兩渡煤業二采區村莊壓覆2號煤層項目對地下水水質影響分析

張 萌

（煤炭工業太原設計研究院集團有限公司，山西 太原 030001）

1 工程概況

兩渡煤礦位于山西省靈石縣城北東30°方向約10 km處的兩渡鎮兩渡村東0.48 km處，井田面積84.3803 km2，包括河溪溝井田、河溪溝井田擴區、崔家溝井田三部分。本項目開采2#煤為煤炭井工開采項目，正常涌水量720 m3/d（30 m3/h），回風斜井工業場地礦井水處理站處理能力3600 m3/d（150 m3/h），經過處理后達到灑水水質要求，回用不外排；本項目生活污水產生量為516.1 m3/d，依托靈石縣住房和城鄉建設管理局主管的生活污水處理站，處理能力3000 m3/d，處理后的出水水質達地表水V類標準，直接外排。

開采區內主要含水巖組為第四系孔隙含水層、上石盒子組裂隙含水層、下石盒子組裂隙含水層、山西組裂隙含水層、太原組巖溶裂隙含水層、奧灰系巖溶隙含水層。其中，第四系砂礫孔隙含水層為場地的潛水含水層。本次設計的二采區村莊壓覆2號煤層開采區域位于靈石縣核桃洼村莊一帶，井田周圍共有7個村莊飲水：小核桃窊、耿家莊、宋家山、后溝、土黃坡引用第四系孔隙水；崔家莊村、柳樹原村飲用奧灰深井水。

通過預測開采對地下水污染影響評價，從而優先提出環保措施，防止對地下水環境和居民飲水產生影響。

2 評價等級和評價范圍

根據《環境影響評價技術導則地下水環境》（HJ 610-2016）附錄A，本項目屬于煤炭開采項目，崔家溝工業場地、回風斜井工業場地屬于Ⅲ類項目。

崔家溝工業場地和回風斜井工業場地附近沒有集中式飲用水水源地準保護區分布，且不在準保護區外補給徑流區，但存在分散式引用水井。環境敏感程度為較敏感，地下水評價等級為三級。

地下水評價范圍為以崔家溝工業場地、回風斜井工業場地和采區為核心區，依據地下水基本流場特征，回風斜井工業場地上游外擴200 m，兩側以山脊為界，向下游外延伸至汾河，面積約1.49 km2；采區的地下水最大影響半徑為754.10 m，水量評價范圍將采區邊界向外延伸1000 m作為評價范圍，約16.54 km2。

3 開采對地下水污染影響預測

3.1 地下水水質污染影響預測特征

以回風斜井工業場地礦井水處理站為預測分區，正常情況下，礦井水經礦井水處理站處理后全部綜合利用，不外排；非正常情況下，礦井水發生泄漏，下滲到潛水含水層，遷移開始位置為礦井水收集池。以地下水III類水質標準為基準，選取超標率最大的特征因子為預測因子，污染發生后100 d、1022 d（服務年限時間點）進行預測。

3.2 事故泄漏對地下水水質的污染影響預測與分析

3.2.1 影響分析及預測方法

煤礦開采造成的地下水水質污染實質為第四系砂礫孔隙含水層地下水中污染物的溶質遷移問題。本次概化成污染物連續注入、一端定濃度、一維水動力彌散問題，設計場景時均設計為極端不利情況。預測采用一維半無限長多孔介質定濃度邊界模型，見公式（1）。在模型計算中，對污染物的吸附、揮發、生物化學反應均不予以考慮，對模型中的各項參數均予保守性估計。

式中：x為距注入點的距離，m；t為時間，d；C為t時刻x處的示蹤劑濃度，mg/L；C0為注入的示蹤劑濃度，mg/L；u為水流速度，m/d；DL為縱向彌散系數，m2/d；（erfc）為余誤差函數。

3.2.2 模型參數

含水介質的有效孔隙度：查閱《水文地質手冊》取經驗值，n=0.20。

水流速度：場地所在區域含水層第四系砂礫孔隙含水層，巖性為以砂質黏土為主，查閱《水文地質手冊》滲透系數取經驗值0.2 m/d，有效孔隙度以0.2計，水力梯度以0.02計，地下水流速度為0.2×0.02/0.2=0.02 m/d。

