陽泉市西上莊煤礦開采對娘子關(guān)泉域地下水環(huán)境影響分析

周海威

（山西省陽泉市郊區(qū)水資源管理委員會辦公室 山西陽泉 045050）

山西省陽泉市南煤集團西上莊煤礦井田位于山西省陽泉市郊區(qū)平坦鎮(zhèn)西上莊村附近，行政區(qū)劃屬平坦鎮(zhèn)管轄。井田北西～南東走向長約10km，南西傾向?qū)捈s5km，面積約51.2km2。井田內(nèi)可采煤層共7層，初期開采3、6、8、9 號煤層， 后期開采12、15、15下號煤層，年開采量500萬t。井田處于娘子關(guān)泉域范圍內(nèi)，位于娘子關(guān)泉巖溶水系統(tǒng)水文地質(zhì)單元西部邊界附近，是奧灰水的補給徑流區(qū)，距娘子關(guān)泉域重點保護區(qū)19km。

1 娘子關(guān)泉域概況

娘子關(guān)泉位于山西省陽泉市平定縣娘子關(guān)鎮(zhèn)附近，出露于桃河與溫河匯集地段。由11個主要泉組組成，分布在自程家至葦澤關(guān)約7km長的河漫灘及階地上，出露高程360～392m。

按1956～2000年系列統(tǒng)計，泉群多年平均流量為10.68m3/s。天然狀態(tài)下，年際不穩(wěn)定系數(shù)為1.5，屬穩(wěn)定型泉水，是我國北方最大的巖溶泉水。

娘子關(guān)泉水水化學類型為SO4·HCO3—Ca·Mg型水，礦化度591.4mg/L，總硬度434.5mg/L，水溫19.2℃。

娘子關(guān)泉域分布范圍包括陽泉市的平定、盂縣、城郊，晉中市的榆次、壽陽、昔陽、和順、左權(quán)，太原市的南郊區(qū)等市（縣、區(qū)）。泉水集中出露帶保護范圍為：西自溫河下董寨以下河谷、桃河西武以下河谷，東至兩河匯流后的綿河河谷葦澤關(guān)斷層之間的泉水出露帶。桃河、溫河滲漏河段保護區(qū)范圍為：溫河河谷：自東至西由溫池—下章召—白馬莊—南莊—巨城鎮(zhèn)—下董寨，河流長度約35km；桃河河谷：自西向東由白羊墅—亂流—巖會—上盤石—下盤石—西武莊，河流長度約30km。以上重點保護區(qū)面積共86.5km2。

娘子關(guān)泉域巖溶水補給來源主要包括四部分，其一是裸露可溶巖區(qū)大氣降水入滲補給，為主要補給源；其二是桃河、溫河、松溪河巖溶河谷地表水滲漏補給；其三是太原東山巖溶水的側(cè)向徑流補給；其四是碎屑巖區(qū)地下水的越流下滲補給。

2 井田水文地質(zhì)情況

2.1 地層

井田出露和揭露的地層由老到新依次為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組和峰峰組，石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組和上統(tǒng)山西組，二疊系下統(tǒng)下石盒子組、上統(tǒng)上石盒子組和上統(tǒng)石千峰組，三疊系、第四系中、上更新統(tǒng)全新統(tǒng)。井田內(nèi)含煤地層包括上統(tǒng)太原組和上統(tǒng)山西組。

井田內(nèi)煤層分別為3～6 號、8 號、9 號、11～15號、15下號和16號煤。其中8、15號煤為可采煤層，3號、9號、15下號為大部可采煤層，6號、12號煤為局部可采煤層，其余煤層均為不可采或零星可采煤層。

2.2 水文地質(zhì)條件

本井田的主要含水層包括：奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層；太原組巖溶裂隙含水層；山西組砂巖裂隙含水層；下石盒子組砂巖裂隙含水層組；上石盒子組砂巖裂隙含水層組；第四系砂礫含水層組。各基巖含水層之間都有厚度穩(wěn)定的泥巖、砂質(zhì)泥巖，可起到隔水作用。

