王家峪煤礦開采對地下水的影響分析

劉 虎 周林康

(太原碧藍(lán)水利工程設(shè)計有限公司，山西太原 030024)

山西省作為我國重要的煤炭能源基地，其大規(guī)模的煤炭開采不可避免地對山西的地下水含水層產(chǎn)生極大的擾動，嚴(yán)重破壞地下水的賦存條件，使區(qū)域水資源的供需矛盾更為尖銳，對社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深刻而廣泛的影響［1］。為了準(zhǔn)確評價煤礦開采對地下水的影響，筆者在分析王家峪煤礦地質(zhì)及水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，探討了采煤對煤層上覆含水層和下伏含水層的影響。

1 煤礦概況

王家峪煤礦位于山西武鄉(xiāng)縣城東南部王家峪村北，井田西北方向直線距離武鄉(xiāng)縣城32 km，行政區(qū)劃屬武鄉(xiāng)縣韓北鄉(xiāng)管轄。地理坐標(biāo)為東經(jīng):113°04'13″～113°05'39″，北緯:36°43'57″～36°45'13″。井田呈不規(guī)則的多邊形，東西寬2.629 km，南北長6.035 km，井田面積 11.991 7 km2。王家峪煤礦生產(chǎn)規(guī)模 120萬 t/年，批采2號～15號煤層，開采標(biāo)高為945 m～440 m，服務(wù)年限23.2年，設(shè)計可采儲量為38.955 Mt，采用斜井—立井綜合開拓方案，煤層間開采順序為上行開采。

2 井田地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1 地質(zhì)

井田內(nèi)大部分為第四系所覆蓋，僅井田西部有上石盒子組基巖零星出露，地層由老至新分別是奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組(O2s)、奧陶系中統(tǒng)峰峰組(O2f)、石炭系中統(tǒng)本溪組(C2b)、石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)、石炭系上統(tǒng)山西組(C3s)、二疊系下統(tǒng)下石盒子組(P1x)、二疊系上統(tǒng)上石盒子組(P2s)、第四系(Q)。本井田含煤地層為山西組和太原組，其中山西組含煤5層，由上而下為1號、2 號、3號、3下號、4 號，2 號、3號煤層，煤層總厚1.97 m;太原組含煤9層，由上而下分別為6號、7號、8號、9號、11號、12號、13號、14號、15號，煤層總厚7.5 m。受區(qū)域構(gòu)造影響，本井田總體為一走向北東、向北西傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角2°～11°。井田西北部地層稍陡，傾角9°～11°左右，東南部較平緩，傾角2°～6°左右。

2.2 水文地質(zhì)

井田內(nèi)地下水含水層包括中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，石炭系上統(tǒng)太原組石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，石炭系上統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層，二疊系上下石盒子組砂巖裂隙含水層，基巖風(fēng)化裂隙含水層和第四系松散巖類孔隙含水層6個含水層組。中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，為該井田的主要含水層之一，巖性為石灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r和角礫質(zhì)灰?guī)r，結(jié)構(gòu)致密、性脆，局部節(jié)理發(fā)育，奧灰水位為658 m～661 m，水質(zhì)類型SO4·HCO－3-Ca·Mg型水。石炭系上統(tǒng)太原組石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，該組含3層穩(wěn)定的石灰?guī)r(K2，K3，K4)，平均厚度分別為6.39 m，2.95 m 和3.68 m，埋藏較淺，局部裂隙巖溶發(fā)育。石炭系上統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層，該組含有數(shù)層厚度不等的中粗粒砂巖，砂巖局部裂隙發(fā)育。二疊系上下石盒子組砂巖裂隙含水層，上下石盒子組含有多層中粗粒砂巖，裂隙大但都不發(fā)育，該含水層富水性較弱?；鶐r風(fēng)化裂隙含水層，受基巖巖性和地形地貌影響，富水性隨風(fēng)化裂隙的發(fā)育程度而異，局部風(fēng)化裂隙發(fā)育，富水性較強(qiáng)。第四系松散巖類孔隙含水層，第四系沖積層主要由粗砂、礫石組成，主要分布在現(xiàn)代河床附近，由于地表水流的入滲，局部含水量較大。

井田本溪組厚度10.86 m ～31.06 m，平均22.18 m，巖性主要由泥巖、砂質(zhì)泥巖、鋁質(zhì)泥巖等泥巖組成，巖質(zhì)致密，隔水性好，是阻斷奧灰水與煤系地層水力聯(lián)系的重要隔水層。山西組、太原組砂巖、灰?guī)r含水層之間分布有厚度不等的泥巖、砂質(zhì)泥巖，一般不透水，可起到良好的層間隔水作用。

