淺析平頂山礦區(qū)地下水環(huán)境問(wèn)題及防治措施

楊家林，王少輝

(河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì)，河南鄭州450016)

平頂山市煤礦資源十分豐富，煤田煤炭資源總儲(chǔ)量為73.2億噸，是一個(gè)以煤礦產(chǎn)業(yè)為主的城市。1952年被列入國(guó)家第一個(gè)五年計(jì)劃的重大建設(shè)項(xiàng)目，1953年開(kāi)始進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查和勘探，1955年9月開(kāi)始建井，到2005年，平頂山煤田擁有11個(gè)生產(chǎn)礦。隨著礦山開(kāi)采及工程建設(shè)等經(jīng)濟(jì)活動(dòng)不斷加劇，人為地質(zhì)作用十分強(qiáng)烈，改變和破壞了人類生存、生活和生產(chǎn)的地質(zhì)環(huán)境，產(chǎn)生了一系列的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。下面主要就礦山開(kāi)采引起的地下水環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行分析和探討。

1 礦區(qū)慨況

1.1 自然地理?xiàng)l件

平頂山煤田地東起洛崗斷層，西至寶豐-郟縣斷層，南起庚組煤露頭線，北至襄-郟斷層，含煤面積650.0 km2。其地勢(shì)西北高東南低，北高南低，北部最高山峰落鳧山海拔493.7 m，東部平原最低海拔75.7 m。地貌類型主要有流水地貌和人工地貌兩大類型，流水地貌有低山、丘陵、山前坡洪積平原、沖洪積平原、沖積平原和沼澤堆積平原，人工地貌有矸石山、塌陷坑、粉煤灰堆、粉煤灰?guī)臁⑺畮?kù)及灌渠等。

1.2 氣象水文

平頂山市處于暖溫帶和亞熱帶氣候交錯(cuò)的邊緣地區(qū)，具有明顯的過(guò)渡性特征。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，氣候溫和，雨量充沛。據(jù)白龜山站多年觀測(cè)資料，年平均氣溫14.5～15.2°C，年平均降水量801.0 mm，多年平均蒸發(fā)量 1 488.6 mm，全年無(wú)霜期226天。區(qū)內(nèi)盛行東北風(fēng)，平均風(fēng)速2.6 m/s。

區(qū)內(nèi)河流屬淮河流域沙潁河水系，水系發(fā)育主要河流有湛河、汝河、甘江河、沙河等30余條，大中型水庫(kù)175座，庫(kù)容28億m3，白龜山水庫(kù)是區(qū)內(nèi)最大的水庫(kù)。

1.3 地層巖性

平頂山礦區(qū)屬于華北陸塊辛集-平頂山凹陷帶的一部分，區(qū)內(nèi)出露地層主要為中元古界汝陽(yáng)群、新元古界震旦系和古生界寒武系震旦系、寒武系、石炭系、二疊系、古(新)近系和第四系。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 地下水類型

根據(jù)地下水的賦存條件，將區(qū)內(nèi)地下水類型劃分為第四系松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖裂隙巖溶水四種類型。

2.1.1 第四系松散巖類孔隙水

松散巖類孔隙水主要分布于山前傾斜平原、沖洪積平原和沖積平原，賦存于砂、砂礫石含水層中。單井涌水量一般50～3 000 m3/d不等，富水性由淺至深有增加的趨勢(shì)。水化學(xué)類型多為為HCO3-Ca和HCO3-Ca·Mg型水。

2.1.2 碎屑巖類裂隙水

碎屑巖類裂隙水主要分布于市區(qū)北部低山丘陵區(qū)，賦在于二疊系砂巖風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中，富水性不均，含水微弱，鉆孔單位涌水量 0.37 ～0.66 m3/h.m，水化學(xué)類型為HCO3-Ca型水。

2.1.3 基巖裂隙水

基巖裂隙分布于水白龜山水庫(kù)北岸丘陵區(qū)，賦存于震旦系、中元古界汝陽(yáng)群長(zhǎng)石石英砂巖、石英砂巖及太古宇太華群混合巖、混合片麻巖夾石英巖的風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中，富水性較差，含水微弱，目前尚無(wú)鉆孔揭露。

