地下水受煤炭開采的影響及其儲存利用技術

盧國群

摘 要：對于現階段煤炭開采對地下水的影響和礦井水外排蒸發損失等等問題，采用物探和鉆探觀測、模型實驗和樹脂模擬等手段，揭示煤炭開采的地下水運移規律，水量補給達到平衡，水位基本保持不變，基巖裂隙水是現階段礦井涌水的主要來源。在掌握現階段煤炭開采對地下水影響規律的基礎之上，研發了以超大工作面采取空區冒落巖體空隙為儲水空間，通過建設煤柱和人工擋水壩體，構筑煤礦地下水庫，實現地下水井下存儲利用。

關鍵詞：煤炭開采；基巖裂縫水；煤礦地下水庫；礦井水利用

引言

煤炭是我國的主體能源只有，占據了我國第一能源生產消費的絕大部分，在未來很長的時間內，煤炭作為主體能源的地位不會動搖。西部是我國煤炭的生產的主要地區，根據我國的工程院課題的研究成果，西部能源“金三角”已經成為了我國煤炭主要的生產開發區域。其探明煤炭儲量和產量占據了全國的三分之二，其核心區域煤炭儲量占全國的27%，所以我國西部將成為煤炭的主要生產基地，我國屬于嚴重缺水的國家，人均水資源占有量占世界人均水量的四分之一，針對水資源的保護利用，提出了多相保水開采方法與技術，實現了煤炭開采與水資源保護協調，保障了礦區的可持續發展。

1 礦區水資源消耗和地下水存儲狀況

隨著礦區的不斷開發，用水量逐年遞增，其生活用水量也不斷的上升，并且礦區的水資源嚴重的缺乏，降水量非常的少，并且蒸發量非常的大，煤炭高強度的開采不可避免地對地表水流河系和地下水造成影響，地面水源地水量下降，地下水水位逐年下降，供水日趨緊張。因此水資源短缺成為了制約礦區開發的瓶頸。

礦區具有淺埋深，薄基巖和中厚煤層的特征，構造簡單，開采的條件很好，其中心礦區煤層平均埋深100-200mm。通過相關的研究表明，全區地下水可以分為近地表土壤水，第四系松散層孔隙水和基巖裂縫水，其中近地表土壤水對地表生態影響比較的大，主要通過大氣補給維持平衡，第四系松散層孔隙水是傳統保水開采研究的主要對象，富水性強，同樣也是依靠大氣補給。基巖裂縫水具有富水性較弱，多層分布和總厚度大的特征，利用難度非常的大。

礦區煤層厚度一般為五米以上，并且根據相關的研究，導水裂隙高度一般為采高的二十五倍，其導水裂隙帶高度一般為一百米以上，必然導通第四系松散層孔隙含水層，地下水通過裂隙進入采煤工作面區域形成礦井水。但是傳統的保水開采方法，如充填開采難以滿足采煤的生產效率，限高開采損傷大量的煤炭字眼，所以必須要將傳統的保水理念轉變為保護地下水量的保水理念，不僅能夠保證高效的煤炭開采，還能夠實現水資源的保護利用。

2 現代煤炭開采對地下水影響

針對傳統的保水方法在礦區難以起到實質性的作用，并且通過多方面的研究分析，通過利用物探技術，水文觀測孔觀測和物理模型試驗等方法，對大規模高強度的現代煤炭開采條件下的3類水運移規律進行相關的研究，并且建立思維高精度多屬性數據采集系統，集成了點發和地震雷達等地球物理勘探手段，利用全區的水文觀測孔持續觀測數據，通過實驗室物理模型和數值模擬實驗，對采前、采中、采后的幾個階段地下水運移規律進行研究，解釋現代煤炭開采地下水運移的影響規律，研究表明：

通過水文觀測孔數據分析，可以得到采后地下水位逐漸穩定，第四系松散含水層水量損失百分之二十五之后達到平衡；現階段礦區礦井涌水的主要來源為基巖裂隙水；煤炭開采對地表土壤水影響體現為地表裂縫的影響。沉降區動態裂縫對土壤含水量影響范圍50-75cm。周期17-19d；邊緣裂縫對土壤含水量影響范圍100-125cm，周期45-50d，表明煤礦開采地表土壤水影響程度在經過一段時間內，由于天氣補給自然恢復，不會對地表生態產生長期影響。

3 煤礦井下水儲存利用

為了保護利用地下水資源，礦區在相關的研究方向上，通過超大工作面的開采技術，優化開采工藝，最大限度減少煤炭開采對地下水的影響，以采空區為儲水空間，實施保安煤柱防滲加固和人工擋水壩工程，開發了以超大工作面采空區為儲水空間的煤礦地下水庫技術，通過應用這項技術，解決了井下涌水緊張，充分利用采空區自然凈化功能，實施了礦井水入庫前處理和出庫后的井下模塊化水處理，井下儲水經過3級處理后的井下模塊化水處理，井下儲水經過3級處理夠能夠滿足生產的需求。節約了大量的水資源。為解決礦區生活用水問題，很多的礦區生活用水都是來自于煤礦地下水庫，保證了礦區的可持續發展。裂隙水是涌水量的主要來源，為地下水庫建設提供了持續的水源保障。在煤礦地下水庫成功運行的基礎之上，攻克了井下同一煤層，不同煤層水體調度和地下水庫庫底壩體安全的技術難題，現階段，通過對地下水庫的建設，有效的保證了礦區人員的生活用水，同時供應了地面生產生態用水。

結束語

在保障煤炭高采出率條件下，實現地下水資源的保護利用，是西部生態脆弱區現代化礦區建設面臨的重大難題之一。礦區在一系列研究基礎上，采用現代科學研究方案和現場觀測等手段，首次揭示了現代煤炭開采對地下水運移的影響規律，即第四系松散層孔隙含水層水位在下降百分之二十五左右之后達到平衡；基巖裂隙水是現階段礦井涌水的主要來源，現代煤炭開采對地表土壤水影響不打，應用這個規律，攻克了一系列技術難題，建設了若干煤礦地下水庫，保護了地下水資源，同時利用自然凈化和人工輔助的水凈化措施，保障了井下生產涌水；提供礦區百分之九十五以上用水；進一步攻克了同層和不同層庫間連貫以及水庫安全難題，實現井下立體空間內不同地下水庫安全難題，實現井下立體空間內不同地下水庫的貸通，建設了首座煤礦分布式地下水庫工程，提升了地下儲水技術，煤礦地下水庫以及分布式地下水庫技術的成功實施，將傳統的保水位理念轉變為保水量的保水開采理念，開辟了新的保水開采技術思路，將為我國西部地區特別是能源金三角煤炭現代開采水資源保護提供借鑒參考。

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