阳泉市西上庄煤矿开采对娘子关泉域地下水环境影响分析

周海威

（山西省阳泉市郊区水资源管理委员会办公室 山西阳泉 045050）

山西省阳泉市南煤集团西上庄煤矿井田位于山西省阳泉市郊区平坦镇西上庄村附近，行政区划属平坦镇管辖。井田北西～南东走向长约10km，南西倾向宽约5km，面积约51.2km2。井田内可采煤层共7层，初期开采3、6、8、9 号煤层， 后期开采12、15、15下号煤层，年开采量500万t。井田处于娘子关泉域范围内，位于娘子关泉岩溶水系统水文地质单元西部边界附近，是奥灰水的补给径流区，距娘子关泉域重点保护区19km。

1 娘子关泉域概况

娘子关泉位于山西省阳泉市平定县娘子关镇附近，出露于桃河与温河汇集地段。由11个主要泉组组成，分布在自程家至苇泽关约7km长的河漫滩及阶地上，出露高程360～392m。

按1956～2000年系列统计，泉群多年平均流量为10.68m3/s。天然状态下，年际不稳定系数为1.5，属稳定型泉水，是我国北方最大的岩溶泉水。

娘子关泉水水化学类型为SO4·HCO3—Ca·Mg型水，矿化度591.4mg/L，总硬度434.5mg/L，水温19.2℃。

娘子关泉域分布范围包括阳泉市的平定、盂县、城郊，晋中市的榆次、寿阳、昔阳、和顺、左权，太原市的南郊区等市（县、区）。泉水集中出露带保护范围为：西自温河下董寨以下河谷、桃河西武以下河谷，东至两河汇流后的绵河河谷苇泽关断层之间的泉水出露带。桃河、温河渗漏河段保护区范围为：温河河谷：自东至西由温池—下章召—白马庄—南庄—巨城镇—下董寨，河流长度约35km；桃河河谷：自西向东由白羊墅—乱流—岩会—上盘石—下盘石—西武庄，河流长度约30km。以上重点保护区面积共86.5km2。

娘子关泉域岩溶水补给来源主要包括四部分，其一是裸露可溶岩区大气降水入渗补给，为主要补给源；其二是桃河、温河、松溪河岩溶河谷地表水渗漏补给；其三是太原东山岩溶水的侧向径流补给；其四是碎屑岩区地下水的越流下渗补给。

2 井田水文地质情况

2.1 地层

井田出露和揭露的地层由老到新依次为奥陶系中统上马家沟组和峰峰组，石炭系中统本溪组、上统太原组和上统山西组，二叠系下统下石盒子组、上统上石盒子组和上统石千峰组，三叠系、第四系中、上更新统全新统。井田内含煤地层包括上统太原组和上统山西组。

井田内煤层分别为3～6 号、8 号、9 号、11～15号、15下号和16号煤。其中8、15号煤为可采煤层，3号、9号、15下号为大部可采煤层，6号、12号煤为局部可采煤层，其余煤层均为不可采或零星可采煤层。

2.2 水文地质条件

本井田的主要含水层包括：奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层；太原组岩溶裂隙含水层；山西组砂岩裂隙含水层；下石盒子组砂岩裂隙含水层组；上石盒子组砂岩裂隙含水层组；第四系砂砾含水层组。各基岩含水层之间都有厚度稳定的泥岩、砂质泥岩，可起到隔水作用。

奥陶系石灰岩是煤系地层的基底，峰峰组一段含透水性较差，可视为相对隔水层。井田处于娘子关泉域岩溶水系统的西部边界附近，近于地下水滞流区，井田内奥灰水位546.28m，上部煤层均低于奥灰水位，将带压开采，15下号煤最低标高140m。太原组K2石灰岩是15号煤直接顶板或间接顶板，为开采15号煤的直接充水含水层，K3石灰岩是13号煤直接顶板，距15号煤13.31～29.05m，处于15号煤冒落裂隙带范围内，属富水性弱的含水层，K4石灰岩为11号煤直接顶板，也是开采下组煤的直接充水含水层，开采11、15号煤层时将受到一定的影响。山西组K7砂岩裂隙含水层位于8号煤之上，为6号煤间接底板，是开采6、8号煤层的直接充水含水层，开采时会受到一定影响。3号煤顶板砂岩位于3号煤之上约5m左右，局部地段为3号煤直接顶板，为3号煤直接充水含水层，开采时会受到一定影响。

2.3 地下水的补径排条件

井田范围内为走向北西，倾向南西的单斜构造，有第四系及上石盒子组砂岩含水层出露，成为地下水的补给区，大气降水为主要补给来源，但由于地表高差大，地表径流条件好，不利于大气降水的入渗补给，故而补给条件差。井田位于娘子关泉岩溶水系统西部边界附近，太原组及奥陶系灰岩含水层埋藏深，岩溶裂隙不发育，加之地下水补给条件差，随深度增加，富水性趋于减弱。

