煤矿开采区地下水环境影响评价方法与治理研究

前言中国是一个矿产资源大国，随着国民经济的快速发展，对矿产品的需求越来越大，制定矿产资源规划对于合理、有序地开发、利用与保护矿产资源至关重要。在编制矿产资源规划的过程中，进行环境影响评价，对规划方案实施后可能造成的环境影响进行分析和预测，提出预防不良环境影响的对策和措施，就是从源头上预防或减轻对环境产生的不良影响。自20世纪中叶以来，人们的生产和生活方式得到了充分的发展。但与此同时，出现了人口爆炸，资源短缺、生态破坏、环境污染、物种消失、灾害频繁等危及人类生存的危机。这些危机的产生归根结底是由环境与发展的矛盾所致。为了实施可持续发展战略，预防因规划和建设项目实施后对环境造成的不良影响，保护与建设好生态环境与各种资源，促进经济、社会和环境的协调发展，《中华人民共和国环境影响评价法》（以下简称《环评法》）己由中华人民共和国第九届全国人民代表大会常务委员会第三十次会议于2002年10月28日通过，自2003年9月1日起施行。在该部法律中明确规定编制规划要进行相应的环境影响评价。众所周知，煤矿开采会对地下水环境造成不可估量的后果，而水资源对于人类的生存和发展也占有非常大的比重，因此保护地下水至关重要，结合国内外对于煤矿区地下水的保护来看，煤矿开采技术发展迅猛，我国煤矿技术是不断发展进步的，尤其是随着近两年计算机技术以及网络技术的发展，煤矿开采技术取得良好的发展成果，实现了重大突破。有效实现了煤炭开采技术的进步，主要表现在采用综合放顶技术以及坚硬式顶板\o"煤矿管理"管理技术、大型综合开采技术来实现开采技术的突破，有效实现了煤炭开采技术的提高。环保型开采技术取得了良好进步，煤炭开采虽然为社会输送了大批的能源，但是由于开采不合理等问题的存在，煤炭开采还带来了严重的环境问题。最为典型的问题就是地表资源的浪费和地下水资源的污染，部分煤矿开采还造成大气污染的产生。针对这种情况，我国煤炭开采技术逐步提高了技术的环保水平。但终究还是存在着这样那样的问题，例如主要是开采了上层煤和中层煤，底层煤质没采，资源浪费太大，机械化程度不高。所以综上所述，我国的煤矿开采技术还有待提高和改善。本论文紧扣煤矿开采区地下水环境问题，旨在解决煤矿开采中遇到的问题和对于开采区地下水资源的保护问题，并提出相应的解决办法和建议，综上所述，煤矿开采对地下水资源造成了相当大的影响，给人们的生活也带来了不便，有必要加强煤矿开采对于水资源破坏的控制，恢复水生态环境，煤矿开采与地下水资源保护相协调，这样才能可持续发展，进而真正的实现煤矿开采对地下水资源的合理化利用，实现煤矿绿色开采。第1章煤矿开采1.1煤矿开采现状1.1.1中国煤矿开采技术现状及趋势中国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，据不完全统计，我国煤炭总储量在9000亿t以上，含煤面积55万多平方千米，而且煤种齐全，我国一次性能量消费结构中，煤炭占75%以上。从煤中可以提取二百多种产品，因此煤炭工业发展的快慢，将直接关系到国计民生和我国社会主义经济建设.新中国成立后，原煤产量飞速增长。近几年来，由于对采煤方法进行了改革以及更新了一批现代化采煤设备，以使一批煤矿跨入了现代化高产高效煤矿的行列，随着国民经济的发展，煤矿安全条件将进一步得到改善，煤矿采煤生产技术将达到国际先进水平。煤矿开采技术随着煤层赋存条件的不同而有很大差异，我国煤层赋存条件多种多样，目前国有重点煤矿缓斜，倾斜和急斜煤层可采储量分别占86.3%、10.1%和3.6%。这种特点决定了我国采煤方法必然是多种多样的，采煤方法是煤炭工业的关键工艺技术，是建设现代化矿井的基础，采煤方法改革的根本出路在于发展机械化、自动化、工艺操作控制程序化，从而达到高产、高效、损失少的目的，并努力达到或接近国际先进水平，建国初期采煤方法多采用无支护的穿硐室和高落式，并首次使用了截煤机和刮板运输机，之后采用以长臂式为主的正规采煤方法，1964年我国成功的使用了前截式滚筒采煤机，1977年，我国因地制宜积极推广了倾斜长臂采煤法，柔性掩护支架采煤法，无煤柱护巷，水力采煤等，80年代以来采煤方法得到迅速发展，近些年来，生产技术也有较大发展，生产技术指标明显改善，普通机械化工作面的装备已得到引用，总的来看，我国采煤技术正在不断进步，并日益与国情相结合，趋于国际先进水平。