選煤廠采煤項(xiàng)目對(duì)地下水環(huán)境的影響預(yù)測(cè)

張冠中

（山西立晟水資源科技有限公司，山西 太原 030000）

1 項(xiàng)目概況

柳林縣浩博煤焦有限責(zé)任公司200 萬(wàn)t/a 選煤廠采煤項(xiàng)目是與浩博煤焦有限責(zé)任公司60 萬(wàn)噸搗鼓焦化廠配套的項(xiàng)目，該選煤廠采煤項(xiàng)目于2007年8月開(kāi)工建設(shè)，2008年10月選煤廠與焦化廠同時(shí)建成并投入生產(chǎn)，由于受煤炭市場(chǎng)、焦化產(chǎn)業(yè)政策以及其他因素影響，本項(xiàng)目于2018年2月暫時(shí)停產(chǎn)。2020年柳林縣浩博煤焦有限責(zé)任公司根據(jù)煤炭產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展形勢(shì)和集團(tuán)生產(chǎn)發(fā)展需要，決定重新啟動(dòng)選煤廠采煤項(xiàng)目。該選煤廠采煤項(xiàng)目廠址位于柳林縣金家莊鄉(xiāng)下嵋芝村，距離柳林縣城約11 km。其場(chǎng)地平均標(biāo)高945 m。處在柳林泉域的其他保護(hù)區(qū)，距柳林泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)直線距離10 km。

選煤廠采煤項(xiàng)目實(shí)施后對(duì)項(xiàng)目區(qū)地下水環(huán)境存在較大影響，其露天開(kāi)采及所產(chǎn)生的廢煤渣及洗煤廢水包含重金屬及絮凝劑等藥物殘留，若不妥善處理，也將對(duì)環(huán)境及區(qū)域地下水產(chǎn)生危害，為此必須進(jìn)行選煤廠采煤項(xiàng)目進(jìn)行地下水環(huán)境影響分析。

2 含水層條件及特征

該選煤廠采煤項(xiàng)目的實(shí)施主要影響第四系松散孔隙含水層，溝谷中局部出露上第三系、二疊系石盒子組及山西組地層，奧陶系巖溶含水層。

（2）溝谷中局部出露上第三系、二疊系石盒子組、山西組及上統(tǒng)太原組地層：底部為灰白、淺紅色礫巖，礫石成分為片麻巖、石英砂巖、石灰?guī)r組成，礫徑5 cm～10 cm，鈣質(zhì)膠結(jié)，上部為紫紅色及棕紅色粘土及砂質(zhì)粘土，夾薄礫石層及鈣質(zhì)結(jié)核，厚0～103 m。與下伏地層不整合接觸。二疊系（P）石盒子組（P1x）厚60.11 m～150.04 m，以K5 砂巖與山西組整合接觸，由灰- 灰綠色砂巖、灰色泥巖及煤線組成，底部含煤線數(shù)層，上段為灰綠色中厚層狀砂巖，夾砂質(zhì)泥巖及炭質(zhì)泥巖。

二疊系（P）山西組（P1s）為主要含煤地層，厚35 m～88 m。底部為K3 砂巖與太原組整合接觸，由灰色粉砂巖、砂巖和深灰色- 灰黑色泥漿、砂質(zhì)泥巖及煤層組成。含煤3～9 層，自上而下編號(hào)為01、02、03、1、2、4、5（4+5）、5 下，其中的4#煤層厚度較大，發(fā)育穩(wěn)定，煤質(zhì)好，是本區(qū)內(nèi)的主要可采煤層。上統(tǒng)太原組為主要含煤地層，厚65 m～107 m。由海陸交互相沉積地層組成，巖性為灰、灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、灰?guī)r及煤層，以K1 砂巖與下伏本溪組整合接觸。含灰?guī)r5～6 層，煤層5～7層，可采煤層2～4 層，是主要含煤地層之一。其中賦存有6 上#、6#、7#、7 下#、8#、9#、10#、11#八層煤，其中8#～9#煤層穩(wěn)定可采。

3 對(duì)地下水環(huán)境的影響分析

3.1 對(duì)上伏含水層的影響

該選煤廠采煤項(xiàng)目的實(shí)施會(huì)改變項(xiàng)目區(qū)上伏含水層地下水水位線分布態(tài)勢(shì)，導(dǎo)致地下水流場(chǎng)重新整合，甚至導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)水位線斷裂缺失，并圍繞生產(chǎn)區(qū)形成降水漏斗。柳林縣浩博煤焦有限責(zé)任公司200 萬(wàn)t/a 選煤廠采煤項(xiàng)目露天開(kāi)采及廢煤渣、洗煤廢水對(duì)地下水疏干半徑的影響根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式［1]計(jì)算：

式中：R 為露天開(kāi)采及廢煤渣、洗煤廢水對(duì)地下水的影響半徑，m；S 為地下水疏干水位降深，m；H 為含水層厚度，m；K 為滲透系數(shù)，m/d。

選煤廠采煤項(xiàng)目上述參數(shù)取值見(jiàn)表1。

表1 選煤廠采煤項(xiàng)目對(duì)上伏含水層影響的參數(shù)取值

根據(jù)地勘資料，選煤廠采煤項(xiàng)目區(qū)上伏含水層主要為全新統(tǒng)沖洪積層，僅在王家溝、李家溝和魏家寨有少量分布，分布范圍小其連續(xù)性較差，選煤廠采煤項(xiàng)目實(shí)施后王家溝、李家溝均在影響范圍內(nèi)，第四系含水層全部遭破壞，而魏家寨在開(kāi)采剝離區(qū)以外，選煤廠采煤項(xiàng)目實(shí)施不會(huì)對(duì)其含水層造成直接影響。

