我国闭坑煤矿矿井水水质演化研究进展与展望

张海涛; 许光泉; 陈晓晴; 李旭; 翟晓荣; 李洋; 李子璇

doi:10.13225/j.cnki.jccs.2023.1386

摘要：随着我国煤矿矿井关闭数量的逐渐增加,闭坑矿井水水质恶化和污染问题日益突出,准确掌握闭坑矿井水水质演化规律及机制,是目前闭坑矿山可持续绿色发展的重大科学难题,也是地下水污染有效防控和水资源合理开发利用的重要前提.在回顾关闭矿井发展历史的基础上,首先阐述了我国关闭矿井的分布情况,之后分别对闭坑矿井水水质特征、水质演化规律及水质演化的多场作用等方面展开综述,最后对我国闭坑矿井水水质研究中存在的关键问题和应用方向进行了展望.研究结果表明:①截至 2023年底,我国关闭矿井的数量已经上升到 13 000多个,主要分布在山西、河南、河北、山东、江苏和安徽北部等地区;②我国部分闭坑矿井水的pH、矿化度、硫酸盐、氟化物和铁锰重金属等水质指标含量超过Ⅲ类水标准,其中酸性矿井水(pH＜6.5)主要分布在云贵、鲁西、山西等地区,高矿化度矿井水(TDS＞1000 mg/L)主要分布在鲁西、山西、河南、两淮、蒙东、宁东、新疆等地区,硫酸盐矿井水(硫酸盐质量浓度＞250 mg/L)主要分布在云贵、鲁西、山西、蒙东、宁东、神东、新疆哈密等地区,氟化物矿井水(F质量浓度＞1.0 mg/L)主要分布在两淮、山西、神东等地区,铁锰重金属矿井水(Fe质量浓度＞0.3 mg/L、Mn质量浓度＞0.1 mg/L)主要分布在云贵、鲁西、山西、蒙东等地区.③在闭坑矿井被完全淹没之前,其水质在空间上会出现明显的分层现象,即浅部的优质水层、中部的过渡水层和深部的劣质水层,这主要与矿井采掘空间分布、地温梯度和盐度等因素有关.④煤矿关闭后,矿井水水质的演变过程大致可分为 3个阶段,第Ⅰ阶段为矿井水中典型污染物(硫酸盐和铁离子)质量浓度快速上升达并到峰值阶段,第Ⅱ阶段为污染物浓度快速下降阶段,第Ⅲ阶段为矿井水水质与邻近含水层地下水水质背景值相同并保持相对稳定阶段.⑤系统总结了我国闭坑矿井水动力场、水化学场、微生物场和温度场的研究进展,指出了闭坑矿井多相(水-岩-气-生)多场(水化学场-水动力场-微生物场-温度场)耦合作用机制的研究还不充分.⑥提出了我国闭坑矿井水水质演化问题的研究仍然面临着水质演化规律和水质演化机制不清楚等关键科学问题.