選煤廠采煤項目對地下水環境的影響預測

張冠中

（山西立晟水資源科技有限公司，山西 太原 030000）

1 項目概況

柳林縣浩博煤焦有限責任公司200 萬t/a 選煤廠采煤項目是與浩博煤焦有限責任公司60 萬噸搗鼓焦化廠配套的項目，該選煤廠采煤項目于2007年8月開工建設，2008年10月選煤廠與焦化廠同時建成并投入生產，由于受煤炭市場、焦化產業政策以及其他因素影響，本項目于2018年2月暫時停產。2020年柳林縣浩博煤焦有限責任公司根據煤炭產業總體發展形勢和集團生產發展需要，決定重新啟動選煤廠采煤項目。該選煤廠采煤項目廠址位于柳林縣金家莊鄉下嵋芝村，距離柳林縣城約11 km。其場地平均標高945 m。處在柳林泉域的其他保護區，距柳林泉域重點保護區直線距離10 km。

選煤廠采煤項目實施后對項目區地下水環境存在較大影響，其露天開采及所產生的廢煤渣及洗煤廢水包含重金屬及絮凝劑等藥物殘留，若不妥善處理，也將對環境及區域地下水產生危害，為此必須進行選煤廠采煤項目進行地下水環境影響分析。

2 含水層條件及特征

該選煤廠采煤項目的實施主要影響第四系松散孔隙含水層，溝谷中局部出露上第三系、二疊系石盒子組及山西組地層，奧陶系巖溶含水層。

（2）溝谷中局部出露上第三系、二疊系石盒子組、山西組及上統太原組地層：底部為灰白、淺紅色礫巖，礫石成分為片麻巖、石英砂巖、石灰巖組成，礫徑5 cm～10 cm，鈣質膠結，上部為紫紅色及棕紅色粘土及砂質粘土，夾薄礫石層及鈣質結核，厚0～103 m。與下伏地層不整合接觸。二疊系（P）石盒子組（P1x）厚60.11 m～150.04 m，以K5 砂巖與山西組整合接觸，由灰- 灰綠色砂巖、灰色泥巖及煤線組成，底部含煤線數層，上段為灰綠色中厚層狀砂巖，夾砂質泥巖及炭質泥巖。

二疊系（P）山西組（P1s）為主要含煤地層，厚35 m～88 m。底部為K3 砂巖與太原組整合接觸，由灰色粉砂巖、砂巖和深灰色- 灰黑色泥漿、砂質泥巖及煤層組成。含煤3～9 層，自上而下編號為01、02、03、1、2、4、5（4+5）、5 下，其中的4#煤層厚度較大，發育穩定，煤質好，是本區內的主要可采煤層。上統太原組為主要含煤地層，厚65 m～107 m。由海陸交互相沉積地層組成，巖性為灰、灰黑色泥巖、砂質泥巖、細砂巖、灰巖及煤層，以K1 砂巖與下伏本溪組整合接觸。含灰巖5～6 層，煤層5～7層，可采煤層2～4 層，是主要含煤地層之一。其中賦存有6 上#、6#、7#、7 下#、8#、9#、10#、11#八層煤，其中8#～9#煤層穩定可采。

3 對地下水環境的影響分析

3.1 對上伏含水層的影響

該選煤廠采煤項目的實施會改變項目區上伏含水層地下水水位線分布態勢，導致地下水流場重新整合，甚至導致區域內水位線斷裂缺失，并圍繞生產區形成降水漏斗。柳林縣浩博煤焦有限責任公司200 萬t/a 選煤廠采煤項目露天開采及廢煤渣、洗煤廢水對地下水疏干半徑的影響根據以下經驗公式［1]計算：

式中：R 為露天開采及廢煤渣、洗煤廢水對地下水的影響半徑，m；S 為地下水疏干水位降深，m；H 為含水層厚度，m；K 為滲透系數，m/d。

選煤廠采煤項目上述參數取值見表1。

表1 選煤廠采煤項目對上伏含水層影響的參數取值

根據地勘資料，選煤廠采煤項目區上伏含水層主要為全新統沖洪積層，僅在王家溝、李家溝和魏家寨有少量分布，分布范圍小其連續性較差，選煤廠采煤項目實施后王家溝、李家溝均在影響范圍內，第四系含水層全部遭破壞，而魏家寨在開采剝離區以外，選煤廠采煤項目實施不會對其含水層造成直接影響。