1.1.2国外煤矿开采技术现状及趋势进入21世纪以来ꎬ国外煤矿开采追求“安全、高效、简单、实用、可靠、经济”的原则，其智能开采的技术思路是:通过钻孔地质勘探和掘进相结合的方式，描绘工作面煤层的赋存分布，通过陀螺仪获知采煤机的三维坐标，两者结合实现工作面的全自动化割煤，该思路可避开煤岩识别难题，以地质条件为载体，顶层规划自动化采煤过程。英国《金融时报》7月14日刊文称，即使在油气价格暴跌之后，美国很多拥有大规模储量和负现金流的油气勘探与生产企业也能筹集新的股本并为债务再融资。而煤炭行业几乎没有引起投资者的兴趣。研究表明，导致美国煤矿开采行业陷入困境的主要因素有两个：天然气价格下跌，以及中国钢铁生产泡沫缩小。一方面，美国天然气勘探与生产行业在技术和管理方面取得了巨大进步，降低了原本成本极其高昂的页岩和致密砂的直接开发成本。另一方面，煤矿企业前些年的快速增长得益于中国发电厂和钢铁厂对煤炭源源不断的需求。美国大型煤炭生产商借入大量资金扩大冶金煤产能来满足中国的煤炭消费需求。然而，近两年中国致力于发展方式的转变，控煤、限煤恰恰是其一系列政策措施的重要组成部分。因此，美国生产商面临更多的过剩煤炭、更多的债务负担，以及更令人忧虑的价格和资金流问题。此外，环保人士和美国环保署在基于1970年《清洁空气法案》反煤炭规定方面的合作相当成功。正如一位煤炭公用事业企业的律师所言：“即便‘汞和有毒空气污染物排放标准’被推翻（可能性非常小），但它已造成损害。公用事业行业已制订了相应计划。”1.2先进的煤矿开采技术1.2.1洁净煤技术洁净煤技术是指从煤炭开发到利用的全过程中旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术。洁净煤技术（CCT）一词源于美国,旨在减少污染和提高效益的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制等新技术的总称。传统意义上的洁净煤技术主要是指煤炭的净化技术及一些加工转换技术，即煤炭的洗选、配煤、型煤以及粉煤灰的综合利用技术，国外煤炭的洗选及配煤技术相当成熟，已被广泛采用；意义上洁净煤技术是指高技术含量的洁净煤技术，发展的主要方向是煤炭的气化、液化、煤炭高效燃烧与发电技术等等。它是旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制新技术的总称，是当前世界各国解决环境问题的主导技术之一，也是高新技术国际竞争的一个重要领域。根据我国国情，洁净技术包括：选煤，型煤，水煤浆，超临界火力发电，先进的燃烧器，流化床燃烧，煤气化联合循环发电，烟道气净化，煤炭气化，煤炭液化，燃料电池。洁净煤技术包括两个方面，一是直接烧煤洁净技术，二是煤转化为洁净燃料技术。第一种是在直接烧煤的情况下，需要采用的技术措施：①燃烧前的净化加工技术，主要是洗选、型煤加工和水煤浆技术。原煤洗选采用筛分、物理选煤、化学选煤和细菌脱硫方法，可以除去或减少灰分、矸石、硫等杂质；型煤加工是把散煤加工成型煤，由于成型时加入石灰固硫剂，可减少二氧化硫排放，减少烟尘，还可节煤；水煤浆是先用优质低灰原煤制成，可以代替石油。②燃烧中的净化燃烧技术，主要是流化床燃烧技术和先进燃烧器技术。流化床又叫沸腾床，有泡床和循环床两种，由于燃烧温度低可减少氮氧化物排放量，煤中添加石灰可减少二氧化硫排放量，炉渣可以综合利用，能烧劣质煤，这些都是它的优点；先进燃烧器技术是指改进锅炉、窑炉结构与燃烧技术，减少二氧化硫和氮氧化物的排放技术。③燃烧后的净化处理技术，主要是消烟除尘和脱硫脱氮技术。消烟除尘技术很多，静电除尘器效率最高，可达99%以上，电厂一般都采用。脱硫有干法和湿法两种，干法是用浆状石灰喷雾与烟气中二氧化硫反应，生成干燥颗粒硫酸钙，用集尘器收集；湿法是用石灰水淋洗烟尘，生成浆状亚硫酸排放。它们脱硫效率可达90%。第二种主要有以下四种：：①煤的气化技术，有常压气化和加压气化两种，它是在常压或加压条件下，保持一定温度，通过气化剂（空气、氧气和蒸汽）与煤炭反应生成煤气，煤气中主要成分是一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。用空气和蒸汽做气化剂，煤气热值低；用氧气做气化剂，煤气热值高。煤在气化中可脱硫除氮，排去灰渣，因此，煤气就是洁净燃料了。②煤的液化技术，有间接液化和直接液化两种。间接液化是先将煤气化，然后再把煤气液化，如煤制甲醇，可替代汽油，我国已有应用。直接液化是把煤直接转化成液体燃料，比如直接加氢将煤转化成液体燃料，或煤炭与渣油混合成油煤浆反应生成液体燃料，我国已开展研究。③煤气化联合循环发电技术，先把煤制成煤气，再用燃气轮机发电，排出高温废气烧锅炉，再用蒸汽轮机发电，整个发电效率可达45%。