王賽朝

(山西省臨汾市汾西水利管理局，山西臨汾 041000)

景福煤礦開采對水環(huán)境的影響研究

王賽朝

(山西省臨汾市汾西水利管理局，山西臨汾 041000)

為了有效保護娘子關(guān)泉域水環(huán)境，進行景福煤礦開采對水環(huán)境的影響研究是非常必要的。在分析景福煤礦地質(zhì)、水文地質(zhì)、煤礦開采等的基礎(chǔ)上，進行了煤礦開采對水環(huán)境的影響評價，提出了水環(huán)境防治措施。研究成果為水行政主管部門保護和管理當(dāng)?shù)厮h(huán)境提供依據(jù)。

景福煤礦;水環(huán)境;影響;保護

水是地球上一切生命的保障，是人類賴以生存發(fā)展的重要資源。由于水資源時空分布的不均，世界許多地區(qū)是缺水的。我國是世界上13個水資源最貧乏國家之一，在多年的經(jīng)濟社會發(fā)展過程中，許多地方由于對水資源保護的重視程度不高，造成資源型缺水和水質(zhì)型缺水，導(dǎo)致我國水環(huán)境問題相當(dāng)突出。水環(huán)境質(zhì)量的好壞直接決定著廣大人民群眾的生命健康水平，因此人類活動產(chǎn)生的水環(huán)境問題受到學(xué)者們的高度重視，如靳曉莉等［1］分析了太湖流域近20年社會經(jīng)濟發(fā)展對水環(huán)境的影響，指出水環(huán)境污染在短期內(nèi)還有加重的趨勢;張發(fā)旺等［2］進行了神府東勝礦區(qū)采煤塌陷對水環(huán)境影響效應(yīng)研究，為礦區(qū)水環(huán)境改善等提供了依據(jù);孫肖瑜等［3］進行了我國水環(huán)境農(nóng)藥污染現(xiàn)狀及健康影響研究進展分析，為開展相關(guān)研究提供了參考;孫亞喬等［4］進行了粉煤灰浸出液對水環(huán)境的影響研究，提出了污染防治對策;江曙光［5］進行了中國水污染現(xiàn)狀分析及防治對策研究;田峰等［4］進行了三丁基錫對我國水環(huán)境的污染狀況及對飲用水安全的威脅研究，并提出了具體的解決措施。以上成果都具有很強的針對性，為相關(guān)部門開展水環(huán)境保護和治理等提供了參考。山西省是我國的煤炭大省，在多年的采煤活動中已經(jīng)產(chǎn)生了許多水環(huán)境問題，引起各級部門的高度重視，并采取多項措施對水環(huán)境進行保護。景福煤礦為2009年山西省煤炭資源整合的單獨保留礦井，生產(chǎn)規(guī)模90萬t/a，批準開采6、15號煤。該礦井位于娘子關(guān)泉域西北部巖溶地下水補給徑流區(qū)，距重點保護區(qū)最近距離約65 km。為了有效保護娘子關(guān)泉域水環(huán)境，進行景福煤礦開采對水環(huán)境的影響研究是非常必要的，也是十分有意義的。基于此，在分析景福煤礦地質(zhì)、水文地質(zhì)、煤礦開采等的基礎(chǔ)上，進行了煤礦開采對水環(huán)境的影響評價，提出了水環(huán)境防治措施，以期為水行政主管部門保護和管理當(dāng)?shù)厮h(huán)境提供依據(jù)。

1 礦井概況

景福煤礦位于壽陽縣平頭鎮(zhèn)郭家溝村、南莊村與虎現(xiàn)村一帶，井田面積 9.564 km2。礦井設(shè)計可采儲量為4 019.6萬t，服務(wù)年限為31.9 a。采用立井開拓方式，采煤方法為長壁綜采一次采全高采煤工藝，頂板管理采用全部垮落法。煤層開采順序為上行式，先采15號煤層再采6號煤層。整個井田以按煤層劃分為四個采區(qū)，即6號煤一、二采區(qū)和15號煤一、二采區(qū)。生產(chǎn)取水(不含鍋爐)水源為該礦處理后的礦井水再生水，職工生活及鍋爐取水水源為當(dāng)?shù)貛r溶地下水。固體廢物主要有矸石、鍋爐爐渣和少量生活垃圾等。井田屬中山區(qū)，最高點高程為1 300.4 m，最低點高程1 068.9 m，相對高差231.5 m。河流屬黃河流域汾河水系，澗河位于井田中部，由北向南流入汾河，為季節(jié)性河流。井田地層由老到新有奧陶系、石炭系、二疊系及第四系。含水層自下而上劃分為奧陶系中統(tǒng)巖溶裂隙含水巖組、石炭系上統(tǒng)太原組裂隙巖溶含水巖組、石炭系上統(tǒng)山西組裂隙含水巖組及二疊系上、下石盒子組裂隙含水巖組。

