彬長礦區水文地質條件分析及水資源保護探討

李 銳，史瑞蘭，曹 原

(黃河水資源保護科學研究院，河南 鄭州 450004)

1 彬長礦區概況

彬長礦區位于陜西省關中地區西北部，彬縣及長武縣城之間。礦區海拔高程為+850 m～+1 200 m，規劃總面積978 km2，總資源量為8 978.83 Mt。涇河穿越礦區中部，地勢從黃土塬梁向中間涇河谷地傾斜。區域塬梁破碎，溝壑縱橫。

礦區建設總規模53.8 Mt/a，劃分為13對礦井，已建成運行10對，在建1對，1對停產，1對正在開展前期工作。彬長礦區礦井數量及特征一覽表見表1。

表1 彬長礦區礦井數量及特征一覽表

2 礦區水文地質條件分析

2.1 地層

彬長礦區位于陜西省黃隴侏羅紀煤田西部，波及到彬縣全境和長武縣南部的主要含煤區域。地層屬華北構造地層區鄂爾多斯分區焦坪-華亭小區，地層發育由老到新依次有三疊系(T)、侏羅系(J)、白堊系(K)、上第三系(N)和第四系(Q)。

2.2 構造

彬長礦區地表為大面積黃土覆蓋，基巖僅在較大的河谷兩側有少量出露，礦區位于鄂爾多斯盆地渭北斷隆區彬縣-黃陵坳褶帶，為一走向N50°～70°E，傾向NW-NNW的單斜構造，其間發育有方向單一的寬緩褶曲，礦區內大斷層發育較少罕見。

2.3 水文地質條件分析

區域地下水以白堊系基巖裂隙承壓水為主，第四系潛水及新近系甘肅群、侏羅系承壓裂隙水次之。深部環河組、洛河組、直羅組、延安組普遍具有承壓水分布，其中洛河組富水性相對較好，其他含水層的富水性差。延安組為煤系含水層。

區域白堊系地下水系統與涇河流域分布范圍基本一致，受地表水系影響較大，地下水補徑排條件受地表水系統補徑排控制。該系統四周中低山環繞，為典型的高原盆地，總的地勢特點為西北高東南低，發育有涇河扇狀水系，地下水從東、北、西三側向馬蓮河下游一帶匯集，長慶橋至彬縣亭口一帶的涇河河谷是排泄邊界。

2.4 地下水的補徑流條件分析

區域地下水的補給、徑流和排泄主要受地形地貌和大氣降水控制。上層潛水主要接受大氣降水滲入補給，其徑流方向由塬面向溝谷或河谷運移，在局部區域以泉的形式排泄；深層承壓含水層的補給來源以區域性地下水流系統中的斷面徑流補給為主，其徑流方向東部地區由西北流向東南，西部地區由西往東徑流，涇河河谷為區域最低排泄地帶。

(1)補給：河谷中潛水由大氣降水和基巖中的地下水補給，梁塬區黃土層潛水主要為大氣降水滲入補給，深層承壓水的補給來自區域性的側向徑流補給。

(2)徑流：上層潛水受其局部地形地貌制約，一般流向河谷，深層承壓水徑流方向在礦區由西往東徑流匯入涇河，在馬蓮河以東區域則由西北流向東南，向馬蓮河溝谷區匯集。總體上該區地下水流向基本與地表水流向一致，見圖1。

圖1 涇河-馬蓮河二級地下水單元地下水流向示意圖

(3)排泄：大部分塬區潛水主要有人工取水(用水)排泄以及以泉或滲出形式排泄至溝谷或河谷。深部承壓水由于受涇河的切割，在涇河的長慶橋-亭口一帶為深層承壓水的排泄區。

隨彬長礦區各礦井的逐步投產，區域地下水大量以礦井涌水外排的形式轉化為地表水，目前彬長礦區的地下水補徑排條件已較自然條件下發生較大改變，以礦井為中心出現了多處降落漏斗，地下水位已較自然狀態下降約30～50 m。

3 礦區煤礦礦井涌水特征分析

下面以胡家河煤礦為例，對彬長礦區的煤礦開采的礦井排水情況進行分析。

胡家河煤礦煤系地層為延安組，埋深一般578～817 m，平均埋深689 m，主采煤層厚度0.8～26.20 m。

井田主要含水層和隔水層由上至下分別為第四系潛水含水層、第四系下更新統相對隔水層、第三系上新統隔水層、白堊系層狀承壓裂隙水含隔水巖組(環河-華池隔水巖組、洛河組中粗粒碎屑巖含水巖組、宜君組粗砂巖相對隔水層、侏羅系層狀承壓裂隙水、安定-直羅組非煤系含水巖組、延安組含煤地層承壓含水巖組、富縣組相對隔水巖組)、三疊系隔水巖組。

煤礦開采對地下水的影響程度(礦井涌水的充水來源)，主要取決于煤層開采后其上覆巖層所形成導水裂隙帶的穿透程度。據統計，在綜放條件下彬長礦區其他礦井實測裂采比較高(表2)，普遍在20倍左右。

