煤礦開采對晉祠泉巖溶水影響分析

趙 芳

(太原市水資源管理保護中心，太原 030002)

1 概 述

地下水是重要的水資源，對農業發展、工業生產、生態保護具有較大影響。地下水水位、水質受周邊環境影響較大[1-2]。煤礦是常見的能源材料，煤礦開采可促進當地經濟發展，但過度開采將對生態環境造成不利影響[3-6]。山西晉祠泉區域內分布較多的煤礦產業，在多年的開采影響下，晉祠泉區域巖溶地下水水位下降，部分泉眼出現斷流現象，地下水位的降低也嚴重影響到當地的生態環境。因此，當地政府采取相關措施恢復地下水位。在收集相關資料的基礎上，分析晉祠泉域范圍內煤礦開采對巖溶水的影響，為其他區域地下水保護提供參考。

2 晉祠泉域煤礦分布情況及整治成果

2000年，晉祠泉域煤礦開采的噸煤排水系數為1.14 m3；自2008年開展煤炭資源整合工作以來，晉祠泉域內關閉整合222座小煤礦，整合后煤礦53座，井田面積775.3 km2，設計生產能力6 809×104t/a。2013年，噸煤排水量減少為0.65 m3。從而較大程度地減少礦坑排水量，有效保護了晉祠泉域地下水。據反映，在晉祠泉域邊山斷裂帶上仍存在違規打井現象，大量開采巖溶地下水，改變用途，非法轉供給其他用水戶。另外，上世紀90年代以來，古交市東曲、西曲、屯蘭、馬蘭、鎮城底等煤礦存在井下打井現象，非法開采巖溶地下水，形成巖溶地下水開采與統計的“黑洞”。

晉祠泉域內煤炭屬西山煤田，含煤面積1 598 km2，已探明煤炭資源量186.3×108t。據調查，晉祠泉域內有53座煤礦，其中萬柏林區5座、晉源區3座、清徐縣11座、古交市34座，井田面積共計775.3 km2。晉祠泉域重點保護區主要有3段，分別為古交重點保護區，汾河滲漏段、水源地、山前斷裂帶及西邊山斷裂帶，共涉及 19座煤礦，與晉祠泉域重點保護區范圍重疊面積共 46.634 km2。

按設計生產能力統計，晉祠泉域煤礦設計年生產能力共6 809×104t/a，其中年生產能力120×104t以上(含120×104t)的大型煤礦19座，45×104～90×104t中型煤礦32座。目前，煤礦主要開采煤層為2#、3#、4#、8#、9#煤層，開采方式均為井工開采。目前，整個晉祠泉域巖溶水水位標高在780～1 500 m之間，井田范圍巖溶水水位標高在780～1 350 m之間。本次統計了晉祠泉域23座正常生產煤礦井田范圍內巖溶水水位標高以及現狀開采情況，具體見表1。

表1 泉域正常生產煤礦開采水平與巖溶水位關系表

3 煤礦開采對晉祠泉巖溶水影響嚴重

3.1 采煤排水對泉流量的影響

采煤排水對泉流量的影響主要表現在以下方面：①巖溶水位高出開采煤層的帶壓開采區，巖溶水的頂托作用使部分巖溶水通過上部裂隙系統滲入采區，加大了礦坑排水量，直接消耗掉部分巖溶水資源。晉祠泉域內鎮城底礦、西曲礦等9座帶壓煤礦開采對巖溶水的年影響量達1 009.48×104m3，占泉域煤礦總排水量2 463.8×104m3的41%，占泉域水資源量的13.3%。②大規模的采煤活動疏干了開采區及其影響帶上覆巖層的地下水，減少了上部地下水滲漏補給巖溶水量。同時，采煤排水明顯地減少了該區地表水基流量，從而減少了對巖溶水的補給。根據對煤礦排水量與泉流量之間相關性分析，煤礦排水量與泉流量之間存在明顯的相關關系，隨著煤礦排水量的增大，泉流量逐漸減少，反映出煤礦排水是晉祠泉流量衰減的另一重要因素。見圖1。

圖1 煤礦排水與晉祠泉流量關系曲線圖

根據晉祠泉地下水位數據分析，2014-2019年巖溶地下水位呈上升趨勢。從年內逐月地下水位動態變化可以看出，地下水位多呈波動型，總體呈先下降再回升趨勢。水位最低點出現在每年春末夏初，最高點出現在冬季至次年春季。入春之后，由于生產生活用水量加大，此時還沒有進入雨季，大量開采地下水，使得地下水位大幅下降。隨著雨季到來，降水量增大，地下水補給量增加，地下水位逐漸回升。見圖2。

圖2 2014-2019年晉祠泉逐月水位動態圖

3.2 采煤對地下水水質的影響

采煤對地下水水質的影響主要反映在3方面：①采煤過程中，污染的礦坑水通過巖層裂隙直接下滲至下伏地層，使其中的地下水遭受污染；②礦坑水排出地表后，首先使地表水污染，繼而在流經碳酸鹽巖滲漏段時或隨河溝流動時，入滲地下污染地下水；③礦山尾礦、矸石堆在降水淋滲作用下，淋濾水入滲地下，使地下水遭受污染。

4 結 論

目前，晉祠泉區域已經采取相關措施對當地煤礦開采進行限制，巖溶地下水位和水質均有所恢復。根據收集數據分析可知，煤礦開采對當地巖溶水的流量、水位影響較大，煤礦過度開采減少了上部地下水滲漏補給巖溶水量，流經煤礦區域的巖溶水水質也出現了明顯異常，采礦活動可能對巖溶水水質造成一定影響，部分煤礦老窯水下滲導致巖溶水污染。