王家峪煤礦開采對地下水的影響分析

劉 虎 周林康

(太原碧藍水利工程設計有限公司，山西太原 030024)

山西省作為我國重要的煤炭能源基地，其大規模的煤炭開采不可避免地對山西的地下水含水層產生極大的擾動，嚴重破壞地下水的賦存條件，使區域水資源的供需矛盾更為尖銳，對社會經濟的可持續發展產生深刻而廣泛的影響［1］。為了準確評價煤礦開采對地下水的影響，筆者在分析王家峪煤礦地質及水文地質條件的基礎上，探討了采煤對煤層上覆含水層和下伏含水層的影響。

1 煤礦概況

王家峪煤礦位于山西武鄉縣城東南部王家峪村北，井田西北方向直線距離武鄉縣城32 km，行政區劃屬武鄉縣韓北鄉管轄。地理坐標為東經:113°04'13″～113°05'39″，北緯:36°43'57″～36°45'13″。井田呈不規則的多邊形，東西寬2.629 km，南北長6.035 km，井田面積 11.991 7 km2。王家峪煤礦生產規模 120萬 t/年，批采2號～15號煤層，開采標高為945 m～440 m，服務年限23.2年，設計可采儲量為38.955 Mt，采用斜井—立井綜合開拓方案，煤層間開采順序為上行開采。

2 井田地質及水文地質條件

2.1 地質

井田內大部分為第四系所覆蓋，僅井田西部有上石盒子組基巖零星出露，地層由老至新分別是奧陶系中統上馬家溝組(O2s)、奧陶系中統峰峰組(O2f)、石炭系中統本溪組(C2b)、石炭系上統太原組(C3t)、石炭系上統山西組(C3s)、二疊系下統下石盒子組(P1x)、二疊系上統上石盒子組(P2s)、第四系(Q)。本井田含煤地層為山西組和太原組，其中山西組含煤5層，由上而下為1號、2 號、3號、3下號、4 號，2 號、3號煤層，煤層總厚1.97 m;太原組含煤9層，由上而下分別為6號、7號、8號、9號、11號、12號、13號、14號、15號，煤層總厚7.5 m。受區域構造影響，本井田總體為一走向北東、向北西傾斜的單斜構造，地層傾角2°～11°。井田西北部地層稍陡，傾角9°～11°左右，東南部較平緩，傾角2°～6°左右。

2.2 水文地質

井田內地下水含水層包括中奧陶統石灰巖巖溶裂隙含水層，石炭系上統太原組石灰巖巖溶裂隙含水層，石炭系上統山西組砂巖裂隙含水層，二疊系上下石盒子組砂巖裂隙含水層，基巖風化裂隙含水層和第四系松散巖類孔隙含水層6個含水層組。中奧陶統石灰巖巖溶裂隙含水層，為該井田的主要含水層之一，巖性為石灰巖、泥質灰巖和角礫質灰巖，結構致密、性脆，局部節理發育，奧灰水位為658 m～661 m，水質類型SO4·HCO－3-Ca·Mg型水。石炭系上統太原組石灰巖巖溶裂隙含水層，該組含3層穩定的石灰巖(K2，K3，K4)，平均厚度分別為6.39 m，2.95 m 和3.68 m，埋藏較淺，局部裂隙巖溶發育。石炭系上統山西組砂巖裂隙含水層，該組含有數層厚度不等的中粗粒砂巖，砂巖局部裂隙發育。二疊系上下石盒子組砂巖裂隙含水層，上下石盒子組含有多層中粗粒砂巖，裂隙大但都不發育，該含水層富水性較弱。基巖風化裂隙含水層，受基巖巖性和地形地貌影響，富水性隨風化裂隙的發育程度而異，局部風化裂隙發育，富水性較強。第四系松散巖類孔隙含水層，第四系沖積層主要由粗砂、礫石組成，主要分布在現代河床附近，由于地表水流的入滲，局部含水量較大。

井田本溪組厚度10.86 m ～31.06 m，平均22.18 m，巖性主要由泥巖、砂質泥巖、鋁質泥巖等泥巖組成，巖質致密，隔水性好，是阻斷奧灰水與煤系地層水力聯系的重要隔水層。山西組、太原組砂巖、灰巖含水層之間分布有厚度不等的泥巖、砂質泥巖，一般不透水，可起到良好的層間隔水作用。

