梗阳煤矿开采对地下水环境影响评价

李 博

（山西河山科技有限公司 山西太原 030006）

梗阳煤矿开采对地下水环境影响评价

李 博

（山西河山科技有限公司 山西太原 030006）

《山西省泉域水资源保护条例》是现阶段山西省建设项目对泉域水环境影响评价工作的基础依据。以梗阳煤矿为例，针对煤矿生产过程中对上覆、下伏含水层及村庄的影响，分析煤矿开采过程中对地下水的影响，并提出相应措施，提高了煤矿开采的安全保障。

煤矿；地下水；导水裂隙带；突水

0 引言

岩溶泉水流量稳定、水质良好，是山西省城市生活及工农业生产的重要供水水源，对山西经济社会的发展起到了举足轻重的作用。近年来由于人类开采破坏和降水量减少等多种因素的影响，岩溶泉水流量持续下降、水质遭到污染，岩溶泉域水环境发生很大变化。

为进一步加强泉域水资源的管理与保护，合理开发和利用宝贵的泉水资源，山西省第十一届人民代表大会常委委员会第二十次会议2010年11月26日通过的《山西省泉域水资源保护条例》第十四条规定：“在泉域范围内新建、改建、扩建工程项目，建设单位须持有环境保护行政主管部门和主管该泉域的水行政主管部门批准的对泉域水环境影响的评价报告，发展和改革行政主管部门方可立项”。

下面以梗阳煤矿为例，根据《山西省水资源管理条例》及《山西省泉域水资源保护条例》等有关法律法规的要求，分析煤矿开采对地下水的影响。

1 梗阳煤矿简介

梗阳煤矿位于中阳县城西南，行政区划属于中阳县下枣林乡。井田面积13.75 km2，生产规模210万t/a，采用斜井开拓方式。井田主采5号和10号煤层，采用综采放顶煤发法开采，矿井设计可采储量51.418 Mt，服务年限为17.5年。矿井设计年工作天数330 d，劳动定员760人。

2 煤矿开采对上覆含水层的影响

煤矿开采影响上覆含水层的方式，主要是煤层开采后顶板发生垮落，形成导水裂隙带、冒落带，使地下水与开采煤层之间的隔水层被破坏，导致含水层水量漏失，水位下降，间接对被破坏含水层有水力联系的其他含水层产生影响，造成水量有所减少，水位缓慢下降。

根据已批复的地质报告，5号（煤层由上至下依次编号）煤层顶板是以泥岩为主，属于中顶板。采用2000年1月由国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》附录六计算冒落带和裂隙带的最大高度公式进行计算，公式如下：

上覆岩层为中硬，冒落带最大高度计算公式：

裂隙带最大高度计算公式：

公式1：HLi=100ΣM/（1.6ΣM+3.6）+5.6（m）

式中，M为煤层开采厚度。ΣM为开采煤层总厚度。

裂隙带最大高度取两式中的最大值。各煤层开采后的冒落带高度计算见表1。煤层开采后裂隙带最大高度和防水安全煤岩柱的厚度见表2。

表1 各煤层开采后的冒落带高度 单位：m

表2 煤层采后裂隙带最大高度和防水安全煤岩柱的厚度

评价根据可采煤层厚度、顶底板岩性、采煤方法及井田开拓方式，计算了本井田范围内的5、10号煤层部分钻孔开采煤层所形成的导水裂隙带，计算结果见表3及表4。

表3 5号煤层导水裂隙带高度计算表 单位：m

表4 10号煤层导水裂隙带高度计算表 单位：m

据冒落带及导水裂隙带高度计算结果叠加，加之煤层开采造成的底板扰动破坏带，均可穿透保护层厚度，并可能达到地表，大气降水及地表水可以通过煤层露头及导水裂隙带渗入井下，可能引发水害。

而且由于开采5、10号煤层产生的导水裂隙带与矿压破坏带的连通作用，10号煤层导水裂隙带最大高度大于5号、10号煤层间最小间距，可使10号煤层与上部5号煤层采空积水产生水力联系，严重时导致上部煤层采空积水涌入下部煤层中，对生产、开采造成威胁。

3 煤矿开采对下伏含水层的影响

下伏含水层是指煤层以下的含水层，主要指奥灰水含水层。若奥灰水标高大于开采煤层最低底板标高会有奥灰突水的危险，造成淹井，并危机井下工人的生命。

根据区域资料，奥陶系峰峰组含水层为弱富水性含水层，但该区内其水文地质资料较少，水位标高不确定，无法对其进行分析。上、下马家沟组含水层为强富水性含水层，为奥陶系主要含水层，本次着重研究其对煤层开采的影响，推测井田内上、下马家沟组奥灰水位标高842.0～847.0 m之间。奥陶系中统峰峰组和上、下马家沟组石灰岩溶裂隙含水层组均在煤系地层底部：其中峰峰组富水性弱，上、下马家沟组富水性强。井田内推测中奥陶统上马家沟组含水层的水位标高在842.0～847.0 m之间，与井田西南部5、10号煤层最低底板标高处600 m、540 m对应的奥灰水水位标高为845.0 m左右，奥灰水水位高于井田西南部5、10号煤层最低底板标高，故井田内5号煤层在西南部、10号煤层在西部均为局部带压开采煤层。

