張力鵬

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西太原030024）

0 引言

地下水是我國水資源的重要組成部分，對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著至關重要的作用。在我國缺水的北方地區(qū)，多年來開采地下水引發(fā)了一系列環(huán)境地質問題，造成水資源供需矛盾日益突出，引起學者們的高度重視。劉金峰等研究認為過量開采奧灰水是天津寶坻縣隱伏巖溶區(qū)產(chǎn)生地裂縫的主導因素[1]；李志明等認為河北邢臺柏鄉(xiāng)地裂縫主要是過量開采地下水引起[2]；張文華指出太原市地面沉降是由于過量開采中深層孔隙地下水引起地下水位急劇下降造成的[3]；楊麗芝等指出華北平原長期超量開采和不合理的開采布局，致使地下水的資源功能不斷衰退，并產(chǎn)生地面沉降、地面塌陷、咸水入侵等環(huán)境地質問題[4]；楊楠等研究認為北京懷柔應急水源地地下水由于長期大量開采，導致地下水位下降并引起水質變化[5]。在我國北方許多煤礦區(qū)，由于無地表水及受到遠距離供水條件的限制，生產(chǎn)補充水源和生活水源主要依賴開采煤礦區(qū)的地下水，而地下水取水條件是否可行直接影響到煤礦生產(chǎn)生活的順利進行，因此必須加強對煤礦區(qū)地下水取水條件的分析研究。山西是我國的煤炭大省，同時也是我國北方巖溶分布較多的省份，擁有19個大泉及其巖溶泉域，大部分煤礦都位于巖溶泉域范圍內(nèi)，并有自備巖溶供水井來滿足生產(chǎn)生活的需求，巖溶地下水的開發(fā)利用對山西煤炭資源的開采做出了貢獻。后溝煤礦位于山西省和順縣城西北約2.5km的義興鎮(zhèn)后溝村以北，為資源整合單獨保留的擴區(qū)煤礦，井田面積6.5322km2，設計開采8號、15號煤層，生產(chǎn)能力300 kt/a。該煤礦在娘子關泉域內(nèi)，為滿足生產(chǎn)補充和生活取水的需要，擬打一眼供水井，設計取水地點在井田工業(yè)場區(qū)，取水水源為當?shù)貛r溶地下水，設計生活取水7萬m3/a，生產(chǎn)補充取水3.2萬m3/a。為確保后溝煤礦煤炭資源的可持續(xù)開發(fā)利用，進行巖溶水取水條件研究是非常必要的，具有十分重要的現(xiàn)實意義。基于此，在分析后溝煤礦地質、水文地質等資料的基礎上，對巖溶水取水條件進行了分析，并提出了煤礦區(qū)水資源保護措施，以期為后溝煤礦巖溶水資源開發(fā)利用及管理提供科學依據(jù)。

1 礦井概況

后溝井田位于太行山中段西側，屬中低山侵蝕區(qū)，溝谷縱橫發(fā)育。區(qū)內(nèi)地勢總體為北西高、南東低，最大相對高差為210.8m。本區(qū)位于沁水煤田的東北邊緣，和順普查勘探區(qū)中段。井田內(nèi)無常年性河流，發(fā)育的沖溝均為季節(jié)性溝谷，平時干涸無水，僅雨季有短暫洪水通過。井田賦存的地層由老至新有奧陶系、石炭系、二疊系及第四系。井田主要含水層為奧陶系中統(tǒng)巖溶含水層組、石炭系上統(tǒng)太原組灰?guī)r巖溶含水層組、石炭系上統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層組、二疊系下統(tǒng)石盒子組砂巖裂隙含水層組、第四系沖積—洪積孔隙含水層組。本井田屬娘子關泉域南部深埋藏補給徑流區(qū)，奧陶系灰?guī)r在區(qū)內(nèi)東外圍大面積出露，為裸型巖溶區(qū)，巖溶發(fā)育，接受大氣降水補給，富水性強。太原組、山西組、石盒子組基巖裂隙富水性弱，第四系松散層沉積厚度偏小，富水條件差。

