干河矿井煤炭开采对郭庄泉域水环境的影响分析

王 宏

(山西省水文水资源勘测局，山西 太原 030001)

霍州煤电集团公司是全国少有的低硫焦煤基地之一，根据集团总体发展规划，需要建设包括干河矿井在内的几对大型骨干矿井，以弥补矿区老矿井的产量大幅衰减，加大矿区的规模。干河矿井批准生产规模210万 t/a，井田面积为35.56 km2。矿井采用立井两个水平开采，+80 m水平为上水平，主采上组煤1、2#煤，平均埋深500 m;-15 m水平为下水平，主采下组煤7下、9、11#煤，平均埋深600 m。

干河井田位于山西省洪洞县北部，其行政辖区大部分为洪洞县堤村乡，北部边缘地带属于汾西县团柏乡，跨洪洞、汾西两县，井田处于郭庄泉域范围内，位于泉域岩溶水南部埋藏径流—滞流区，处于泉域重点保护区的南边界，在泉域重点保护区内约2.7 km2。

1 干河井田水文地质条件

干河井田南北边界分别以下团柏断层和下张端断层为界(如图1)，且规模较大，因此，井田内具有重要水文地质意义的主要是井田边界断层，其性质如下:

北边界下团柏断层位于井田北西部边界，总体近NE向延展，靠近井田东边界一带转向NEE向，倾向SE，倾角70°，为南东盘下降的正断层，落差280～350 m;北边界F1断层位于井田北部下团柏断层内侧的正断层，相距约150～200 m，是一条与下团柏断层平行延展、阶梯状分布的派生断裂构造，倾角约为70°，落差20～180 m，井田内延伸长度约5 400 m，该断层为隐伏断裂;南边界下张端断层位于井田南边界，走向N26°E向NNE向延伸，倾向SE，为南东盘下降的正断层，区内延展长度7 500 m，断层下盘干河井田全部为黄土覆盖，断层倾角约为70°，断层断距约35～100 m。

根据干河井田边界断层两盘地层对接情况，下团柏断层上盘2、11#煤层均与下盘O2灰岩地层对接，下盘岩溶水对上盘煤系地层有侧渗补给作用;F1断层西段采区上盘2、11#煤层与O2灰岩地层对接，东段采区上盘2、11#煤层与C砂页岩地层和O2灰岩地层对接，F1断层下盘岩溶水的侧渗补给虽然不及下团柏断层强，但F1断层距离下团柏断层仅150～200 m，富水性较强的岩溶水仍有可能通过F1断层而侧渗补给上盘煤系地层。

井田内奥陶系灰岩含水层属于郭庄泉域南部埋藏径流—滞流区，含水层岩溶裂隙发育，地下水补、蓄条件良好，根据干河矿水源井奥灰水混合抽水试验，单位涌水量1.767 L/s·m，富水性较强。但干河井田位处奥灰深埋区(奥灰埋藏深450～700 m)，不可能直接获得大气降水入渗及地表水的渗漏补给，其上覆含水层中的越流补给量也极为有限，因此主要补给来自侧向径流补给，下团柏断层、下张端断层局部导水，使得奥灰含水层水流从井田北部向南部迳流。井田区内，岩溶水的排泄是以潜流形式补给邻区含水层。

图1 干河井田边界断层示意图

2 采煤对郭庄泉域水环境的影响

根据导水裂隙带发育高度计算，上组煤2#煤层导水裂隙带高度为62.7 m，2#煤层开采产生的导水裂隙带将主要影响到山西组和下石盒子组含水层，而对以上含水层不会造成影响，导水裂缝带距离地面尚有300多m，在没有断层导水的情况下，2#煤层开采形成的导水裂缝带波及不到地表，对地表水亦没有影响。

矿区内2#煤层底板等高线在-30～320 m之间，矿区奥灰水位标高为520.97 m，煤层全部位于奥灰静水位之下，为带压开采。矿区内2#煤层埋深500 m左右，奥灰顶板埋深为600 m，二者高差约100 m。奥陶系石灰岩顶部本溪组主要含铁铝岩、泥岩，可视为隔水层，平均厚度为14.92 m，煤层在其上部，在正常条件下，2#煤层开采对奥灰水没有影响，但存在导水断层的情况下，也不能排除突水的可能。

根据突水系数计算，下组煤7下#煤层O2灰岩岩溶水突水系数介于0.06～0.121 MPa/m之间，9#煤层O2灰岩岩溶水突水系数介于0.107～0.628 MPa/m之间，11#煤层 O2灰岩岩溶水突水系数介于0.218～0.786 MPa/m之间。由于本井田断层数量多，边界断层断距大，井田构造比较发育，因此采用0.06 MPa/m临界值为突水危险区的依据，则下组煤7下、9、11#煤层带压开采底板突水系数均大于临界突水系数0.06 MPa/m，由于下组煤水文地质条件复杂，有导水构造存在的条件下，极具底板突水的可能。

3 煤矿开采对郭庄泉域水环境影响防治措施

(1)干河井田地处郭庄泉域岩溶水系统南部径流排泄区，泉口之南汾河河谷西侧，井田北东部约2.7 km2的面积在泉域重点保护区范围之内。根据《山西省泉域水资源保护条例》，泉域重点保护区内禁止建设项目，因此，位于郭庄泉域重点保护区范围之内的井田面积2.7 km2禁止煤炭开采。

(2)根据北边界下团柏断层导水性分析，在矿井开采条件下，断层一侧奥灰含水层渗透能力强，传导快，是断层另一侧煤系含水层的主要充水水源之一，但局部F1断层上盘煤系地层段与下盘奥灰含水层接触，渗透能力弱，传导慢，该段可视为相对阻水。因此，井田开采北边界应以F1断层为界，并根据有关规范在F1边界留设足够的保安煤柱墙。

(3)干河井田下组煤底板所承受的奥灰水压已超过临界突水系数(0.06 MPa/m)的多倍，由于下组煤水文地质条件复杂，开采下组煤时极具底板突水的可能，因此，为保护郭庄泉岩溶水资源，确保煤炭开采不影响岩溶水，禁止开采下组煤。

(4)矿井应查清井田内带压开采条件，禁止采用降压排水进行采煤，制定带压开采条件下防治奥灰水突水的应急预案。

4 结语

干河矿井是北边界紧邻郭庄泉域泉源排泄带(井田位于泉口西南1 km)的大水矿床，水文地质条件复杂，下组煤7下、9、11#煤层带压开采O2灰岩底板突水系数均大于临界突水系数0.06 MPa/m，矿井煤炭开采过程中均存在底板突水的可能性，且边界断层局部导水，因此，为了保护郭庄泉岩溶水资源，禁止采用降压排水进行采煤，禁止开采下组煤，在井田边界及断层附近必须留设足够的保安煤柱墙，并制定带压开采条件下防治奥灰水突水的应急预案。

［1］霍州煤电集团有限责任公司霍宝干河煤矿边界断层产状及导水性勘查报告［M］.中国煤炭地质总局水文地质工程地质环境地质勘查院，2009.

［2］山西霍宝干河煤矿有限公司水文地质补充勘探报告［M］.煤炭科学研究总院西安研究院，2009.

［3］山西省泉域边界范围及重点保护区［M］.山西省水资源管理委员会办公室，1998.

［4］山西省岩溶泉域水资源保护［M］.山西省水利厅，中国地质科学院岩溶地质研究所，山西省水资源管理委员会.北京:中国水利水电出版社，2008.