江 靜

(貴州煤礦地質(zhì)工程咨詢與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，貴州 貴陽 550007)

2021年6月，桐梓縣某礦堆渣場(chǎng)攔渣壩壩底涌出一股黃色水流，經(jīng)溪溝流入下游自然水體，引起了下游河水輕度污染。為保證當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚a(chǎn)生活用水安全，特對(duì)該出水點(diǎn)進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查，查清出水原因及水質(zhì)成分，根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果提出治理方案。

1 當(dāng)?shù)匮芯繀^(qū)地形地貌概況

區(qū)域內(nèi)巖層主要為碳酸鹽巖和碎屑巖兩大類，碳酸鹽巖主要包括二疊系上統(tǒng)長興組、中統(tǒng)茅口組、三疊系下統(tǒng)夜郎組玉龍山段、茅草鋪組碳酸鹽巖分布面積廣，分布區(qū)多屬裸露及半裸露的基巖山區(qū)，地表巖溶洼地、落水洞、溶斗、巖溶潭、巖溶大泉等較發(fā)育，地下局部發(fā)育溶洞、暗河，大氣降水容易通過地表大量的負(fù)地形滲入巖溶裂隙、管道、暗河之中，巖層中賦存著豐富的巖溶水，富水性強(qiáng)，這些巖溶水長途徑流，最后以巖溶大泉、巖溶泉群或暗河等形式集中排泄于當(dāng)?shù)睾庸戎?。?dāng)?shù)氐那治g基準(zhǔn)面為附近的桐梓河河床，海拔標(biāo)高+475 m，為當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面。

碎屑巖分布面積相對(duì)較小，主要為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M、三疊系下統(tǒng)夜郎組一段、三段的粉砂巖、粘土巖。碎屑巖靠近地表時(shí)風(fēng)化作用較強(qiáng)烈，風(fēng)化裂隙較發(fā)育，含風(fēng)化裂隙水，深部可能發(fā)育構(gòu)造裂隙地段，含構(gòu)造裂隙水為主，碎屑巖區(qū)地下水運(yùn)動(dòng)受地形、地貌、巖性、構(gòu)造控制，富水性總體較弱，主要依靠大氣降水補(bǔ)給，受地勢(shì)影響，一般為近源補(bǔ)給、就近排泄。

2 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

區(qū)域內(nèi)主要為桐梓河匯水型水文地質(zhì)單元。

2.1 地下水補(bǔ)給

區(qū)域內(nèi)地下水補(bǔ)給以大氣降水為主，地表水補(bǔ)給為輔。在碳酸鹽巖分布區(qū)，地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水，由于地貌上多屬于中切壟脊中山地貌，兩翼斜坡坡角35°～40°，坡度較緩，大氣降水通過落水洞、漏斗、洼地等巖溶負(fù)地形集中灌入地下，補(bǔ)給強(qiáng)度較大。在非可溶巖分布區(qū)，地下水的補(bǔ)給來源主要為大氣降水，其次為地表水。大氣降水沿孔隙及基巖裂隙滲入地下補(bǔ)給地下水；地表水來源于碳酸巖中地下水的出露，它們?cè)谙蛲╄骱舆\(yùn)動(dòng)的過程中，途徑碎屑巖分布區(qū)，通過孔隙、裂隙滲入地下補(bǔ)給地下水，分布局限，補(bǔ)給量微弱。地表水與地下水存在互補(bǔ)關(guān)系，表現(xiàn)為非可溶巖地層中的溪溝水，流經(jīng)可溶巖地層時(shí)常潛入地下補(bǔ)給地下水，經(jīng)一段暗流后又以巖溶大泉或暗河的形式于河谷及可溶巖與非可溶巖接觸處排出地表補(bǔ)給地表水。

2.2 地下水逕流條件

地下水的局部逕流方向各異，但總體由北西向南東流向。在可溶巖地層中，以管道流為主，脈狀流為輔；在非可溶巖地層中，以隙流為主。

2.3 地下水排泄

地下水的排泄在非可溶巖層中多以下降泉的形式近源排泄于地形低凹處；而在可溶巖層中地下水多以巖溶大泉及暗河的形式沿地形低洼的河谷地帶或可溶巖與非可溶巖接觸處及斷層帶上以暗河、巖溶大泉的形式集中排泄于地表，經(jīng)排沙壩河流入高橋河，匯入桐梓河。桐梓河谷在花秋勘查區(qū)南西部邊緣茅口組(P2m)出露處穩(wěn)定標(biāo)高480 m，為本區(qū)排泄基準(zhǔn)面。

區(qū)域內(nèi)巖溶水和碎屑巖裂隙水均以大氣降水作為主要補(bǔ)給來源，地下水動(dòng)態(tài)隨季節(jié)變化明顯，一般每年5月地下水流量、水位開始回升，6-9月為最高值，其間出現(xiàn)1～3次峰值，10-12月份進(jìn)入平水期，水位、流量開始逐漸遞減，到次年三、四月份降為最低值。

