景福煤礦開(kāi)采對(duì)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)

景福煤礦開(kāi)采對(duì)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(hù)娘子關(guān)泉域水環(huán)境，進(jìn)行景福煤礦開(kāi)采對(duì)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(kāi)采等的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了煤礦開(kāi)采對(duì)水環(huán)境的影響評(píng)價(jià)，提出了水環(huán)境防治措施。研究成果為水行政主管部門(mén)保護(hù)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(hù)

水是地球上一切生命的保障，是人類(lèi)賴(lài)以生存發(fā)展的重要資源。由于水資源時(shí)空分布的不均，世界許多地區(qū)是缺水的。我國(guó)是世界上13個(gè)水資源最貧乏國(guó)家之一，在多年的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，許多地方由于對(duì)水資源保護(hù)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(guó)水環(huán)境問(wèn)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(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的水環(huán)境問(wèn)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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)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(shì);張發(fā)旺等［2］進(jìn)行了神府東勝礦區(qū)采煤塌陷對(duì)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(jìn)行了我國(guó)水環(huán)境農(nóng)藥污染現(xiàn)狀及健康影響研究進(jìn)展分析，為開(kāi)展相關(guān)研究提供了參考;孫亞喬等［4］進(jìn)行了粉煤灰浸出液對(duì)水環(huán)境的影響研究，提出了污染防治對(duì)策;江曙光［5］進(jìn)行了中國(guó)水污染現(xiàn)狀分析及防治對(duì)策研究;田峰等［4］進(jìn)行了三丁基錫對(duì)我國(guó)水環(huán)境的污染狀況及對(duì)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(qiáng)的針對(duì)性，為相關(guān)部門(mén)開(kāi)展水環(huán)境保護(hù)和治理等提供了參考。山西省是我國(guó)的煤炭大省，在多年的采煤活動(dòng)中已經(jīng)產(chǎn)生了許多水環(huán)境問(wèn)題，引起各級(jí)部門(mén)的高度重視，并采取多項(xiàng)措施對(duì)水環(huán)境進(jìn)行保護(hù)。景福煤礦為2009年山西省煤炭資源整合的單獨(dú)保留礦井，生產(chǎn)規(guī)模90萬(wàn)t/a，批準(zhǔn)開(kāi)采6、15號(hào)煤。該礦井位于娘子關(guān)泉域西北部巖溶地下水補(bǔ)給徑流區(qū)，距重點(diǎn)保護(hù)區(qū)最近距離約65 km。為了有效保護(hù)娘子關(guān)泉域水環(huán)境，進(jìn)行景福煤礦開(kāi)采對(duì)水環(huán)境的影響研究是非常必要的，也是十分有意義的?；诖耍诜治鼍案Ｃ旱V地質(zhì)、水文地質(zhì)、煤礦開(kāi)采等的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了煤礦開(kāi)采對(duì)水環(huán)境的影響評(píng)價(jià)，提出了水環(huán)境防治措施，以期為水行政主管部門(mén)保護(hù)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(yáng)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(jì)可采儲(chǔ)量為4 019.6萬(wàn)t，服務(wù)年限為31.9 a。采用立井開(kāi)拓方式，采煤方法為長(zhǎng)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(kāi)采順序?yàn)樯闲惺?，先?5號(hào)煤層再采6號(hào)煤層。整個(gè)井田以按煤層劃分為四個(gè)采區(qū)，即6號(hào)煤一、二采區(qū)和15號(hào)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(diǎn)高程為1 300.4 m，最低點(diǎn)高程1 068.9 m，相對(duì)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(kāi)采技術(shù)條件，采用概率積分法對(duì)地表移動(dòng)變形進(jìn)行預(yù)測(cè)。經(jīng)計(jì)算，全井田15號(hào)煤開(kāi)采后地表移動(dòng)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(dòng)值為546 mm。全井田15號(hào)及6號(hào)煤開(kāi)采后地表移動(dòng)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(dòng)值為875 mm。

2.2 導(dǎo)水裂隙帶高度分析

井田15 號(hào)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(jiān)硬巖層，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，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(jì)算，6號(hào)煤層開(kāi)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(jì)，n=1。

經(jīng)計(jì)算，15號(hào)煤層開(kāi)采后的導(dǎo)水裂隙帶高度為78.53～126.98 m。

井田6 號(hào)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(kāi)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(kāi)采規(guī)程》相應(yīng)公式進(jìn)行計(jì)算，公式如下:

3 采煤對(duì)水環(huán)境的影響評(píng)價(jià)

3.1 采煤對(duì)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(jì)算，15號(hào)煤層開(kāi)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(hào)煤層開(kāi)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(hào)煤層最小埋深分別在331.05 m、255.55m，最大導(dǎo)水裂隙帶頂點(diǎn)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(huì)波及到澗河等地表水體，在沒(méi)有斷層導(dǎo)水的情況下，煤礦開(kāi)采對(duì)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(kāi)采地表變形分析可知，15、6號(hào)煤層開(kāi)采后地表變形相對(duì)強(qiáng)烈，在開(kāi)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?cè)辛鲃?dòng)方向，通過(guò)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(kāi)采改變地表產(chǎn)匯流條件，將對(duì)地表水產(chǎn)生一定影響。

