許志峰，張志祥，劉曉霞

(1.山西省臨汾市汾西水利管理局，山西臨汾041000;2.太原理工大學(xué)，山西 太原030024;3.山西財(cái)經(jīng)大學(xué)，山西 太原030001)

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展以及人民群眾環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，我國(guó)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作越來(lái)越受到重視。但是，環(huán)評(píng)中的地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)卻始終是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，特別是煤礦區(qū)的地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)方面，由于一直沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo)地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作，從而無(wú)法有效地為煤礦區(qū)地下水環(huán)境保護(hù)工作提供科學(xué)依據(jù)。我國(guó)煤炭資源豐富，多年采煤在為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)的同時(shí)，也導(dǎo)致煤礦區(qū)地下水環(huán)境遭到了不同程度的破壞，地下水資源量減少，地下水水質(zhì)惡化，加劇了我國(guó)地下水資源短缺的趨勢(shì)。我國(guó)煤炭開(kāi)采對(duì)地下水的影響受到了學(xué)者們的高度重視，分別從不同角度對(duì)其進(jìn)行了研究[1－8]，并取得了一定成果，對(duì)于煤礦區(qū)的地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)起到一定的借鑒作用。特別是2011年我國(guó)環(huán)境保護(hù)部出臺(tái)了《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境》(HJ610－2011)(以下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》)，不僅實(shí)現(xiàn)了地下水環(huán)境評(píng)價(jià)導(dǎo)則從無(wú)到有的突破，而且徹底改變了地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo)的局面，對(duì)于指導(dǎo)我國(guó)地下水環(huán)境保護(hù)工作具有重要的意義。山西省是我國(guó)煤炭的重要生產(chǎn)基地，水、煤共生是山西省煤炭資源的一個(gè)重要特征，煤炭開(kāi)采對(duì)地下水環(huán)境的影響巨大，而山西省是我國(guó)水資源嚴(yán)重短缺的省份之一，因此加強(qiáng)煤礦開(kāi)采對(duì)地下水環(huán)境評(píng)價(jià)研究就顯得非常重要。曲堤煤礦位于山西省晉城市沁水縣，為2009年煤炭資源整合后的單獨(dú)保留礦井，設(shè)計(jì)開(kāi)采山西組3號(hào)煤層，生產(chǎn)能力45萬(wàn)t/a。為了保護(hù)曲堤煤礦地下水環(huán)境，進(jìn)行煤礦開(kāi)采對(duì)地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究是十分必要的。依據(jù)地下水環(huán)境評(píng)價(jià)導(dǎo)則，在分析煤礦區(qū)地下水水質(zhì)、水文地質(zhì)條件1等資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了地下水環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)了煤礦開(kāi)采對(duì)地下水環(huán)境的影響，提出了地下水環(huán)境保護(hù)措施，以期為有關(guān)部門進(jìn)行地下水環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 礦井概況

曲堤煤礦位于沁水縣端氏鎮(zhèn)曲堤村東北，行政區(qū)劃隸屬端氏鎮(zhèn)管轄，井田面積1.5958 km2，設(shè)計(jì)礦井服務(wù)年限為9.9 a。礦井開(kāi)拓方式為立井，設(shè)有2個(gè)井筒，即主立井、回風(fēng)立井。礦井以一個(gè)水平(+310m)開(kāi)采3號(hào)煤層，采用傾向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化采煤方法，全部跨落法管理頂板。礦井生產(chǎn)用水利用礦井水處理站和生活污水處理站的再生水作為供水水源，職工生活用水利用當(dāng)?shù)氐谒南禍\層水解決。擬選矸石場(chǎng)位于工業(yè)場(chǎng)地主井西北約300m處的山溝內(nèi)，滿足服務(wù)年限的矸石排放要求。井田屬低山丘陵區(qū)，溝谷縱橫，地形變化較大，最高點(diǎn)位于井田北東部，海拔標(biāo)高667m，最低點(diǎn)位于井田西南部，海拔標(biāo)高559m，相對(duì)高差108m。井田內(nèi)地層由老至新主要有:奧陶系上馬家溝組、峰峰組，石炭系本溪組、太原組、山西組，二疊系下石盒子組、上石盒子組，第四系中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)。含水層自下而上劃分為奧陶系上馬家溝組巖溶裂隙含水層、石炭系山西組砂巖裂隙含水層、二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層、第四系松散巖類孔隙含水層，除奧陶系含水層富水性較好外，其余含水層屬弱富水性含水層。本井田位于延河泉域北部，不在延河泉域范圍內(nèi)，距離泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)最近距離約20 km。

