煤礦開采對(duì)神頭泉水環(huán)境影響分析及防治措施

張 君

（山西省水利廳農(nóng)村水電及電氣發(fā)展局，山西 太原 030002）

1 概況

神頭泉位于朔州市盆地區(qū)北部的神頭、司馬泊、新磨一帶，沿源子河河道及兩岸出露，分布面積5 km2，大小泉水100余處，主要由神頭泉組、司馬泊泉組、河道泉組三個(gè)泉組組成。多年平均流量6.74 m3/s（1956—2003年），年際泉水流量不穩(wěn)定系數(shù)為1.99，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。20世紀(jì)80年代以來，由于降水量等自然因素及人類活動(dòng)的影響，泉水實(shí)測流量已由80年代前的7.96 m3/s減少為目前的5.52 m3/s。

元堡煤礦位于右玉縣城東南30 km處，處于神頭泉域范圍內(nèi)，位于神頭泉域北邊界，為奧灰?guī)r溶水埋藏徑流—滯流區(qū)，不在泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)內(nèi)。礦井所有用地均為荒坡地，符合當(dāng)?shù)赝恋乩每傮w規(guī)劃，也符合國土資源部發(fā)[2008]24號(hào)文件要求。生產(chǎn)取水充分利用礦坑排水，不足部分及生活供水水源以及生產(chǎn)應(yīng)急供水水源由當(dāng)?shù)貛r溶地下水供給。

2 煤礦開采對(duì)神頭泉水環(huán)境影響分析

2.1 對(duì)地表水環(huán)境的影響

井田周邊較大的地表水體為井田東南邊界外的源子河，由于河流位于井田開采范圍之外，因此地表沉陷以及導(dǎo)水裂縫不會(huì)對(duì)河流有直接影響。元堡井田開采區(qū)域位于源子河的北側(cè)匯水上游區(qū)域，由于地表沉陷不會(huì)改變井田區(qū)域的地形地貌，因此也不會(huì)改變區(qū)域的匯流條件，對(duì)地表徑流影響有限。該礦投入生產(chǎn)后，正常情況下，元堡煤礦生活污水和礦井水經(jīng)過處理后全部綜合利用無外排，因此不會(huì)對(duì)周邊水體造成污染。

2.2 對(duì)地下水環(huán)境的影響

煤炭開采前各含水層與上覆含水層及下伏含水層隔有一定厚度的隔水層，水力聯(lián)系微弱，彼此間水位存在一定差異。含水層地下水的運(yùn)動(dòng)一般以層間徑流為主，僅在構(gòu)造裂隙部位才有可能與其他含水層發(fā)生水力聯(lián)系。煤炭開采過程中首先使煤系含水層的地下水排泄，由原來天然的順地層沿傾向方向徑流排泄轉(zhuǎn)變?yōu)橐缘V井疏干水—人工排泄為主。

開采后形成以礦井為中心的降落漏斗，破壞了地下水循環(huán)體系，引起水均衡失調(diào)，改變了井田范圍內(nèi)地下水天然補(bǔ)、徑、排條件。

當(dāng)煤層開采后，其上部巖層移動(dòng)時(shí)，如果裂隙帶達(dá)到地表，就會(huì)使地表水與井下連通。如果達(dá)不到地表，但達(dá)到了煤系地層中某一含水層，就會(huì)破壞該含水層，改變其徑流特征，使含水層的水漏入井下，形成礦坑水。礦坑排水將造成地下水資源的損失。

2.3 對(duì)農(nóng)村居民用水的影響分析

元堡煤礦井田范圍內(nèi)主要分布有元堡子村、大油坊頭村、小油坊頭村、元墩子村等4個(gè)村莊，包括426戶、1 163人口、102頭大牲畜、2 180只小牲畜，取水量為34.8 m3/d。元堡子村用水由礦方供水；元墩子村由飲水解困工程解決，現(xiàn)由一眼井徑5 m、井深10 m的大口井供水；大油坊頭村、小油坊頭村以旱井為主，水量不足時(shí)靠拉水解決。

鑒于村莊搬遷、安置費(fèi)用較高，可研設(shè)計(jì)依據(jù)建設(shè)單位要求，為減少礦井建設(shè)生產(chǎn)對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦挠绊懀瑴p少搬遷和安置費(fèi)用，設(shè)計(jì)暫按不搬遷考慮，在井下留設(shè)足夠的安全煤柱。建設(shè)單位在建礦期間會(huì)同當(dāng)?shù)厮姓鞴懿块T進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，制定切實(shí)可行的供水預(yù)案，由礦方投資、當(dāng)?shù)厮姓鞴懿块T組織實(shí)施并負(fù)責(zé)管理，一旦由于采煤影響井田內(nèi)村莊用水安全，業(yè)主單位應(yīng)給予解決。

