采煤过程对地下水影响与防治

　　前言
　　煤炭是我国的主要能源，在我国一次性能源中占76％以上，必定要进行大量的采煤。采煤过程中破坏了煤层所处的环境，使其原来的还原环境变成了氧化环境。煤炭中一般都含有约0.3％～5％的硫，主要以黄铁矿形式存在，约占煤含硫量的2/3。煤层开采后处于氧化环境，流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，生成硫酸和氢氧化铁，使水呈现酸性，即生产了酸性矿井水。PH值低于6的矿井水称酸性矿井水。酸性矿井水在我国部分煤矿特别使南方煤矿分别较为广泛。我国南方煤矿的矿井水pH值一般在2.5～5.8，有时达2.0。pH值低的原因与煤中含硫量高有密切关系。酸性矿井水的形成对地下水造成了严重的污染，同时还会腐蚀管道、水泵、钢轨等井下设备和混凝土井壁，也严重污染地表水和土壤，使河水中鱼虾绝代，土壤板结，农作物枯萎，影响人体健康。
　　1 酸性矿井水的危害
　　矿井水的pH值低于6即具有酸性，对金属设备有一定的腐蚀性；pH值低于4即具有较强的腐蚀性，对安全生产和矿区生态环境产生严重危害。具体有以下几个方面：
　　1>腐蚀井下钢轨、钢丝绳等煤矿运输设备。如钢轨、钢丝绳受pH值<4的酸性矿井水侵蚀，十几天至几十天其强度会大大降低，可造成运输安全事故；
　　2>探放pH值低的老空水，铁质控水管道和闸门在水流冲刷下腐蚀很快，使放水失去控制而带来灾害；
　　3>酸性矿井水中SO42-含量很高，与水泥中某些成分相互作用生成含水硫酸盐结晶。这些盐类在生成时体积膨胀。经测定，当SO42-生成CaSO4?2H2O时，体积增大一倍；形成MgSO4?7H2O时，体积增大430％；体积增大使混凝土构筑物结构疏松、强度降低而受到毁坏。
　　4>酸性矿井水还是环境污染源。酸性矿井水排入河流，pH质小于4时，会使鱼类死亡；酸性矿井水排入土壤，破坏土壤的团粒结构，使土壤板结，农作物枯黄，产量降低，影响工农关系；酸性矿井水人类无法饮用，长期接触，可使人们手脚破裂，眼睛痛痒，通过食物链进入人体，影响人体健康。
　　2 酸性矿井水形成的原因
　　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。煤炭中一般都含有约0.3％～5％的硫，主要以黄铁矿形式存在，约占煤含硫量的2/3。煤层开采后处于氧化环境，流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，生成硫酸和氢氧化铁，使水呈现酸性，即生产了酸性矿井水。酸性矿井水形成的主要原因即发生的主要化学反应如下：
　　1> 黄铁矿氧化生成游离硫酸和硫酸亚铁：
　　2FeS2＋7O2+2H2O→2H2SO4+2FeSO4
　　2> 硫酸亚铁在游离氧的作用下转化为硫酸铁：
　　4FeSO4＋2H2SO4＋O2→2Fe2（SO4）3＋2H2O
　　3> 在矿井水中，硫酸亚铁的氧化作用，有时也不一定需要硫酸：
　　12FeS2＋3O2+6H2O→4Fe2（SO4）3＋4Fe（OH）3
　　4> 矿井水中硫酸铁，具有进一步溶解各种硫化矿物的作用：
　　Fe2（SO4）3＋MS＋H2O＋3/2 O2→M SO4+2FeSO4＋H2SO4
　　5> 硫酸铁在弱酸性水中发生水解而产生游离硫酸：
　　Fe2（SO4）3+6H2O→2 Fe（OH）3＋3H2SO4
　　6> 在矿井深部硫化氢含量高时，在还原条件下，富含硫酸亚铁的矿井水也可产生游离硫酸：
　　2FeSO4＋5H2S→2 FeS2＋3S＋H2SO4＋4 H2O
　　酸性矿井水的性质除与煤中含硫量有关外，还与矿井水涌水量、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，Fe3+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。