煤炭開采對地下水環境的影響分析

張偉

摘要：以某礦井為例，研究了經多年開采，造成的水環境的影響，包括對地下水資源、居民水井、水源地以及泉域等，比較了煤炭開采前后水位、水量的變化情況，討論了對不同敏感保護目標的影響，并提出了供水及監測措施。

關鍵詞：煤炭開采；含水層；水資源；影響

中圖分類號：TD823.89 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2014）04-0220-02

1、水文地質條件

1.1 地表水系

礦井位于沁水煤田的東北部，地勢較高，切割較深，溝谷縱橫。井田范圍內的地表水體主要有馬家坡河、蘆湖溝河和官溝河，河流屬海河流域滹沱河水系，河流流量受季節影響，桃河從井田南側流過。

1.2 含（隔）水層特征

井田內地下含水層，自老至新主要有：奧陶系中統石灰巖巖溶裂隙含水層、石炭系上統太原組含水層、二疊系下統山西組含水層、二疊系下石盒子組砂巖裂隙含水層、二疊系上石盒子組砂巖裂隙含水層、第四系砂礫石層孔隙含水層。

隔水層主要有：中石炭統本溪組隔水層，由泥巖、鋁質泥巖、砂質泥巖等組成，厚度45.80m左右，系一較好的隔水層；石炭系太原組和二疊系山西組及上、下石盒子組層間隔水層組，由泥巖、砂質泥巖、粘土質泥巖及煤層等組成，分布于各層石灰巖和各層砂巖含水層之間，起到層間相對隔水的作用。

2、煤炭開采對地下水環境的影響

某礦經過50多年的開采，目前煤炭資源枯竭，可采儲量所剩無幾。經過多年煤炭開采對井田及周邊地下水水位、水質產生了較大的影響，使得周邊的居民水井、辛興水源地及娘子關泉域等與地下水息息相關的對象受到了不同程度的影響。

2.1 對地下水水資源的影響

據調查，某礦1955～2011年礦坑排水量統計見表1，1955～2011年礦坑平均排水量為61.5m3/h（合1477m³/d、53.9萬m³/a）。經過60多年的開采，煤礦排水處于一個相對穩定的階段，煤礦開采初期至20世紀70年代之前，由于煤炭產量較低，其富水系數較大，礦坑涌水量較小。70至80年代煤炭產量相對穩定，礦坑涌水量逐步變小且較穩定，富水系數較小，煤礦缺少90年代涌水量資料，2000年以后煤炭產量大幅提高，而礦坑涌水量相對減小，富水系數進一步減小。2010年、2011年水量增大，主要由于周邊小煤窯的關閉，導致采空區積水通過邊界進入本礦開采區域（表1）。

由于某礦周邊均有煤礦開采，煤系含水層地下水水位大幅下降，其地下水的側向補給很小，礦坑水的主要來源為大氣降水垂直入滲補給，預測后期開采礦坑排水量基本上與現狀一致。

2.2 對辛興水源地的影響

桃河辛興水源地位于市區桃河上游，西起蘆葫溝口，東至官溝一帶。水源地始建于1965年，原設計建有16眼管井和大口井，產水量3萬m³/d，主要取水層位是桃河河水和第四系潛層地下水，其水源的補給方式為大氣降水和周邊支流匯水。

辛興水源地位于該礦井田南部邊界處，水源地一級保護區與井田重合區域面積為0.02 km³，二級保護區與井田重合區域面積為0.18 km³，水源地保護區與井田重合區域目前均已成為采空區。由于水源地與井田重合區域面積較小，且該區域導水裂縫帶發育高度距離地表較遠，因此水源地受開采影響較小。但由于開采造成的沉陷、地裂縫使得井田內的潛水逐漸漏失，減少了對水源地的補給量。

2.3 對居民生活飲用地下水源的影響

根據調查，井田未開采之前，村莊用水主要為泉水及井水，溝谷內有溪水流淌，水井位于村旁溝谷兩側的階地之上，水位一般在0.5～1.5m之間，泉水一般出露于山坡或溝谷砂巖與泥巖的接觸部位，流量一般在5～30L/s，可以滿足村民生活用水要求。

根據井田內村莊水井調查結果顯示，該項目自開采以來，井田內的村莊的水井干涸，使得人畜用水困難，生活用水改用截潛流工程和市政管網供水。其原因是由于煤層與松散層孔隙含水層之間的隔水層不穩定以及采煤沉陷改變了地下水的匯流方式引起的，因此煤炭開采會在一定程度上對松散巖類孔隙含水層造成間接影響，進而對以淺井為供水水源的村莊居民用水造成影響。