彌散系數：根據彌散度與觀測尺度圖，設定觀測尺度以101m計，選取縱向彌散度為10 m，縱向彌散系數為2 m2/d。溶質運移模型所涉及到的各項參數見表1。

表1 模型參數列表

3.2.3 排放源強

將礦井水監測數據與地表水環境質量標準Ⅲ類水質標準進行比對詳見表2。

表2 礦井水與地表水環境質量標準Ⅲ類水質標準進行比對

以礦井水特征污染物石油類作為非正常情況下污廢水排放對地下水的特征污染物，污染物濃度取值為石油類10 mg/L。

3.2.4 石油類污染物的運移預測結果

將各項參數代入所建立的解析數學模型中，對模型進行試算求解，見表3、表4。

表3 滲漏發生100 d距污染源下游地下水中石油類濃度變化

表4 滲漏發生1022 d距污染源下游地下水中石油類濃度變化

根據計算結果可以看出，污染物石油類沿地下水流方向向下游遷移，而且隨著遷移距離的變長，污染物濃度峰值變小。污染物泄漏100 d下游最大超標距離約為57 m，在污染源下游58 m及更遠距離處污染物濃度達到地表水Ⅲ類水質標準要求；泄漏1022 d下游最大超標距離約為198 m，在污染源下游199 m及更遠距離處污染物濃度達到地表水Ⅲ類水質標準要求。

3.3 對地下水水質影響分析

3.3.1 正常運行條件下，水質污染影響

煤礦開采中，對礦坑涌水進行疏干后，地表水再間接補給淺層地下水，過程中采煤對裂隙水和孔隙水的水質影響是不同的。

采煤破壞對地下水質的影響：采煤導水裂縫帶會影響到二疊系山西組，此層的地下水是疏干過程，石油類等污染物不會滲入地下水體對水質造成直接污染。

污廢水排放對地下水質的影響：礦井開采期間，正常情況下污廢水不排放，對地下水水質不會造成影響。

3.3.2 非正常條件下，水質污染影響

根據非正常情況地下水質污染影響預測結果，污染物沿地下水流方向向下游遷移，而且隨著時間遷移距離的變長，污染物濃度變小。污染物泄漏100 d下游最大超標距離約為57 m，在污染源下游58 m及更遠距離處污染物濃度達到地表水Ⅲ類水質標準要求；泄漏1022 d下游最大超標距離約為198 m，在污染源下游199 m及更遠距離處污染物濃度達到地表水Ⅲ類水質標準要求。

4 居民引用水的影響分析

根據前文水質影響預測結果，礦井水處理站石油類沿地下水流方向向下游遷移最遠距離198 m，水質污染影響范圍內沒有小核桃窊、耿家莊、宋家山、后溝、土黃坡淺水井及泉水分布，因此這些村莊的水井水質不會受到污染影響。

崔家莊村、柳樹原村飲用奧灰深井水，因此煤層開采不會對這2個村的飲水造成影響。

5 地下水環境影響防護

為有效保護項目區的地下水環境，從源頭控制污染，本項目開采2號煤時正常涌水量720 m3/d（30 m3/h），回風斜井工業場地礦井水處理站，處理能力3600 m3/d（150 m3/h），經過處理后達到灑水水質要求，回用不外排；本項目生活污水產生量為516.1 m3/d，依托靈石縣住房和城鄉建設管理局主管的生活污水處理站，處理能力3000 m3/d，處理后的出水水質達地表水V類標準，直接外排。

若發生事故，可將礦井水暫存于可儲存在井下水倉、礦井水處理站調節池內，待排除故障后可將污水重新循環處理后回用，保證不外排。

6 結語

通過對煤礦開采水質分析以及回風斜井工業場地事故情況了解，可知污廢水泄露對地下水的污染影響較小，不會對井田周邊村莊飲水產生影響。在運營期間加強管理，嚴格遵循地下水環境保護措施的前提下，本工程對地下水環境的影響很小。從環保角度而言，本次開采是可行的。