2 采煤地表變形及導(dǎo)水裂隙帶高度分析

2.1 采煤地表變形分析

根據(jù)景福井田地質(zhì)、煤層賦存條件、采煤方法等開采技術(shù)條件，采用概率積分法對地表移動變形進行預(yù)測。經(jīng)計算，全井田15號煤開采后地表移動變形最大下沉值為2 183 mm，最大傾斜值為10.92 mm/m，最大曲率為0.08×10－3/m，最大水平變形為4.98 mm/m，最大水平移動值為546 mm。全井田15號及6號煤開采后地表移動變形最大下沉值為3 501 mm，最大傾斜值為19.26 mm/m，最大曲率為0.16 ×10－3/m，最水平變形為 8.78 mm/m，最大水平移動值為875 mm。

2.2 導(dǎo)水裂隙帶高度分析

井田15 號煤層厚3.03 ～5.21 m，平均厚 4.00 m，屬厚層煤層，頂板為石灰?guī)r，屬堅硬巖層，煤層開采后導(dǎo)水裂隙帶高度采用《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》相應(yīng)公式進行計算，公式如下:

式中:Hli為導(dǎo)水裂縫帶高度(m);M為采厚(m);

經(jīng)計算，6號煤層開采后的導(dǎo)水裂隙帶高度為21.83～46.82 m。

式中:Hli為導(dǎo)水裂縫帶高度(m);M為采厚(m);n為分層層數(shù)，按“一次采全高、全部跨落法管理頂板”采煤工藝設(shè)計，n=1。

經(jīng)計算，15號煤層開采后的導(dǎo)水裂隙帶高度為78.53～126.98 m。

井田6 號煤層厚度0.35 ～3.39 m，平均1.88 m，屬薄煤層，頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，屬中硬巖層，煤層開采后導(dǎo)水裂隙帶高度采用《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》相應(yīng)公式進行計算，公式如下:

3 采煤對水環(huán)境的影響評價

3.1 采煤對地表水環(huán)境的影響

井田內(nèi)澗河及各支溝是區(qū)內(nèi)的主要地表水，為季節(jié)性溝谷。根據(jù)導(dǎo)水裂隙帶高度的計算，15號煤層開采后的導(dǎo)水裂隙帶高度最大為126.98 m，導(dǎo)水裂隙帶導(dǎo)入石炭系太原組K2下、K2、K3、K4裂隙巖溶含水層;6號煤層開采后的導(dǎo)水裂隙帶高度最大為46.82 m，導(dǎo)水裂隙帶導(dǎo)入石炭系山西組K7、K8裂隙含水層。井田15、6號煤層最小埋深分別在331.05 m、255.55m，最大導(dǎo)水裂隙帶頂點距離地表分別在204.07 m、208.73 m以上。由此可知，導(dǎo)水裂隙隙帶不會波及到澗河等地表水體，在沒有斷層導(dǎo)水的情況下，煤礦開采對澗河等地表水影響程度較小。雖然導(dǎo)水裂隙帶未貫穿至地表區(qū)域，但據(jù)前面煤層開采地表變形分析可知，15、6號煤層開采后地表變形相對強烈，在開采沉陷區(qū)邊緣地表將產(chǎn)生大量地裂縫，致使地表水改變原有流動方向，通過地裂縫轉(zhuǎn)而向下入滲，導(dǎo)致各支溝匯入澗河的水量減少，煤炭開采改變地表產(chǎn)匯流條件，將對地表水產(chǎn)生一定影響。

3.2 采煤對地下水環(huán)境的影響

第四系全新統(tǒng)孔隙含水層對于礦區(qū)的部分村莊來說，有著重要的供水意義。因此，本次分析把煤炭開采對第四系全新統(tǒng)孔隙含水層的影響也進行考慮。

