景福煤矿开采对水环境的影响研究

王赛朝

(山西省临汾市汾西水利管理局，山西临汾 041000)

景福煤矿开采对水环境的影响研究

王赛朝

(山西省临汾市汾西水利管理局，山西临汾 041000)

为了有效保护娘子关泉域水环境，进行景福煤矿开采对水环境的影响研究是非常必要的。在分析景福煤矿地质、水文地质、煤矿开采等的基础上，进行了煤矿开采对水环境的影响评价，提出了水环境防治措施。研究成果为水行政主管部门保护和管理当地水环境提供依据。

景福煤矿;水环境;影响;保护

水是地球上一切生命的保障，是人类赖以生存发展的重要资源。由于水资源时空分布的不均，世界许多地区是缺水的。我国是世界上13个水资源最贫乏国家之一，在多年的经济社会发展过程中，许多地方由于对水资源保护的重视程度不高，造成资源型缺水和水质型缺水，导致我国水环境问题相当突出。水环境质量的好坏直接决定着广大人民群众的生命健康水平，因此人类活动产生的水环境问题受到学者们的高度重视，如靳晓莉等［1］分析了太湖流域近20年社会经济发展对水环境的影响，指出水环境污染在短期内还有加重的趋势;张发旺等［2］进行了神府东胜矿区采煤塌陷对水环境影响效应研究，为矿区水环境改善等提供了依据;孙肖瑜等［3］进行了我国水环境农药污染现状及健康影响研究进展分析，为开展相关研究提供了参考;孙亚乔等［4］进行了粉煤灰浸出液对水环境的影响研究，提出了污染防治对策;江曙光［5］进行了中国水污染现状分析及防治对策研究;田峰等［4］进行了三丁基锡对我国水环境的污染状况及对饮用水安全的威胁研究，并提出了具体的解决措施。以上成果都具有很强的针对性，为相关部门开展水环境保护和治理等提供了参考。山西省是我国的煤炭大省，在多年的采煤活动中已经产生了许多水环境问题，引起各级部门的高度重视，并采取多项措施对水环境进行保护。景福煤矿为2009年山西省煤炭资源整合的单独保留矿井，生产规模90万t/a，批准开采6、15号煤。该矿井位于娘子关泉域西北部岩溶地下水补给径流区，距重点保护区最近距离约65 km。为了有效保护娘子关泉域水环境，进行景福煤矿开采对水环境的影响研究是非常必要的，也是十分有意义的。基于此，在分析景福煤矿地质、水文地质、煤矿开采等的基础上，进行了煤矿开采对水环境的影响评价，提出了水环境防治措施，以期为水行政主管部门保护和管理当地水环境提供依据。

1 矿井概况

景福煤矿位于寿阳县平头镇郭家沟村、南庄村与虎现村一带，井田面积 9.564 km2。矿井设计可采储量为4 019.6万t，服务年限为31.9 a。采用立井开拓方式，采煤方法为长壁综采一次采全高采煤工艺，顶板管理采用全部垮落法。煤层开采顺序为上行式，先采15号煤层再采6号煤层。整个井田以按煤层划分为四个采区，即6号煤一、二采区和15号煤一、二采区。生产取水(不含锅炉)水源为该矿处理后的矿井水再生水，职工生活及锅炉取水水源为当地岩溶地下水。固体废物主要有矸石、锅炉炉渣和少量生活垃圾等。井田属中山区，最高点高程为1 300.4 m，最低点高程1 068.9 m，相对高差231.5 m。河流属黄河流域汾河水系，涧河位于井田中部，由北向南流入汾河，为季节性河流。井田地层由老到新有奥陶系、石炭系、二叠系及第四系。含水层自下而上划分为奥陶系中统岩溶裂隙含水岩组、石炭系上统太原组裂隙岩溶含水岩组、石炭系上统山西组裂隙含水岩组及二叠系上、下石盒子组裂隙含水岩组。

2 采煤地表变形及导水裂隙带高度分析

2.1 采煤地表变形分析

根据景福井田地质、煤层赋存条件、采煤方法等开采技术条件，采用概率积分法对地表移动变形进行预测。经计算，全井田15号煤开采后地表移动变形最大下沉值为2 183 mm，最大倾斜值为10.92 mm/m，最大曲率为0.08×10－3/m，最大水平变形为4.98 mm/m，最大水平移动值为546 mm。全井田15号及6号煤开采后地表移动变形最大下沉值为3 501 mm，最大倾斜值为19.26 mm/m，最大曲率为0.16 ×10－3/m，最水平变形为 8.78 mm/m，最大水平移动值为875 mm。

2.2 导水裂隙带高度分析

井田15 号煤层厚3.03 ～5.21 m，平均厚 4.00 m，属厚层煤层，顶板为石灰岩，属坚硬岩层，煤层开采后导水裂隙带高度采用《矿区水文地质工程地质勘探规范》相应公式进行计算，公式如下:

