煤礦開采對地下水資源的影響分析

陳 杰（廣東省建筑設計研究院，廣東廣州510010）

煤礦開采對地下水資源的影響分析

陳 杰（廣東省建筑設計研究院，廣東廣州510010）

為了解煤礦開采地下水資源的影響，并有效解決其不利方面，本文以貴州省白龍山片區的煤礦開采區為例，在充分認識礦區影響范圍內水文地質條件的基礎上，分析了煤礦開采對地下水資源水量和水質的影響機理，并從水量和水質兩個方面提出了減少煤礦開采對地下水資源影響的較為適宜的處理方案，對有效保護礦區地下水資源具有一定的參考價值。

煤礦開采；地下水；水文地質；礦坑排水

1 引言

連片大型煤礦的集中開采，對周邊環境的影響是多方面的，尤以對淺層地下水的影響較為突出，如造成地下水嚴重滲漏以及水位持續下降等不利影響，從而引發周邊溝流的斷流、泉水干涸及周邊水源地的污染問題[1]。在煤礦開采過程中礦區地下水資源保護一直是一個比較薄弱的環節。一方面是礦山生產項目設置對區域水源的影響問題考慮不足，煤礦開采對區域地下水的水量影響研究不夠深入，未采取足夠的措施以減輕或避免水源被侵奪，導致片區內地下水水源出現枯竭的趨勢，另一方面是水源地規范化管理存在盲區，缺乏對地下水水源地水質、水量的有效監測[2]。本文研究以白龍山片區的煤礦區開采為例，在了解區域的水文地質條件的基礎上，從水量和水質兩個方面分析了煤礦開采對地下水資源的影響，并提出了針對性的解決方案，從而為有效地解決當地民眾的飲水安全、引導合理地開采煤礦資源等問題提供參考性意見。

2 礦區水文地質概況

白龍山片區地處云貴高原的貴州西南部，屬低中山地貌。片區地下水賦存條件受巖性、構造、地貌及大氣降水控制，區內主要以碳酸鹽巖為主，地質構造較復雜，主要地貌類型為溶蝕類型，主要巖性為碳酸鹽巖、碎屑巖及二疊系上統含煤地層。結合區域水文地質分析，白龍山片區地下水補給主要可分為兩個區域，大致以北東向的白龍山山脈為界，分東南區和西北區。東南區地形總體呈單面坡向下壩力河方向傾斜降低，地形坡面傾向與巖層傾向一致，坡面起伏，峰叢、洼地發育，地表水系不發育，區內主要以地下暗河系統發育為主，局部發育暗河天窗和短距離地表河流；西北部地區，地形自白龍山山脈向西北方向陡降，坡面傾向與巖層傾向相反，地表小型沖溝發育，均流入黃泥河，屬黃泥河流域，陡傾小型脊狀山發育，出露地層基本為二疊系上統龍潭組含煤碎屑巖組成，地下水以基巖裂隙水為主，埋深淺，流量小；東北部地區，為峰叢、洼地地形，山間壩子較發育，出露地層以三疊系下統永寧鎮組、中統關嶺組地層為主，巖性以灰巖為主，次為泥巖，斷層較發育，地下水以巖溶管道水為主，泉點分布仍然受三疊系中統關嶺組泥巖隔水巖組及構造控制。

片區內地下水均來源于大氣降水，大氣降水經巖石溶隙、洼地、落水洞入滲進入地下巖溶管道，并在巖溶管道中匯集、徑流，受巖溶管道下部相對隔水層的阻隔，在地勢低矮處自溶洞口流出地表形成巖溶泉或地表河流。在片區南部，大部分巖溶泉出露地位于洼地底部，在洼地中徑流一段距離后又入伏于巖溶管道中徑流，這些洼地均系巖溶塌陷發展的結果。各支巖溶管道水在徑流途中相互會合，水流量增大，最終在較低處流出地表排向地表河流[3]。

3 礦山分布及其對本區水源水量和水質影響分析

片區內共分布有11個煤礦，其中一個已停采，其余10個礦山正在生產過程中。其中：煤礦1#～10#等礦山坐落在白龍山北西側坡麓地帶，與白龍山山脈呈北東向分布，礦山自北西向南東由淺入深采掘，僅煤礦11#礦山位于白碗窯鎮簸米甲北部，位處北龍山山脈北部低一級臺地邊緣，具體分布見圖1。

