煤炭开采对地下水环境的影响分析

张伟

摘要：以某矿井为例，研究了经多年开采，造成的水环境的影响，包括对地下水资源、居民水井、水源地以及泉域等，比较了煤炭开采前后水位、水量的变化情况，讨论了对不同敏感保护目标的影响，并提出了供水及监测措施。

关键词：煤炭开采；含水层；水资源；影响

中图分类号：TD823.89 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2014）04-0220-02

1、水文地质条件

1.1 地表水系

矿井位于沁水煤田的东北部，地势较高，切割较深，沟谷纵横。井田范围内的地表水体主要有马家坡河、芦湖沟河和官沟河，河流属海河流域滹沱河水系，河流流量受季节影响，桃河从井田南侧流过。

1.2 含（隔）水层特征

井田内地下含水层，自老至新主要有：奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层、石炭系上统太原组含水层、二叠系下统山西组含水层、二叠系下石盒子组砂岩裂隙含水层、二叠系上石盒子组砂岩裂隙含水层、第四系砂砾石层孔隙含水层。

隔水层主要有：中石炭统本溪组隔水层，由泥岩、铝质泥岩、砂质泥岩等组成，厚度45.80m左右，系一较好的隔水层；石炭系太原组和二叠系山西组及上、下石盒子组层间隔水层组，由泥岩、砂质泥岩、粘土质泥岩及煤层等组成，分布于各层石灰岩和各层砂岩含水层之间，起到层间相对隔水的作用。

2、煤炭开采对地下水环境的影响

某矿经过50多年的开采，目前煤炭资源枯竭，可采储量所剩无几。经过多年煤炭开采对井田及周边地下水水位、水质产生了较大的影响，使得周边的居民水井、辛兴水源地及娘子关泉域等与地下水息息相关的对象受到了不同程度的影响。

2.1 对地下水水资源的影响

据调查，某矿1955～2011年矿坑排水量统计见表1，1955～2011年矿坑平均排水量为61.5m3/h（合1477m³/d、53.9万m³/a）。经过60多年的开采，煤矿排水处于一个相对稳定的阶段，煤矿开采初期至20世纪70年代之前，由于煤炭产量较低，其富水系数较大，矿坑涌水量较小。70至80年代煤炭产量相对稳定，矿坑涌水量逐步变小且较稳定，富水系数较小，煤矿缺少90年代涌水量资料，2000年以后煤炭产量大幅提高，而矿坑涌水量相对减小，富水系数进一步减小。2010年、2011年水量增大，主要由于周边小煤窑的关闭，导致采空区积水通过边界进入本矿开采区域（表1）。

由于某矿周边均有煤矿开采，煤系含水层地下水水位大幅下降，其地下水的侧向补给很小，矿坑水的主要来源为大气降水垂直入渗补给，预测后期开采矿坑排水量基本上与现状一致。

2.2 对辛兴水源地的影响

桃河辛兴水源地位于市区桃河上游，西起芦葫沟口，东至官沟一带。水源地始建于1965年，原设计建有16眼管井和大口井，产水量3万m³/d，主要取水层位是桃河河水和第四系潜层地下水，其水源的补给方式为大气降水和周边支流汇水。

辛兴水源地位于该矿井田南部边界处，水源地一级保护区与井田重合区域面积为0.02 km³，二级保护区与井田重合区域面积为0.18 km³，水源地保护区与井田重合区域目前均已成为采空区。由于水源地与井田重合区域面积较小，且该区域导水裂缝带发育高度距离地表较远，因此水源地受开采影响较小。但由于开采造成的沉陷、地裂缝使得井田内的潜水逐渐漏失，减少了对水源地的补给量。

2.3 对居民生活饮用地下水源的影响

根据调查，井田未开采之前，村庄用水主要为泉水及井水，沟谷内有溪水流淌，水井位于村旁沟谷两侧的阶地之上，水位一般在0.5～1.5m之间，泉水一般出露于山坡或沟谷砂岩与泥岩的接触部位，流量一般在5～30L/s，可以满足村民生活用水要求。

根据井田内村庄水井调查结果显示，该项目自开采以来，井田内的村庄的水井干涸，使得人畜用水困难，生活用水改用截潜流工程和市政管网供水。其原因是由于煤层与松散层孔隙含水层之间的隔水层不稳定以及采煤沉陷改变了地下水的汇流方式引起的，因此煤炭开采会在一定程度上对松散岩类孔隙含水层造成间接影响，进而对以浅井为供水水源的村庄居民用水造成影响。