2 巖溶水取水條件分析

2.1 含水層埋藏條件

后溝井田屬娘子關泉域南部深埋補給徑流區(qū)，奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r含水層在區(qū)域以東大面積出露，為一套淺海相碳酸鹽巖沉積，巖性以石灰?guī)r、白云質灰?guī)r及角礫狀泥灰?guī)r為主，其次為泥灰?guī)r、白云巖及石膏等，區(qū)域總厚約585m，劃分為上、下馬家溝組，峰峰組。根據(jù)后溝煤礦補充勘探地質報告，井田南部C15、C16和C13鉆孔揭露奧陶系灰?guī)r頂面埋深分別為495.35m、444.90 m、485.16m。因此，井田范圍內(nèi)奧灰頂面一般埋深小于500 m，適合開采巖溶水，鑿井難度不大。

2.2 含水層巖溶發(fā)育特征

根據(jù)井田周邊鉆孔資料，蔡家莊6號孔揭露峰峰組86.07m，巖性以角礫狀泥灰?guī)r占優(yōu)勢，溶洞普遍發(fā)育，大者可達1.5m；105號孔鉆進奧灰?guī)r深度為215.32m，其中下部石膏層厚34m，為灰?guī)r、泥灰?guī)r及白云巖互層，在285～290.50 m處，裂隙較發(fā)育，巖芯破碎，有鐵質侵染，并有溶孔發(fā)育。上馬家溝組厚235.78m，石灰?guī)r占78%，白云質灰?guī)r占13%，石灰?guī)r裂隙溶孔均很發(fā)育，溶孔直徑3～6mm，裂隙寬20 mm。揭露下馬家溝組121.70 m，巖性為石灰?guī)r、白云質灰?guī)r及白云質泥灰?guī)r，其裂隙及巖溶均不很發(fā)育?？梢?，本區(qū)奧陶系灰?guī)r含水層巖溶較為發(fā)育，富水性較好，可為后溝煤礦提供一定數(shù)量的巖溶水。

2.3 巖溶水水位埋深

根據(jù)收集的資料，距離本井田南約5km的鳳臺煤礦的一眼供水井，2004年成井，井深801.33m，靜止水位標高728.48m，埋深571.52m，單井出水量50 m3/h。在井田西南4km處的和順縣城東窯溝口巖溶供水井，1995年成井，井深720 m，水位埋深480 m，靜水位標高770 m。在井田北部25km處的大寨巖溶井，1996年成井，井深672.91m，水位埋深483.8m，靜水位標高428m，單井出水量50 m3/h。

分析上述資料，最南部的鳳臺煤礦巖溶供水井2004年水位標高728.48m；中部東窯溝口巖溶供水井1995年水位標高770m；北部大寨巖溶供水井1996年水位標高428m。根據(jù)娘子關泉域巖溶水水文地質條件和地下水流場，本井田所在區(qū)域巖溶水流向由南向北，理論上講，中部東窯溝口巖溶井水位標高應低于鳳臺煤礦巖溶井水位標高，但考慮兩井成井時間，大約相差10年，其水位過程應有變化。根據(jù)和順縣歷年巖溶水開采量情況分析以及區(qū)域巖溶水位趨勢情況分析，推斷東窯溝口巖溶井水位應有下降，其標高應低于成井時間所測水位值，同時低于鳳臺煤礦巖溶井水位值，即水位標高小于728.48m。由于本井田奧灰水處于鳳臺煤礦和東窯溝奧灰水下游、大寨奧灰水的上游，因此，推斷后溝井田內(nèi)巖溶水位標高約673m左右，水位埋深大于427m。

2.4 巖溶水開采條件分析

2.5 生活飲用水水質評價

2.6 工業(yè)鍋爐用水水質評價

后溝煤礦工業(yè)鍋爐用水為井田巖溶水，本次分析仍以前述鳳臺煤礦巖溶水樣為參證水樣進行評價。對工業(yè)鍋爐用水的水質評價主要采用成垢作用、起泡作用、腐蝕作用三方面進行，經(jīng)評價后認為該區(qū)巖溶水屬鍋垢很多的、具有硬沉積物的、不起泡的、半腐蝕性水，經(jīng)一定的軟化及防腐處理后適宜于工業(yè)鍋爐用水。