圖1 白龍山片區煤礦分布圖

該片礦區主要是潛水型巖溶水，依靠降水補給，因而在水源地及其補給徑流區的煤礦開采必將對地下水水源水量造成不利影響[4]。受位于白龍山西北側煤礦采空區影響，地下水分水嶺可能向白龍山東南側偏移 （白龍山山脈成東北～西南走向），地下水局部流向可能發生改變，原來流向西南、東南及東北的地下水可能變為西北流向，可能減少東南側的地下水補給區面積，但其影響程度還需進一步的專題研究確定。

3.1 水量影響分析

煤礦生產過程中影響地下水資源的主要因素包括采空塌陷和礦坑排水，采空塌陷改變了礦區周邊地下水系統的補給、徑流和排泄條件，破壞了地下水的動態平衡和巖性特點，使淺層地下水與礦坑水發揮了水力聯系；礦坑排水削減了地下水的儲存量，使地下水資源受到破壞，同時會污染地表水，當其下滲時又會使淺層地下水受到污染。

巖溶管道多沿構造裂隙及巖層層間裂隙發育形成，大小不一的巖溶通道相互聯通，構成了區域內不規則的網狀地下水徑流系統，從而區內煤礦井下開采，造成地下水流失的情況是存在的[4]。本文現場測定及收集排泄水量和水位數據，結合相應地形圖和原始水位數據計算確定水位下降情況及襲奪水量的面積，從而得到煤礦開采對地下水資源的影響，見表1。從表1中可以看出，各礦區內地下水水位整體均出現下降趨勢，其主要原因是煤礦井下開采面積大，使地層巖石中的裂隙被揭穿，上部灰巖中的巖溶水沿裂隙入滲，即巖溶（管道）水轉化為裂隙水下沉，流至采礦巷道內，被排出區外，造成片區內地下水部分流失。

表1 白龍山片區煤礦開采對地下水資源的影響

3.2 水質影響分析

煤礦開采對地下水水質的影響主要體現在三個方面：煤礦開采過程中，受污染的礦坑水通過巖層罅隙直接下滲到地下，污染地下水；礦坑水排到地表后，隨地勢和巖性特點匯流至地表河流小溪等，污染地表水，其中在隨河流流動或者流經碳酸鹽巖層滲漏段時入滲地下污染地下水；礦山尾礦、煤矸石堆在降水淋滲作用下，淋濾水入滲地下，污染地下水[5]。

本研究區域經礦井排泄水取樣分析，水中主要為硫酸鹽污染，經取水樣按《GB5749-2006》標準項目進行分析試驗，煤礦排出的地下水中硫酸鹽含量大部分在364.03～1270.28mg/ L，遠高于標準限值250mg/L，其含量最高值超過標準規定值的5倍，其中以興義市雄武鄉煤礦5#為最高，均是煤系地層中的硫化礦物在氧化作用下溶解入水中而產生的硫酸鹽污染。同時受地層巖性的影響，各區域水質有所差異，特別是上二疊統煤系地層中的地下水，硫酸鹽含量高，pH值低；下三疊統白云巖石膏夾層中的地下水，硫酸鹽、礦化度和硬度都顯著增大。特別是巖溶區表生金礦土法浸取金礦的氰化鉀物質的排放，對這些地區的巖溶地下水已造成污染，這樣的水直接飲用均不利于人體健康。

4 解決方案

4.1 水量保障方案

礦區影響區域內的飲用水水源基本以潛水型巖溶地下水為主，主要是自然出流的泉水，另有少量的機井和溪溝。近年來，片區內逐漸出現了部分泉水水量減小乃至枯竭、地下水位下降等問題，片區內已經枯竭的水源涉及到周邊雄武鄉、白碗窖鎮等多個村落的地下水源。由于白龍山片區是興義市地勢最高的區域，區域內地下水水位下降將導致飲用水水源水量難以保障，也可能造成地下水資源無法恢復，已威脅到當地居民生活用水安全。

