干河礦井煤炭開采對郭莊泉域水環(huán)境的影響分析

王 宏

(山西省水文水資源勘測局，山西 太原 030001)

霍州煤電集團(tuán)公司是全國少有的低硫焦煤基地之一，根據(jù)集團(tuán)總體發(fā)展規(guī)劃，需要建設(shè)包括干河礦井在內(nèi)的幾對大型骨干礦井，以彌補(bǔ)礦區(qū)老礦井的產(chǎn)量大幅衰減，加大礦區(qū)的規(guī)模。干河礦井批準(zhǔn)生產(chǎn)規(guī)模210萬 t/a，井田面積為35.56 km2。礦井采用立井兩個(gè)水平開采，+80 m水平為上水平，主采上組煤1、2#煤，平均埋深500 m;-15 m水平為下水平，主采下組煤7下、9、11#煤，平均埋深600 m。

干河井田位于山西省洪洞縣北部，其行政轄區(qū)大部分為洪洞縣堤村鄉(xiāng)，北部邊緣地帶屬于汾西縣團(tuán)柏鄉(xiāng)，跨洪洞、汾西兩縣，井田處于郭莊泉域范圍內(nèi)，位于泉域巖溶水南部埋藏徑流—滯流區(qū)，處于泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)的南邊界，在泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)內(nèi)約2.7 km2。

1 干河井田水文地質(zhì)條件

干河井田南北邊界分別以下團(tuán)柏?cái)鄬雍拖聫埗藬鄬訛榻?如圖1)，且規(guī)模較大，因此，井田內(nèi)具有重要水文地質(zhì)意義的主要是井田邊界斷層，其性質(zhì)如下:

北邊界下團(tuán)柏?cái)鄬游挥诰锉蔽鞑窟吔纾傮w近NE向延展，靠近井田東邊界一帶轉(zhuǎn)向NEE向，傾向SE，傾角70°，為南東盤下降的正斷層，落差280～350 m;北邊界F1斷層位于井田北部下團(tuán)柏?cái)鄬觾?nèi)側(cè)的正斷層，相距約150～200 m，是一條與下團(tuán)柏?cái)鄬悠叫醒诱埂㈦A梯狀分布的派生斷裂構(gòu)造，傾角約為70°，落差20～180 m，井田內(nèi)延伸長度約5 400 m，該斷層為隱伏斷裂;南邊界下張端斷層位于井田南邊界，走向N26°E向NNE向延伸，傾向SE，為南東盤下降的正斷層，區(qū)內(nèi)延展長度7 500 m，斷層下盤干河井田全部為黃土覆蓋，斷層傾角約為70°，斷層斷距約35～100 m。

根據(jù)干河井田邊界斷層兩盤地層對接情況，下團(tuán)柏?cái)鄬由媳P2、11#煤層均與下盤O2灰?guī)r地層對接，下盤巖溶水對上盤煤系地層有側(cè)滲補(bǔ)給作用;F1斷層西段采區(qū)上盤2、11#煤層與O2灰?guī)r地層對接，東段采區(qū)上盤2、11#煤層與C砂頁巖地層和O2灰?guī)r地層對接，F(xiàn)1斷層下盤巖溶水的側(cè)滲補(bǔ)給雖然不及下團(tuán)柏?cái)鄬訌?qiáng)，但F1斷層距離下團(tuán)柏?cái)鄬觾H150～200 m，富水性較強(qiáng)的巖溶水仍有可能通過F1斷層而側(cè)滲補(bǔ)給上盤煤系地層。

井田內(nèi)奧陶系灰?guī)r含水層屬于郭莊泉域南部埋藏徑流—滯流區(qū)，含水層巖溶裂隙發(fā)育，地下水補(bǔ)、蓄條件良好，根據(jù)干河礦水源井奧灰水混合抽水試驗(yàn)，單位涌水量1.767 L/s·m，富水性較強(qiáng)。但干河井田位處奧灰深埋區(qū)(奧灰埋藏深450～700 m)，不可能直接獲得大氣降水入滲及地表水的滲漏補(bǔ)給，其上覆含水層中的越流補(bǔ)給量也極為有限，因此主要補(bǔ)給來自側(cè)向徑流補(bǔ)給，下團(tuán)柏?cái)鄬印⑾聫埗藬鄬泳植繉?dǎo)水，使得奧灰含水層水流從井田北部向南部逕流。井田區(qū)內(nèi)，巖溶水的排泄是以潛流形式補(bǔ)給鄰區(qū)含水層。

圖1 干河井田邊界斷層示意圖

2 采煤對郭莊泉域水環(huán)境的影響

根據(jù)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度計(jì)算，上組煤2#煤層導(dǎo)水裂隙帶高度為62.7 m，2#煤層開采產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶將主要影響到山西組和下石盒子組含水層，而對以上含水層不會造成影響，導(dǎo)水裂縫帶距離地面尚有300多m，在沒有斷層導(dǎo)水的情況下，2#煤層開采形成的導(dǎo)水裂縫帶波及不到地表，對地表水亦沒有影響。