根據式（1）對選煤廠采煤項目實施后露天開采及廢煤渣、洗煤廢水對地下水影響半徑的分析可以看出，因項目實施污染第四系含水層將使開采區域邊界外擴344.8 m，在該范圍內影響第四系松散孔隙含水層地下水位，且根據項目實施情況及相關設計資料可以預測，隨著第四系含水層全部剝離和破壞，必將導致礦田和周邊區域淺層含水層流場的變化與重新分布，地下水流將向礦坑匯集［2]。

3.2 對煤系含水層的影響

露天開采導致開采區可開采煤層頂板土巖剝離，破壞對應含水層，并在溝谷中局部出露上第三系、二疊系石盒子組和山西組地層含水層形成圍繞采場區的降落漏斗，選煤廠采煤項目對煤系含水層影響的參數值具體見表2，根據參數取值情況，石盒子組、山西組、上統太原組含水層富水性較差，露天開采及廢煤渣、洗煤廢水對地下水影響半徑為135.53 m、48.02 m、113.13 m，影響半徑較小。

表2 選煤廠采煤項目對煤系含水層影響的參數值

3.3 對下伏含水層的影響

根據地勘資料，下伏奧陶系巖溶含水層上煤層最大突水系數取0.04 MPa/m，帶壓面積34.23 km2，煤層突水系數均值0.05 MPa/m，最大值0.065 MPa/m，帶壓面積48.85 km2。根據《煤礦防治水規定》，構造破壞塊段突水系數應不超出0.06 MPa/m，正常塊段應不超出0.10 MPa/m。突水系數＜0.06 MPa/m 為帶壓開采安全區域，突水系數≥0.06 MPa/m為構造破壞快段帶壓開采危險區，突水系數＞0.10 MPa/m 為帶壓開采危險區［3]。

根據以上規定可以判定，本開采區域下伏奧陶系巖溶含水層上煤層屬于帶壓開采安全區域，不存在帶壓開采危險，但煤層開采的左下角存在面積4.12 km2的帶壓開采危險區域，考慮到區域內可能有未探明情況的導水斷層，故應按照“預測預報、先探后掘、先治后采”的原則進行底板加固，不得采取疏水降壓措施，以防止開采過程對奧灰水可能產生的不利影響。

4 結論及建議

經過本文的分析可以預測，柳林縣浩博煤焦有限責任公司200 萬t/a 選煤廠采煤項目的實施主要影響上伏含水層（第四系松散孔隙含水層），煤系含水層（溝谷中局部出露上第三系、二疊系石盒子組及山西組地層）及下伏含水層（奧陶系巖溶含水層）。經過分析論證，對上伏含水層地下水影響半徑為344.8 m，影響較大；對溝谷中局部出露上第三系、二疊系石盒子組、山西組和上統太原組煤系含水層地下水影響半徑分別為135.53 m、48.02 m、113.13 m，影響較小。下伏奧陶系巖溶含水層煤層區存在帶壓開采危險區，必須加固處理。

為減少和控制選煤廠采煤項目實施后所產生的廢煤渣及洗煤廢水包含重金屬及絮凝劑等藥物殘留對區域地下水的不利影響，柳林縣浩博煤焦有限責任公司200 萬t/a 選煤廠采煤項目應采用“濃縮—壓濾”處理煤泥水，設備處理能力滿足要求，煤泥水能做到一級閉路循環。同時備有足量的事故水池，保證選煤廠在任何情況下煤泥水均實現一級閉路循環，不外排；通過先進成熟生產工藝的應用，將生產廢水經浮選、濃縮和壓濾處理后循環復用，不外排；生活污水經地埋式污水處理設施處理后利用。為防止廢水下滲對地下水污染，各類水池及其重要敏感地段均采用混凝土硬化地面，按相關防滲標準設計，做到嚴格防滲，確保污水不下滲，不對地下水造成污染。