采煤过程对地下水的影响及其防治？
关键词:煤矿开采活动中酸性矿井水环境影响防治
序
煤炭是我国的主要能源，占我国可支配能源的76%以上，因此必然要进行大量的煤炭开采。在煤炭开采过程中，煤层环境遭到破坏，其原有的还原环境变成了氧化环境。煤中一般含有0.3% ~ 5%左右的硫，主要以黄铁矿的形式存在，约占煤中硫含量的2/3。
煤层开采后，处于氧化环境。流动的铁矿石与矿井水和空气接触后，通过一系列的氧化和水解反应，生成硫酸和氢氧化铁，使水呈酸性，即产生酸性矿井水。PH值低于6的矿井水称为酸性矿井水。我国一些煤矿普遍使用酸性矿井水，尤其是南方煤矿。我国南方煤矿矿井水的pH值一般为2.5 ~ 5.8，有时可达2.0。pH值低与煤中硫含量高密切相关。酸性矿井水的形成对地下水造成了严重的污染，同时会腐蚀管道、水泵、铁轨、混凝土井壁等地下设备，还会严重污染地表水和土壤，使河水中的鱼虾灭绝，土壤板结，农作物枯萎，影响人体健康。
1，酸性矿井水的危害
矿井水pH值低于6时，呈酸性，对金属设备有腐蚀性。当pH值低于4时，具有强腐蚀性，会对矿区的安全生产和生态环境造成严重危害。具体来说，有以下几个方面:
1 & gt；井下轨道、钢丝绳等煤矿运输设备的腐蚀。例如，钢轨和钢丝绳受pH值的影响
2 & gt探排pH值低的老空水，铁控水管、闸门在水流的冲刷下腐蚀很快，使放水失控，带来灾难；
3 & gt酸性矿井水中的so42-含量很高，它与水泥中的一些组分相互作用生成水合硫酸盐晶体。这些盐形成时体积会膨胀。据测定，当SO _ 42-生成CaSO4.2H2O时，其体积加倍。MgSO4.7H2O形成时，体积增加430%；体积的增大使混凝土结构松散，强度降低，遭到破坏。
4 & gt酸性矿井水也是环境污染源。酸性矿井水排入河流，当pH值小于4时，鱼就会死亡。酸性矿井水排入土壤，破坏了土壤的团粒结构，使土壤板结，农作物发黄，减产，影响工农关系；酸性矿井水不适合人类饮用。长期接触会使人手脚断裂，眼睛发痒，并通过食物链进入人体，影响人体健康。
2.酸性矿井水的成因
大多数煤系地层形成于还原环境，含黄铁矿(FeS2)的煤层形成于强还原环境。煤中一般含有0.3% ~ 5%左右的硫，主要以黄铁矿的形式存在，约占煤中硫含量的2/3。煤层开采后，处于氧化环境。流动的铁矿石与矿井水和空气接触后，通过一系列氧化和水解反应生成硫酸和氢氧化铁，使水呈酸性，即产生酸性矿井水。酸性矿井水形成的主要原因是以下主要化学反应:
1 & gt；黄铁矿被氧化生成游离硫酸和硫酸亚铁；
2fe S2+7o 2·2h2o 2·h2so 4·2fe so 4
2 & gt硫酸亚铁在游离氧的作用下转化为硫酸铁；
硫酸亚铁+2H2SO4+O22Fe2(SO4)3+2H2O
3 & gt在矿井水中，硫酸亚铁的氧化有时不一定需要硫酸:
12fe S2+3o 2·6h2o 4·Fe 2(SO4)3+4Fe(OH)3
4 & gt矿井水中的硫酸铁可以进一步溶解各种硫化物矿物；
Fe2(SO4)3+MS+H2O+3/2O2M SO4·2feso 4+h2so 4
5 & gt硫酸铁在弱酸性水中水解产生游离硫酸；
Fe2(SO4)3·6h2o 2·Fe(OH)3+3h2so 4
6 & gt当矿井深部硫化氢含量较高时，在还原条件下，富含硫酸亚铁的矿井水中也能产生游离硫酸:
2硫酸亚铁+5硫酸亚铁+3S+硫酸亚铁+4 H2O