礦區(qū)內(nèi)2#煤層底板等高線在-30～320 m之間，礦區(qū)奧灰水位標(biāo)高為520.97 m，煤層全部位于奧灰靜水位之下，為帶壓開采。礦區(qū)內(nèi)2#煤層埋深500 m左右，奧灰頂板埋深為600 m，二者高差約100 m。奧陶系石灰?guī)r頂部本溪組主要含鐵鋁巖、泥巖，可視為隔水層，平均厚度為14.92 m，煤層在其上部，在正常條件下，2#煤層開采對奧灰水沒有影響，但存在導(dǎo)水?dāng)鄬拥那闆r下，也不能排除突水的可能。

根據(jù)突水系數(shù)計(jì)算，下組煤7下#煤層O2灰?guī)r巖溶水突水系數(shù)介于0.06～0.121 MPa/m之間，9#煤層O2灰?guī)r巖溶水突水系數(shù)介于0.107～0.628 MPa/m之間，11#煤層 O2灰?guī)r巖溶水突水系數(shù)介于0.218～0.786 MPa/m之間。由于本井田斷層數(shù)量多，邊界斷層斷距大，井田構(gòu)造比較發(fā)育，因此采用0.06 MPa/m臨界值為突水危險(xiǎn)區(qū)的依據(jù)，則下組煤7下、9、11#煤層帶壓開采底板突水系數(shù)均大于臨界突水系數(shù)0.06 MPa/m，由于下組煤水文地質(zhì)條件復(fù)雜，有導(dǎo)水構(gòu)造存在的條件下，極具底板突水的可能。

3 煤礦開采對郭莊泉域水環(huán)境影響防治措施

(1)干河井田地處郭莊泉域巖溶水系統(tǒng)南部徑流排泄區(qū)，泉口之南汾河河谷西側(cè)，井田北東部約2.7 km2的面積在泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)范圍之內(nèi)。根據(jù)《山西省泉域水資源保護(hù)條例》，泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)內(nèi)禁止建設(shè)項(xiàng)目，因此，位于郭莊泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)范圍之內(nèi)的井田面積2.7 km2禁止煤炭開采。

(2)根據(jù)北邊界下團(tuán)柏?cái)鄬訉?dǎo)水性分析，在礦井開采條件下，斷層一側(cè)奧灰含水層滲透能力強(qiáng)，傳導(dǎo)快，是斷層另一側(cè)煤系含水層的主要充水水源之一，但局部F1斷層上盤煤系地層段與下盤奧灰含水層接觸，滲透能力弱，傳導(dǎo)慢，該段可視為相對阻水。因此，井田開采北邊界應(yīng)以F1斷層為界，并根據(jù)有關(guān)規(guī)范在F1邊界留設(shè)足夠的保安煤柱墻。

(3)干河井田下組煤底板所承受的奧灰水壓已超過臨界突水系數(shù)(0.06 MPa/m)的多倍，由于下組煤水文地質(zhì)條件復(fù)雜，開采下組煤時(shí)極具底板突水的可能，因此，為保護(hù)郭莊泉巖溶水資源，確保煤炭開采不影響巖溶水，禁止開采下組煤。

(4)礦井應(yīng)查清井田內(nèi)帶壓開采條件，禁止采用降壓排水進(jìn)行采煤，制定帶壓開采條件下防治奧灰水突水的應(yīng)急預(yù)案。

4 結(jié)語

干河礦井是北邊界緊鄰郭莊泉域泉源排泄帶(井田位于泉口西南1 km)的大水礦床，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，下組煤7下、9、11#煤層帶壓開采O2灰?guī)r底板突水系數(shù)均大于臨界突水系數(shù)0.06 MPa/m，礦井煤炭開采過程中均存在底板突水的可能性，且邊界斷層局部導(dǎo)水，因此，為了保護(hù)郭莊泉巖溶水資源，禁止采用降壓排水進(jìn)行采煤，禁止開采下組煤，在井田邊界及斷層附近必須留設(shè)足夠的保安煤柱墻，并制定帶壓開采條件下防治奧灰水突水的應(yīng)急預(yù)案。

［1］霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司霍寶干河煤礦邊界斷層產(chǎn)狀及導(dǎo)水性勘查報(bào)告［M］.中國煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘查院，2009.

［2］山西霍寶干河煤礦有限公司水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探報(bào)告［M］.煤炭科學(xué)研究總院西安研究院，2009.

［3］山西省泉域邊界范圍及重點(diǎn)保護(hù)區(qū)［M］.山西省水資源管理委員會辦公室，1998.

［4］山西省巖溶泉域水資源保護(hù)［M］.山西省水利廳，中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，山西省水資源管理委員會.北京:中國水利水電出版社，2008.