奧陶系石灰?guī)r是煤系地層的基底，峰峰組一段含透水性較差，可視為相對隔水層。井田處于娘子關(guān)泉域巖溶水系統(tǒng)的西部邊界附近，近于地下水滯流區(qū)，井田內(nèi)奧灰水位546.28m，上部煤層均低于奧灰水位，將帶壓開采，15下號煤最低標高140m。太原組K2石灰?guī)r是15號煤直接頂板或間接頂板，為開采15號煤的直接充水含水層，K3石灰?guī)r是13號煤直接頂板，距15號煤13.31～29.05m，處于15號煤冒落裂隙帶范圍內(nèi)，屬富水性弱的含水層，K4石灰?guī)r為11號煤直接頂板，也是開采下組煤的直接充水含水層，開采11、15號煤層時將受到一定的影響。山西組K7砂巖裂隙含水層位于8號煤之上，為6號煤間接底板，是開采6、8號煤層的直接充水含水層，開采時會受到一定影響。3號煤頂板砂巖位于3號煤之上約5m左右，局部地段為3號煤直接頂板，為3號煤直接充水含水層，開采時會受到一定影響。

2.3 地下水的補徑排條件

井田范圍內(nèi)為走向北西，傾向南西的單斜構(gòu)造，有第四系及上石盒子組砂巖含水層出露，成為地下水的補給區(qū)，大氣降水為主要補給來源，但由于地表高差大，地表徑流條件好，不利于大氣降水的入滲補給，故而補給條件差。井田位于娘子關(guān)泉巖溶水系統(tǒng)西部邊界附近，太原組及奧陶系灰?guī)r含水層埋藏深，巖溶裂隙不發(fā)育，加之地下水補給條件差，隨深度增加，富水性趨于減弱。

3 煤礦開采對娘子關(guān)泉域地下水環(huán)境影響分析

3.1 對第四系含水層地下水的影響分析

第四系上更新統(tǒng)（Q2+3）分布于溝谷兩側(cè)或山坡之上，與基巖呈不整合接觸，由淺黃色、黃色、棕黃色黏土、亞黏土、亞砂土組成，含鈣質(zhì)結(jié)核。垂直節(jié)理發(fā)育。厚度0～30m。全新統(tǒng)（Q4）分布于河床底部或沖溝底部，主要由砂、泥、黃土及卵石組成，為現(xiàn)代河床的沖積物、洪積物，厚度0～20m。本井田開采后，根據(jù)該項目的環(huán)境影響評價報告成果，其疊加沉陷值約5.7～14.96m，平均值約9.55m。沉陷區(qū)均出現(xiàn)了寬窄不等、長短不等的沉陷裂縫，裂縫寬度大多在5～25cm，長度多在60～120m，也有個別裂縫的寬度和長度處于該范圍之外。改變第四系含水層地下水的徑流方向，地下水將沿溝通的裂隙，下滲到井下。

3.2 對石炭、二疊系裂隙地下水的影響分析

3.2.1 太原組地層的結(jié)構(gòu)及地下水的影響分析

該組地層為井田內(nèi)主要含煤地層之一，厚度101.51～134.96m，平均120.33m。主要由黑色、黑灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖，灰白色、灰色砂巖及3～4層石灰?guī)r（ K2、K2上、K3、K4） 組成。 含煤 7～10層，其中可采煤層為8、9、12、15、15下號煤。 該地層為冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶直接破壞范圍，巖層結(jié)構(gòu)斷裂、破碎，其內(nèi)的地下水直接涌入井下。

3.2.2 山西組地層的結(jié)構(gòu)及地下水的影響分析

該組地層為井田內(nèi)主要含煤地層之一，厚43.13～74.43m，平均57.28m。主要由灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖、灰白色中細粒砂巖及煤組成，含不穩(wěn)定的泥灰?guī)r（疊錐灰?guī)r）1～2層。有3～5層砂巖，含煤3～6層，其中可采煤層為3、6煤層，6號煤為局部可采煤層，3號煤在井田先期開采區(qū)屬大部可采煤層。該地層為冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶直接破壞范圍，巖層結(jié)構(gòu)斷裂、破碎，其內(nèi)的地下水直接涌入井下。