綜上所述，后溝煤礦巖溶水能滿足煤礦生產(chǎn)和生活取水要求，取水條件是可行的。

3 水資源保護措施

3.1 工程措施

為了有效保護煤礦區(qū)巖溶地下水，后溝煤礦應對廢水處理回收利用，達到零排放目標：礦井工業(yè)場地的排水主要是浴室、食堂、宿舍等建筑物所排放的生活污水，經(jīng)排水管網(wǎng)匯集至生活污水處理站，采用地埋式污水處理裝置進行處理，經(jīng)處理后水質達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）中一級排放標準，可用于井下灑水以及廠區(qū)除塵、綠化等。生活垃圾運往指定的垃圾堆放場地，進行衛(wèi)生填埋處置。

3.2 非工程措施

3.2.1 綜合利用礦井水

回用礦井水時應根據(jù)利用方向按因地制宜、經(jīng)濟方便的原則，適當處理后優(yōu)先保證礦區(qū)內(nèi)用水，尤其要優(yōu)先考慮井下用水，做到先井下后井上，先礦內(nèi)后礦外，先生產(chǎn)后生活，充分發(fā)揮礦區(qū)內(nèi)現(xiàn)有水利設施的潛能，避免重復建設。

3.2.2 嚴格控制娘子關泉域巖溶水的開采

根據(jù)《山西省泉域管理辦法》，娘子關泉域為一級泉域保護區(qū)，本辦法第五條規(guī)定：“任何部門，在泉域范圍內(nèi)進行水文地質勘探，興建地下工程，開發(fā)利用泉水或地下水，都必須按管理等級，向水資源主管部門提出申請。經(jīng)批準發(fā)給證書后，方可動工?！钡谄邨l規(guī)定：“嚴禁在泉域范圍內(nèi)擅自挖泉、截流、打井和任意排放污水、廢液?！备鶕?jù)《山西省泉域水資源保護條例》第十三條規(guī)定：“泉域水資源的開發(fā)利用，須優(yōu)先滿足城鄉(xiāng)居民生活用水，統(tǒng)籌兼顧農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水和其他用水需要，兼顧地區(qū)之間的利益，保護泉域生態(tài)環(huán)境，發(fā)揮水資源的綜合效益，不得損害公共利益和他人的合法權益”。因此，從保護娘子關泉域巖溶水的角度出發(fā)，后溝煤礦巖溶水取水量必須控制在批復水量之內(nèi)，不應加大對泉域巖溶水的開采。

4 結論

（1）后溝煤礦巖溶水能滿足煤礦生產(chǎn)和生活取水要求，取水條件是可行的。（2）提出的水資源保護措施可有效保護當?shù)貛r溶地下水資源。（3）研究成果為后溝煤礦巖溶水資源開發(fā)利用及管理提供科學依據(jù)。

[1]劉金峰，謝 健，邢 罡.天津寶坻縣隱伏巖溶區(qū)地下水開發(fā)與地裂縫成生關系研究[J].水文地質工程地質，2005，32（6）:38-41.

[2]李志明，楊旭東，蘭劍梅，等.河北邢臺柏鄉(xiāng)地裂縫成因分析[J].水文地質工程地質，2010，37（2）:135-138.

[3]張文華.太原市地面沉降的現(xiàn)狀及發(fā)展變化趨勢 [J].地質災害與環(huán)境保護，2010，21（4）:38-40.

[4]楊麗芝，張 勇，劉春華.華北平原地下水資源功能衰退與可持續(xù)利用研究[J].工程勘察，2013（6）:48-55.

[5]楊 楠，周 俊，李世君，等.地下水開采引起水質變化的機理——以北京懷柔應急水源地為例[J].水資源保護，2013，29（3）:15-19.