3 采煤對地下水的影響分析

煤礦開采對地下水的影響主要有三種:1)煤礦生產(chǎn)建設(shè)期，開鑿井筒、開掘巷道直接破壞含水層，疏干淺層地下水;2)煤礦開采對上覆含水層的破壞，使上覆含水層的地下水下滲到井下，形成礦井涌水;3)煤礦開采對下伏含水層的破壞，使下伏含水層的承壓水突破隔水底板進(jìn)入采空區(qū)，形成底板突水［2］。本文主要分析煤礦開采對上覆含水層和下伏含水層的影響。

3.1 采煤對上覆含水層的影響分析

在自然賦存條件下，煤層與上覆含水層之間都有隔水層，彼此無直接的水力聯(lián)系。在煤礦開采的影響下，隨著采空區(qū)煤層頂板的垮落，使得煤層上覆各含水層之間形成的導(dǎo)水裂隙帶使各含水層之間發(fā)生水力聯(lián)系，上覆含水層水進(jìn)入采掘空間最重要的導(dǎo)水通道是煤層開采造成的導(dǎo)水裂縫帶。因此，導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度是評價煤層開采對上覆含水層影響的主要技術(shù)參數(shù)。依據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》［3］，計算出2號煤導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度為20.95 m～32.36 m，平均高度為26.49 m。開采井田南部510孔附近2號煤層導(dǎo)水裂縫帶可能會導(dǎo)通地表;3號煤層導(dǎo)水裂縫帶高度為22.65 m～43.94 m，平均高度為28.52 m，導(dǎo)水裂縫帶高度距離地面最小距離為7.10 m，3號煤層上距2號煤層約12.42 m，正常情況下，導(dǎo)水裂縫帶會導(dǎo)通2號煤層。15號煤層導(dǎo)水裂縫帶高度為37.93 m～51.23 m，平均高度為45.40 m，導(dǎo)水裂縫帶高度距離地面最小距離124.17 m，15號煤層上距3號煤層約119.60 m，正常情況下，導(dǎo)水裂縫帶不會導(dǎo)通3號煤層，會導(dǎo)通太原組3層石灰?guī)r巖溶裂隙水。

3.2 采煤對下伏含水層的影響分析

煤礦開采對下伏含水層的影響分兩種:當(dāng)煤層底板標(biāo)高高于下伏巖溶含水層時，煤礦開采可能會對煤層底板產(chǎn)生一定的擾動，從而對下伏巖溶水造成影響;當(dāng)煤層底板標(biāo)高低于下伏巖溶含水層時，采煤區(qū)成為帶壓開采區(qū)，當(dāng)煤層底板隔水層厚度較小時，就會形成礦井突水事故。根據(jù)收集的王家峪煤礦鉆孔資料表明，2號煤層底板標(biāo)高644.14 m ～921.00 m，3號煤層底板標(biāo)高633.72 m ～934.75 m，15 號煤層底板標(biāo)高 513.54 m ～812.51 m，井田內(nèi)奧灰?guī)r溶水水位在658 m～661 m之間。2號、3號煤層除井田西部小范圍略低于奧灰?guī)r溶水位之外，其他地段均位于奧灰?guī)r溶水位之上;15號煤層井田西部及西北部會出現(xiàn)一定范圍的帶壓區(qū)，對礦井開采造成影響。在帶壓開采區(qū)范圍內(nèi)，須采取一定防范措施，嚴(yán)防奧灰?guī)r溶水突水淹沒礦井，并嚴(yán)禁采取降壓排水的采煤方法。

4 結(jié)語

通過對王家峪煤礦對地下含水層的影響分析，采煤破壞了井田內(nèi)各含水層之間的良好的隔水層，改變了各含水層之間的水力聯(lián)系。煤礦開采對上覆含水層影響，當(dāng)導(dǎo)水裂縫帶到達(dá)地表，就會使地表水下滲到井下，破壞地表水體;當(dāng)導(dǎo)水裂縫未到達(dá)地表時，就會改變被破壞含水層的徑流條件，形成礦坑排水使得地下水資源白白損失。煤礦開采對下伏含水層影響，煤礦開采后含水層的實際厚度減少，采動形成的貫通裂縫增加了承壓水的貫通，從而形成底板突水，破壞下伏含水層?？傊旱V的開采活動破壞了井田內(nèi)地下水的賦存條件，改變了地下水的天然補(bǔ)、徑、排條件，影響了區(qū)域地下水系統(tǒng)的循環(huán)。

［1］牛仁亮.山西省煤炭開采對水資源的破壞影響及評價［M］.北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

［2］曾慶銘.煤炭開采對地下水資源的破壞機(jī)理和保護(hù)對策研究［D］.青島:山東科技大學(xué)，2010.

［3］國家煤炭工業(yè)局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2000.