我国正在开发研究中。④燃煤磁流体发电技术，当燃煤得到的高温等离子气体高速切割强磁场，就直接产生直流电，然后把直流电转换成交流电。发电效率可过50%～60%。我国正在开发研究这种技术。1.2.2倾斜长臂采煤法倾斜长壁工作面按推进方向分仰斜开采和俯斜开采两种。如煤质较硬或顶板淋水较大，一般宜用仰斜开采；如煤层厚度大，煤质松软容易片帮，宜用俯斜开采。回采工作面一般应朝大巷方向推进，即水平大巷上方的煤层用俯斜方式开采，水平大巷下方的煤层用仰斜方式开采，以利于工作面通风和巷道维护。在地质条件适宜的矿井中，本法与走向长壁采煤法相比，优点是：①巷道布置简单，巷道掘进和维护费用低，投产快。据苏联矿井对比资料，在相同的矿山地质条件下，倾斜长壁开采比走向长壁开采的巷道长度减少10～20%，大型矿井的建设工期可缩短1～2年。②运输系统和通风系统均较简单，回采工作面技术经济效果好。③易于实现等长工作面，减少了由于工作面长度变化而增加拆装自移式液压支架和接长或缩短输送机的工序。本法的缺点是倾斜巷道距离长，使辅助运输和行人比较困难。中国自70年代开始推广使用。适用于倾角12°以下的煤层,机采和炮采可扩大应用于开采15°～18°的煤层。国外采用俯斜综采工作面开采倾角为33°的煤层已获成功。1.3煤矿开采注意事项及对策矿山的开采安全同地下矿山的开采安全一样，是安全生产工作的重点，也是难点。消除露天矿山开采事故隐患，控制矿山生产事故，减少人员伤亡和财产损失，是矿山安全的重要课题，必须引起高度重视。通过调查了解，目前露天矿山开采中存在的事故隐患比较多，主要表现在以下几个方面：一是有的开采面坡度过陡，局部还存在阴山坎;二是有的没有设警报器、避炮房(洞);三是宕面顶部表土剥离工作半数以上未做;四是有的作业场地堆料、积水过多清理不干净;五是有的生产宕面与加工场地、民房、道路间安全距离不符合规定;六是有的生产宕面浮(险)石清理不干净;七是爆破用导火索普遍短于1.2米;八是部分电器设备、线路破旧，有的线路架设不规范;九是设备无牌、操作人员无证以及安全帽不按规定佩戴现象时有存在;十是运料车辆超载普遍。任何隐患的存在和事故的发生都有它的原因。露天矿山开采事故隐患的存在，其原因主要是矿主及从业人员法制观念淡漠，安全意识不强，安全投入不到位，人员素质低。解决露天矿开采上存在的诸多事故隐患，从根本上杜绝和降低事故发生率，应从以下几个方面入手：一要加强对矿主的法制教育，提高其法制观念。要认真宣传贯彻《安全生产法》《矿山安全法》以及《矿山开采安全规程》，让矿主知法懂法，依照法律规程的要求从事矿山开采活动。二是加强安全教育，努力提高从业人员的安全生产意识。要进行安全常识教育，也要进行案例教育，用血的教训去说服和感知从业人员。三要强制实行安全投入，规范开采环境。要按规定设置警报器和避炮房(洞);开采区线路的架设要符合规范，老化电线要及时更新，并要按规定设置配电箱，禁止以残破配电板替代;禁止使用报废车辆及机械设备，并要按规定申报安全检测;作业人员保护用品必须配备齐全;开采面坡度应控制在规范要求的70°～75°以内;要及时平整阴山坎;宕面顶部表土剥离要符合规定要求，一般应保持在2米以上，并随开采进度及时向前推进;作业场地要按要求合理利用，堆料要及时清理，场地积水应及时排除;生产宕面与建筑物、道路等要留出足够的安全距离(应在300米以上)每次爆破的宕口浮(险)石一定要清理彻底;爆破用导火索长度一定要符合规范要求，达到1.2米以上。另外，矿主要按规定，及时申报作业环境安全检测，除年检外，发生重大险情应随时报检，以便科学排除事故隐患。四要提高相关人员素质，防止瞎干蛮干。负责人要接受相关安全知识培训，并取得《矿长安全资格证》;作业人员应根据工种不同，参加相关的专业培训，取得相应的《特种作业人员操作证》，禁止无证上岗和违法作业，为从根本上杜绝蛮干瞎干奠定基础。五要加大安全监察力度，防患于未然。矿山开采企业一般都地处偏僻，较为隐蔽，监察难度较大。也正因为此，一些法制观念淡漠的人胆大妄为，只要钱不要命，置法规于脑后，使得死亡事故屡屡发生。所以，要加大对矿山开采企业的监察力度，强制其依法开采、规范作业。第2章煤矿开采与地下水2.1煤矿开采对地下水资源造成的隐患2.1.1采矿对区域地下水位的影响对地下水水位的影响：煤矿在开采过程中会对矿区的地下水位产生的影响，根据相关地勘资料和《环境影响评价技术导则－地下水环境》提供的计算方法，研究得到矿山不同地下水含水层的地下水水位下降情况以及地下水位影响半径（见表1）。