主要接受大气降水、城市排污及矿坑排水渗漏补给,而矿坑排水近山前地段孔隙水基本疏干, 其埋深在60 m以下,形成了空前的疏干区.作为焦作矿区的大矿之一,九里山矿附近形成了孔隙水降落漏斗,焦作市城区造纸厂、化工一厂及平原光学仪器厂等单位单井涌水量减少,化工一厂有多口井报废,造纸厂用水量急剧下降,造成生产用水紧张.2 采矿对周围河川径流的影响由于煤层浅埋藏区煤矿开采流域采空范围扩大,采空区星罗棋布,其引发的裂缝3,甚至地面塌陷范围也逐渐扩大,造成了河川径流量大量渗漏.从而在个别区域导致河流断流,农业灌溉和部分城市的生活用水受到严重影响.西山矿区的西山冶峪沟董茹站以上的流域,面积达18.9 km2,在不同时段流域平均降水量与实测河川径流量的关系见图1所3 煤矿排渣对水源的污染采矿的排渣主要是各种矸石.对煤矿来说,煤矸石是煤矿采掘和洗选加工过程中排出的废渣.它的排放量与煤的埋藏条件、开采方式等因素有关.煤矸石是由灰分高、发热量低的炭质煤岩和夹带少量煤组成,其主要成分为碳、氢、氧、硫、铁、铝、硅、钙等常量元素和镉、铬、砷、铅、汞、铜、锰、氟等痕量有毒元素48.目前,由于利益的驱使,小煤窑这个顽疾屡禁不止,整个矿山千疮百孔,乌烟缭绕.在采掘和洗煤过程中排出的煤矸石都未经过处理,直接排放在水沟、山坡和平川.长期露天堆放,经日晒雨淋、风化侵蚀,天长日久便发生自燃,释放出大量的有害气体,严重地影响了矿区及周围环境的大气质量,进而污染了大气降水.一部分有害元素经雨水或地表水和地下水造成对水资源的严重污染.在我国大型露天煤田神木的石圪台矿区,这种情况更为严重.在我们对该矿的环境调查过程当中,发现在示. 该矿周围分布着许多大小不一的小煤窑,它们只追求效益,煤层不全采(留有大量不好采的煤),大大浪费了煤炭资源,同时其分选更是浪费无比,他们认为赚不了钱的许多可利用的煤块被丢在道路两旁和河道里.这样经过长期的风吹日晒,淋滤的水直接排到河道和地下含水层中,使地表水和地下水受到严重的污染.据群众反映,以前的河里的水清澈无比,而且可以直接饮用,而现在却变成了黑乎乎的污水沟.煤矸石自燃是一种普遍现象,这在神木的石圪台矿区也非常典型,青烟缕缕随处可见.其对环境的污染相当严重,主要是硫、炭、氮、氧化物和烟尘对大气的污染,被污染的大气通过降水,间接地污染靠大气补给的地表水和地下水.另外,煤层自燃形成的烧变岩具有极其发育的裂隙,是很好的透水层和含水层,因而烧变岩裂隙水是煤矿最危险的充水水源之一,经常造成煤矿突水.4 采矿对矿区外围水源的影响随着煤矿开采深度的不断增大,其排水量也在不断增加.从而疏干区形成相对低压带,破坏了原来的地下水系统循环和存储条件,在一定的水文地质条件下,地下水有可能穿透原有的相对隔水层而发生突水灾害.根据资料表明,西山地区岩溶水在构造裂隙的综合作用下,形成具有统一水动力系统,具有相一致的补给径流和排泄条件.一旦发生突水势必要影响整个系统的补、径、排条件,从而使原有的排泄点流量减少,矿区外水源受到严重威胁.根据晋祠水源保护办公室调查结果,风峪沟内乡镇小煤窑采煤排水不同程度的影响着晋泉出水量.在我国采矿历史悠久的唐山,其问题就更加明显.据有关资料,唐山市的大部分矿坑排水和生活污水以及工业废水没有经过处理或处理不达标就直接排放,对周围水质造成较为严重污染.比较突出的事陡河市区段,其酚含量超过国家标准的173倍,氰化物含量超过6倍,而且还出现了镉和氟的污染区.随着西部大开发政策的实施,作为在西部国民经济中占重要地位的神府煤田,其对生态环境的影响也被逐渐重视起来.特别是在缺水的西部如何保护好水源,成为最迫切的问题.根据在沿乌兰木伦河上游和下游分布的补连、大柳塔和敏盖兔3个矿点进行的水质监测见