3 煤矿开采对娘子关泉域地下水环境影响分析

3.1 对第四系含水层地下水的影响分析

第四系上更新统（Q2+3）分布于沟谷两侧或山坡之上，与基岩呈不整合接触，由浅黄色、黄色、棕黄色黏土、亚黏土、亚砂土组成，含钙质结核。垂直节理发育。厚度0～30m。全新统（Q4）分布于河床底部或冲沟底部，主要由砂、泥、黄土及卵石组成，为现代河床的冲积物、洪积物，厚度0～20m。本井田开采后，根据该项目的环境影响评价报告成果，其叠加沉陷值约5.7～14.96m，平均值约9.55m。沉陷区均出现了宽窄不等、长短不等的沉陷裂缝，裂缝宽度大多在5～25cm，长度多在60～120m，也有个别裂缝的宽度和长度处于该范围之外。改变第四系含水层地下水的径流方向，地下水将沿沟通的裂隙，下渗到井下。

3.2 对石炭、二叠系裂隙地下水的影响分析

3.2.1 太原组地层的结构及地下水的影响分析

该组地层为井田内主要含煤地层之一，厚度101.51～134.96m，平均120.33m。主要由黑色、黑灰色泥岩、砂质泥岩，灰白色、灰色砂岩及3～4层石灰岩（ K2、K2上、K3、K4） 组成。 含煤 7～10层，其中可采煤层为8、9、12、15、15下号煤。 该地层为冒落带和导水裂隙带直接破坏范围，岩层结构断裂、破碎，其内的地下水直接涌入井下。

3.2.2 山西组地层的结构及地下水的影响分析

该组地层为井田内主要含煤地层之一，厚43.13～74.43m，平均57.28m。主要由灰黑色泥岩、砂质泥岩、灰白色中细粒砂岩及煤组成，含不稳定的泥灰岩（叠锥灰岩）1～2层。有3～5层砂岩，含煤3～6层，其中可采煤层为3、6煤层，6号煤为局部可采煤层，3号煤在井田先期开采区属大部可采煤层。该地层为冒落带和导水裂隙带直接破坏范围，岩层结构断裂、破碎，其内的地下水直接涌入井下。

3.2.3 采煤对二叠系裂隙地下水的影响分析

该地层沉积于山西组之上，厚度505.32～637.43m，平均569.77m。下石盒子组上部为灰白色、黄色、灰绿色砂岩和砂质泥岩组成。下部为灰色、黑灰色泥岩及砂质泥岩，浅灰色及白色砂岩组成。底部为一层灰白色中细粒石英砂岩（K8），厚度0.35～8.72m，平均2.88m，与下伏山西组分界。上石盒子组岩性为泥岩、砂质泥岩， 夹有K9、K10、K11三层中-粗粒砂岩。 K12距K11砂岩80m左右，岩性为砂质泥岩、粉砂岩，K10上下各有一层厚度约10m的铝质泥岩。K9距K8砂岩80m左右。石千峰组地层呈宽条带大面积出露于井田的中部，贯穿南北。由紫红色泥岩、砂质泥岩、细～中～粗粒砂岩组成。顶部夹2～3层似层状内碎屑泥晶灰岩（淡水灰岩），厚2.80～4.40m，平均3.35m。底部K13为紫红色、浅黄色或灰白色中粗粒石英砂岩，厚度2.15～8.00m，平均4.73m。

该地层属于开采煤系地层的直接或间接顶板，导水裂隙带波及到该地层的下部，中上部未受波及，地层的结构因层位的不同受到不同程度的破坏和影响，其下部的地下水直接泄漏于井下。本井田开采后，叠加沉陷值约5.7～14.96m，平均值约9.55m。沉陷区均出现了宽窄不等、长短不等的沉陷裂缝，地下水将沿沟通的裂隙，下渗到井下。

综上所述，本矿井地下开采造成上覆各含水层结构发生变化，上覆各含水层地下水直接或间接下渗到井下，以矿坑水的形式排泄。

3.3 煤矿开采对娘子关泉域岩溶地下水的影响分析

井田位于娘子关泉岩溶水系统西部边界附近，井田为走向北西，倾向南西的单斜构造，有第四系及上石盒子组砂岩含水层出露，是地下水的补给径流区，但由于地表高差大，地表径流条件好，不利于大气降水的入渗补给，故而补给条件差。奥陶系灰岩含水层埋藏深奥灰埋藏650～860m。井田内奥灰水位546.28m，上部煤层均低于奥灰水位，将带压开采，15下号煤最低标高140m，突水系数T＝0.084MPa/m。根据GB12719-91《矿区水文地质、工程地质勘探规范》附录G中“底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06MPa/m，正常块段不大于0.15MPa/m”的规定，该井田开采15下号煤，将存在突水的危险。因此，在开采15号煤层时可能会对娘子关泉域的径流、排泄造成影响。

4 结语

西上庄煤矿每年受开采影响的面积平均约2.0km2，占娘子关泉域汇水面积的0.028%，从年开采受影响土地面积占泉域汇水面积的比例来讲，本井田的井下开采对娘子关泉域影响轻微。但开采中必须坚持“预测预报、有疑必控、先控后掘、先治后采”的原则，在断层两侧和柱状陷落周边设立防水隔离带，避免突水事故的发生，同时加强煤炭资源开发过程中对水资源的保护，综合开发利用矿井水资源，既保证采矿事业的发展，又促进水资源的合理开发利用。