研究表明，对不同地下含水层的影响均不一样，其中地下水降深影响范围为1.05~22m，地下水影响半径范围为200m，总体上影响不大，其地下水水位变化区域影响范围分级为小。表1煤矿开采后矿区地下水位影响情况一览表2.1.2对含水层的影响煤矿开采影响地下水主要是煤层开采后顶板发生垮落，形成垮落带和导水裂隙带。受垮落带和导水裂隙带的影响，使地下水含水层与开采煤层之间的隔水层被破坏，导致含水层水量漏失，水位下降，间接对被破坏含水层有水力联系的其他含水层产生影响。通常煤系地层含水层和上覆松散岩系地层含水层之间有隔水层存在，无水力联系。由于巷道、采空区的出现，加之采空区顶板塌陷，增加大量垂向裂缝，有的裂缝直通地表，在地面形成地裂、地陷，因此，会影响地表水、地下水的途径有三种：一是沿断层带入渗，二是沿开采沉陷带下渗，三是沿风化带和沉陷带渗漏。2.1.3对地下水水质的影响由于采煤产生的地表裂隙，使井田范围内村民排放的生活污水、农灌污水和大气降雨可能通过这些裂隙进入浅层地下水。生活污水、农灌污水中主要含有有机物和细菌，细菌在透水性好的卵石、裂隙和溶隙中迁移距离可达800～1000m。大气降水中携带大气污染物，同时对农作物的冲刷和农田耕地的冲刷，使其带有部分农药、化肥和悬浮物等，这些污废水由于未经过土壤带和包气带净化而直接进入地下水中，会对地下水水质产生一定的影响。2.2对地下水资源造成隐患后的控制措施随着矿区生产规模的不断扩大，其对地下水的需求量也在持续增大。地下水资源不合理的开发利用，往往会导致地下水水位下降、水质恶化等环境问题，制约了矿区的发展，影响了矿区群众的生活。因此，为保证矿区合理、安全利用地下水资源，需要对地下水的破坏加以控制。（一）沉陷表现形式主要是地表裂缝，局部滑坡或崩塌，主要由于水位下降引发，应采用强化底板条件、减少底板突水或对特殊构造留设保护煤柱等方法有效控制水位下降，减缓对土地的沉陷影响。（二）做好矿区水循环系统和巷道水平衡及安全支护，避免因地表水扩充或地下水涌水等造成对地下水环境与地质环境严重影响。（三）经济杠杆1、建立水资源保证金制度。2、收取容量水资源费、排放费、水资源保护基金，用于生态保护和治理。3、开采矿藏或者建设地下工程，因疏干排水导致地下水水位下降、水源枯竭或者地面塌陷的，采矿单位或者建设单位应当采取补救措施。停采闭坑的煤矿，水行政主管部门要会同有关部门对矿内地下水突水点的封堵措施进行验收，合格后，方可闭坑。对他人生产生活造成损失的应依法给予补偿。4、对水位工程造成影响的补偿办法。以上补偿费用主要由各煤矿承担。（四）做好矿区水文地质与工程地质勘察和预测、预报工作，规范采掘，通过限高开采、分层开采等方法降低导水裂隙带的发育高度，保护含水层结构。（五）生活污水经治理后用于农田灌溉，施工废水经处理后全部回用不外排。矿井排水主要受煤尘污染，悬浮物浓度较高，应采用高效混凝沉淀处理工艺处理；生活污水主要污染物为COD、BOD、SS，采用接触氧化工艺一体化处理设备处理，防止因地表水污染后下渗造成地下水污染。（六）加强监测加强对矿区地下水资源的监测工作，对用水量，矿坑涌水量、排水量及涌水、排水水质以及周边地下水动态进行长期监测，建立月报、季报和年报制度，为矿区周边水环境的变化预测、用水应急预案设计提供基础资料。（七）引进先进仪器我国现阶段煤矿多以地下井工开采为主，在地下开采过程中，不可避免地会破坏煤系地层上覆含水层。利用VisualMODFLOW软件能够直观、真实地反映出复杂的地下含水层系统，模拟出的地下水流场与实际情况较为相符，因此在越来越多的领域用来分析、研究地下水运动特性及水位分布。应用VisualMODFLOW软件对煤矿煤层上覆含水层的地下水流进行数值模拟，得出上覆含水层水位的降深，进而更确切的分析煤层开采后对地下水的影响。第3章环境影响评价方法3.1环境影响识别方法3.1.1清单法列表清单法是利特（Little）等1971年提出的利用开列清单进行影响评价的方法。他将研究中所选择的环境参数及开发方案列在一种表格里，可以鉴别出开发行为可能会对哪一种环境因子产生影响，并表示出其影响的好坏及相对大小，但它对环境参数不能进行定量计算。如Little清单法是Little在进行交通运输等建设方案的影响评价时提出的方法，他把建设方案分成规划设计、施工及运行三个阶段，把开发行为可能造成的影响分成噪声、空气质量、水质、土壤侵蚀、生态、经济、社会政治及美学不同类型，将方案的阶段与各种影响类型列成一张表格，从中鉴别出在各种不同阶段方案可能会产生的有利或不利影响，最后制定出一个0-10评价等级，以说明影响大小并表示出最大的可能影响。