3.2.1 對上覆含水層的影響

1)對第四系全新統(tǒng)孔隙含水層和二疊系上、下石盒子組裂隙含水層的影響

井田第四系全新統(tǒng)孔隙含水層主要為砂礫石等，含水量較小，但水量穩(wěn)定，具有供水意義，郭家溝村、窄道村、大遠村及白峪村取水來自孔隙水;西坡村、紅崖村、秦家山村及虎現(xiàn)村取水來自二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層，水量穩(wěn)定，具有供水意義。

15、6號煤層開采后的導(dǎo)水裂隙帶最大高度均不會導(dǎo)通二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層和第四系全新統(tǒng)孔隙含水層，雖然導(dǎo)水裂隙帶對上述含水層影響小，但由于受開采沉陷的影響，地裂縫、地面塌陷使上述含水層的徑流條件受到干擾，造成地下水水位下降，水井出水量減少甚至干枯，對井田范圍內(nèi)各村莊的人畜用水造成影響。

2)對石炭系山西組裂隙含水層和太原組裂隙巖溶含水層的影響

15號煤層開采后導(dǎo)水裂隙帶導(dǎo)入石炭系太原組K2下、K2、K3、K4裂隙巖溶含水層，6號煤層開采后導(dǎo)水裂隙帶導(dǎo)入石炭系山西組K7、K8裂隙含水層。由于含水層之間發(fā)生水力聯(lián)系，地下水會通過導(dǎo)水裂隙帶進入井下，由原天然順地層傾向流動轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ら_采排泄，隨采煤時間延長，影響程度會不斷增大，造成含水層地下水位下降，水量減少，甚至疏干，含水層中的地下水成為礦井涌水。

3.2.2 對下伏奧陶系含水層的影響

井田15、6號煤層下伏含水層為奧陶系中統(tǒng)巖溶裂隙含水層。井田在F14斷層以東(除東北角小塊地段)的大部地段的15、6號煤層均為帶壓可采煤層。本礦奧陶系含水層水位標高為771 m，15、6號煤層底板標高最低分別為480 m、570 m，奧灰水位高出15號煤層底板最低標高291 m，高出6號煤層底板最低標高201 m。15號煤層底板距奧陶系含水層頂界75.67 m，6號煤層底板距奧陶系含水層頂界165.67 m。本次用突水系數(shù)法預(yù)測15、6號煤層開采時底板突水的可能性。

經(jīng)計算，15、6號煤層突水系數(shù)分別為0.045 MPa/m、0.022 MPa/m，均小于底板受構(gòu)造破壞塊段臨界值0.06 MPa/m，在沒有導(dǎo)水構(gòu)造導(dǎo)通的條件下，奧陶系含水層突水的可能性較小，采煤對奧陶系含水層的影響較小。但由于該井田斷層和陷落柱較發(fā)育，必須進一步加強水文地質(zhì)的勘探工作，查明斷層、陷落柱分布及導(dǎo)水性，并留設(shè)防隔水煤(巖)柱，以防止對下伏含水層產(chǎn)生影響。

3.2.3 對娘子關(guān)泉域巖溶水的影響

娘子關(guān)泉域奧陶系巖溶水的補給來源主要包括大氣降水的入滲補給、地表徑流的滲漏補給及相鄰含水層中地下水的側(cè)向補給等。井田范圍內(nèi)上、下石盒子組地層大面積出露，山梁和山坡為零星的第四系黃土覆蓋，無石灰?guī)r出露，因此煤礦開采對娘子關(guān)泉域巖溶水補給的影響較小。井田 15、6 號煤層突水系數(shù)分別為 0.045 MPa/m、0.022 MPa/m，均小于底板受構(gòu)造破壞塊段臨界值0.06 MPa/m，在沒有導(dǎo)水構(gòu)造導(dǎo)通的條件下，奧陶系含水層突水的可能性較小，采煤對娘子關(guān)泉域巖溶水徑流的影響較小。天然條件下，娘子關(guān)泉群是巖溶地下水的主要排泄形式，本礦開采15、6號煤層時不會形成新的巖溶水排泄點，對娘子關(guān)泉域巖溶水排泄的影響較小。

