停排水礦井對水資源的影響分析

蘭建梅 黃鳳寸 王璨 周光輝

摘 ?要 ?冷水江利民煤礦停止礦井排水，造成礦坑地下水位回升自流，引發水污染突發事件。在充分認識礦區水文地質條件下，正確識別礦區涌水量與降水量之間關系，采取傳統水文地質調查手段結合GIS技術，對煤礦區停排水前后地下水影響范圍、水資源影響破壞情況等進行了闡述和分析，快速鎖定了礦井污水排泄范圍，為礦區水污染應急決策和高效處置提供了技術依據，對類似礦區的水污染防治具有參考價值。

關鍵詞 ?關閉礦井;礦井涌水量;水污染;影響范圍

中圖分類號：P641;X523 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： The coal mine drainage stopped in Limin Mining Area of Lengshuijiang， which caused the underground water level of the mine to rise， and caused water pollution emergencies. Understanding the hydrogeology of mining area， correctly identifying the relationship between water inflow and precipitation in mining area， adopting traditional hydrogeologic survey means and combining with GIS technology， this paper expounds and analyses the influence scope of groundwater and the damage situation of water resources before and after drainage stoppage in coal mining area， quickly locking the drainage scope of mine sewage， and making emergency decision and efficient disposal of water pollution in mining area. It provides technical basis and has reference value for the prevention and control of water pollution in similar mining areas.

Keywords： ?mine closure; mine water inflow; water pollution; influencing scope

由于資源枯竭、產業結構調整等因素，近年來關閉礦井數量急增[1]。據湖南省煤炭管理局數據顯示，2014-2018年，湖南省已關閉退出煤礦921處，全省保留煤礦總數控制在200處以內。采礦過程中，開采擾動改變了礦區原生地下水系統，影響地下水補徑排關系[2-3];礦井停產閉坑停排水后，地下水位上漲，打破相對平衡的地下水動力場，對地下水化學場產生深刻影響，引發地下水質惡化;部分礦坑水沿斜井自流，污染了地表水，形成水源性、水質性缺水并存的局面[4-6]。目前，越來越多的煤礦區由于資源趨于枯竭而關閉，對礦區地下水系統產生的影響已不容忽視。

1 ?礦區概況

利民煤礦區位于冷水江東北部的渣渡礦區，區內分布有以利民井為主的大小9個煤礦，其中木瓜煤礦等7個小煤礦在2015年前已關閉，財神坑煤礦于2017年底關閉。利民井1969年建井，1974年投產，設計產能60萬噸/年，為漣邵礦業集團有限公司所屬國有企業，2003年破產關閉，2007年被湖南華潤煤業有限公司購買后未進行開采，一直保持礦井通風和排水作業。

區內煤層發育于石炭系測水組（C1c）內，其中3煤層全區可采，為主采煤層。利民井分+190 m、-140 m兩個水平開采，均采用上、下山開采，至礦山關閉前，淺部已采至+50 m、深部采至-140 m，采空區面積約2.95 km2，+50 m以上資源儲量已基本采完。利民井周邊8個小煤礦均位于利民井西南部、沿煤層露頭線一帶分布，開采利民井淺部采空區殘煤（+500 m～+65m），利民井與周邊礦井水力聯系密切。

2016年7月利民井停止礦井排水，造成礦坑地下水位上升，淹沒東南部地勢較低的木瓜煤礦、財神坑煤礦等小煤礦，至2017年5月，利民井礦井口開始自流，大量未經處理的礦井水涌入附近溪流，引發水污染突發事件和強烈的社會反響。

2 ?水文地質條件

2.1 礦區水文地質條件

利民礦區處于晏家鋪向斜南端收斂部位，地下水由盆地周邊向中心匯集。測水組基巖裂隙弱含水層是巷道的主要充水水源，各礦井東西兩側、煤層上下均有較為穩定的隔水層分布，為阻水邊界，且各含水層之間無大的斷裂構造溝通，地下水的補給來源主要是大氣降水，補給條件差。自然狀態下，地下水主要沿裂隙、層面由北西往南東逕流，以分散性點狀井泉在溪溝和地勢低洼處排泄;開采抽水狀態下，煤系地層中的砂頁巖裂隙含水層地下水流場發生改變，形成以采空巷道為中心的積水廊道，礦坑排水成為最主要排泄方式[7]。礦區水文地質條件簡單。