2 地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作等級(jí)的劃分

《導(dǎo)則》針對(duì)不同類型的建設(shè)項(xiàng)目，采用不同的評(píng)判指標(biāo)來(lái)劃分評(píng)價(jià)工作等級(jí)。對(duì)于煤礦來(lái)說(shuō)，一方面礦井水、生活污水的排放，將會(huì)對(duì)地下水水質(zhì)造成污染;另一方面，煤炭開(kāi)采過(guò)程對(duì)上覆含水層的破壞，導(dǎo)致含水層地下水位下降，進(jìn)而會(huì)引發(fā)一系列的環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題。但是，由于近年來(lái)山西各煤礦節(jié)水意識(shí)的不斷提高，礦井水、生活污水做到了全部回用，不外排，采煤對(duì)地下水水質(zhì)污染的影響基本可以排除，可以弱化煤炭開(kāi)采對(duì)地下水水質(zhì)的影響評(píng)價(jià)。因此，曲堤煤礦開(kāi)采對(duì)地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作等級(jí)可按Ⅱ類建設(shè)項(xiàng)目的相關(guān)要求進(jìn)行劃分。

曲堤煤礦正常涌水量在“地下水供水(或排水、注水)規(guī)模分級(jí)”指標(biāo)中為“小”(≤0.2萬(wàn)m3/d);礦區(qū)包氣帶巖性為砂巖和礫石，根據(jù)《導(dǎo)則》附錄表C.2，礦區(qū)地下水水位變化范圍取600m，因此在“地下水水位變化區(qū)域范圍分級(jí)”指標(biāo)中選“中”(0.5～1.5 km);該煤礦不在延河泉域范圍內(nèi)，但位于泉域的北部，距離泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)最近距離約20 km，因此在“地下水環(huán)境敏感程度分級(jí)”指標(biāo)中為“較敏感”;井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有區(qū)域地下水水位降落漏斗等環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題，且煤系含水層富水性弱，煤礦開(kāi)采后對(duì)含水層的影響相對(duì)較小，因此在“環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題分級(jí)”指標(biāo)中選“中”。根據(jù)《導(dǎo)則》中關(guān)于Ⅱ類建設(shè)項(xiàng)目評(píng)價(jià)工作等級(jí)分級(jí)表，確定曲堤煤礦地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)等級(jí)為三級(jí)。

3 地下水環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

根據(jù)曲堤煤礦區(qū)地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有區(qū)域地下水水位降落漏斗等環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題。因此，本研究只對(duì)礦區(qū)地下水水質(zhì)進(jìn)行現(xiàn)狀評(píng)價(jià)。《導(dǎo)則》推薦采用單因子指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，該方法能直觀地反映單個(gè)因子的超標(biāo)情況，篩選污染控制因子，計(jì)算方法簡(jiǎn)單、易行，是地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)常用的方法，但是對(duì)地下水水質(zhì)的多個(gè)指標(biāo)信息綜合程度不足。為了全面反映煤礦區(qū)域地下水環(huán)境質(zhì)量的實(shí)際狀況，考慮到地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中存在著大量的模糊性和不確定性，選用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)地下水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得到的結(jié)果能夠較為客觀、全面地反映煤礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量的實(shí)際狀況。本次評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)到礦區(qū)內(nèi)高莊村及端氏中學(xué)的第四系松散巖類淺水井水質(zhì)。根據(jù)地下水現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)中各組分的監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，結(jié)合礦區(qū)煤炭開(kāi)采的特殊性，本次研究選擇總硬度、硫酸鹽、溶解性總固體、氟化物、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、揮發(fā)酚8項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848—1993)中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)，根據(jù)最大隸屬度原則，礦區(qū)高莊村及端氏中學(xué)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水質(zhì)級(jí)別分別為Ⅱ、Ⅲ級(jí)，達(dá)到了集中式生活飲用水水源及工、農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)要求。

4 地下水環(huán)境影響預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)

4.1 導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測(cè)

煤炭開(kāi)采對(duì)地下水環(huán)境的破壞主要是通過(guò)采煤所形成的導(dǎo)水裂隙帶，影響到煤系及煤系上覆含水層，進(jìn)而對(duì)其地下水資源量、地下水水位產(chǎn)生影響。因此，本次研究首先對(duì)采煤形成的導(dǎo)水裂隙帶高度進(jìn)行預(yù)測(cè)。礦區(qū)3號(hào)煤層厚4.72～5.53m，屬厚煤層，頂板為砂巖、泥巖，屬中硬巖層，3號(hào)煤層開(kāi)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(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式如下:

式中:Hli為導(dǎo)水裂隙帶高度(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(jì)，n=1。