下面计算5、10号煤层奥灰水最大突水系数值，分析、评价其奥灰水突水危险性，计算公式为：

式中：T——奥灰水突水系数，MPa/m；

P——隔水层底板所能承受的静水压力，MPa；

M——底板隔水层厚度，m（取邻近钻孔中的平均数据）；

H1——煤层最低底板标高，m；

H0——奥灰岩溶水对应的水位标高，m。

根据《煤矿防治水规定》，底板受构造破坏块段临界突水系数为0.06 MPa/m，正常块段临界突水系数为0.10 MPa/m。本井田5、10号煤层带压区均属完整块段，故临界突水系数以0.1 MPa/m界。井田内5、10号煤层带压分区标准为：T≤0.029 MPa/m为Ⅰ区，0.029 MPa/m＜T≤0.072 MPa/m为Ⅱ区。

5、10号煤层奥灰水突水系数计算结果及带压分区详见表5。

表5 5、10号煤层奥灰水突水系数计算及带压分区表

根据表5计算结果，5、10号煤层奥灰水最大突水系数值分别为0.0290 MPa/m、0.0712 MPa/m；其中5号煤层奥灰水最大突水系数值为0.0290 MPa/m，5号煤层井田西南部奥灰水带压区划分为Ⅰ区，小于完整块段临界突水系数值0.1 MPa/m，其奥灰水突水危险性相对小，对矿井今后开采井田西南部的5号煤层影响不大；10号煤层奥灰水最大突水系数值 0.071 2 MPa/m，小于完整块段临界突水系数值0.10MPa/m，故将10号煤层在井田西部奥灰水突水系数值小于、等于0.029 MPa/m的带压区划分为Ⅰ区，其奥灰水突水危险性相对小，将奥灰水突水系数值小于、等于0.0712 MPa/m，而大于0.029 MPa/m带压区划分Ⅱ区，其奥灰水突水危险性大，对矿井今后开采井田西南部的10号煤层影响严重。梗阳煤矿煤层奥灰带压开采区分布图见图1。

图1 梗阳煤矿煤层奥灰带压开采区分布图

需要特别说明的是，根据区域资料，奥陶系峰峰组含水层富水性弱，但其水位标高不确定，不排除存在5、10号煤层奥陶系峰峰组奥灰水带压开采现象，如该现象存在则会影响井田内5、10号煤层正常开采，如遇导水构造，可补给矿坑水，增大矿井涌水量，另外不排除局部灰岩裂隙发育，存在局部富水性强的区域，严重时可造成突水水害。

4 煤矿开采对井田居民的影响

井田内有高家岭、姚子焉、刘家焉、罗家焉、寺焉、刘家塌、堡则塔、树则林，共8个村庄。截止到2012年底，该公司首采区内罗家焉、寺焉、高家岭三个村庄已全部搬迁。姚子焉、刘家焉两村庄已全部搬迁。刘家塌部分搬迁。刘家塌未搬迁部分以及树则岭、堡则塌两村庄，计划于2016年底前全部搬迁完毕。

在井田外扩500 m范围内，仍有青阳坪、吴家峁、糖卜咀、王家咀、墕村、上枣林、宫道山、王家岭、上马家坡，共9个村庄，在井田的影响范围内。

井田影响范围内村庄居民饮水水源均为旱井，每户均自建旱井储蓄大气降水供生活使用。根据评价范围内导水裂隙带发育高度分析，本项目开采5号、10号煤层，导水裂隙带和沉陷裂隙叠加沟通地下含水层，部分可能会沟通地表，使旱井水量减少甚至干涸，影响村民饮水，将由梗阳煤矿考虑供水预案。

但考虑采矿本身的特点，采矿后地表沉陷可能对供水管道供水工程造成破坏，进而影响村民供水，故在生产中应加强对地表沉陷的长期观测和监测，如果发现地表沉陷或水管受损，应及时采取措施进行恢复，以保障当地居民供水。

业主单位应制定井田影响范围内村庄供水预案，一旦因矿井开采造成村民用水困难，则由矿方负责解决。具体供水预案为：青阳坪、姚家墕、刘家墕、高家岭、官道山、树则岭、上枣林、上马家坡、寺墕、罗家墕、王家岭、王家咀、糖卜咀、墕村14个村庄，各村修建水池，本矿深井水采用罐车将水运至各村水池；吴家峁、刘家塌、堡则塌3个村庄修建供水池，并铺设管道将本矿深井水引至供水池。

5 结论

以梗阳煤矿为例，根据国家和行业规范，从项目区地质和水文地质条件、泉域水动力特征以及水力联系特点角度出发，分析研究煤矿开采对地下水环境造成的影响，进而提出水环境保护措施，为项目的合理运行和科学管理提供依据，确保采煤对地下水水环境的影响降到最低。

Assessment on the Impact of Extracting the Gengyang Coal Mine on the Groundwater Environment

LI Bo

The Shanxi Province water resources protection regulations on the spring-feeding area are the basis to assess the impact of the Shanxi Province construction project on the water environment of the spring-feeding area at present stage.Taking the Gengyang Coal Mine as an example，and in view of the impact in the coalmine-extracting process on the overlying&underlying aquifer and villages around the coal mine，the paper analyzes the impact on the groundwater in the process of coal mining and puts forward the corresponding measures to improve the safety production of coal mining.

coal mine；groundwater；diversion fissure zone；water inrush

P641

B

1006-8139（2017）02-051-03

2017-03-09

2017-03-22

李 博（1989-），女，2012年毕业于太原理工大学水利水电工程专业，助理工程师。