3.1.2矩阵法矩阵法将规划目标、指标以及规划方案与环境因素作为矩阵的行与列，并在相对应位置填写用以表示人为活动与环境因素之间的因果关系的符号、数字或文字。简单矩阵是两个一览表的综合。一个描述拟采用的行动的潜在影响（列），另一个列出包括社会、经济、环境条件等可能受影响的环境因子（行）。一般的在矩阵的后面都附有一个说明，给出每一个单元中数值取得过程。使用者则应该寻找原始资料从而确定哪些行动的影响最为显著。矩阵法有简单矩阵、定量的分级矩阵（即相互作用矩阵，又叫Leopold矩阵）、PhiUip.Defillipi改进矩阵、Welch-Lewis三维矩阵等。在区域环评中的应用：通过列表的形式来寻找开发区规划的实施可能带来的环境影响，根据这些影响进行规划方案筛选和环境影响识别。具体步骤如下。找出规划制定、实施、实施后的主要人类行为，将其作为矩阵的行；识别主要的受影响因子，包括社会、经济、环境、资源等方面，并将这些因子作为矩阵的列；根据专家和公众的意见，对每种人类活动与受影响因子之间的直接关系，也可根据一定的规则进行打分。3.1.3其他方法叠图法适用于评价规划区域现状的综合分析，环境影响识别（判断环境影响范围、性质和程度），并比较不同方案下环境受到的影响尤其是累积影响，以确定其是否适合规划。①应用于现状的综合分析和环境影响识别时，只要将受影响地区（如自然保护区、野生动植物和地下水的重要区域）的透明图片叠加起来。②应用于环境影响评价时，需要将规划影响的范围和强度图与上述地图重叠即可，在合成图上作用因素和环境特征有重合的即视为有影响。网络法是用网络图表示活动造成的环境影响以及各种影响之间的因果关系，以原因-结果关系树来表示环境影响链，多层影响逐级展开，呈树枝状，故又称影响关系树或影响树。网络法主要有两种形式：因果网络法和影响网络法。因果网络法的实质是一个包含有规划与调整行为、行为与受影响因子以及各因子之间联系的网络图。因果网络图的优点在于可以识别环境影响的发生途径，便于依据因果关系考虑减缓及补给措施，缺点在于因果关系要么过于详细，致使在一些不太重要或者根本不可能发生的一些影响上花费太多时间、人力、物力和财力，要么就是因果关系考虑得过于笼统，导致遗漏重要影响，尤其可能遗漏间接影响。影响网络法则是将影响中的对经济行为与环境因子进行的综合分类以及因果网络法中对高层次影响的清晰的追踪描述结合进来，最后形成一个包含经济行为、环境因子和影响联系这三个评价因子的网络。在区域环评中的应用：环境系统是由一个复杂的关系网组成的，许多行为的影响发生在远离行为本身的几个时期，其目的在于识别最初行为与最终环境结果之间的关键因果关系。通过专业判断，画出流程图（行为、结果）和箭头（表示它们之间的相互作用）构成的网络系统，用来表示行为的直接影响和间接影响。3.2环境影响预测方法预测环境影响时应尽量选用通用、成熟、简便并能满足准确度要求的方法。同时应分析所采用的环境影响预测方法的适用性。目前使用较多的预测方法有：数学模式法、物理模型法、类比分析法和专业判断法等。（1）数学模式法。能给出定量的预测结果，但需一定的计算条件和输入必要的参数、数据。一般情况此方法比较简便，应首先考虑。选用数学模式时要注意模式的应用条件，如实际情况不能很好满足模式的应用条件而又拟釆用时，要对模式进行修正并验证。（2）物理模型法。定量化程度较高，再现性好，能反映比较复杂的环境特征，但需要有合适的试验条件和必要的基础数据，且制作复杂的环境模型需要较多的人力、物力和时间。在无法利用数学模式法预测而又要求预测结果定量精度较高时，应选用此方法。（3）类比分析法。预测结果属于半定量性质。如由于评价工作时间较短等原因，无法取得足够的参数、数据，不能用前述两种方法进行预测时，可选用此方法。生态环境影响评价中常用此方法。（4）专业判断法。定性地反映建设项目的环境影响。建设项目的某些环境影响很难定量估测，如对人文遗迹、自然遗迹与“珍贵”景观的环境影响等，或由于评价时间过短等无法釆用以上三种方法时可选用此方法。生态影响预测釆用的生态机理分析法、景观生态分析法等属此类方法。第4章大水头煤矿开采地下水环境影响评价分析4.1大水头煤矿4.1.1大水头煤矿简介（一）、地理位置靖远煤业有限责任公司大水头煤矿位于甘肃省白银市平川区，距白银市69KM，距集团公司机关2KM，与长征火车站相毗邻，占地约12.8KM2，矿内公路与省道309、国道109线、白兰高速公路相连，铁路专用线从长征火车站直通矿内煤炭装车点。交通运输条件极为便利。图一为该煤矿地理位置图。