陳 濤，田學(xué)軍

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽）

貴州省含煤地層多，采煤量大，形成的煤礦采空區(qū)分布較多，在高速公路修建過程中無可避免地存在大型采空區(qū)，針對采空區(qū)的處治措施較多，特別是采空區(qū)注漿處治[1]，路段施工可能產(chǎn)生地表水與地下水污染、地表水和地下水改變、地表泉點(diǎn)失水等水文地質(zhì)問題[2]。

本文以某在建高速K2+600～K3+800 采空區(qū)處治路基段水文地質(zhì)專題研究為例，分析評價(jià)對采空區(qū)進(jìn)行注漿處治的水文地質(zhì)影響[3]，并提出相關(guān)建議，為相關(guān)工程處治勘察設(shè)計(jì)提供工程實(shí)例借鑒。

1 工程概況

貴州某在建高速公路K2+600～K3+800 段主要以邊坡、路基為主，小樁號段接金湖大橋，此路段為反嶺山煤礦和富宏煤礦采空區(qū)影響區(qū)，為確保公路安全，須對其中不滿足工程建設(shè)要求的采空區(qū)進(jìn)行注漿處治，該處路基距離百花湖水庫較近（約1.6 Km），需對該路段進(jìn)行專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查。

2 區(qū)域地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

擬建K2+600～K3+800 采空區(qū)處治路基段，地形整體為緩坡～陡坡地形，坡度13°～40°，軸線通過高程為1 202.3～1 244.2 m 之間，相對高差約41.9 m。根據(jù)地貌成因?qū)^(qū)內(nèi)地貌分為溶蝕地貌、河流侵蝕- 剝蝕地貌兩種類型。

2.2 巖土體組成

項(xiàng)目區(qū)出露地層由新至老有第四系（Q），三疊系安順組（T1a1-4）、大冶組（T1d1-3），二疊系吳家坪、長興組（P2w-c）和棲霞、茅口組（P1q-m）。區(qū)內(nèi)三疊系、二疊系地層廣布。

2.3 煤礦開采及采空區(qū)情況

根據(jù)兩階段勘察，擬建滬昆國高貴陽至安順段擴(kuò)容工程K2～K4 段附近主要分布有金華鎮(zhèn)富宏煤礦和反嶺山煤礦，煤礦礦界與路線位置關(guān)系見圖1。

圖1 線路與煤礦礦界位置關(guān)系圖

煤礦開采范圍見圖2，根據(jù)收集的資料，反嶺山煤礦和富宏煤礦抵近開采，兩個煤礦相互連通。

圖2 煤礦開采范圍圖

反嶺山煤礦為私人煤礦，建于1998 年，2011 年停采。長壁后退式采煤法，放炮落煤，全部跨落法管理頂板。煤礦開采K7 煤層，開采標(biāo)高+1230～+900 m，采空區(qū)埋深54～284 m，回采率約65%，采空區(qū)面積約116 840 m2；煤層頂板和底板以泥巖夾炭質(zhì)泥巖為主，巷道內(nèi)內(nèi)充滿地下水。

富宏煤礦開采時(shí)間始于1962 年，礦區(qū)歷經(jīng)五十年開采。五十多年的地下開采導(dǎo)致其上覆巖層移動變形，引起地表移動和破壞，進(jìn)而對地面建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生了危害，地表顯見多處塌陷坑及地裂縫，場地穩(wěn)定性差。煤礦采空區(qū)范圍內(nèi)可觀察到因地表變形引起的塌陷坑、深溝、房屋開裂等見圖3。

圖3 采空區(qū)地面破壞分布圖

K2+600～K3+800 采空區(qū)處治路基段布設(shè)10 個深孔，揭露煤層（未開采）比例22.2%；揭露采空（空洞）比例27.7%；揭露采空（已坍塌）比例50.1%。

3 場區(qū)水文地質(zhì)特征

3.1 水文地質(zhì)分區(qū)