3 研究區(qū)地形地貌及斷面概況

3.1 工業(yè)廣場(chǎng)(堆渣場(chǎng))的地形地貌

工業(yè)廣場(chǎng)堆渣場(chǎng)攔渣壩出水點(diǎn)周圍四面環(huán)山，山高坡陡，溝谷縱橫，坡度10°～40°。龍?zhí)督M含煤地層沿槽谷延伸，上覆地層呈陡坎或陡坡。季節(jié)性沖溝水穿過工業(yè)廣場(chǎng)和經(jīng)過污水處理廠處理過的礦井水匯入下游的排沙壩河。堆渣場(chǎng)攔渣壩出水點(diǎn)處沖溝發(fā)育方向271°，沖溝旁地層產(chǎn)狀為：傾向126°、傾角18°，工業(yè)廣場(chǎng)現(xiàn)平均海拔約為844.5 m，堆渣場(chǎng)攔渣壩出水點(diǎn)處高程為818.585 m。詳情見圖1。

圖1 堆渣場(chǎng)地形地貌

3.2 堆渣場(chǎng)斷面特征

根據(jù)水文地質(zhì)圖重點(diǎn)調(diào)查區(qū)內(nèi)剖面及堆渣場(chǎng)斷面繪制，了解到堆渣場(chǎng)的坡度、厚度、規(guī)模。堆渣場(chǎng)頂部標(biāo)高由北至南隨地勢(shì)逐漸降低，面積18 403.46 m2，標(biāo)高844.5～824 m之間，平均厚度約21 m。堆渣場(chǎng)所處沖溝兩側(cè)山體坡度34°～45°不等，堆渣場(chǎng)平均坡度約9°，兩側(cè)植被較發(fā)育，詳見圖2。

圖2 堆渣場(chǎng)斷面圖

4 出水點(diǎn)周邊采礦區(qū)地層狀況調(diào)查

通過訪問調(diào)查，該礦堆渣場(chǎng)攔渣壩出水點(diǎn)上游的污水處理廠出口有老窯和含高硫分的水塘，老窯深度距目前工業(yè)廣場(chǎng)地表約20 m，沿煤層露頭向深部開采，挖掘長度約200 m，該老窯有積水。

井田內(nèi)老窯分布在蒲家場(chǎng)至黃干田含煤地層露頭一帶，共計(jì)37個(gè)，開采煤層多為9、16煤層，少數(shù)為5煤層，平硐開拓或斜井沿煤層露頭向深部開采，巷道約80～200 m，垂直深度20～60 m，采用坑道架廂，單巷道作業(yè)為主，開采面積一般不大，多數(shù)有積水現(xiàn)象，從調(diào)查訪問情況看無傷亡事故。

采礦區(qū)內(nèi)西北部煤系淺部一帶分布有部分老窯，老窯采空區(qū)可能有積水，由于廢棄多年，有些老窯已經(jīng)復(fù)墾種田，遺跡已經(jīng)不復(fù)存在，本次在礦上實(shí)際調(diào)查及經(jīng)礦上工作人員介紹，這些老窯均有積水。本次調(diào)查采用老窯破壞區(qū)域下推60 m作為可能充水地帶，同時(shí)也是淺部老窯破壞區(qū)域。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式V=CAM/cosα(A為淹沒采空區(qū)平面投影面積、M為已開采煤層厚度、C為積水系數(shù)取0.10，煤層傾角取16°)，首采區(qū)16煤露頭附近主要有4處老窯采空破壞區(qū)域，16煤平均厚度為1.39 m；平均傾角均取16°。采空破壞面積分別為11 068 m2、10 903 m2、5 003 m2及4 840 m2，通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出各采空區(qū)積水量分別為1 600 m3、1 576 m3、723 m3及700 m3。

5 出水點(diǎn)出水量調(diào)查計(jì)算

5.1 工業(yè)廣場(chǎng)的地表水

廣場(chǎng)內(nèi)有一條季節(jié)性沖溝穿過，流入排水溝。排水溝入口采用上下兩層設(shè)計(jì)，下部排水溝下游為堆渣場(chǎng)攔渣壩出水點(diǎn)，上部為汛期水量過大時(shí)滿流部分通過排洪溝與污水處理廠處理后礦井水匯合入下游排沙壩河，最終流入桐梓河；朵包河流量大小受季節(jié)性影響明顯，豐水期流量較大，枯水期較小，此次調(diào)查期間無水流入排水溝。本次調(diào)查期間工業(yè)廣場(chǎng)排洪溝至上游河道無水，上游水流全部流入地下水；此處用三角堰測(cè)量水位高度8.5 cm，計(jì)算出流量2.97 L/s(10.40 m3/h)，計(jì)算見表1。

Q=Ch5/2

(1)