2.2 礦井水文地質條件

利民礦區雨季在3～6月，年平均降雨量1418 mm，最大月降雨量473.0 mm。礦井充水因素主要是大氣降水，通過地面變形裂縫、沉陷帶、老窯、采煤層之上的砂巖層中的裂隙下滲進入巷道，形成礦坑水。本次確定礦井涌水量，主要依據利民井2013-2016年礦井涌水量統計數據（圖1）。

利民井有主、副井一對，副斜井為主要排水口，井口標高+191 m，沿地層走向布置于煤層底板砂巖中，礦井在+50 m、-140 m水平均建有水倉，采用一級排水。在利民井停止抽排水前，地下水位降低至-140 m水平。利民井周邊小煤礦都布置有獨立的抽排水系統，承擔了部分的井下排水工作，2015年以來小煤窯陸續關停，利民井涌水量隨之增大，這也說明利民煤礦與周邊礦井的水力聯系十分密切。因此后來利民井的涌水量基本可以代表利民礦區的涌水量。

選取2014年10月（大部分相鄰礦井關閉后）至2016年7月（利民井停止抽排前）區間段數據統計，利民礦區礦井水位降至-140 m標高，其最小涌水量25m3/h，最大256m3/h，正常平均涌水量142.7m3/h，雨季平均涌水量205.8m3/h。礦井的水文地質條件屬中等類型。

3 ?礦井停排水前后地下水影響范圍圈定

3.1影響范圍的確定

確定利民礦區礦井停排水前后地下水影響范圍，主要考慮以下因素：

（1）綜合考慮礦區采掘活動、礦井抽排水量、礦區水文地質條件及河流侵蝕基準面對地下水排泄的控制等。

（2）結合地面水文地質調查成果，依據礦區及周邊水文地質露頭（泉井點、礦井口、老窯及地表水體等）在礦井未開采前和利民井停止抽水前、后三個時段的變化確定控制性邊界點。

3.2礦井停排水前地下水疏干影響范圍的圈定

礦井抽排水活動，形成以礦井為中心的地下水降落漏斗。礦區主采3煤層賦存在測水組下段，經計算，采煤后煤層頂板導水裂縫帶高度為64.7m，測水組厚度約180m，一般情況下，導水裂隙帶穿越測水組上段地層的可能性較小。受兩側隔水邊界的限制，理想狀態下降落漏斗將會沿煤層走向上延伸，且上游影響范圍大于下游，呈東西向壓縮、南北向延伸的區域。

將歷史上有流量、停止抽排前流量減少或斷流，判定為受影響露頭。北至S08號泉;南達S29號泉，溪水右岸為界;西側以石蹬子組為影響邊界，控制點有S05、S04、S45和S25號泉，大多分布在溝谷低洼地帶;東側以栗江溪和升平河左岸為界，控制性點有S09、S03和S18等。大部分受影響的井泉點位于測水系地層，最終確定的疏干影響范圍平面上呈不規則“長條形”（圖4），總面積6.73km2。

3.3 利民井停排水后地下水位恢復影響范圍的圈定

2016年7月，利民井停止抽排水，地下水位逐漸上升。根據利民井副斜井（LM10）2016年9月至2017年5月水位實測記錄（圖2），至2017年5月，副斜井出現自流，水位穩定后，礦區地下水補排達到相對平衡的狀態，利民井的涌水量為353m3/h，排泄點標高+191 m，水位抬升幅度達331 m。