工作區(qū)內(nèi)為貓?zhí)蛹鞍倩ê饔?，地下水基本上受流域范圍控制。依?jù)河流所起的控制作用，將區(qū)內(nèi)分為3 個水文地質(zhì)區(qū)（李家沖水文地質(zhì)（I 區(qū)）、麥乃村水文地質(zhì)（Ⅱ區(qū)）、朱昌鎮(zhèn)水文地質(zhì)（Ⅲ區(qū)））；再根據(jù)流場和含水巖組分布，結(jié)合F3、F4、F5 阻水?dāng)鄬觿澐譃? 個亞區(qū)，水文地質(zhì)分區(qū)見圖4。

圖4 測區(qū)水文地質(zhì)分區(qū)圖

3.2 煤礦地下水水質(zhì)

從區(qū)域水文地質(zhì)資料可知，一般地層地下水改變小，水質(zhì)較好，而一些特殊礦產(chǎn)、特別是煤礦分布地帶，地下水易發(fā)生轉(zhuǎn)換，使水質(zhì)出現(xiàn)異常[4]。煤礦采空區(qū)地下水污染過程見圖5。

圖5 采空區(qū)地下水污染過程圖

通過“鉆孔揭露采空區(qū)水質(zhì)”與“礦井排泄水質(zhì)”對比，采空區(qū)巷道內(nèi)PH 為強(qiáng)酸性，后經(jīng)地下水稀釋、中和，通過礦井口排泄的水已呈中性，但鐵含量卻嚴(yán)重超標(biāo)，水呈淡黃色并有鐵銹味，存在污染，需要對其進(jìn)行處理。

3.3 煤礦水處理狀況

據(jù)有關(guān)資料，百花湖入湖河流水成份常有超標(biāo)現(xiàn)象，給湖區(qū)水質(zhì)穩(wěn)定帶來威脅。作為飲用水源準(zhǔn)保護(hù)區(qū)，地方政府也加強(qiáng)水源地流域環(huán)境綜合治理，相繼建成了朱昌、反嶺山煤礦、盤江化工廠、清鎮(zhèn)醫(yī)藥園區(qū)等污水處理廠。

對于反嶺山煤礦排水，在開采期間曾建有一座礦井廢水處理站，在煤礦關(guān)閉時(shí)停止使用。為了解決該礦礦井廢水污染問題，2016 年貴州大學(xué)在當(dāng)?shù)卣慕M織下，在煤礦下游李家沖區(qū)域開展試點(diǎn)示范治理，日處理量為200 m3/d，處理能力有限，達(dá)不到治理反嶺山和富宏兩個相連煤礦排出的污水需要，現(xiàn)基本處于廢棄狀態(tài)。2022 年8 月中國環(huán)境科學(xué)研究院受當(dāng)?shù)卣校匦麻_始了反嶺山廢棄煤礦廢水治理擴(kuò)容應(yīng)急工程，建設(shè)總規(guī)模4 500 m3/d，建成后能使煤礦井口排出的污水得到有限控制。目前，該項(xiàng)目正在實(shí)施中。

4 公路工程建設(shè)對地表水、地下水影響預(yù)測

K2+600～K3+800 段以路基及部分橋梁從煤礦采空區(qū)上面及附近通過，為此，采空區(qū)注漿處治、路基和橋梁施工對地下水的影響應(yīng)有一個較明確的認(rèn)識。

4.1 采空區(qū)注漿處治方案設(shè)計(jì)

針對煤礦采空區(qū)情況，已委托某大學(xué)進(jìn)行《滬昆國高貴陽至安順段擴(kuò)容工程施工圖設(shè)計(jì)階段K2～K4段煤礦采空區(qū)安全影響》專項(xiàng)論證，論證結(jié)果：K2+500～K3+271.9、K3+544.48～K3+900 段采空區(qū)埋深大或未開采，場地穩(wěn)定性較好；K3+271.9～K3+645.1 段埋深淺，場地不穩(wěn)定，需采取措施進(jìn)行處理。

按該采空區(qū)治理設(shè)計(jì)，K3+271.9～K3+645.1 段采空區(qū)采用注漿法加固，處置深度為地面至采空區(qū)底板下1 m 處，確定軸線下處治最大深度約為128.0 m，最大處治寬度約為176.6 m，處治長度373.2 m。