3.2.3 采煤對二疊系裂隙地下水的影響分析

該地層沉積于山西組之上，厚度505.32～637.43m，平均569.77m。下石盒子組上部為灰白色、黃色、灰綠色砂巖和砂質(zhì)泥巖組成。下部為灰色、黑灰色泥巖及砂質(zhì)泥巖，淺灰色及白色砂巖組成。底部為一層灰白色中細粒石英砂巖（K8），厚度0.35～8.72m，平均2.88m，與下伏山西組分界。上石盒子組巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖， 夾有K9、K10、K11三層中-粗粒砂巖。 K12距K11砂巖80m左右，巖性為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，K10上下各有一層厚度約10m的鋁質(zhì)泥巖。K9距K8砂巖80m左右。石千峰組地層呈寬條帶大面積出露于井田的中部，貫穿南北。由紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖、細～中～粗粒砂巖組成。頂部夾2～3層似層狀內(nèi)碎屑泥晶灰?guī)r（淡水灰?guī)r），厚2.80～4.40m，平均3.35m。底部K13為紫紅色、淺黃色或灰白色中粗粒石英砂巖，厚度2.15～8.00m，平均4.73m。

該地層屬于開采煤系地層的直接或間接頂板，導(dǎo)水裂隙帶波及到該地層的下部，中上部未受波及，地層的結(jié)構(gòu)因?qū)游坏牟煌艿讲煌潭鹊钠茐暮陀绊?，其下部的地下水直接泄漏于井下。本井田開采后，疊加沉陷值約5.7～14.96m，平均值約9.55m。沉陷區(qū)均出現(xiàn)了寬窄不等、長短不等的沉陷裂縫，地下水將沿溝通的裂隙，下滲到井下。

綜上所述，本礦井地下開采造成上覆各含水層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，上覆各含水層地下水直接或間接下滲到井下，以礦坑水的形式排泄。

3.3 煤礦開采對娘子關(guān)泉域巖溶地下水的影響分析

井田位于娘子關(guān)泉巖溶水系統(tǒng)西部邊界附近，井田為走向北西，傾向南西的單斜構(gòu)造，有第四系及上石盒子組砂巖含水層出露，是地下水的補給徑流區(qū)，但由于地表高差大，地表徑流條件好，不利于大氣降水的入滲補給，故而補給條件差。奧陶系灰?guī)r含水層埋藏深奧灰埋藏650～860m。井田內(nèi)奧灰水位546.28m，上部煤層均低于奧灰水位，將帶壓開采，15下號煤最低標高140m，突水系數(shù)T＝0.084MPa/m。根據(jù)GB12719-91《礦區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)勘探規(guī)范》附錄G中“底板受構(gòu)造破壞塊段突水系數(shù)一般不大于0.06MPa/m，正常塊段不大于0.15MPa/m”的規(guī)定，該井田開采15下號煤，將存在突水的危險。因此，在開采15號煤層時可能會對娘子關(guān)泉域的徑流、排泄造成影響。

4 結(jié)語

西上莊煤礦每年受開采影響的面積平均約2.0km2，占娘子關(guān)泉域匯水面積的0.028%，從年開采受影響土地面積占泉域匯水面積的比例來講，本井田的井下開采對娘子關(guān)泉域影響輕微。但開采中必須堅持“預(yù)測預(yù)報、有疑必控、先控后掘、先治后采”的原則，在斷層兩側(cè)和柱狀陷落周邊設(shè)立防水隔離帶，避免突水事故的發(fā)生，同時加強煤炭資源開發(fā)過程中對水資源的保護，綜合開發(fā)利用礦井水資源，既保證采礦事業(yè)的發(fā)展，又促進水資源的合理開發(fā)利用。