2.1.4 碳酸鹽巖巖溶水

1)中上寒武系巖溶水

中上寒武系巖溶水分布于市區(qū)西北部丘陵區(qū)及碳酸鹽巖淺埋區(qū)，巖溶較發(fā)育，鉆孔揭露最大溶洞高8.0 m，單孔涌水量1 000～3 000 m3/d，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Ca型水。

2)太原組巖溶水

太原組地層總厚度60 m，巖溶發(fā)育，鍋底山斷層以南鉆孔單位涌水量最小 0.000 828 m3/h.m，最大 64.8 m3/h.m，一般為12.6 m3/h.m;鍋底山斷層以北鉆孔單位涌水量最小0.000 5 m3/h.m，最大 6.858 m3/h.m，一般為 1.08 m3/h.m，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Ca型水。

3)新近系巖溶水

新近泥灰?guī)r巖溶發(fā)育，鉆孔揭露溶洞高達(dá)8.25 m，單位涌水量最小 0.003 6 m3/h.m，最大達(dá) 164.18 m3/h.m，水化學(xué)類型為HCO3-Ca型水。

2.2 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄

區(qū)內(nèi)淺層地下水補(bǔ)給主要為大氣降水、水庫(kù)壩下滲漏、河渠側(cè)滲和地下水徑流，其次是井渠灌溉回滲補(bǔ)給。區(qū)內(nèi)淺層地下水流向總體上為自北西流向南東，開(kāi)采和徑流排泄是地下水排泄的主要方式，其次是蒸發(fā)排泄。

中深層地下水補(bǔ)給主要是徑流補(bǔ)給，局部地段存在淺層地下水補(bǔ)給，其流向總體上自北西流向南東，以徑流排泄為主，局部為開(kāi)采排泄。

碳酸鹽巖巖溶水和碎屑巖類裂隙水主要接受大氣降水補(bǔ)給，補(bǔ)給方式為降水入滲。由于山區(qū)地勢(shì)險(xiǎn)峻，相對(duì)高差較大，地下水徑流條件較好。在自然條件下，以水平運(yùn)移，水平排泄為主。泉是山區(qū)地下水主要排泄通道，其次是沿裂隙、溶洞向深部徑流。

2.3 地下水開(kāi)采現(xiàn)狀

平頂山市自1957年至今，已先后建成油房頭、梁李、小營(yíng)、張寨、河山東等5個(gè)水源地，開(kāi)采量共計(jì)14.33×104m3/d。各水源地均已形成不同規(guī)模的地下水位降落漏斗。另外，農(nóng)田灌溉用水開(kāi)采量為2.9×104m3/d，總開(kāi)采量為17.23 ×104m3/d。

平頂山礦區(qū)排水主要為疏干排泄巖溶水，目前的疏干排水量為 130 052.3 m3/d。

3 礦區(qū)地下水環(huán)境問(wèn)題

豐富的煤炭資源為平頂山市的興起及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了條件，但是，隨著礦山開(kāi)采及人類工程建設(shè)等經(jīng)濟(jì)活動(dòng)不斷加劇，人為地質(zhì)作用十分強(qiáng)烈，改變和破壞了人類生存、生活和生產(chǎn)的地質(zhì)環(huán)境，產(chǎn)生了一系列的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。因礦山開(kāi)采引起的地下水環(huán)境問(wèn)題主要有以下水質(zhì)污染、礦井突水區(qū)域、地下水位下降、巖溶塌陷等四種。

3.1 水質(zhì)污染

水質(zhì)污染主要由礦山排污及城市排污共同引發(fā)。礦山排污包括礦坑排水、矸石山自燃?xì)怏w排放、粉煤灰污染等，引起平頂山市地表水及地下水質(zhì)均遭受不同程度的污染。

3.1.1 地表水污染

據(jù)河南省地質(zhì)調(diào)查院2005年調(diào)查，水質(zhì)類型為Ⅱ類的河流占調(diào)查斷面的23.01%，Ⅲ類19.23%，Ⅳ類占26.92%，Ⅴ類占30.77%。(上述河流除沙河外，均排入湛河，說(shuō)明湛河已成為一條納污河道，污染較為嚴(yán)重。沙河污染較輕，超Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的因子主要是高錳酸鉀指數(shù)、酚類和鎘。造成河流污染的原因，主要是礦井排水、工業(yè)廢水及生活污水直接排放造成的。