式中:Hli为导水裂缝带高度(m);M为采厚(m);

经计算，6号煤层开采后的导水裂隙带高度为21.83～46.82 m。

式中:Hli为导水裂缝带高度(m);M为采厚(m);n为分层层数，按“一次采全高、全部跨落法管理顶板”采煤工艺设计，n=1。

经计算，15号煤层开采后的导水裂隙带高度为78.53～126.98 m。

井田6 号煤层厚度0.35 ～3.39 m，平均1.88 m，属薄煤层，顶板为泥岩、砂质泥岩，属中硬岩层，煤层开采后导水裂隙带高度采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》相应公式进行计算，公式如下:

3 采煤对水环境的影响评价

3.1 采煤对地表水环境的影响

井田内涧河及各支沟是区内的主要地表水，为季节性沟谷。根据导水裂隙带高度的计算，15号煤层开采后的导水裂隙带高度最大为126.98 m，导水裂隙带导入石炭系太原组K2下、K2、K3、K4裂隙岩溶含水层;6号煤层开采后的导水裂隙带高度最大为46.82 m，导水裂隙带导入石炭系山西组K7、K8裂隙含水层。井田15、6号煤层最小埋深分别在331.05 m、255.55m，最大导水裂隙带顶点距离地表分别在204.07 m、208.73 m以上。由此可知，导水裂隙隙带不会波及到涧河等地表水体，在没有断层导水的情况下，煤矿开采对涧河等地表水影响程度较小。虽然导水裂隙带未贯穿至地表区域，但据前面煤层开采地表变形分析可知，15、6号煤层开采后地表变形相对强烈，在开采沉陷区边缘地表将产生大量地裂缝，致使地表水改变原有流动方向，通过地裂缝转而向下入渗，导致各支沟汇入涧河的水量减少，煤炭开采改变地表产汇流条件，将对地表水产生一定影响。

3.2 采煤对地下水环境的影响

第四系全新统孔隙含水层对于矿区的部分村庄来说，有着重要的供水意义。因此，本次分析把煤炭开采对第四系全新统孔隙含水层的影响也进行考虑。

3.2.1 对上覆含水层的影响

1)对第四系全新统孔隙含水层和二叠系上、下石盒子组裂隙含水层的影响

井田第四系全新统孔隙含水层主要为砂砾石等，含水量较小，但水量稳定，具有供水意义，郭家沟村、窄道村、大远村及白峪村取水来自孔隙水;西坡村、红崖村、秦家山村及虎现村取水来自二叠系上、下石盒子组砂岩裂隙含水层，水量稳定，具有供水意义。

15、6号煤层开采后的导水裂隙带最大高度均不会导通二叠系上、下石盒子组砂岩裂隙含水层和第四系全新统孔隙含水层，虽然导水裂隙带对上述含水层影响小，但由于受开采沉陷的影响，地裂缝、地面塌陷使上述含水层的径流条件受到干扰，造成地下水水位下降，水井出水量减少甚至干枯，对井田范围内各村庄的人畜用水造成影响。

2)对石炭系山西组裂隙含水层和太原组裂隙岩溶含水层的影响

15号煤层开采后导水裂隙带导入石炭系太原组K2下、K2、K3、K4裂隙岩溶含水层，6号煤层开采后导水裂隙带导入石炭系山西组K7、K8裂隙含水层。由于含水层之间发生水力联系，地下水会通过导水裂隙带进入井下，由原天然顺地层倾向流动转变为人工开采排泄，随采煤时间延长，影响程度会不断增大，造成含水层地下水位下降，水量减少，甚至疏干，含水层中的地下水成为矿井涌水。

3.2.2 对下伏奥陶系含水层的影响

井田15、6号煤层下伏含水层为奥陶系中统岩溶裂隙含水层。井田在F14断层以东(除东北角小块地段)的大部地段的15、6号煤层均为带压可采煤层。本矿奥陶系含水层水位标高为771 m，15、6号煤层底板标高最低分别为480 m、570 m，奥灰水位高出15号煤层底板最低标高291 m，高出6号煤层底板最低标高201 m。15号煤层底板距奥陶系含水层顶界75.67 m，6号煤层底板距奥陶系含水层顶界165.67 m。本次用突水系数法预测15、6号煤层开采时底板突水的可能性。

经计算，15、6号煤层突水系数分别为0.045 MPa/m、0.022 MPa/m，均小于底板受构造破坏块段临界值0.06 MPa/m，在没有导水构造导通的条件下，奥陶系含水层突水的可能性较小，采煤对奥陶系含水层的影响较小。但由于该井田断层和陷落柱较发育，必须进一步加强水文地质的勘探工作，查明断层、陷落柱分布及导水性，并留设防隔水煤(岩)柱，以防止对下伏含水层产生影响。