對2017年5月水位回升至+191 m以來的區內大氣降水、抽排水情況、水文地質露頭變化特征進行分析（圖3、表1）：2017年6月底至7月，冷水江市經歷特大降雨過程，6月1日至7月1日累計降水量610.7 mm，其中7月1日降水量達147.6 mm。2017年7月利民礦區涌水量達到476 m3/h，大氣降水的強力補給，抬升了區域地下水位。根據2018年1月調查訪問，在礦井停排水后，區內原已經干涸的泉、民井、礦井和老窯等，少量復流并排放礦坑水，如LM02老窯口（標高+208 m）就大量涌出了紅褐色礦井污水，此標高之下的LM03（標高+206 m）、S06（標高+198 m）號泉點也有污水流出，而與利民井水力聯系密切的財神坑煤礦主井口（標高+213 m）在此時間段內無水流出。將礦井停排前流量減少或斷流，停排后水位回升后復流、少量復流判定為地下水位回升影響露頭，綜合判斷礦區豐水季地下水在位+210 m上下，不會超過+213 m。采用ArcGis 10.1 水淹分析模擬得出礦井水位回升影響范圍：即礦井疏干排水影響邊界線與+213 m排泄基準面圍成的區間，面積約1.03 km2（圖4）。

4 ?礦井停排水前后水資源影響分析

4.1 礦井停排水前水資源影響情況

利民礦區在生產至停產時間的排水活動，使礦區內含水層水位下降、疏干，地下水形成了以礦井為中心的疏干漏斗，但疏干影響含水層局限于測水煤系地層中，地表疏干影響范圍約6.73km2，造成煤層淺部采空區局部地段地表水漏失，溝渠、山塘、稻田蓄水能力差，泉井干涸或流量減少，其中受影響井泉主要以測水組為主，梓門橋組和壺天群集中分布在溝谷低洼地帶、石蹬子組及分布于與測水組地層接觸地帶（表2）。

4.2 礦井停排水后水資源影響情況

利民礦區所采3煤層，屬低硫、低磷煤，有害成份含量低，據2006年利民井恢復生產項目環境影響報告書（表3），礦井水pH=4.82呈酸性，懸浮物較高，按照《煤炭工業污染物排放標準》（GB20426-2006），主要污染物是鐵，超標22倍;2016年6月利民井停排水前，礦井水pH值為2.84，呈強酸性，懸浮物、鐵濃度均下降了較多。2016年7月，利民井停止抽水后，礦區地下水位上升，地下水體充滿采礦空間，與圍巖、采掘器具、煤層開采面接觸，充分產生水巖作用（殷曉曦等，2017），溶解和析出鐵、錳離子等污染物。據2017年7月利民礦井口自流水檢測結果，懸浮物、鐵、錳等污染濃度大大增加。

利民礦區周邊礦井、老窯、泉井較多，據前述調查及分析，礦區地下水位排泄標高達到+210m上下，影響范圍1.03km2，該區域內地下水排泄點（泉井、礦井、老窯），可成為礦區及及周邊地表水系的污染源;而礦井污水排入地表水系后，可沿著河流遷移或穿越地下水隔水層，在河流下游入滲污染其它含水層，造成串層污染。

5 ?結論及建議

（1）利民井停排水后，礦井地下水位抬升至礦井口自流，在充分認識利民礦井水文地質條件下識別礦區涌水量與降水量之間關系，得出礦區正常平均涌水量142.7m3/h，雨季平均涌水量205.8m3/h;采取傳統水文地質調查方法結合GIS技術手段分析，快速圈定出礦井水位回升影響范圍1.03km2，為下一步應急處置和決策指明了方向;地下水回灌至疏干的井巷-含水層系統，產生水巖作用，大量溶解和析出鐵、錳等離子，其中鐵離子濃度較礦井停排水前上升了150倍，造成礦區及周邊地表水系污染，并在河流下游入滲污染其它含水層。

（2）建議在開裂沉陷帶、低洼的煤系地層露頭外圍修建截水溝，在橫切煤系地層的溪溝修建防滲工程等，減少礦井水總補給量和污水排放總量;加強對水位回升影響區內礦井口、老窯、泉井點動態監測，進一步開展礦區地下水流數值模擬等工作，為下一步井口封堵方案提供技術依據。

（3）建議盡快配套完善污水排放處理設施，并適當擴大應急水池容量應對汛期礦井污水排放量;要盡快制訂好應急預案，加強汛期巡查，如遇險情及時啟動應急預案，保障公眾生命健康和環境安全;提出科學有效的治本之策，建立環保治污長效機制，礦山企業退出后，地方政府要成立專門機構、配齊人員、安排經費，確保環保設施正常運行。

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