图一：大水头煤矿地理位置（二）、矿井建设大水头矿始建于1958年，在小窑平峒生产的基础上改造而成，于1970年12月简易投产，设计能力为45万吨/年，1980年经原煤炭部核定为21万吨/年，但实际年均生产能力只有14.4万吨，始终未能达产。1987年由于1380水平以上浅部煤层资源枯竭等原因被迫停止原煤生产。1988年经原中煤总公司批准进行改扩建，设计生产能力为105万吨/年。1996年4月进入试生产，1997年8月1日经原国家验收委员会组织验收正式移交投产。2009年核定生产能力为220万吨/a。（三）、井田地质井田位于大宝向斜构造的西南翼，东北部1175米煤层底板等高线为井田边界，与宝积山井田相连；东南部以Ⅸ勘探线为界，与魏家地井田相邻，北部、西部和西南部均止于煤层自然尖灭线。井田走向北西—南东，倾向北东，长约7.1KM，宽约1.7KM，面积约12.8KM2。截止2011年底，矿井期末工业储量为10753.62万吨，可采储量为7568.99万吨，服务年限为40年。中侏罗窑街组(J2Y)为含煤层系，一层煤为主采煤层，厚度为0.53～33.38M，平均厚度约10.34M。主要构造有：⒈褶皱：有胶泥汤凹陷、前汤山隆起、花尖子短轴向斜、腰水背斜，但都比较宽缓。⒉断裂：分别为F40号断层、刀楞山断层、F46号断层和F5号断层。矿井正常涌水量为60M3/h，最大为120M3/h。矿井属高瓦斯矿井，2012年度矿井瓦斯等级鉴定:相对瓦斯涌出量为9.48M3/d.t,绝对瓦斯涌出量为42.13M3/min。煤尘具有爆炸性（爆炸指数34.52%），自然发火期为3～6个月。地温、地压正常，煤炭牌号为不粘结及弱粘结煤，属低硫、低磷、具有较高发热量的环保型优质化工动力和民用煤。产品牌号为“晶虹3号”。品种有大块（规格750mm，热值27.5～29.27MJ/kg），混煤（规格<50mm，热值26～28.5MJ/kg），沫煤（规格<10mm，热值26～28.5MJ/kg）。4.2大水头煤矿开采地下水环境的影响4.2.1岩层环境的改变煤矿开采肯定要将施工区域周围的水排出，这就改变了岩层环境，其中主要是改变了含水层和隔水层的相对关系，还有就是开采煤的方法破坏了顶板岩层的自然平衡状态。又会使含水层结构受到破坏，引起地下水补、迳、排的改变，造成恶性循环，治理工作难度很大。现列出岩层图片和开采后岩层移动图片，图二为开采前岩层图片，图三为开采后岩层移动图：图二：岩层分布图图三：煤矿开采后地下岩层移动图4.2.2水的存在分层在地下分为浅层、中层、深层。图四为水在地下的分层。浅中层为工业用水和生活用水的主要来源。采煤松散岩类地层中的水快速向下渗透，形成区域性地下水位降落漏斗，浅中层水被逐渐疏干，造成百姓的用水问题。而随着开采深度的增加，深层水被截留直接转化为矿坑水排除，日积月累排出量越来越多，短期内很难治理、恢复。根据相关可靠数据可知煤矿开采对地下水位也造成了严重影响，例如平顶山矿区水位由+83m降低到了现在的-240m，下降了320m，唐山地区水位下降了近63m。图四：水的存在分层4.2.3大水头煤矿开采对地下水质量的影响图5地下水示意图地下水泛指埋藏在地下岩土空隙中所有水，有浅水层、中水层、深水层。图5为地下水示意图，地下水资源具有水质稳定可靠、分布广泛、具有时间上的调节作用、赋存状态多样性等特点。图五为地下水示意图，从国土资源公报给出的2010年、2011年数据可以明显看出，地下水水的质量总体在下降。煤矿开采作为工业生产的重要支柱型产业，对地下水造成的污染比重必然不可小觑。靖远煤电股份有限公司大水头33年的煤矿开采破坏了地下水化学环境，氧化图六矿井水污染作用、生物作用等综合因素使得水化学成份发生变化，形成酸性矿井水。矿井废水中悬浮物等污染物浓度较高，特别是流经含硫铁矿煤层的矿井水，酸性很大。经抽样检测，其悬浮物浓度平均值为280毫克／升，化学耗氧量浓度平均值为530毫克／升，硫酸根离子浓度高达2500毫克／升，最低PH值仅为2．7。这类矿井废水如不经处理就外排，将严重污染地面水体，淤塞河道和农田渠道，造成土壤板结，对农作物影响很大。图六为矿井水污染后微生物泛滥后的情形。水中含有各种有机和无机悬浮固体，也含有有毒污染物：汞、铅、铬等重金属，氟化物、氰化物等无机毒物，PH值很低，含有害物质离子浓度增大，水质恶化。水化学类型由原来的重碳酸钙型水逐渐化为重碳酸、硫酸钙型水，硫酸、重碳酸钙型水和单纯的硫酸钙型水。地下水影响地表水，从而水质量严重下降、水遭到严重污染从而影响周围百姓和厂区正常用水。