2.4 对娘子关泉域的影响

该井田位于娘子关泉域中部岩溶水径流区，不在重点保护区，距离重点保护区最近边界10km，距灰岩补给区最近距离为12km。

2.4.1 煤炭开采对泉域岩溶地下水补给的影响

娘子关泉域岩溶水补给来源主要包括两部分，其一是裸露可溶岩区大气降水入渗补给，占岩溶地下水天然补给资源量总量的78%。其二是5条东西向河流渗漏补给，占到补给资源量总量的19%。其他补给（包括水库人渗及孔隙水补给）占补给资源量总量的3%。

该井田位于娘子关泉域中部，距离裸露灰岩区最近距离为12km，同时井田内没有河谷渗漏区，因此不会对泉域岩溶水的主要补给区域和补给量造成影响。但是，煤炭开采形成的导水裂缝带使石炭二叠系碎屑岩一部分地下水渗入井下作为矿井水排出，会使一部分碎屑岩地下水对岩溶水的越流补给量减少，同时也会使河流上游的碎屑岩区产流量减少，使河流汇流量减少，从而对泉域岩溶水的补给产生一定的影响，但该部分水量对泉域岩溶水的补给贡献很小。

综上，该井田煤炭开采对泉域岩溶地下水补给影响较小。

2.4.2 煤炭开采对泉域岩溶地下水径流的影响

阳泉三矿井田属于娘子关泉域中部岩溶水径流区，井田内奥陶系灰岩深埋大。一般情况下，井田各煤层不存在奥灰突水，不会形成以突水点为中心的降落漏斗，也就不会影响奥灰水径流量及流场。但由于井田内有断层和陷落柱存在，为了防止突发事故，开采煤层时一定要对断层和陷落柱留足防水煤岩柱，并且要重视对隐伏断层以及其它构造形迹的发现及研究。评价要求，采煤时应严格遵循“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，确保井田煤炭开采不会发生奥灰水突出的情况。endprint

综上，该井田煤炭开采对泉域岩溶地下水径流影响很小。

2.4.3 煤炭开采对泉域岩溶地下水排泄的影响

该井田远离泉域排泄区，最近距离也有10km，煤炭开采不会直接对泉域排泄区造成影响。井田开采对泉域岩溶地下水的补给和径流影响很小，因此，也不会通过影响泉域补给和径流量而间接影响到泉域排泄量。

综上，该井田煤炭开采对泉域岩溶地下水排泄影响很小。

3、多年来煤矿开采对浅层各个含水层的影响

3.1 对第四系砂砾石层孔隙含水层的影响

采矿活动对含水层的影响破坏与开采煤层的厚度、层数、采煤方法、顶板管理方法等因素关系密切。井田范围内主要可采煤层3号煤层已基本采空，15号煤层已大部采空，位于3、15号煤层导水裂缝带高度范围内的各含水岩层均受煤层采空影响。受弯曲带影响，地表沉陷和变形在空间上和时间上都有较明显的连续性和一定的分布规律，在地表不同部位出现连续或间断的地表沉陷，在地表沉陷边缘发育有深度不等的张性裂隙，从而使地表水或浅层水流向发生改变。

3.2 对二叠系下石盒子组含水层的影响

二叠系下石盒子组含水层少部分出露于矿区东南，大部分埋藏分布于矿区，由于砂岩含水层与泥岩隔水层呈互层状分布，正常情况下，含水层之间基本不发生水力联系，根据勘探钻孔抽水试验，该组含水岩层富水性弱，但受采动破坏，采动裂隙将各含水岩层相互沟通，砂岩裂隙水沿采动裂隙直接或间接下渗，煤层顶板常出现淋水现象，水量在0.2～1.5m³/h，持续时间一般在3～5d，长则十几天。根据调周边村庄人畜用水取自K₁₀砂岩中出露的泉水，可知受开采影响，泉流量减少。井下开采出现的淋水、涌水现象和地表泉流量的减少，表明煤层开采对该含水岩层影响和破坏较严重。

4、结论

煤炭开采对井田内包括浅层含水层在内的各个含水层都产生了较大影响，居民水井从建矿初期的泉水、井水演变为现在的截潜流、市政管网供水，很多受影响很大的村庄已经整体搬迁，或正在规划搬迁。由于矿井奥灰水位标高为440～390 m，15号煤层底板最低标高420m，高于奥灰岩溶裂隙水位，故奥灰岩溶裂隙水对井田内煤层开采无影响。由此可以看出，长时间的煤炭开采会造成含水层水位下降、水量减少。因此在煤矿开采的过程中要加强对井田及周边保护目标的水位、水质的长期观测，一旦发现周边居民的生产、生活用水受到采煤的扰动，矿方应立即采区措施保证供水安全。endprint