根據(jù)式（1）對(duì)選煤廠采煤項(xiàng)目實(shí)施后露天開(kāi)采及廢煤渣、洗煤廢水對(duì)地下水影響半徑的分析可以看出，因項(xiàng)目實(shí)施污染第四系含水層將使開(kāi)采區(qū)域邊界外擴(kuò)344.8 m，在該范圍內(nèi)影響第四系松散孔隙含水層地下水位，且根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施情況及相關(guān)設(shè)計(jì)資料可以預(yù)測(cè)，隨著第四系含水層全部剝離和破壞，必將導(dǎo)致礦田和周邊區(qū)域淺層含水層流場(chǎng)的變化與重新分布，地下水流將向礦坑匯集［2]。

3.2 對(duì)煤系含水層的影響

露天開(kāi)采導(dǎo)致開(kāi)采區(qū)可開(kāi)采煤層頂板土巖剝離，破壞對(duì)應(yīng)含水層，并在溝谷中局部出露上第三系、二疊系石盒子組和山西組地層含水層形成圍繞采場(chǎng)區(qū)的降落漏斗，選煤廠采煤項(xiàng)目對(duì)煤系含水層影響的參數(shù)值具體見(jiàn)表2，根據(jù)參數(shù)取值情況，石盒子組、山西組、上統(tǒng)太原組含水層富水性較差，露天開(kāi)采及廢煤渣、洗煤廢水對(duì)地下水影響半徑為135.53 m、48.02 m、113.13 m，影響半徑較小。

表2 選煤廠采煤項(xiàng)目對(duì)煤系含水層影響的參數(shù)值

3.3 對(duì)下伏含水層的影響

根據(jù)地勘資料，下伏奧陶系巖溶含水層上煤層最大突水系數(shù)取0.04 MPa/m，帶壓面積34.23 km2，煤層突水系數(shù)均值0.05 MPa/m，最大值0.065 MPa/m，帶壓面積48.85 km2。根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，構(gòu)造破壞塊段突水系數(shù)應(yīng)不超出0.06 MPa/m，正常塊段應(yīng)不超出0.10 MPa/m。突水系數(shù)＜0.06 MPa/m 為帶壓開(kāi)采安全區(qū)域，突水系數(shù)≥0.06 MPa/m為構(gòu)造破壞快段帶壓開(kāi)采危險(xiǎn)區(qū)，突水系數(shù)＞0.10 MPa/m 為帶壓開(kāi)采危險(xiǎn)區(qū)［3]。

根據(jù)以上規(guī)定可以判定，本開(kāi)采區(qū)域下伏奧陶系巖溶含水層上煤層屬于帶壓開(kāi)采安全區(qū)域，不存在帶壓開(kāi)采危險(xiǎn)，但煤層開(kāi)采的左下角存在面積4.12 km2的帶壓開(kāi)采危險(xiǎn)區(qū)域，考慮到區(qū)域內(nèi)可能有未探明情況的導(dǎo)水?dāng)鄬?，故?yīng)按照“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、先探后掘、先治后采”的原則進(jìn)行底板加固，不得采取疏水降壓措施，以防止開(kāi)采過(guò)程對(duì)奧灰水可能產(chǎn)生的不利影響。

4 結(jié)論及建議

經(jīng)過(guò)本文的分析可以預(yù)測(cè)，柳林縣浩博煤焦有限責(zé)任公司200 萬(wàn)t/a 選煤廠采煤項(xiàng)目的實(shí)施主要影響上伏含水層（第四系松散孔隙含水層），煤系含水層（溝谷中局部出露上第三系、二疊系石盒子組及山西組地層）及下伏含水層（奧陶系巖溶含水層）。經(jīng)過(guò)分析論證，對(duì)上伏含水層地下水影響半徑為344.8 m，影響較大；對(duì)溝谷中局部出露上第三系、二疊系石盒子組、山西組和上統(tǒng)太原組煤系含水層地下水影響半徑分別為135.53 m、48.02 m、113.13 m，影響較小。下伏奧陶系巖溶含水層煤層區(qū)存在帶壓開(kāi)采危險(xiǎn)區(qū)，必須加固處理。

為減少和控制選煤廠采煤項(xiàng)目實(shí)施后所產(chǎn)生的廢煤渣及洗煤廢水包含重金屬及絮凝劑等藥物殘留對(duì)區(qū)域地下水的不利影響，柳林縣浩博煤焦有限責(zé)任公司200 萬(wàn)t/a 選煤廠采煤項(xiàng)目應(yīng)采用“濃縮—壓濾”處理煤泥水，設(shè)備處理能力滿(mǎn)足要求，煤泥水能做到一級(jí)閉路循環(huán)。同時(shí)備有足量的事故水池，保證選煤廠在任何情況下煤泥水均實(shí)現(xiàn)一級(jí)閉路循環(huán)，不外排；通過(guò)先進(jìn)成熟生產(chǎn)工藝的應(yīng)用，將生產(chǎn)廢水經(jīng)浮選、濃縮和壓濾處理后循環(huán)復(fù)用，不外排；生活污水經(jīng)地埋式污水處理設(shè)施處理后利用。為防止廢水下滲對(duì)地下水污染，各類(lèi)水池及其重要敏感地段均采用混凝土硬化地面，按相關(guān)防滲標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，做到嚴(yán)格防滲，確保污水不下滲，不對(duì)地下水造成污染。