4.2 注漿充填體對地下水補(bǔ)給、徑流、排泄的影響

采空區(qū)注漿以充填采空區(qū)及其覆巖中的空洞和裂隙為主，在一般線性工程中主要形成一條延至地面堤狀支撐體。場區(qū)線路展布與地層和采空區(qū)走向近直交，注漿充填固結(jié)體和地表水、地下水徑流方向大體垂直。由于場區(qū)地表無水塘、水田分布，向下注漿加固施工則基本只與地下水發(fā)生直接關(guān)系。采空區(qū)采取注漿加固處治后，注漿充填體對全區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流和排泄影響都小，地下水循環(huán)交替排出地表，共同排向百花湖。

5 主要水文地質(zhì)問題分析

5.1 地下水污染

場區(qū)地表未有加工企業(yè)、水塘、水田等分布，水質(zhì)污染主要于地下產(chǎn)生，直接為地下水污染。由于區(qū)內(nèi)出露地層是P1q-m、P2w、P2c、T1d1-3、T1a1-4，其中P2w 為灰?guī)r、泥巖及含兩層可采7#、8#煤，于是自20 世紀(jì)60年代開始分別建有反嶺山煤礦、富宏煤礦進(jìn)行開采。煤礦未開采前，地下水基本和周圍地層水一樣無色、無味、透明，水質(zhì)較好；煤礦開采后，煤層、圍巖中的硫化物礦物與氧氣和水接觸，在微生物的催化作用下，經(jīng)過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生酸性礦井水。這些生成的礦井水多呈淡黃色并有鐵銹味，不宜飲用，致使原本優(yōu)質(zhì)的地下水轉(zhuǎn)變?yōu)榈V坑污水。煤礦于2011年關(guān)閉后，積聚于采空區(qū)內(nèi)的水不僅飽和，而且酸性仍強(qiáng)，鐵離子也嚴(yán)重超標(biāo)，并且溝通了上部含水層，進(jìn)一步擴(kuò)大了水循環(huán)和污染范圍。根據(jù)本次于鉆孔采空區(qū)和煤礦井口取樣測試及收集資料，按照百花湖特殊區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有排放源管理要求，統(tǒng)一以《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB20426-2006）和《貴州省環(huán)境污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB52-864-2022）作為判別標(biāo)準(zhǔn)，采空區(qū)內(nèi)水PH 值3 左右，屬強(qiáng)酸性；煤礦井口出水鐵離子2.4～24.6 mg/L，超標(biāo)2.4～24 倍。

5.2 地表水、地下水（污水）外引困難

工作區(qū)地處烏江水系貓?zhí)由嫌伟倩ê貛?，與同屬烏江水系的清水河上游的南明河阿哈湖相鄰。著眼長遠(yuǎn)（根治），將百花湖附近污染水跨流域遠(yuǎn)程外排阿哈湖下游，連接兩地和穿越分水嶺工程量巨大，經(jīng)濟(jì)不可行。

貓?zhí)蛹鞍倩ê饔虻匦蜗蛳聝A斜，地層大致沿河谷和湖床縱向交替產(chǎn)出，閉合性較好。若施工人工渠道將污染水引致百花湖下游排泄，工程規(guī)模大，也無現(xiàn)實(shí)意義。

因此，地下水跨流域或向百花湖下游側(cè)向排放，工程量大，經(jīng)濟(jì)技術(shù)不可行，宜加強(qiáng)管理、減少甚至杜絕污染或處理后就近排放。

6 結(jié)論

（1）注漿充填體加固采空區(qū)，可能擠出少部分采空區(qū)積水（靜儲量），擠出部分加入淺部循環(huán)很快即恢復(fù)平衡。

（2）反嶺山廢棄煤礦廢水治理擴(kuò)容應(yīng)急工程建成后能使煤礦井口排出的污水得到有限控制，該項(xiàng)目目前正在實(shí)施中。

（3）采空區(qū)采取注漿加固處治后，注漿充填體對全區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流和排泄影響都小，地下水循環(huán)交替排出地表，共同排向百花湖。

（4）地下水于帷幕段局部受阻雍高，受水力聯(lián)系影響，將向左右兩側(cè)分別繞過注漿帷幕體繼續(xù)向兩側(cè)排泄，再聚集。鑒于采空區(qū)巖體裂隙連通及巷道多有保留，反嶺山煤礦主井出水量變化不大。