3.2 采煤對(duì)地下水環(huán)境的影響

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

3.2.1 對(duì)上覆含水層的影響

1)對(duì)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(yuǎn)村及白峪村取水來(lái)自孔隙水;西坡村、紅崖村、秦家山村及虎現(xiàn)村取水來(lái)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(hào)煤層開(kāi)采后的導(dǎo)水裂隙帶最大高度均不會(huì)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(duì)上述含水層影響小，但由于受開(kāi)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(duì)井田范圍內(nèi)各村莊的人畜用水造成影響。

2)對(duì)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(hào)煤層開(kāi)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(hào)煤層開(kāi)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(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，隨采煤時(shí)間延長(zhǎng)，影響程度會(huì)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(duì)下伏奧陶系含水層的影響

井田15、6號(hào)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(hào)煤層均為帶壓可采煤層。本礦奧陶系含水層水位標(biāo)高為771 m，15、6號(hào)煤層底板標(biāo)高最低分別為480 m、570 m，奧灰水位高出15號(hào)煤層底板最低標(biāo)高291 m，高出6號(hào)煤層底板最低標(biāo)高201 m。15號(hào)煤層底板距奧陶系含水層頂界75.67 m，6號(hào)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(cè)15、6號(hào)煤層開(kāi)采時(shí)底板突水的可能性。

經(jīng)計(jì)算，15、6號(hào)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(méi)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(duì)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(jìn)一步加強(qiáng)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(duì)下伏含水層產(chǎn)生影響。

3.2.3 對(duì)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(bǔ)給來(lái)源主要包括大氣降水的入滲補(bǔ)給、地表徑流的滲漏補(bǔ)給及相鄰含水層中地下水的側(cè)向補(bǔ)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(wú)石灰?guī)r出露，因此煤礦開(kāi)采對(duì)娘子關(guān)泉域巖溶水補(bǔ)給的影響較小。井田 15、6 號(hào)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(méi)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(duì)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(kāi)采15、6號(hào)煤層時(shí)不會(huì)形成新的巖溶水排泄點(diǎn)，對(duì)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(duì)水環(huán)境的影響

根據(jù)類(lèi)比可知，井田矸石屬于《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18599—2001)中規(guī)定的第Ⅰ類(lèi)一般工業(yè)固體廢物，矸石儲(chǔ)存、處置按照第Ⅰ類(lèi)一般工業(yè)固體廢物的要求進(jìn)行。根據(jù)附近井田矸石淋溶試驗(yàn)結(jié)果，污染物含量均低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978－1996)中二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，矸石淋溶對(duì)地表水環(huán)境影響較小。矸石場(chǎng)匯水面積較小，矸石通過(guò)分層碾壓，修建排水設(shè)施后，矸石自然淋溶下達(dá)不到充分浸泡狀態(tài)。自然淋溶后的濃度值比試驗(yàn)值小的多，各元素在經(jīng)過(guò)土壤時(shí)會(huì)被土壤吸附消減，矸石淋溶對(duì)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(chǎng)堆放，鍋爐爐渣對(duì)水環(huán)境的影響較小。生活垃圾在廠(chǎng)區(qū)內(nèi)定點(diǎn)堆放，定期由當(dāng)?shù)丨h(huán)衛(wèi)部門(mén)統(tǒng)一處理，生活垃圾對(duì)水環(huán)境的影響較小。

4 水環(huán)境防治措施

(1)嚴(yán)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(kāi)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(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、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(jìn)行處理，達(dá)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(jìn)行處理，達(dá)到要求后回用于生產(chǎn)。

(5)煤炭開(kāi)采過(guò)程中在非帶壓區(qū)嚴(yán)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(qiáng)礦區(qū)水務(wù)管理和水環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)管理。

5 結(jié)語(yǔ)

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

(2)15、6號(hào)煤層開(kāi)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(hào)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(méi)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(duì)奧陶系含水層的影響較小。

(4)15、6號(hào)煤層開(kāi)采對(duì)娘子關(guān)泉域巖溶水補(bǔ)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(duì)水環(huán)境影響較小。

(6)研究成果為水行政主管部門(mén)保護(hù)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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水環(huán)境影響及發(fā)展趨勢(shì)［J］.長(zhǎng)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(duì)水環(huán)境影響效應(yīng)研究［J］.地球?qū)W報(bào)，2007，28(6):521－527.

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

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

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

［6］田峰，隋銘?zhàn)?，張可佳，?三丁基錫對(duì)我國(guó)水環(huán)境的污染狀況及對(duì)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(jí)工程師，主要從事水工程建設(shè)與管理工作。