3.3 采煤固體廢棄物對水環(huán)境的影響

根據(jù)類比可知，井田矸石屬于《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準》(GB18599—2001)中規(guī)定的第Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物，矸石儲存、處置按照第Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物的要求進行。根據(jù)附近井田矸石淋溶試驗結(jié)果，污染物含量均低于《污水綜合排放標準》(GB8978－1996)中二級排放標準，矸石淋溶對地表水環(huán)境影響較小。矸石場匯水面積較小，矸石通過分層碾壓，修建排水設(shè)施后，矸石自然淋溶下達不到充分浸泡狀態(tài)。自然淋溶后的濃度值比試驗值小的多，各元素在經(jīng)過土壤時會被土壤吸附消減，矸石淋溶對地下水環(huán)境影響較小。鍋爐爐渣為一般工業(yè)固體廢物，除用于鋪路、制作建材等，多余的送往矸石場堆放，鍋爐爐渣對水環(huán)境的影響較小。生活垃圾在廠區(qū)內(nèi)定點堆放，定期由當(dāng)?shù)丨h(huán)衛(wèi)部門統(tǒng)一處理，生活垃圾對水環(huán)境的影響較小。

4 水環(huán)境防治措施

(1)嚴格按照《煤礦防治水規(guī)定》與《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》等有關(guān)法律、法規(guī)的要求，留設(shè)采區(qū)及井田邊界隔離防水煤柱。

(2)必須堅持“預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則。

(3)礦井水全部送入礦井水處理站進行處理，達到要求后回用于生產(chǎn)。

(4)生活污水全部送入生活污水處理站進行處理，達到要求后回用于生產(chǎn)。

(5)煤炭開采過程中在非帶壓區(qū)嚴格禁止利用滲坑、滲井及廢棄鉆孔向巖溶含水層排放廢污水，在帶壓區(qū)禁止采用疏水降壓的方式采煤。

(6)加強礦區(qū)水務(wù)管理和水環(huán)境動態(tài)監(jiān)測管理。

5 結(jié)語

(1)15、6號煤層導(dǎo)水裂隙隙帶不會波及到澗河等地表水體，在沒有斷層導(dǎo)水的情況下，煤礦開采對澗河等地表水影響程度較小。但開采沉陷地裂縫改變地表產(chǎn)匯流條件，將對地表水產(chǎn)生一定影響。

(2)15、6號煤層開采后導(dǎo)水裂隙隙帶分別導(dǎo)入石炭系太原組裂隙巖溶含水層、山西組裂隙含水層，造成含水層地下水位下降，水量減少，甚至疏干，含水層中的地下水成為礦井涌水。

(3)15、6號煤層最大突水系數(shù)分別為0.045 MPa/m、0.022 MPa/m，均小于底板受構(gòu)造破壞塊段臨界值0.06 MPa/m，在沒有導(dǎo)水構(gòu)造導(dǎo)通的條件下，奧陶系含水層突水的可能性較小，采煤對奧陶系含水層的影響較小。

(4)15、6號煤層開采對娘子關(guān)泉域巖溶水補給、徑流、排泄產(chǎn)生的影響較小。

(5)采煤固體廢棄物矸石、鍋爐爐渣、生活垃圾對水環(huán)境影響較小。

(6)研究成果為水行政主管部門保護和管理當(dāng)?shù)厮h(huán)境提供依據(jù)。

［1］靳曉莉，高俊峰，趙廣舉.太湖流域近20年社會經(jīng)濟發(fā)展對水環(huán)境影響及發(fā)展趨勢［J］.長江流域資源與環(huán)境，2006，15(3):298－302.

［2］張發(fā)旺，趙紅梅，宋亞新，等.神府東勝礦區(qū)采煤塌陷對水環(huán)境影響效應(yīng)研究［J］.地球?qū)W報，2007，28(6):521－527.

［3］孫肖瑜，王靜，金永堂.我國水環(huán)境農(nóng)藥污染現(xiàn)狀及健康影響研究進展［J］.環(huán)境與健康雜志，2009，26(7):649－652.

［4］孫亞喬，段磊，錢會，等.粉煤灰浸出及浸出液對水環(huán)境的影響［J］.工程勘察，2009，(7):35－39.

［5］江曙光.中國水污染現(xiàn)狀及防治對策［J］.水產(chǎn)科技情報，2010，37(4):177－181.

［6］田峰，隋銘?zhàn)?，張可佳，?三丁基錫對我國水環(huán)境的污染狀況及對飲用水安全的威脅［J］.現(xiàn)代化工，2010，30(2):7－11.

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1004－1184(2013)05－0053－03

2013-04-12

王賽朝(1962-)，男，山西臨猗人，高級工程師，主要從事水工程建設(shè)與管理工作。