為保障礦區內地下水水源地的水量，在做好地下水補給徑流區水源涵養的同時，應強加區域內水文地質單元完整的保護，避免煤礦開采對地下水源的侵奪。水量保障因地區特點不同而采取的方案也不盡相同，本文主要針對白龍山礦區特點選取適宜的方案。由于該礦區對片區內水源地影響顯著，且該片地區缺水現象極為嚴重，極度依賴地下水源，鑒于此，可考慮對影響白龍山片區水資源的煤礦進行關閉處理，并給與適當補償。目前，煤礦對地下水水源水量的影響只有定性的結論，對于影響程度等定量指標應還需要委托水文地質專業機構對煤礦影響片區內的地下水資源程度做進一步的研究，依據調查研究結論確定處理方案。

4.2 水質保障方案

白龍山片區現有3處礦坑水作為周邊居民的集中式供水水源地，即雄武鄉高峰村煤礦4#、5#、6#。礦坑水作為飲用水源水質一般會出現錳、硫酸鹽、菌落數、總大腸菌群數超標并伴有明顯異味。但經處理后生成生活飲用水標準的水，除供生活使用外、還可供礦區除塵、生活雜用及設備反沖洗（約有5%）等用水，是解決當地居民飲水問題的有效途徑。針對4.1水量保障方案，須在過渡期對水源水進行處理，并進行有效監控和監測，保障居民用水安全。

礦井水主要是由于煤礦開采破壞了煤系上覆含水層而形成的井下涌水，初始流入井筒和巷道的涌水未受到污染時為清潔水，在開拓及采煤過程中才受到污染。該片區礦井水為中性、無有毒重金屬物質，但Mn較高，大腸桿菌數和細菌總數也比較高。由于原水中含鹽量、硫化物等不高，本處理中考慮用深度處理活性炭吸附工藝，見圖2。礦井水通過格柵后進入調節池，通過向水中加混凝劑，在絮粒形成過程中，通過一體化處理設備沉淀過濾，最后經過深度處理活性炭吸咐懸浮顆粒和溶解有機物質，絮粒可在一定的沉淀條件下從水中分離、沉淀出來，使出水SS小于8mg/L。

圖2 煤礦水礦坑水凈水工藝

5 結語

煤礦開采引發地下水補、徑、排等條件的變化，影響地下水的水量和水質情況，研究認為主要影響因素包括采空塌陷和礦坑排水，而影響程度等定量指標還需要進一步的研究。目前可從水量和水質兩個方面解決相應的問題，一方面探討關閉礦廠或移民的可能性，另一方面對礦坑水處理后進行資源回收利用，在以上分析的基礎上，提出了在煤礦開發之前，應統籌規劃，摸清礦區影響范圍內的水文地質情況，探究煤礦開采引發的水文地質變化與地下水資源保護之間的矛盾，從而選取適宜的處理方案，合理開發煤炭資源的同時有效保護地下水資源。

[1]狄效斌.山西省煤炭地質勘查研究院.煤礦開采對常村煤礦淺層地下水的影響分析[C].礦業安全與環保，2012（6）：87～89.

[2]M·C·Moncura，C·J·Ptaceka，D·W·B1owesa，eta1.Spatia1 variations in water composition at a northern Canadian 1ake impacted by mine drainage [J].App1iedGeochemistry，2006，21：1799～1817.

[3]陳敏濤，羅 平，等.貴州省興義市白龍山片區水資源影響分析評價報告[D].貴州：貴州省水利水電勘測設計研究院，2015.

[4]王 磊.西易杰旺露天煤礦開采對區域地下水資源影響分析[C].水資源管理，2014（1）：1～2.

[5]張宏民.煤礦開采對長治市地下水影響的分析[A].華北國土資源，2007（1）：45～46.

所獲獎勵及榮譽：獲得2015年全國優秀工程勘察設計行業獎工程勘察三等獎（中國勘察設計協會）、2015年廣東省優秀工程勘察設計獎工程勘察二等獎（廣東省工程勘察設計行業協會）。

P641.8

A

2095-2066（2016）34-0077-02

2016-11-23

陳 杰（1986-），男，漢族，江蘇溧陽人，巖土工程工程師、注冊土木工程師（巖土），碩士研究生，主要從事巖土工程勘察工作。