第1章 概述

1.1 研究背景与意义

我国是煤炭资源蕴藏量较多的国家，国民经济建设和人民生活改善与煤炭资源的开发有着密切的联系。20世纪50—60年代是我国煤矿建设生产的高峰期。20世纪80年代开始，大量地方煤矿、乡镇煤矿和私人小煤矿迅速发展蔓延，同时，小煤矿私采乱掘十分严重。21世纪初，由于资源枯竭或开采地质条件恶化以及国家规范资源开采行动的开展，我国进入煤矿关闭的高峰期，大型国有煤矿和非法采掘的小煤窑被大量关闭废弃。据不完全统计，至2005年底我国仅国有煤矿因资源枯竭关闭废弃矿井就达到557个，涉及80多个矿务局，关停的个体和乡镇小煤矿数以万计。大量的煤矿企业关闭时没有采取相应的措施，地下采煤区遗留大量采煤生产设备、附属设施及生产过程产生的次生污染物，这些污染源未能及时处理，当矿井闭坑之后，地下水位上升，将会导致矿井内部污染物进入地下水体并运移扩散，从而对当地地下水资源及生态环境带来危害（冯美生，2004；宋颖霞，2012）。

中国各类矿区分布广泛，特别在北方地区，多数地下水径流系统处于人类各种采矿活动的范围内（冯美生，2004）。受采矿活动影响，这些地区地下水系统的天然补给、径流与排泄条件均发生了重大变化。矿山开采期间，为了维护正常生产条件需要，需要持续将涌入矿坑的地下水排出地表，使与整个开采区有水力联系的含水层都维持疏干状态。然而，矿山闭坑后，停止疏排矿坑水，将会导致地下水位的大幅上升，开采区大量蓄积矿坑水，原有的水动力条件被破坏，矿井内大量污染物质进入地下水体中。当矿坑地下水位升高到一定水平时，将会和附近的含水层产生水力联系，污染物随着地下水迁移扩散进入这些含水层，导致含水层地下水资源串层污染。同时，由于开采活动及井下灾害（突水、冲击地压、瓦斯爆炸等）造成的岩层的大面积位移、冒落，岩体裂隙的扩展，含水层与断层带的沟通等因素更为地下水污染的迁移扩散提供了便利的水力联系条件（宋颖霞，2012）。

矿山的采掘生产活动需排放各类废弃物，如矿坑水、废石和尾矿等。由于这些废弃物的不合理排放和堆存，也将会对矿区及其周围地下水环境构成威胁。污染物质的直接入渗，或随着矿区降水渗滤、浸泡后形成渗滤液入渗，经过包气带进入矿区地下水含水层，从而导致当地土壤及地下水资源的污染（梁刚，2012；尹津航，2013）。

我国矿区闭坑诱发的地下水污染及环境问题具有普遍性。在矿井闭坑之前若未采取合适的污染物控制措施，势必会导致当地地下水资源受到污染。由于地下水的平均循环周期很长，一经污染，难以处理或处理成本过高。同时，矿区地下通道发达，污染物种类繁多，包括有机污染物、重金属、细菌等，闭坑水位抬升后，污染物扩散速度很快。若当地相关部门未能对地下水污染的运移扩散速度与范围进行合理的预测和评价，并采取及时的处理控制措施，将对当地环境及生态造成严重影响，并对当地的工农业生产活动及生活用水带来重大的安全隐患，从而影响地区经济、社会与生态环境的可持续发展。如何认识矿区闭坑诱发地下水污染问题，分析闭坑后地区地下水水量与水质的时空演化过程与特征，预测地下水污染物的时空分布，并对其污染程度与危害性进行评价，以及如何采取有效的综合治理技术消除安全隐患、改善地下水生态环境，实现绿色闭坑的目标，是当前急需解决的一项重大科学问题和需要实现的关键技术。

随着生活水平的提高及社会经济的发展，人们对地下水资源及生态环境的保护意识及其重要性的认识逐渐提高。我国地下水资源的保护越来越受到重视，国家和地方制定了一系列的法律、法规和政策，如地下水资源保护法、水法等，尽管如此，地水的污染的现状及形势依然严峻（陈建平，2009）。随着矿产资源开采的逐渐枯竭，矿井闭坑诱发的地下水环境问题将会在未来一段时间长期出现。因此，该项目的研究对预测、评价、控制及防止地下水污染，保护地下水资源与生态环境，保证社会经济的可持续发展具有重要的意义。