經(jīng)計(jì)算，曲堤煤礦3號(hào)煤層開(kāi)采后的導(dǎo)水裂隙帶高度為71.58～82.99m。

4.2 采煤對(duì)地下水環(huán)境的影響

4.2.1 對(duì)地下水水質(zhì)的影響

根據(jù)曲堤煤礦給排水設(shè)計(jì)，礦井水經(jīng)井下水處理站，采用混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒等工藝處理，達(dá)標(biāo)后回用于井下消防灑水等，不外排。生活污水采用調(diào)節(jié)、二級(jí)接觸氧化、沉淀、過(guò)濾、消毒等工藝處理后，達(dá)標(biāo)后全部回用于井下灑水和場(chǎng)地綠化灑水，不外排。因此預(yù)測(cè)礦井生產(chǎn)、生活廢水對(duì)地下水水質(zhì)的影響小。

此外，通過(guò)搜集與該煤礦開(kāi)采煤層相同的臨近南凹寺煤礦的3號(hào)煤層矸石淋溶資料，在進(jìn)行類比分析后，得知曲堤煤礦的煤矸石為無(wú)浸出毒性的一般工業(yè)固體廢物。另外，矸石淋溶液在下滲過(guò)程還要經(jīng)過(guò)包氣帶的吸附、降解。因此預(yù)測(cè)煤矸石對(duì)地下水水質(zhì)的影響小。

4.2.2 對(duì)煤系及煤系上覆含水層的影響

(1)對(duì)第四系松散巖類含水層的影響

曲堤煤礦3號(hào)煤層開(kāi)采后的最大導(dǎo)水裂隙帶高度為82.99m，根據(jù)煤層柱狀圖進(jìn)行距離估算，導(dǎo)水裂隙帶不會(huì)波及到第四系松散巖類含水層，預(yù)測(cè)導(dǎo)水裂隙帶對(duì)第四系松散巖類含水層影響小。但由于受采煤沉陷的影響，地裂縫、地面塌陷可能會(huì)造成井田地表變形，使第四系松散巖類含水層地下水徑流條件受到干擾，地下水水位下降。對(duì)于礦區(qū)內(nèi)的高莊村和端氏中學(xué)的第四系淺水井來(lái)說(shuō)，由于不在3號(hào)煤層設(shè)計(jì)開(kāi)采范圍之內(nèi)，受采煤沉陷影響小，煤炭開(kāi)采影響不到當(dāng)?shù)鼐用裆铒嬘盟?/p>

(2)對(duì)二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層的影響

根據(jù)煤層柱狀圖進(jìn)行距離估算，3號(hào)煤層導(dǎo)水裂隙帶會(huì)導(dǎo)入二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層，造成含水層結(jié)構(gòu)破壞，含水層中的地下水會(huì)通過(guò)導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)入井下，由原天然順地層傾向流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ら_(kāi)采排泄，進(jìn)入采空區(qū)后成為礦井水被排出，隨著采煤時(shí)間的延長(zhǎng)，影響程度會(huì)不斷增大，含水層地下水位下降，水量減少，甚至疏干。

(3)對(duì)石炭系山西組砂巖裂隙含水層的影響

煤系地層含水層主要是石炭系山西組砂巖裂隙含水層，與前述二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層一樣，3號(hào)煤層導(dǎo)水裂隙帶會(huì)導(dǎo)入山西組砂巖裂隙含水層，造成該含水層結(jié)構(gòu)破壞，地下水位下降，水量減少，甚至疏干。

4.2.3 對(duì)奧陶系上馬家溝組巖溶裂隙含水層的影響

曲堤煤礦區(qū)上馬家溝組巖溶地下水位標(biāo)高為551.22m，3號(hào)煤層底板標(biāo)高為295～365m，煤層底板標(biāo)高低于下伏巖溶地下水位，采煤區(qū)成為帶壓開(kāi)采區(qū)。在水壓的作用下，當(dāng)?shù)装逵行Ц羲畬雍穸刃∮谄茐暮穸葧r(shí)，就會(huì)發(fā)生礦井突水。曲堤煤礦開(kāi)采能否對(duì)巖溶地下水產(chǎn)生影響，應(yīng)根據(jù)突水系數(shù)值進(jìn)行判斷。依據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，突水系數(shù)值應(yīng)根據(jù)本區(qū)資料確定，一般情況下，在具有構(gòu)造破壞的地區(qū)按0.06 MPa/m計(jì)算，隔水層完整無(wú)斷裂構(gòu)造破壞地區(qū)按0.1 MPa/m計(jì)算。由于本礦區(qū)沒(méi)有實(shí)際的突水系數(shù)資料，所以選擇上述數(shù)據(jù)作為突水系數(shù)的臨界值，在有構(gòu)造破壞的地區(qū)，突水系數(shù)大于0.06 MPa/m，則存在底板突水的可能性，反之，則一般不發(fā)生底板突水;在沒(méi)有構(gòu)造破壞的地區(qū)，突水系數(shù)大于0.1 MPa/m，則存在底板突水的可能性，反之，則一般不發(fā)生突水。