3 采煤對地下水的影響分析

煤礦開采對地下水的影響主要有三種:1)煤礦生產建設期，開鑿井筒、開掘巷道直接破壞含水層，疏干淺層地下水;2)煤礦開采對上覆含水層的破壞，使上覆含水層的地下水下滲到井下，形成礦井涌水;3)煤礦開采對下伏含水層的破壞，使下伏含水層的承壓水突破隔水底板進入采空區，形成底板突水［2］。本文主要分析煤礦開采對上覆含水層和下伏含水層的影響。

3.1 采煤對上覆含水層的影響分析

在自然賦存條件下，煤層與上覆含水層之間都有隔水層，彼此無直接的水力聯系。在煤礦開采的影響下，隨著采空區煤層頂板的垮落，使得煤層上覆各含水層之間形成的導水裂隙帶使各含水層之間發生水力聯系，上覆含水層水進入采掘空間最重要的導水通道是煤層開采造成的導水裂縫帶。因此，導水裂縫帶發育高度是評價煤層開采對上覆含水層影響的主要技術參數。依據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》［3］，計算出2號煤導水裂縫帶發育高度為20.95 m～32.36 m，平均高度為26.49 m。開采井田南部510孔附近2號煤層導水裂縫帶可能會導通地表;3號煤層導水裂縫帶高度為22.65 m～43.94 m，平均高度為28.52 m，導水裂縫帶高度距離地面最小距離為7.10 m，3號煤層上距2號煤層約12.42 m，正常情況下，導水裂縫帶會導通2號煤層。15號煤層導水裂縫帶高度為37.93 m～51.23 m，平均高度為45.40 m，導水裂縫帶高度距離地面最小距離124.17 m，15號煤層上距3號煤層約119.60 m，正常情況下，導水裂縫帶不會導通3號煤層，會導通太原組3層石灰巖巖溶裂隙水。

3.2 采煤對下伏含水層的影響分析

煤礦開采對下伏含水層的影響分兩種:當煤層底板標高高于下伏巖溶含水層時，煤礦開采可能會對煤層底板產生一定的擾動，從而對下伏巖溶水造成影響;當煤層底板標高低于下伏巖溶含水層時，采煤區成為帶壓開采區，當煤層底板隔水層厚度較小時，就會形成礦井突水事故。根據收集的王家峪煤礦鉆孔資料表明，2號煤層底板標高644.14 m ～921.00 m，3號煤層底板標高633.72 m ～934.75 m，15 號煤層底板標高 513.54 m ～812.51 m，井田內奧灰巖溶水水位在658 m～661 m之間。2號、3號煤層除井田西部小范圍略低于奧灰巖溶水位之外，其他地段均位于奧灰巖溶水位之上;15號煤層井田西部及西北部會出現一定范圍的帶壓區，對礦井開采造成影響。在帶壓開采區范圍內，須采取一定防范措施，嚴防奧灰巖溶水突水淹沒礦井，并嚴禁采取降壓排水的采煤方法。

4 結語

通過對王家峪煤礦對地下含水層的影響分析，采煤破壞了井田內各含水層之間的良好的隔水層，改變了各含水層之間的水力聯系。煤礦開采對上覆含水層影響，當導水裂縫帶到達地表，就會使地表水下滲到井下，破壞地表水體;當導水裂縫未到達地表時，就會改變被破壞含水層的徑流條件，形成礦坑排水使得地下水資源白白損失。煤礦開采對下伏含水層影響，煤礦開采后含水層的實際厚度減少，采動形成的貫通裂縫增加了承壓水的貫通，從而形成底板突水，破壞下伏含水層。總之，煤礦的開采活動破壞了井田內地下水的賦存條件，改變了地下水的天然補、徑、排條件，影響了區域地下水系統的循環。

［1］牛仁亮.山西省煤炭開采對水資源的破壞影響及評價［M］.北京:中國科學技術出版社，2003.

［2］曾慶銘.煤炭開采對地下水資源的破壞機理和保護對策研究［D］.青島:山東科技大學，2010.

［3］國家煤炭工業局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程［M］.北京:煤炭工業出版社，2000.