煤矿开采过程对地下水的影响及防治

煤矿开采过程对地下水的影响及防治

邸野祝安宁杨硕钊

（辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁省阜新市，123000）

摘要：煤层开采后处于氧化环境，硫铁矿与矿井水和空气接触后经过一系列的氧化、水解等反应使水呈酸性，形成酸性矿井水。煤矿采煤过程发生着一系列的物理、化学反应，对各种地下水以及其他环境影响较大，因此如何做好煤矿采煤生产过程对地下水的防治是相关人士探究的话题。对酸性矿井水的危害、形成原因进行了简单的阐述，并提出了防治措施。

关键词：煤矿开采；地下水；防治

一直以来，煤炭都是我国主要的能源，占据了一次性能源总量的76%以上，其使用量是不言而喻的，这就为煤矿采煤生产带来了新的挑战。伴随着采煤生产的扩大，各种破坏也就随之加剧，对地下水的影响就是其中之一。因为采煤破坏了煤层环境，将原来还原环境转变为氧化环境。而且煤炭之中含有0.4%左右的硫，大都是以黄铁矿的形式存在。在采煤过程中，发生了相应化学变化，产生了硫酸与氢氧化铁，导致水呈了酸性，出现了酸性矿井水。不但会腐蚀各种设备，还会污染各种土壤与地表水，影响到人们的生活与健康。

1 酸性矿井水形成原因

煤系地层大多形成于还原环境含黄铁矿（FeS2）的煤层形成于强还原环境。酸性矿井水形成的主要原因是由于发生了以下主要化学反应：
  （1）黄铁矿氧化生成游离硫酸和硫酸亚铁。
  （2）硫酸亚铁在游离氧的作用下转化为硫酸铁。
  （3）矿井水中硫酸铁具有进一步溶解各种硫化矿物的作用。
  （4）硫酸铁在弱酸性水中发生水解而产生游离硫酸。
  （5）在矿井深部硫化氢含量高时，还原条件下富含硫酸亚铁的矿井水也可产生游离硫酸。
    酸性矿井水的性质除与煤中含硫量有关外还与矿井涌水量、密闭状态、空气流通状况、煤层倾角、开采深度及面积、水的流动途径等地质条件和开采方法有
关。矿井涌水量稳定则水的酸性稳定；密闭差、空气流通良好则水的酸性较强Fe2+离子含量较多；反之则酸性较弱Fe2+离子较多；开采越深，煤的含硫量越高；开采面积越大水的流经途径越长，则氧化、水解等反应进行得越充分，水的酸性越强，反之则弱。

2 酸性矿井水的危害

当水的PH值小于了6就具有酸性，能够腐蚀金属物质与金属设备；一般情况而言，只要PH值小于了4就成为了强酸性，具备较大腐蚀性，对采煤安全生产与采矿区的生态环境都有严重的危害，具体体现在以下几个方面：
  （1）腐蚀井下的钢丝绳、钢轨等各种采煤设备，一般来说，钢丝绳及钢绳一旦受到强酸性井水侵蚀，在短时间之内就会降低强度，甚至可能因为腐蚀而断裂带来安全事故。
  （2）当探放pH酸碱度较低的老空水，水流会冲刷铁质控水管道与闸门，就会极快将这些设备腐蚀，不能够控制防水而造成一些灾害。
  （3）因为酸性矿井水之中含SO2-4的量比较高，极易和水泥之中的某些成分互相反应产生出较高硫酸盐结晶。生产这些盐类之时就会发生体积膨胀，经过相关研究，当硫酸根离子生产CaSO4.2H2O之时，其体积就会增加一倍以上；当形成了MgSO4 .7H2O之时，体积提升了430％；当体积增大之时就会让混凝土强度降低及结构疏松降低，进而遭到毁坏。
  （4）酸性矿井水还能够污染环境；一旦将这些酸性矿井水排进到河流之中，由于属于强酸性，就会致使大量的鱼类死亡；同时这种井水流入到土壤中，必然会破坏土壤团粒结构，导致土壤板结，农作物缺少养分而枯黄，降低产量；而且该井水不能够饮用，人们一旦长期接触就会导致手脚破裂，眼睛出现溃烂痛痒，一旦通过食物链到了人体，必然会影响到人体的健康。