礦區(qū)3號(hào)煤層底板標(biāo)高最低為295m，奧陶系巖溶地下水位高出3號(hào)煤層底板最低標(biāo)高為256.22m，3號(hào)煤層底板與巖溶含水層頂板之間的隔水層厚度為120m。本次研究突水系數(shù)計(jì)算公式如下:

式中:T為突水系數(shù)(MPa/m);P為底板隔水層承受的水壓(MPa);M為底板隔水層厚度(m)。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，3號(hào)煤層底板突水系數(shù)為0.031 MPa/m，小于底板受構(gòu)造破壞塊段臨界值0.06 MPa/m，在沒(méi)有導(dǎo)水構(gòu)造導(dǎo)通的條件下，發(fā)生突水的可能性小，預(yù)測(cè)3號(hào)煤層開(kāi)采對(duì)奧陶系上馬家溝組巖溶地下水的影響小。

5 地下水環(huán)境保護(hù)措施

(1)一旦曲堤煤礦采煤影響到礦區(qū)內(nèi)高莊村和端氏中學(xué)的飲用水井，礦方必須進(jìn)行供水，以保證正常生活用水需要。

(2)曲堤煤礦為帶壓開(kāi)采，采煤前需要加強(qiáng)水文地質(zhì)勘查工作，查清隱伏貫穿型導(dǎo)水構(gòu)造的分布，并在斷裂兩側(cè)留設(shè)足夠的防水煤柱。

(3)礦井水及生活污水全部送入各自的污水處理站進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)后回用于生產(chǎn)，不外排。

(4)在礦區(qū)工業(yè)場(chǎng)地應(yīng)建設(shè)一定容量的事故水池，預(yù)防工業(yè)場(chǎng)地非正常工況下廢水排放對(duì)當(dāng)?shù)厮h(huán)境產(chǎn)生影響。

(5)加強(qiáng)煤礦區(qū)的地下水監(jiān)測(cè)管理，對(duì)開(kāi)采導(dǎo)致的地下水水位下降或水質(zhì)污染及時(shí)預(yù)警，并采取合理的補(bǔ)救措施。

6 結(jié)論

(1)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)曲堤煤礦區(qū)的高莊村及端氏中學(xué)地下水水質(zhì)級(jí)別分別為Ⅱ、Ⅲ級(jí)，達(dá)到了集中式生活飲用水水源及工、農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)要求。

(2)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)生產(chǎn)、生活廢水及煤矸石對(duì)地下水水質(zhì)的影響小。

(3)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)3號(hào)煤層開(kāi)采對(duì)第四系松散巖類含水層的影響小;3號(hào)煤層開(kāi)采可造成二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層及山西組砂巖裂隙含水層結(jié)構(gòu)破壞，地下水位下降，水量減少，甚至疏干。

(4)3號(hào)煤層底板突水系數(shù)為0.031 MPa/m，小于底板受構(gòu)造破壞塊段臨界值0.06 MPa/m，發(fā)生突水的可能性小，預(yù)測(cè)3號(hào)煤層開(kāi)采對(duì)奧陶系上馬家溝組巖溶地下水的影響小。

(5)提出地下水環(huán)境保護(hù)措施可有效保護(hù)煤礦區(qū)地下水環(huán)境。研究成果對(duì)有關(guān)部門進(jìn)行地下水環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)。

[1]韓寶平，鄭世書(shū).煤礦開(kāi)采誘發(fā)的水文地質(zhì)效應(yīng)研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，23(3):70－77.

[2]張發(fā)旺，李鐸，趙華.煤礦開(kāi)采條件下地下水資源破壞及其控制[J].河北地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，1996，19(2):115－119.

[3]張鳳娥，劉文生.煤礦開(kāi)采對(duì)地下水流場(chǎng)影響的數(shù)值模擬—以神府礦區(qū)大柳塔井田為例[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2002，2(4):30－33.

[4]武強(qiáng)，董東林，傅耀軍，等.煤礦開(kāi)采誘發(fā)的水環(huán)境問(wèn)題研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，31(l):19 －22.

[5]董東林，武強(qiáng)，錢增江，等.榆神府礦區(qū)水環(huán)境評(píng)價(jià)模型[J].煤炭學(xué)報(bào)，2006，31(6):776 －780.

[6]孟凡生，王業(yè)耀.煤礦開(kāi)采環(huán)境影響評(píng)價(jià)中地下水問(wèn)題探析[J]，地下水，2007，29(1):81 －84.

[7]李振拴.山西省煤炭開(kāi)采對(duì)上覆裂隙水破壞及其利用的研究[J].中國(guó)煤田地質(zhì)，2007，19(5):35 －37.

[8]趙慶奎.淺談采煤對(duì)巖溶水環(huán)境的影響及保護(hù)措施[J]，地下水，2010，32(1):167 －168.