3.2.3 对娘子关泉域岩溶水的影响

娘子关泉域奥陶系岩溶水的补给来源主要包括大气降水的入渗补给、地表径流的渗漏补给及相邻含水层中地下水的侧向补给等。井田范围内上、下石盒子组地层大面积出露，山梁和山坡为零星的第四系黄土覆盖，无石灰岩出露，因此煤矿开采对娘子关泉域岩溶水补给的影响较小。井田 15、6 号煤层突水系数分别为 0.045 MPa/m、0.022 MPa/m，均小于底板受构造破坏块段临界值0.06 MPa/m，在没有导水构造导通的条件下，奥陶系含水层突水的可能性较小，采煤对娘子关泉域岩溶水径流的影响较小。天然条件下，娘子关泉群是岩溶地下水的主要排泄形式，本矿开采15、6号煤层时不会形成新的岩溶水排泄点，对娘子关泉域岩溶水排泄的影响较小。

3.3 采煤固体废弃物对水环境的影响

根据类比可知，井田矸石属于《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599—2001)中规定的第Ⅰ类一般工业固体废物，矸石储存、处置按照第Ⅰ类一般工业固体废物的要求进行。根据附近井田矸石淋溶试验结果，污染物含量均低于《污水综合排放标准》(GB8978－1996)中二级排放标准，矸石淋溶对地表水环境影响较小。矸石场汇水面积较小，矸石通过分层碾压，修建排水设施后，矸石自然淋溶下达不到充分浸泡状态。自然淋溶后的浓度值比试验值小的多，各元素在经过土壤时会被土壤吸附消减，矸石淋溶对地下水环境影响较小。锅炉炉渣为一般工业固体废物，除用于铺路、制作建材等，多余的送往矸石场堆放，锅炉炉渣对水环境的影响较小。生活垃圾在厂区内定点堆放，定期由当地环卫部门统一处理，生活垃圾对水环境的影响较小。

4 水环境防治措施

(1)严格按照《煤矿防治水规定》与《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》等有关法律、法规的要求，留设采区及井田边界隔离防水煤柱。

(2)必须坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则。

(3)矿井水全部送入矿井水处理站进行处理，达到要求后回用于生产。

(4)生活污水全部送入生活污水处理站进行处理，达到要求后回用于生产。

(5)煤炭开采过程中在非带压区严格禁止利用渗坑、渗井及废弃钻孔向岩溶含水层排放废污水，在带压区禁止采用疏水降压的方式采煤。

(6)加强矿区水务管理和水环境动态监测管理。

5 结语

(1)15、6号煤层导水裂隙隙带不会波及到涧河等地表水体，在没有断层导水的情况下，煤矿开采对涧河等地表水影响程度较小。但开采沉陷地裂缝改变地表产汇流条件，将对地表水产生一定影响。

(2)15、6号煤层开采后导水裂隙隙带分别导入石炭系太原组裂隙岩溶含水层、山西组裂隙含水层，造成含水层地下水位下降，水量减少，甚至疏干，含水层中的地下水成为矿井涌水。

(3)15、6号煤层最大突水系数分别为0.045 MPa/m、0.022 MPa/m，均小于底板受构造破坏块段临界值0.06 MPa/m，在没有导水构造导通的条件下，奥陶系含水层突水的可能性较小，采煤对奥陶系含水层的影响较小。

(4)15、6号煤层开采对娘子关泉域岩溶水补给、径流、排泄产生的影响较小。

(5)采煤固体废弃物矸石、锅炉炉渣、生活垃圾对水环境影响较小。

(6)研究成果为水行政主管部门保护和管理当地水环境提供依据。

［1］靳晓莉，高俊峰，赵广举.太湖流域近20年社会经济发展对水环境影响及发展趋势［J］.长江流域资源与环境，2006，15(3):298－302.

［2］张发旺，赵红梅，宋亚新，等.神府东胜矿区采煤塌陷对水环境影响效应研究［J］.地球学报，2007，28(6):521－527.

［3］孙肖瑜，王静，金永堂.我国水环境农药污染现状及健康影响研究进展［J］.环境与健康杂志，2009，26(7):649－652.

［4］孙亚乔，段磊，钱会，等.粉煤灰浸出及浸出液对水环境的影响［J］.工程勘察，2009，(7):35－39.

［5］江曙光.中国水污染现状及防治对策［J］.水产科技情报，2010，37(4):177－181.

［6］田峰，隋铭皓，张可佳，等.三丁基锡对我国水环境的污染状况及对饮用水安全的威胁［J］.现代化工，2010，30(2):7－11.

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1004－1184(2013)05－0053－03

2013-04-12

王赛朝(1962-)，男，山西临猗人，高级工程师，主要从事水工程建设与管理工作。