采煤過程對地下水的影響與防治
煤炭是我國的主要能源，在我國一次性能源中占76％以上，必定要進(jìn)行大量的采煤。采煤過程中破壞了煤層所處的環(huán)境，使其原來的還原環(huán)境變成了氧化環(huán)境。煤炭中一般都含有約0.3％～5％的硫，主要以黃鐵礦形式存在，約占煤含硫量的2/3。煤層開采后處于氧化環(huán)境，流鐵礦與礦井水和空氣接觸后，經(jīng)過一系列的氧化、水解等反應(yīng)，生成硫酸和氫氧化鐵，使水呈現(xiàn)酸性，即生產(chǎn)了酸性礦井水。PH值低于6的礦井水稱酸性礦井水。酸性礦井水在我國部分煤礦特別使南方煤礦分別較為廣泛。我國南方煤礦的礦井水pH值一般在2.5～5.8，有時(shí)達(dá)2.0。pH值低的原因與煤中含硫量高有密切關(guān)系。酸性礦井水的形成對地下水造成了嚴(yán)重的污染，同時(shí)還會腐蝕管道、水泵、鋼軌等井下設(shè)備和混凝土井壁，也嚴(yán)重污染地表水和土壤，使河水中魚蝦絕代，土壤板結(jié)，農(nóng)作物枯萎，影響人體健康。
1 酸性礦井水的危害
礦井水的pH值低于6即具有酸性，對金屬設(shè)備有一定的腐蝕性；pH值低于4即具有較強(qiáng)的腐蝕性，對安全生產(chǎn)和礦區(qū)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重危害。具體有以下幾個(gè)方面：
1>腐蝕井下鋼軌、鋼絲繩等煤礦運(yùn)輸設(shè)備。如鋼軌、鋼絲繩受pH值<4的酸性礦井水侵蝕，十幾天至幾十天其強(qiáng)度會大大降低，可造成運(yùn)輸安全事故；
2>探放pH值低的老空水，鐵質(zhì)控水管道和閘門在水流沖刷下腐蝕很快，使放水失去控制而帶來災(zāi)害；
3>酸性礦井水中SO42-含量很高，與水泥中某些成分相互作用生成含水硫酸鹽結(jié)晶。這些鹽類在生成時(shí)體積膨脹。經(jīng)測定，當(dāng)SO42-生成CaSO4·2H2O時(shí)，體積增大一倍；形成MgSO4·7H2O時(shí)，體積增大430％；體積增大使混凝土構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度降低而受到毀壞。
4>酸性礦井水還是環(huán)境污染源。酸性礦井水排入河流，pH質(zhì)小于4時(shí)，會使魚類死亡；酸性礦井水排入土壤，破壞土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使土壤板結(jié)，農(nóng)作物枯黃，產(chǎn)量降低，影響工農(nóng)關(guān)系；酸性礦井水人類無法飲用，長期接觸，可使人們手腳破裂，眼睛痛癢，通過食物鏈進(jìn)入人體，影響人體健康。
2 酸性礦井水形成的原因
煤系地層大多形成于還原環(huán)境，含黃鐵礦（FeS2）的煤層形成于強(qiáng)還原環(huán)境。煤炭中一般都含有約0.3％～5％的硫，主要以黃鐵礦形式存在，約占煤含硫量的2/3。煤層開采后處于氧化環(huán)境，流鐵礦與礦井水和空氣接觸后，經(jīng)過一系列的氧化、水解等反應(yīng)，生成硫酸和氫氧化鐵，使水呈現(xiàn)酸性，即生產(chǎn)了酸性礦井水。酸性礦井水形成的主要原因即發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如下：
1> 黃鐵礦氧化生成游離硫酸和硫酸亞鐵：
2FeS2＋7O2+2H2O→2H2SO4+2FeSO4
2> 硫酸亞鐵在游離氧的作用下轉(zhuǎn)化為硫酸鐵：
4FeSO4＋2H2SO4＋O2→2Fe2（SO4）3＋2H2O
3> 在礦井水中，硫酸亞鐵的氧化作用，有時(shí)也不一定需要硫酸：
12FeS2＋3O2+6H2O→4Fe2（SO4）3＋4Fe（OH）3
4> 礦井水中硫酸鐵，具有進(jìn)一步溶解各種硫化礦物的作用：
Fe2（SO4）3＋MS＋H2O＋3/2 O2→M SO4+2FeSO4＋H2SO4
5> 硫酸鐵在弱酸性水中發(fā)生水解而產(chǎn)生游離硫酸：
Fe2（SO4）3+6H2O→2 Fe（OH）3＋3H2SO4