酸性矿井水的性质不仅与煤中的硫含量有关，还与矿井涌水量、封闭状态、空气循环、煤层倾角、开采深度和面积、水流路径等地质条件和开采方式有关。矿井涌水量稳定时，水的酸度稳定；密封不好，空气流通好，会让水酸性更大，含有更多的Fe3离子。反之，酸性较弱，Fe2离子较多。开采越深，煤的含硫量越高；矿区越大，水流路径越长，氧化、水解等反应进行得越充分，水的酸性越强，酸性越弱。
3.酸性矿井水的防治
3.1酸性矿井水的防治
根据酸性矿井水形成的条件和原因，可以从减少来源、减少数量和减少时间三个方面来预防或减少其危害。
1 & gt；源头减量:采摘利用制酸矿物，化害为利。煤矿床中的主要产酸矿物是混在煤层中的黄铁矿结核和煤本身的含硫量。煤的采出率低，残留煤柱或浮煤的损失，废弃在地下采空区并长期被积水浸泡的黄铁矿结核是酸性水的重要来源。减少工作面损失的浮煤，积极采摘利用黄铁矿结核，可以减少产生酸性水的物质。拦截地表水，减少渗透。比如回填矸石，控制顶板，防止地表水沿塌陷裂缝浸入老采空区。在井下，特别是在老井或废弃的密闭大巷中，向矿井水中施加适当的抑菌剂，抑制或杀灭微生物的活性或减少矿井水中微生物的数量。通过减少微生物对硫化物的有效作用，达到控制酸性矿井水产生的目的。
2 & gt减少水的排放:设置专门的排水系统，将酸性水集中排放，储存在地表蒸发浓缩后再进行处理，避免污染。
3 & gt减少酸性水的排出时间:减少矿井水在井下的停留时间，可以在一定程度上减少微生物对煤中硫化物的氧化，从而有助于减少酸性矿井水的形成。对于黄铁矿含量高、含硫量高、地表水渗漏条件好的浅部煤层，或强酸性水的老坑，在开发布局时要权衡利弊，统筹安排。矿井前期不宜开采或勘探，应留到矿井水处理后期，避免酸性水长期外排。
3.2酸性矿井水的处理
在一定的地质条件下，酸性水中的硫酸能与钙质岩石或其他碱性矿物发生反应，降低酸度。用作中和剂的烧碱用量少，污泥少，但水的总硬度往往很高。虽然水的酸度降低了，但是硬度增加了，而且成本高，所以现在基本不用了。目前的处理方法有石灰乳中和剂法、石灰石中和剂法和石灰石-石灰法、微生物法和湿地处理法。石灰乳中和剂处理法适用于处理酸性强、涌水量小的矿井水；石灰石-石灰法适用于各种酸性矿井水，尤其是酸性矿井水中Fe2离子较多时，还可以减少石灰用量。微生物法的基本原理是利用铁氧化物细菌通过氧化作用除铁。这种细菌可以从水生环境中吸收铁，然后在它们的粘液分泌物中以氢氧化铁的形式沉淀铁，可以将酸性水中的低铁转化为高铁沉淀，再用石灰石中和游离硫酸，可以减少投资和沉淀。湿地法又称浅沼泽法，具有成本低、易操作、效率高的优点，具体方法此处不详述。
结论
多数煤系地层形成于还原环境，煤层开采后处于氧化环境。流动的铁矿石与矿井水和空气接触后，经过一系列的氧化、水解等反应，水变成酸性，形成酸性矿井水。会对地下水等环境和设施产生一定的环境影响和破坏，也会对人体健康产生一定的影响。通过分析酸性矿井水形成的原因，并采取一定的防治措施，可以减少酸性矿井水对地下水的污染、对其他环境和设施的危害以及对人体健康的影响。
参考资料:
1王主编，水文地质基础，地质出版社，北京。
2.袁启顺，环境与地下水水力学研究论文摘要，长江科学研究院学报，1994，3。
3林念锋，李长辉，田春生等，环境水文地质学，北京，地质出版社，1990，21。
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