3.1.2 地下水污染

2005年河南省地質(zhì)調(diào)查院對(duì)礦區(qū)68眼淺層地下水井進(jìn)行調(diào)查中，全部污染，其中，輕微污染4眼，占調(diào)查總數(shù)的5.88%，綜合污染指數(shù)(PI)1.38～2.28;中等污染9眼，占調(diào)查總數(shù)的 13.24%，綜合污染指數(shù)(PI)2.63～3.89;嚴(yán)重污染55眼，占調(diào)查總數(shù)的 80.88%，綜合污染指數(shù)(PI)5.75～135.20［2］。由此可知，調(diào)查區(qū)淺層地下水已普遍遭受污染，而且污染較為嚴(yán)重。

3.2 礦井突水

礦井突水是指煤礦在建井或采煤過(guò)程中，遇到巖溶裂隙、導(dǎo)水、充水?dāng)鄬蛹捌渌麑?dǎo)水通道，引起地下水突然涌入礦井，造成礦井淹沒(méi)事故，甚至造成人身傷亡事故。

平頂山煤田主要含水層為寒武系灰?guī)r張夏組、二疊系太原組灰?guī)r。寒武系張夏組厚93～440 m，巖溶發(fā)育，鉆孔抽水單位涌水量 0.002 ～3.78 l/s，滲透系數(shù) 0.73 ～7.47 m/d。二疊系太原組厚67 m，單位涌水量0.000 23～18.0 l/s，滲透系數(shù)0.001 3～32.5 m/d，均為強(qiáng)富水性含水層，是礦井充水的直接來(lái)源。

開(kāi)礦初期，礦井易發(fā)生突然充水，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，平頂山煤田自建礦以來(lái)，共發(fā)生突水事故254次，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡［2］(見(jiàn)表1)。如二礦自1965年11月至1978年4月的13年零3個(gè)月中，曾發(fā)生14次突水，1978年一年中，就發(fā)生4次突水，嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)及礦工的人身安全。八礦東風(fēng)井1971年于-270 m標(biāo)高突然涌水，瞬時(shí)突水量達(dá)4 200 m3/h，將礦井淹沒(méi)。九礦1974年于-120 m標(biāo)高突然涌水，來(lái)勢(shì)兇猛，瞬時(shí)突水量達(dá)4 390 m3/h，礦井被淹沒(méi)。

表1 突水事故統(tǒng)計(jì)一覽表

3.3 區(qū)域地下水位下降

據(jù)2003年統(tǒng)計(jì)資料，13對(duì)生產(chǎn)礦井年平均排水130 052.3m3/d，年排放4 745 Mt。與1991-2001年期間年排水量基本相當(dāng)。據(jù)1978年調(diào)查統(tǒng)計(jì)，礦區(qū)地下水位己由1957年10月的+83 m，下降到2001年的-110 m(二礦附近)和-250 m(八礦附近)，44年下降幅度達(dá)193～333 m，平均年下降幅度4.39～7.57 m余。目前，礦區(qū)內(nèi)多數(shù)民用井已因水位下降而干枯，表明淺層地下水已被疏干。礦區(qū)長(zhǎng)期大量的排水疏干，造成礦區(qū)區(qū)域地下水位下降，形成了以八礦、二礦為中心，北西南東向長(zhǎng)達(dá)40 km的降落漏斗［1］，各礦區(qū)一個(gè)個(gè)小的狹長(zhǎng)的降落漏斗鑲嵌在大的降落漏斗之中。礦井疏干排水，導(dǎo)致礦區(qū)嚴(yán)重的供排矛盾，生態(tài)平衡遭到嚴(yán)重破壞。