式中：Q為流量，L/s；C為隨h變化的系數(shù)，其值見表1；H為過堰高度，cm。

表1 流量計(jì)算參數(shù)表

5.2 工業(yè)廣場(chǎng)的地下水

副斜井旁有溶洞出水口，洞口呈正方形，邊長約為0.8 m。出水口據(jù)礦上職工介紹，雨季暴雨后3 h左右有大量水從洞口冒出，最大噴水直徑約1 m，高10 m以上。

副斜井大棚(污水處理廠旁邊)旁的豎井深10 m，井口呈正方形，邊長為1.5 m，現(xiàn)場(chǎng)觀察有水流聲響，此處水為防止跌落，平時(shí)用鋼板蓋住。井下水流至排水溝，流到堆渣場(chǎng)攔渣壩出水點(diǎn)。

5.3 堆渣場(chǎng)攔渣壩出水點(diǎn)流量

根據(jù)調(diào)查人員現(xiàn)場(chǎng)用三角堰測(cè)量，水位高6.1 cm，得出該出水點(diǎn)流量為4.67 m3/h(1.30 L/s,111.96 m3/d)，水量大小隨季節(jié)性變化。

6 出水來源及水質(zhì)超標(biāo)成因分析

6.1 出水點(diǎn)水源分析

6.1.1 大氣降水

大氣降水入滲補(bǔ)給原沖溝低洼地帶集中排泄，沖溝底部匯水后集中排水。加之植被根系水匯集，沿坡面形成坡面流，在沖溝底部低洼地帶匯聚，集中排泄匯入沖溝底部。

6.1.2 地表水

地表積水向深部入滲補(bǔ)給地下水形成沖溝底部集中排泄形成排泄點(diǎn)。

6.1.3 老煤窯采空區(qū)積水

據(jù)調(diào)查，工業(yè)廣場(chǎng)下部存在早期村民私采老窯，煤系水匯聚于老窯采空區(qū)，地下水逐漸充滿，煤窯水溢出，并順著地勢(shì)入滲排泄至沖溝。

6.2 水質(zhì)超標(biāo)原因

(1)工業(yè)廣場(chǎng)下部老煤窯采空區(qū)積水受2021年09月16日四川省瀘州市瀘縣發(fā)生6.0級(jí)地震影響(震源深度10 km，震中北緯29.20°，東經(jīng)105.34°)。導(dǎo)致部分巖體開裂，地下水入滲補(bǔ)給老窯水順裂隙流動(dòng)，部分通過堆渣場(chǎng)攔渣壩出水點(diǎn)流出，由于老窯采空區(qū)積水受溶濾作用導(dǎo)致鐵、錳離子等嚴(yán)重超標(biāo)。

(2)由于大氣降水和地表對(duì)煤矸石的淋濾，使煤矸石中的鐵離子還原出來，進(jìn)入地下水集中排泄而形成。

(3)由于整條沖溝切割了全部煤系地層，在煤的露頭處地下水對(duì)煤層的溶濾作用，使煤層中的鐵、錳離子還原出來隨地下水下移，集中排泄，造成鐵、錳離子含量嚴(yán)重超標(biāo)。

7 對(duì)策建議

(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)調(diào)查分析該礦堆渣場(chǎng)出水點(diǎn)巖溶發(fā)育情況，發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地區(qū)域內(nèi)鉆孔見溶洞率極高，該區(qū)域巖溶及其發(fā)育，存在大面積的巖溶空洞，巖溶管道四通八達(dá)，多處巖溶管道均與溶洞相連并補(bǔ)給該泉點(diǎn)，建議礦方在生產(chǎn)運(yùn)營中，應(yīng)避免在巖溶管道正上方區(qū)域進(jìn)行施工作業(yè)，防止污水進(jìn)入地下巖溶管道，污染地下水資源。

(2)全部清除煤矸石，對(duì)沖溝切割的煤炭露頭進(jìn)行全封閉，防止地表水、大氣降水的沖刷和淋濾。

在集中出水點(diǎn)下方修建污水收集池，用泵抽到礦方污水處理廠處理達(dá)標(biāo)后排放。

對(duì)堆渣場(chǎng)表面進(jìn)行硬化全封閉處理，防止大氣降水、地表水下滲，對(duì)矸石產(chǎn)生林濾作用。

建議巖土工程勘察工作中，在花秋二礦堆渣場(chǎng)出水點(diǎn)的影響半徑及預(yù)留安全范圍內(nèi)(即泉點(diǎn)半徑100 m)不要進(jìn)行鉆探工作，避免造成對(duì)花秋二礦堆渣場(chǎng)出水點(diǎn)的影響。

(3)建議貴州赤天化花秋礦業(yè)有限責(zé)任公司堆渣場(chǎng)出水點(diǎn)處設(shè)置專業(yè)值班人員，隨時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化情況，一旦發(fā)生水體變渾的情況，立即采取相關(guān)措施，避免影響下游人民用水安全。同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)水質(zhì)，確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)，滿足相關(guān)排水標(biāo)準(zhǔn)的要求，杜絕影響廣大人民群眾和生活用水。