地下水受煤炭开采的影响及其储存利用技术

卢国群

摘 要：对于现阶段煤炭开采对地下水的影响和矿井水外排蒸发损失等等问题，采用物探和钻探观测、模型实验和树脂模拟等手段，揭示煤炭开采的地下水运移规律，水量补给达到平衡，水位基本保持不变，基岩裂隙水是现阶段矿井涌水的主要来源。在掌握现阶段煤炭开采对地下水影响规律的基础之上，研发了以超大工作面采取空区冒落岩体空隙为储水空间，通过建设煤柱和人工挡水坝体，构筑煤矿地下水库，实现地下水井下存储利用。

关键词：煤炭开采；基岩裂缝水；煤矿地下水库；矿井水利用

引言

煤炭是我国的主体能源只有，占据了我国第一能源生产消费的绝大部分，在未来很长的时间内，煤炭作为主体能源的地位不会动摇。西部是我国煤炭的生产的主要地区，根据我国的工程院课题的研究成果，西部能源“金三角”已经成为了我国煤炭主要的生产开发区域。其探明煤炭储量和产量占据了全国的三分之二，其核心区域煤炭储量占全国的27%，所以我国西部将成为煤炭的主要生产基地，我国属于严重缺水的国家，人均水资源占有量占世界人均水量的四分之一，针对水资源的保护利用，提出了多相保水开采方法与技术，实现了煤炭开采与水资源保护协调，保障了矿区的可持续发展。

1 矿区水资源消耗和地下水存储状况

随着矿区的不断开发，用水量逐年递增，其生活用水量也不断的上升，并且矿区的水资源严重的缺乏，降水量非常的少，并且蒸发量非常的大，煤炭高强度的开采不可避免地对地表水流河系和地下水造成影响，地面水源地水量下降，地下水水位逐年下降，供水日趋紧张。因此水资源短缺成为了制约矿区开发的瓶颈。

矿区具有浅埋深，薄基岩和中厚煤层的特征，构造简单，开采的条件很好，其中心矿区煤层平均埋深100-200mm。通过相关的研究表明，全区地下水可以分为近地表土壤水，第四系松散层孔隙水和基岩裂缝水，其中近地表土壤水对地表生态影响比较的大，主要通过大气补给维持平衡，第四系松散层孔隙水是传统保水开采研究的主要对象，富水性强，同样也是依靠大气补给。基岩裂缝水具有富水性较弱，多层分布和总厚度大的特征，利用难度非常的大。

矿区煤层厚度一般为五米以上，并且根据相关的研究，导水裂隙高度一般为采高的二十五倍，其导水裂隙带高度一般为一百米以上，必然导通第四系松散层孔隙含水层，地下水通过裂隙进入采煤工作面区域形成矿井水。但是传统的保水开采方法，如充填开采难以满足采煤的生产效率，限高开采损伤大量的煤炭字眼，所以必须要将传统的保水理念转变为保护地下水量的保水理念，不仅能够保证高效的煤炭开采，还能够实现水资源的保护利用。

2 现代煤炭开采对地下水影响

针对传统的保水方法在矿区难以起到实质性的作用，并且通过多方面的研究分析，通过利用物探技术，水文观测孔观测和物理模型试验等方法，对大规模高强度的现代煤炭开采条件下的3类水运移规律进行相关的研究，并且建立思维高精度多属性数据采集系统，集成了点发和地震雷达等地球物理勘探手段，利用全区的水文观测孔持续观测数据，通过实验室物理模型和数值模拟实验，对采前、采中、采后的几个阶段地下水运移规律进行研究，解释现代煤炭开采地下水运移的影响规律，研究表明：

通过水文观测孔数据分析，可以得到采后地下水位逐渐稳定，第四系松散含水层水量损失百分之二十五之后达到平衡；现阶段矿区矿井涌水的主要来源为基岩裂隙水；煤炭开采对地表土壤水影响体现为地表裂缝的影响。沉降区动态裂缝对土壤含水量影响范围50-75cm。周期17-19d；边缘裂缝对土壤含水量影响范围100-125cm，周期45-50d，表明煤矿开采地表土壤水影响程度在经过一段时间内，由于天气补给自然恢复，不会对地表生态产生长期影响。

3 煤矿井下水储存利用

为了保护利用地下水资源，矿区在相关的研究方向上，通过超大工作面的开采技术，优化开采工艺，最大限度减少煤炭开采对地下水的影响，以采空区为储水空间，实施保安煤柱防渗加固和人工挡水坝工程，开发了以超大工作面采空区为储水空间的煤矿地下水库技术，通过应用这项技术，解决了井下涌水紧张，充分利用采空区自然净化功能，实施了矿井水入库前处理和出库后的井下模块化水处理，井下储水经过3级处理后的井下模块化水处理，井下储水经过3级处理够能够满足生产的需求。节约了大量的水资源。为解决矿区生活用水问题，很多的矿区生活用水都是来自于煤矿地下水库，保证了矿区的可持续发展。裂隙水是涌水量的主要来源，为地下水库建设提供了持续的水源保障。在煤矿地下水库成功运行的基础之上，攻克了井下同一煤层，不同煤层水体调度和地下水库库底坝体安全的技术难题，现阶段，通过对地下水库的建设，有效的保证了矿区人员的生活用水，同时供应了地面生产生态用水。

结束语

在保障煤炭高采出率条件下，实现地下水资源的保护利用，是西部生态脆弱区现代化矿区建设面临的重大难题之一。矿区在一系列研究基础上，采用现代科学研究方案和现场观测等手段，首次揭示了现代煤炭开采对地下水运移的影响规律，即第四系松散层孔隙含水层水位在下降百分之二十五左右之后达到平衡；基巖裂隙水是现阶段矿井涌水的主要来源，现代煤炭开采对地表土壤水影响不打，应用这个规律，攻克了一系列技术难题，建设了若干煤矿地下水库，保护了地下水资源，同时利用自然净化和人工辅助的水净化措施，保障了井下生产涌水；提供矿区百分之九十五以上用水；进一步攻克了同层和不同层库间连贯以及水库安全难题，实现井下立体空间内不同地下水库安全难题，实现井下立体空间内不同地下水库的贷通，建设了首座煤矿分布式地下水库工程，提升了地下储水技术，煤矿地下水库以及分布式地下水库技术的成功实施，将传统的保水位理念转变为保水量的保水开采理念，开辟了新的保水开采技术思路，将为我国西部地区特别是能源金三角煤炭现代开采水资源保护提供借鉴参考。

参考文献

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