3.4 巖溶塌陷

平頂山煤田新近系泥灰?guī)r、二疊系灰?guī)r、寒武系灰?guī)r巖溶較為發(fā)育。據(jù)鉆孔揭露，新近系泥灰?guī)r溶洞高達(dá)8.25 m，寒武系張夏組鮞狀灰?guī)r溶洞高達(dá)8.0 m。巖溶水與地表水、第四系含水層水力聯(lián)系密切。新近系泥灰?guī)r埋藏淺，且超覆于二疊系砂巖、灰?guī)r及寒武系灰?guī)r之上，是地下水與地表水之間水力聯(lián)系的媒介。降水及地表水一是通過(guò)礦區(qū)西南邊緣出露的寒武系灰?guī)r補(bǔ)給地下水，二是通過(guò)新近系泥灰?guī)r垂向補(bǔ)給其它各含水層。由于煤礦開(kāi)采，地下巖溶水被強(qiáng)力疏干，因水位下降，水循環(huán)加強(qiáng)，使古巖溶復(fù)活。1986年3月白龜山水庫(kù)北干渠與湛河交匯處，發(fā)生了新近系泥灰?guī)r巖溶塌陷。巖溶塌陷，促進(jìn)了地表水與巖溶水的水力聯(lián)系，致使河水、渠水大量灌入七礦井下，礦井涌水量由1 146 m3/h，猛增至1 944 m3/h。造成七礦礦井充水的原因，是因七礦疏干排水，導(dǎo)致水循環(huán)加強(qiáng)，古巖溶復(fù)活及巖溶塌陷。

4 防治措施

平頂山礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境日趨惡化，環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題突出，是長(zhǎng)期采礦活動(dòng)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成的，已嚴(yán)重制約了平頂山經(jīng)濟(jì)和諧有序發(fā)展，引起了社會(huì)各方面的高度重視。礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題必須進(jìn)行綜合治理，從根本上改變礦區(qū)居民生存條件，改善礦區(qū)居民堊劣的生活環(huán)境，改善城市環(huán)境，改善礦群關(guān)系，構(gòu)筑和諧社會(huì)，也為平頂山市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定創(chuàng)造條件。

(1)領(lǐng)導(dǎo)重視，組織監(jiān)督。市政府和礦山企業(yè)要緊密結(jié)合，成立專門的礦山地質(zhì)環(huán)境綜合治理領(lǐng)導(dǎo)小組，統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、統(tǒng)一組織、統(tǒng)一協(xié)調(diào)和監(jiān)督礦山環(huán)境綜合治理工作，資金要專款專用，確保礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程的順利實(shí)施。

(2)加大財(cái)政投入，加速綜合治理。多年的開(kāi)采造成平頂山礦區(qū)環(huán)境欠賬太多，單靠企業(yè)難以進(jìn)行治理。因此，國(guó)家和各級(jí)地方政府應(yīng)加大財(cái)政投入，加速治理地下水環(huán)境問(wèn)題，特別是水質(zhì)污染，改變礦區(qū)居民生存條件，妥善解決居民飲水問(wèn)題，改善礦群關(guān)系。

(3)選擇適當(dāng)開(kāi)采方法，減少礦井抽排水。依據(jù)平頂山礦區(qū)的開(kāi)采技術(shù)條件，采用合理科學(xué)的開(kāi)采方法、開(kāi)采參數(shù)和減少采動(dòng)影響;采用合理的疏干方法，控制疏干漏斗，必要時(shí)可進(jìn)行地表回灌等措施，使地下水位緩慢下降，縮小疏干盡量減少下沉系數(shù)，有效地保護(hù)地質(zhì)環(huán)境。

(4)建立礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境信息系統(tǒng)。應(yīng)在建立的礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，建立礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)更新和資料共享，為礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理及時(shí)提供可靠數(shù)據(jù)。

［1］河南省地質(zhì)調(diào)查院.河南省平頂山礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查報(bào)告.2005年;

［2］河南省地礦建設(shè)工程(集團(tuán))有限公司.平頂山煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司.河南省平頂山礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查報(bào)告.2002年;

［3］河南省地礦建設(shè)工程(集團(tuán))有限公司.平頂山煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司.河南省平頂山礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)與防治報(bào)告.2002年;

［4］煤炭工業(yè)部鄭州設(shè)計(jì)研究院.河南省平頂山礦區(qū)采煤沉陷情況報(bào)告.2004年.

［5］王現(xiàn)國(guó)平頂山礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題與防治對(duì)策調(diào)查報(bào)告.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù).2004第15期。