6> 在礦井深部硫化氫含量高時(shí)，在還原條件下，富含硫酸亞鐵的礦井水也可產(chǎn)生游離硫酸：
2FeSO4＋5H2S→2 FeS2＋3S＋H2SO4＋4 H2O
酸性礦井水的性質(zhì)除與煤中含硫量有關(guān)外，還與礦井水涌水量、密閉狀態(tài)、空氣流通狀況、煤層傾角、開采深度及面積、水的流動途徑等地質(zhì)條件和開采方法有關(guān)。礦井涌水量穩(wěn)定，則水的酸性穩(wěn)定；密閉差、空氣流通良好，則水的酸性較強(qiáng)，F(xiàn)e3+離子含量較多；反之，則酸性較弱，F(xiàn)e2+離子較多；開采越深，煤的含硫量越高；開采面積越大，水的流經(jīng)途徑越長，則氧化、水解等反應(yīng)進(jìn)行得越充分，水的酸性越強(qiáng)，反之則弱。
3 酸性礦井水的預(yù)防與治理
3·1 酸性礦井水的預(yù)防
根據(jù)酸性礦井水形成的條件和原因，可以從減源、減量、減時(shí)等三個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防或減輕其危害程度。
1>減源：撿選利用造酸礦物，化害為利。煤礦床的主要造酸礦物時(shí)夾雜在煤層中的黃鐵礦結(jié)核和煤本身的含硫量。煤的開采率低、殘留煤柱或浮煤丟失多，黃鐵礦結(jié)核廢棄在井下采空區(qū)中，被積水長期浸泡，是產(chǎn)生酸性水的重要根源。減少工作面丟失的浮煤、積極撿選利用黃鐵礦結(jié)核，能減少產(chǎn)生酸性水的物質(zhì)。攔截地表水，減少入滲量。例如回填矸石，控制頂板，防止地面水沿塌陷裂隙浸入老空區(qū)。在井下，特別是老井或廢棄封閉井巷處，對礦井水施放適量的抑菌劑，抑制或殺滅微生物的活性，或者減少礦井水中微生物的數(shù)量。通過降低微生物對硫化物的有效作用，達(dá)到控制酸性礦井水生成的目的。
2>減少排水量：設(shè)立專門排水系統(tǒng)，集中排酸性水，并在地表攔蓄起來，使其蒸發(fā)、濃縮，而后加以處理，免除污染。
3>減少排放酸性水的時(shí)間：減少礦井水在井下的停留時(shí)間，可在一定程度上降低微生物對煤中硫化物的氧化作用，從而有助于減少酸性礦井水的形成。對含黃鐵礦多、硫分高、地表水滲漏條件又好的淺部煤層，或已形成強(qiáng)酸性水的老窖積水區(qū)，在開拓布局上要權(quán)衡利弊，統(tǒng)籌安排，在礦井前期不予開采或探放，留待礦井水末期處理，避免長期排放酸性水。
3·2 酸性礦井水的治理
在一定地質(zhì)條件下，酸性水中的硫酸可與鈣質(zhì)巖石或其它基性礦物發(fā)生中和反應(yīng)而降低酸度。用燒堿作中和劑用量少，污泥生成也少，但水的總硬度往往很高，雖降低了水的酸度，但增加了硬度，而且成本高，現(xiàn)已基本不用。目前，處理方法有以石灰乳為中和劑的方法、石灰石為中和劑的方法以及石灰石——石灰法、微生物法和濕地處理法。石灰乳中和劑處理法適用于處理酸性較強(qiáng)、涌水量較小的礦井水；石灰石——石灰法適用于各種酸性礦井水，尤其是當(dāng)酸性礦井水中的Fe2+離子較多時(shí)適用，還可以減少石灰用量；微生物法基本原理時(shí)應(yīng)用氧化鐵細(xì)菌進(jìn)行氧化除鐵，此菌能從水生環(huán)境中攝取鐵，然后以氫氧化鐵形式把鐵沉淀子在它們的粘液分泌物中，時(shí)酸性水的低鐵轉(zhuǎn)化為高鐵沉淀出來，然后再用石灰石中和游離硫酸，可降低投資，減少沉渣。濕地法又稱淺沼澤法，此法具有成本低、易操作、效率高等優(yōu)點(diǎn)，具體方法在這里不再詳述。
結(jié)論
煤系地層大多形成與還原環(huán)境，煤層開采后處于氧化環(huán)境，流鐵礦與礦井水和空氣接觸后，經(jīng)過一系列的氧化、水解等反應(yīng)，使水呈酸性，形成酸性礦井水。對地下水以及其它環(huán)境和設(shè)施等造成一定的環(huán)境影響和破壞，同時(shí)會對人體健康造成一定的影響。通過對酸性礦井水的形成原因進(jìn)行分析，并采取一定的預(yù)防和治理措施，可減少酸性礦井水對地下水的污染、其它環(huán)境和設(shè)施等造成的破壞以及對人體健康的影響。