表2 彬長礦區部分礦井綜放條件下裂高采厚比統計表

胡家河煤礦沒有進行裂采比觀測。利用“三下規范”、 “地勘標準”推薦方法和“裂采比”比擬法可以計算出的“導水裂隙頂端與含水層的相對位置關系”。根據胡家河煤礦《首采區水文地質補勘報告》T5和T6空的抽水試驗資料，T5孔導水裂隙帶發育標高為+601.507 m，距離4煤頂板225.427 m，而井下實測T5孔位處4煤采厚10.10 m，計算得裂高采厚比為22.32倍。T6孔導水裂隙帶發育高度194.10 m，T6孔位處4煤采厚12.10 m，計算得裂高采厚比為16.04倍。T5孔煤層10.1m，裂采比22.32，T6孔煤厚12.1 m，裂采比16.04，且兩孔相距僅126 m，由此可見：裂隙帶高度和煤層厚度不是嚴格的線性關系，裂采比可能會受到多種因素的影響。另外，T5孔只打到宜君組，沒有見煤，其22.32的裂采比是反算結果。所以，在利用裂采比計算裂隙帶高度時，不宜采用最大的22.32計算，而宜采用兩者平均值19.18，該數值與上述彬長礦區其他礦井實測裂采比基本吻合。就可回收煤柱和可采區范圍內勘探階段的27個鉆孔，采用“裂采比”比擬法分析其裂隙發育高度與上覆地層的關系，所計算的裂隙帶發育高度中，全部穿透宜君組進入洛河組。目前胡家河煤礦日涌水量約為36 000 m3，緊鄰胡家河煤礦的孟村煤礦日涌水量約為1 5000 m3，與胡家河水文地質條件類似的小莊煤礦日涌水量約為20 000 m3，文家坡煤礦日涌水量約為30 000 m3，大佛寺煤礦日涌水量約為18 000 m3，亭南煤礦日涌水量約為70 000 m3，高家堡煤礦日涌水量約為65 000 m3。礦井涌水量隨著采煤方法、開采深度、煤厚以及局部地質條件等因素差異而不同。

由于彬長礦區煤礦排水主要來源為白堊系洛河組地下水，全鹽量均較高。根據筆者團隊2019年10月對礦區幾對煤礦取樣監測結果顯示：胡家河煤礦礦井排水全鹽量5 040 mg/L、大佛寺煤礦3 730 mg/L、小莊煤礦5 570 mg/L、亭南煤礦5 670 mg/L、高家堡煤礦3 300 mg/L 等。這主要是由于彬長礦區洛河組含水層分上下兩段，兩段洛河組含水層的礦化度差距較大。以胡家河井田為例，井田內洛河組厚度287.60～367.48 m，平均314.22 m。洛河組上段含水層平均厚度213.22 m，滲透系數為0.92～1.552 m/d，地下水徑流條件相對較好；單位涌水量為1.305～2.248 13 L/(s·m)，為強富水，礦化度為1.033～1.254 g/L，水質類型為SO4HCO3(Cl)-Na型、SO4HCO3-Na型和SO4(HCO3)-Na型；洛河組下段平均厚度101.00 m。下段鉆孔單位涌水量為0.054 3～0.748 4(L/s·m)，富水性中等，礦化度為4.67 g/L，屬微咸水，水質類型為SO4·Cl-Na型。上、下段交界處40～50 m厚為致密隔水層，上下兩段含水層水里面系不密切。由此可以看出，彬長礦區礦井涌水的全鹽量受導水裂隙帶發育高度影響較大，若導水裂隙帶發育至洛河組含水層下段，則礦井排水全鹽量較高，若導水裂隙帶穿入洛河組含水層上段，則上段水與下段水混合后，礦井排水全鹽量將有所降低。

4 礦區水資源保護

目前彬長礦區各煤礦的礦井水除利用于自身的生產及生活，剩余部分達標排放至涇河。基于彬長礦區各煤礦礦井排水及利用現狀，筆者認為礦區的水資源保護工作可分為近期及遠期來開展，立足于礦區發展的實際狀況，不同階段的側重點各有不同。

現階段彬長礦區主要以煤礦建設及開采為主，礦區內其它企業建成較少，礦區內煤礦首先應遵循“用污排凈”為原則，做到生活污水全部回用不外排，礦井排水最大程度回用于自身生產生活。其次礦區各煤礦應做好礦井水處理站擴容及提標改造工作。2019年9月27日陜西省第十三屆人民代表大會常務委員會第十三次會議對《陜西省煤炭石油天然氣開發生態環境保護條例》(以下簡稱“條例”)進行了第二次修訂，根據“條例”的相關規定及生態環境部對礦井入河廢水的管理要求，各煤礦入河礦井排水應全部處理，處理后的中水除應符合《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)三類水質要求外，還應滿足“環環評[2020]63號”文件全鹽量低于1000mg/L的要求。最后，根據現行水資源管理要求，煤礦所在行政區域新建工業企業生產用水應優先使用礦井排水，水資源管理部門應做好管理和監督工作，積極促進水資源的高效利用。

遠期，相關政府部門應科學制定礦區排水的綜合利用規劃，以各煤礦現有的井下和地面水處理工程系統為基礎，根據水質和水量對彬長礦區的水資源進行統一管理、統一調配。同時應有計劃地逐步完善再生水利用管網系統，大力推廣礦井水等其它非常規水源的利用。各煤礦企業也應加大節約用水宣傳和監督力度，積極倡導清潔生產的企業文化，促進職工樹立惜水意識。

5 結語

目前彬長礦區各煤礦礦井排水量大且全鹽量較高，做好礦井水資源綜合利用工作，不但可以有效緩解礦區淡水資源緊張的情況，提高水資源的綜合利用水平，還可以從根本上減少因煤炭資源開采帶來的生態環境影響及水環境的污染，是今后礦區的主要發展方向，也是實現黃河流域高質量發展的必由之路。