矿山废水污染物主要有以下几种：(1)有机污染物。矿山废水池和尾矿池中植物的腐烂,可能使废水中有机成分含量很高,选矿厂、洗煤厂、分析化验室排放的废水中含有酚、甲酚、萘酚等有机物,它们对水生物极为有害。(2)油类污染物。油类污染物是矿山中较为普遍的污染物,含油废水浸入孔隙内形成油膜,产生堵塞作用,破坏土壤结构,不利于植物的生长,甚至使农作物枯死。水面存在的油膜阻碍大气中的氧向水体转移,致使水体得不到氧,使水生生物因缺氧而死亡。(3)酸碱的污染。酸碱污染是水体污染中存在的普遍现象,酸碱废水排入水体后,使水体pH值发生变化,抑制细菌和微生物的生长,妨碍水体自净还可腐蚀船舶和水工建筑物,破坏正常的生态循环。（4）氧化物。氧化物有剧毒,一般人只要误服0.1g左右的氰化钠或氰化钾就会死亡。敏感的人甚0.06g就可致死。当水中CN-含量达0.3～0.5mg/L时,便可使鱼致死。4.2.4煤矿开采对地下水位的影响地面水下跌,由于在煤炭开采过程中矿井水大量外排，导致地下水位降，引起地面水下跌。煤矿井下水大量外抽，矿井上底承载能力下降，加上大部分小窑煤井在开采过程中，没有采取预留煤柱等预防措施，有的小窑煤井甚至对国有煤矿预留煤柱肆意采挖、破坏，导致地层错动，地表下沉。图七为该矿区地下水位下降导致公路受损图。从而给人们的出行带来了不便，图七煤矿开采致使地下水位下降导致公路塌陷

4.3大水头煤矿存在的问题解决建议4.3.1四点建议（1）在经济发展、社会利益、环境保护三方面效益基础上加深对靖远煤电股份有限公司大水头煤矿开采方法的思考、优化对靖远煤电股份有限公司大水头煤矿开采方法，开发靖远煤电股份有限公司大水头煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术，从而提高采煤效率，保证靖远煤电股份有限公司大水头煤矿区域环境协调发展。（2）对靖远煤电股份有限公司大水头煤矿能改进矿坑水进行技术研究以便回收循环利用，这样既能减小对水的污染，又能增大水资源的来源。因此，矿井水资源的综合利用和保护，影响到靖远煤电股份有限公司大水头煤矿煤炭工业的持续、稳定、协调发展，直接关系到靖远煤电股份有限公司大水头煤矿煤炭资源的开发战略。例如：可以利用矿井水直接用于煤的洗选，或者经过自然沉淀、过滤后用于洗澡，也可建立矿井水净化站使之达到饮用水标准，或者也可用于锅炉、冷却灭尘等用途。图八图九为酸性矿井水处理流程工艺图和处理设备。图九酸性矿井水处理设备（3）珍惜靖远煤电股份有限公司大水头煤矿煤资源，遵循自然规律、经济规律合理进行煤炭开发，提高生产技术和生产效率，资源开发和环境保护相结合，节约用煤，减少废弃物的排放，争取在源头和过程中减少污染物的产生，间接或直接减少对地下水资源的影响。（4）靖远煤电股份有限公司大水头煤矿应该加大对地下水污染的关注与防治以及相关部门的监管力度和管理水平，将人员管理规范化。因为一些企业人不乏一味的追求经济效果，急功近利，付诸环保的积极性不高。也有一些企业领导人在领导工作中采厚弃薄，采易弃难，对一些还可以进行深层次加工的资源废弃严重，从而导致了煤炭资源的严重浪费。对于这些现象相关部门有必要加重对违章者和违章行为的惩罚措施，做到防患于未然。4.3.2结束语从以上论述中可以看到，靖远煤电股份有限公司大水头煤矿开采对地下水资源的破坏是不可避免的，但是靖远煤电股份有限公司大水头煤矿一定要在煤矿开采的整个过程中结合可持续发展，采取一定循环经济、低碳模式以及清洁生产措施将对水破坏降到最低，并对地下水质量及时检测将地下水破坏对人类造成的危害降到最低，给自己和周围的老板姓使用地下水一个交代。也最好从源头和过程中出发减小对地下水污染的程度，提高人的保护环境意识，将煤矿开采长久的发展下去。第5章结论与展望5.1结论本文结合实例对煤矿开采区地下水环境做出了详细的论述，并最终得出了结论，现做以下阐述：关于治理煤矿开采区地下水环境的问题给出以下建议：结合地下水环境现状调查和地下水环境影响预测结果，对建设项目各实施阶段(建设生产运行和服务期满后)不同排污方案及不同防渗措施下的地下水环境影响进行评价，包括地下水流场或地下水水位(水头)影响及可能出现的环境水文地质问题的类型性质及其影响的范围特征和程度等根据评价结果的对比，推荐地下水环境影响最小的方案，同时，针对项目方案制定预防保护措施与对策，如地面沉降岩溶塌陷地面裂缝等环境水文地质问题产生的具体措施制定，地下水动态监测系统等。开发利用采空区积水。采空区积水的开发利用，不失为缓解矿区工农业生产用水，减轻岩溶水资源紧张，水位不断下降的局面的有效途径。