3 酸性矿井水的预防与治理
3.1 酸性矿井水的预防
    根据酸性矿井水形成的条件和原因可以从减源、减量、减时等三个方面进行预防或减轻其危害程度。
   （1）减源：拣选利用造酸矿物化害为利。煤矿床的主要造酸矿物有夹杂在煤层中的黄铁矿结核和煤本身的含硫量。煤的开采率低、残留煤柱或浮煤丢失多。
黄铁矿结核废弃在井下采空区中被积水长期浸泡是产生酸性水的重要根源。减少工作面丢失的浮煤、积极拣选利用黄铁矿结核能减少产生酸性水的物质。拦截地表水，减少入渗量。例如回填矸石、控制顶板、防止地面水沿塌陷裂隙浸入老空区。在井下特别是老井或废弃封闭井巷处对矿井水释放适量的抑菌剂抑制或杀灭微生物的活性或者减少矿井水中微生物的数量。通过降低微生物对硫化物的有效作用达到控制酸性矿井水生成的目的。
   （2）减少排水量：设立专门排水系统集中排酸性水并在地表拦蓄起来使其蒸发、浓缩，而后加以处理，避免污染。
   （3）减少排放酸性水的时间：减少矿井水在井下的停留时间可在一定程度上降低微生物对煤中硫化物的氧化作用，从而有助于减少酸性矿井水的形成。对含黄铁矿多、硫分高、地表水渗漏条件又好的浅部煤层或已形成强酸性水的老窖积水区在开拓布局上要权衡利弊，统筹安排，在矿井前期不予开采或探放留待矿井水末期处理，避免长期排放酸性水。

3.2

治理酸性矿井水

在一定的物质条件之下，将酸性水所含硫酸与钙质岩石或者物质进行中和反应，能够有效地降低酸度。然而烧碱运行之中和剂的有效较少及污泥的生产也较少，有效地提升了总硬盘的提高，降低了水酸度，但是这样就会有效提升石头硬度，造成高成本以及现已基本使用。现今，实施方法主要有石灰乳作为中和剂之法，石灰石作为中和剂的方法等；事实上，各种不停实况的企业，在生产过程之中必须要做好地下水防治，比如石灰乳和其他剂结合起来、进而加强较浅的酸性，
选择涌水量的较小矿井水。

4 结论

煤系地层大多形成于还原环境。煤层开采后处于氧化环境硫铁矿与矿井水和空气接触后经过一系列的氧化、水解等反应使水呈酸性形成酸性矿井水。对地下水及其他环境和设施等造成一定的环境影响和破坏，同时会对人体健康造成一定影响。通过对酸性矿井水的形成原因进行分析，并采取一定的预防和治理措施可减少酸性矿井水对地下水的污染、其他环境和设施等造成的破坏以及对人体健康的影响。

参考文献：
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[2]宋绪奎.煤矿采煤生产过程对地下水的影响与防治[J].山东煤炭科技,2009(6):57-59.
[3]田容.采煤过程对地下水的影响与防治 [J] .科技向导,2011(6):78-80.

作者简介：第一作者：邸野，男，2002.07.31，阜新市，本科，在读
辽宁工程技术大学，矿业学院，辽宁省，阜新市，123000
第二作者：祝安宁，女，2002.05.26，阜新市，本科，在读
辽宁工程技术大学，土木工程学院，辽宁省，阜新市，123000
第三作者：杨硕钊，男，2004.08.16，阜新市，本科，在读
辽宁工程技术大学，矿业学院，辽宁省，阜新市，123000