2.4 固體廢物對(duì)水環(huán)境的影響分析

元堡煤礦選煤廠選洗矸石產(chǎn)量為47.17萬t/a。根據(jù)項(xiàng)目產(chǎn)品平衡方案，矸石破碎后同與煤泥以及部分原煤混合作為低質(zhì)動(dòng)力煤銷售，直接送至礦井北6.4 km的京玉矸石電廠，因此矸石對(duì)水環(huán)境影響輕微。項(xiàng)目掘進(jìn)矸石生產(chǎn)后直接回填井下廢棄巷道，不出井。

元堡煤礦產(chǎn)生的鍋爐灰渣、生活垃圾和污泥均采取了有效的處置措施，不堆放，對(duì)水環(huán)境影響輕微。

3 防治措施

3.1 礦坑水和生活污水的再利用

元堡煤礦礦井建成運(yùn)行后，預(yù)測元堡煤礦300萬t/a生產(chǎn)礦井涌水量2 834 m3/d，通過對(duì)礦井水處理后的資源化利用，可最大限度地減少煤炭開采造成的水資源損失。

礦井井下排水由井下主排水泵加壓后經(jīng)副立井井筒排出至工業(yè)場地內(nèi)的井下水處理站調(diào)節(jié)沉淀池內(nèi)，再用泵提升加藥后進(jìn)入高效混凝混合器，然后進(jìn)入混凝沉淀一體化凈水設(shè)備進(jìn)行反應(yīng)及過濾等處理，出水經(jīng)消毒后回用。混凝沉淀一體化凈水設(shè)備排泥至污泥調(diào)節(jié)池，經(jīng)潛污泵提升至污泥濃縮池，再經(jīng)污泥螺桿泵提升至污泥脫水機(jī)間進(jìn)行脫水，泥餅外運(yùn)。污泥濃縮池上清液、污泥脫水過程的分離液自流至前端的調(diào)節(jié)池，再次回收利用。充分利用礦井水，可有效減少對(duì)當(dāng)?shù)厮h(huán)境的影響。礦坑水確有富余時(shí)，應(yīng)進(jìn)行處理使其達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅳ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后排放，避免外排水對(duì)當(dāng)?shù)厮h(huán)境造成污染。

生活污水經(jīng)格柵后進(jìn)入調(diào)節(jié)池由提升泵提升進(jìn)入WSZ-AO-40地埋式生活污水處理裝置，再經(jīng)過濾消毒等深度處理后回用于綠化用水、煤場及道路灑水以及選煤廠等，不外排。產(chǎn)生污泥由吸糞車定期外運(yùn)。

3.2 固廢物處置措施

建設(shè)期間，建設(shè)單位應(yīng)按環(huán)評(píng)報(bào)告提出的土石方調(diào)配方案對(duì)排矸及棄土方進(jìn)行妥善處置，不得外排。

運(yùn)營期間，建設(shè)單位應(yīng)按設(shè)計(jì)要求將選煤廠選洗矸石破碎后同與煤泥以及部分原煤混合作為低質(zhì)動(dòng)力煤銷售，運(yùn)送至礦井北6.4 km的京玉矸石電廠，矸石不堆存，生產(chǎn)后直接運(yùn)往電廠；鍋爐灰渣進(jìn)行地銷利用，不堆存；生活垃圾委托環(huán)衛(wèi)局處理，統(tǒng)一送至垃圾填埋場；礦井水處理站污泥全部摻入末煤產(chǎn)品銷售，不堆存；生活污水處理站污泥干化后隨生活垃圾處置，不堆存，從而有效防止對(duì)當(dāng)?shù)厮h(huán)境產(chǎn)生不良影響。

3.3 采煤防水措施

煤礦開采對(duì)當(dāng)?shù)厮h(huán)境的影響主要表現(xiàn)在對(duì)地表水系、上覆砂巖含水層和下伏灰?guī)r含水層的影響。

根據(jù)導(dǎo)水裂縫帶高度預(yù)測結(jié)果和井田9號(hào)煤層開采深厚比分析，井田內(nèi)采煤塌陷區(qū)土地破壞程度為極嚴(yán)重和重度破壞，覆巖導(dǎo)水裂隙帶可能與地表裂縫貫通，將直接破壞上覆淺層含水層；10號(hào)和11號(hào)煤層開采主要影響太原組和山西組砂巖含水層。因此，在采煤中應(yīng)采取如下防治措施：