在保障煤炭高采出率条件下，实现地下水资源的保护利用，是西部生态脆弱区现代化矿区建设面临的重大难题之一，神东矿区在一系列研究基础上，采用现代科学研究方法和现场观测等手段，首次揭示了现代煤炭开采对地下水运移的影响规律，即第四系松散层孔隙含水层水位在下降至２０％~３０％后达到平衡，基岩裂隙水是目前矿井涌水的主要来源现代煤炭开采对地表土壤水影响不大，运用该规律攻克了一系列技术难题，建设了若干煤矿地下水库，保护了地下水资源，同时通过利用自然净化和人工辅助的水净化措施，保障了井下生产用水提供了矿区９５％以上用水，进一步攻克了同层和不同层库间连通以及水库安全难题，实现井下立体空间内不同地下水库的导通，建设了大柳塔世界首座煤矿分布式地下水库工程提升了地下储水技术，煤矿地下水库及分布式地下水库技术的成功实施，将传统的保水位理念转变为保水量的保水开采理念开辟了新的保水开采技术思路，将为我国西部地区特别是能源“金三角”煤炭现代开采水资源保护利用提供借鉴参考。再者地下水资源对于人类而言相当重要，地下水资源是在岩土中赋存和运移的、质和量具有一定利用价值的水。是地球水资源的一部分，与大气降水资源和地表水资源密切联系，互相转化。地下水资源的开采一般不应超过补给量，否则会给环境带来危害，使生态条件恶化。一个国家是否拥有地下水的“主权”是由很多变动因素决定的，包括蓄水层被边界线划分的比例，哪个国家的地理条件更有利于蓄水层的开采，人口数量以及用于农业灌溉的水量等。联合国教科文组织的地图只是为了帮助确定蓄水层的地理范围，将来可以凭借这些信息来制定国际协议。国家对水资源的治理责任是国家责任在环境保护中的具体表现，由于水对于个人生存和国家发展的重要性，决定了国家在水资源中不可推卸、不可懈怠的法律责任。首先，国家必须国家治理的理念上确实认识到水资源治理的重要性，认识到水资源污染对人类对生存和发展的不利后果，确保国家行为主体都在思想上提高国家行为对水资源治理的必要性和必然性认识，认识水危机对于一个国家一个民族的极端重要性，把水资源治理与国家治理日常治理联系起来，成为国家行为的日常性、规范性必然性工作。其次，国家在对水资源进行治理的体制上存在缺陷，不能为水资源的国家有效治理提供依据和工作手段。再次，对于水资源的国家治理缺乏必要的群众基本，缺乏必要的宣传和教育手段，没有形成全民的水资源防治意识和行为，公民群众对水资源防治的意识不高，对水资源、水土流失和生态破坏的危机认识不足。水资源治理是一个系统工程，要在国家治理行为责任性的基础上，照顾到公民群众的利益，考虑到公民在水资源治理方面得与失，加强宣传和教育工作，既要照顾特定公民群众的利益和需要，又要不妨碍水资源治理的正常进行，协助公民对水资源的科学规划和合理开发利用。在必要的条件下，国家必须加大对公民利益的补偿性投入，从工作与生活上给予公民群众相应的关怀，促进特定公民群众的生存与生活方式适宜水资源防治的必要转变。5.2展望面对诸多的问题，我国必须推行智能开采技术，在保护煤矿开采区地下水资源的同时还要持续创新，开发出新的技术，但说到智能开采，又有着这样那样的技术难点，总的来说有以下几点：（1）开采设备自动化技术水平有待提高，（2）开采设备可靠性需增强，同时应增加设备感知、决策、控制和智能化功能，由单机向成套装备智能转变，（3）开采恶劣环境下可视化技术难题，需要研究清晰、实时的开采工作面再现技术，（4）开采智能决策技术难题。针对这些技术难点，智能开采的技术发展方向也就相当明确了，现做以下陈述：5.2.1智能开采关键技术根据国内外对煤矿开采技术的发展要求，提出了智能开采的关键技术由智能探测、智能导航和智能控制3个部分组成。5.2.2开采智能探测开采智能探测是指对采场未知区域的自动探查和检测，用于指导采煤机俯仰采控制和摇臂调高、综放工作面放煤时的煤矸自动识别等，可分为煤岩分界、煤矸识别和超前探测等专业领域。（1）煤岩分界采用太赫兹技术利用单天线进行多普勒雷达脉冲的发送和接收，信号通过煤岩层时会减弱，并且遇到煤岩界面会发生反射，反射波的速度相位滞后或从发射波到反射波被接收的时间间隙，除与发射波频率、煤和顶板岩性等可测知的因素有关外，还与电磁波在顶底煤中穿越路程即顶底煤厚度有关，通过对接收到的反射波进行信号处理可确定顶底煤厚度。（2）煤矸放落自动识别，煤矸放落自动识别一直是综采工作面的技术难题，通过时域光谱技术探测是一种可行的技术方法，时域光谱技术的基本原理是利用飞秒脉冲产生并探测时间分辨的电场，通过傅里叶变换获得被测物质的光谱信息，通过特征频率对物质结构、物性进行分析和鉴定，适用