2.4 對娘子關泉域的影響

該井田位于娘子關泉域中部巖溶水徑流區，不在重點保護區，距離重點保護區最近邊界10km，距灰巖補給區最近距離為12km。

2.4.1 煤炭開采對泉域巖溶地下水補給的影響

娘子關泉域巖溶水補給來源主要包括兩部分，其一是裸露可溶巖區大氣降水入滲補給，占巖溶地下水天然補給資源量總量的78%。其二是5條東西向河流滲漏補給，占到補給資源量總量的19%。其他補給（包括水庫人滲及孔隙水補給）占補給資源量總量的3%。

該井田位于娘子關泉域中部，距離裸露灰巖區最近距離為12km，同時井田內沒有河谷滲漏區，因此不會對泉域巖溶水的主要補給區域和補給量造成影響。但是，煤炭開采形成的導水裂縫帶使石炭二疊系碎屑巖一部分地下水滲入井下作為礦井水排出，會使一部分碎屑巖地下水對巖溶水的越流補給量減少，同時也會使河流上游的碎屑巖區產流量減少，使河流匯流量減少，從而對泉域巖溶水的補給產生一定的影響，但該部分水量對泉域巖溶水的補給貢獻很小。

綜上，該井田煤炭開采對泉域巖溶地下水補給影響較小。

2.4.2 煤炭開采對泉域巖溶地下水徑流的影響

陽泉三礦井田屬于娘子關泉域中部巖溶水徑流區，井田內奧陶系灰巖深埋大。一般情況下，井田各煤層不存在奧灰突水，不會形成以突水點為中心的降落漏斗，也就不會影響奧灰水徑流量及流場。但由于井田內有斷層和陷落柱存在，為了防止突發事故，開采煤層時一定要對斷層和陷落柱留足防水煤巖柱，并且要重視對隱伏斷層以及其它構造形跡的發現及研究。評價要求，采煤時應嚴格遵循“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則，確保井田煤炭開采不會發生奧灰水突出的情況。endprint

綜上，該井田煤炭開采對泉域巖溶地下水徑流影響很小。

2.4.3 煤炭開采對泉域巖溶地下水排泄的影響

該井田遠離泉域排泄區，最近距離也有10km，煤炭開采不會直接對泉域排泄區造成影響。井田開采對泉域巖溶地下水的補給和徑流影響很小，因此，也不會通過影響泉域補給和徑流量而間接影響到泉域排泄量。

綜上，該井田煤炭開采對泉域巖溶地下水排泄影響很小。

3、多年來煤礦開采對淺層各個含水層的影響

3.1 對第四系砂礫石層孔隙含水層的影響

采礦活動對含水層的影響破壞與開采煤層的厚度、層數、采煤方法、頂板管理方法等因素關系密切。井田范圍內主要可采煤層3號煤層已基本采空，15號煤層已大部采空，位于3、15號煤層導水裂縫帶高度范圍內的各含水巖層均受煤層采空影響。受彎曲帶影響，地表沉陷和變形在空間上和時間上都有較明顯的連續性和一定的分布規律，在地表不同部位出現連續或間斷的地表沉陷，在地表沉陷邊緣發育有深度不等的張性裂隙，從而使地表水或淺層水流向發生改變。

3.2 對二疊系下石盒子組含水層的影響

二疊系下石盒子組含水層少部分出露于礦區東南，大部分埋藏分布于礦區，由于砂巖含水層與泥巖隔水層呈互層狀分布，正常情況下，含水層之間基本不發生水力聯系，根據勘探鉆孔抽水試驗，該組含水巖層富水性弱，但受采動破壞，采動裂隙將各含水巖層相互溝通，砂巖裂隙水沿采動裂隙直接或間接下滲，煤層頂板常出現淋水現象，水量在0.2～1.5m³/h，持續時間一般在3～5d，長則十幾天。根據調周邊村莊人畜用水取自K₁₀砂巖中出露的泉水，可知受開采影響，泉流量減少。井下開采出現的淋水、涌水現象和地表泉流量的減少，表明煤層開采對該含水巖層影響和破壞較嚴重。

4、結論

煤炭開采對井田內包括淺層含水層在內的各個含水層都產生了較大影響，居民水井從建礦初期的泉水、井水演變為現在的截潛流、市政管網供水，很多受影響很大的村莊已經整體搬遷，或正在規劃搬遷。由于礦井奧灰水位標高為440～390 m，15號煤層底板最低標高420m，高于奧灰巖溶裂隙水位，故奧灰巖溶裂隙水對井田內煤層開采無影響。由此可以看出，長時間的煤炭開采會造成含水層水位下降、水量減少。因此在煤礦開采的過程中要加強對井田及周邊保護目標的水位、水質的長期觀測，一旦發現周邊居民的生產、生活用水受到采煤的擾動，礦方應立即采區措施保證供水安全。endprint