一是應(yīng)按《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》的規(guī)定，對(duì)地面建筑物以下設(shè)保安煤柱，嚴(yán)格控制越界開采。對(duì)水體下采煤的可靠性和安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，合理留設(shè)安全煤巖柱十分重要。開采時(shí)要嚴(yán)格選取保護(hù)層厚度，根據(jù)具體的采煤方法和開采厚度，確定防水煤巖柱的尺寸，確保導(dǎo)水裂縫帶不波及上部含水層及地表。在斷裂構(gòu)造發(fā)育地段、柱狀陷落區(qū)域、采空區(qū)與新開采區(qū)隔離帶一定范圍內(nèi)留設(shè)防水煤柱。

二是堅(jiān)持“預(yù)測預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則，防止奧灰突水，保護(hù)奧灰水的水量不受影響。

三是查清井田內(nèi)帶壓開采條件，禁止采用降壓排水進(jìn)行采煤。同時(shí)制定帶壓開采條件下防治奧灰水突水的應(yīng)急預(yù)案。

3.4 地表塌陷防治措施

地表沉陷有可能造成路面低凹起伏不平，在拉伸區(qū)和壓縮區(qū)造成路面的開裂等。S211省道從工業(yè)廣場前區(qū)東側(cè)約300 m沿西北向通過，井田內(nèi)還有眾多通往地方村莊和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的小路，設(shè)計(jì)均不留設(shè)保護(hù)煤柱，建議：在井下開采期間，由于地表開始緩慢移動(dòng)，變形并下沉，地表易形成裂縫或產(chǎn)生裂縫臺(tái)階，致使路面裂開或形成臺(tái)階狀的斷裂，影響正常交通。可采取有針對(duì)性的維護(hù)和修復(fù)措施，保障交通正常運(yùn)行；井下開采結(jié)束后，地表移動(dòng)變形和下沉緩慢結(jié)束，最終處于穩(wěn)定狀態(tài)，可根據(jù)路面受影響的程度和范圍，確定是否需重修或大修。

3.5 村莊搬遷計(jì)劃

根據(jù)井田開拓和地表下沉預(yù)測，井田內(nèi)大油坊頭、小油坊頭、元堡子鄉(xiāng)和元墩子等4個(gè)村莊均留設(shè)了保護(hù)煤柱，不受煤炭開采的影響。井田周邊1 km范圍內(nèi)西洲里、郭家堡、大磁窯、增子坊和東窯頭等5個(gè)村莊，前兩個(gè)階段開采完成后，西洲里、郭家堡、大磁窯、增子坊和東窯頭均在沉陷范圍以外，不受影響，第三階段（全井田）開采后，東窯頭和增子坊將受到影響，環(huán)評(píng)設(shè)計(jì)將這兩個(gè)村莊進(jìn)行搬遷。

3.6 建立地下水動(dòng)態(tài)觀測系統(tǒng)

應(yīng)強(qiáng)化地下水監(jiān)測工作，在地面和井下分別打地下水觀測井，邊開采、邊觀測地下潛水和承壓水的水位和水量變化，并組織專業(yè)人員長期觀測研究，針對(duì)性地制定防水治水措施，確保礦井安全生產(chǎn)。

煤礦應(yīng)在查明井田水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，編制中長期防治水規(guī)劃和年度防水計(jì)劃。定期收集、調(diào)查和核對(duì)相鄰煤礦的情況，并在圖紙上標(biāo)出其井田位置、開采范圍、開采年限、排水情況等。針對(duì)主要含水層（段）建立地下水動(dòng)態(tài)觀測系統(tǒng)，進(jìn)行地下水動(dòng)態(tài)觀測、水害預(yù)報(bào)，并制定相應(yīng)的“探、防、堵、截、排”綜合防治措施。

4 結(jié)語

煤礦開采不可避免地對(duì)地質(zhì)環(huán)境造成影響，因此必須采取有效有力的措施加以防范。元堡煤礦通過采取周全嚴(yán)密的措施對(duì)神頭泉域的不良影響降到最低，保護(hù)了當(dāng)?shù)厝嗣裆a(chǎn)、生活的安全。