礦山開采對(duì)鵬山水源地影響分析

高峰，于德杰，張憲堯，董強(qiáng)

(1.山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，山東 濟(jì)南 250014；2.萊蕪市國(guó)土資源局，山東 萊蕪 271100)

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環(huán)境地質(zhì)

礦山開采對(duì)鵬山水源地影響分析

高峰1，于德杰1，張憲堯2，董強(qiáng)1

(1.山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，山東 濟(jì)南 250014；2.萊蕪市國(guó)土資源局，山東 萊蕪 271100)

鵬山水源地開采松散巖類孔隙水和裂隙巖溶水，是萊蕪市重要的飲用水水源地，潘西煤礦擴(kuò)界開采可能對(duì)其造成影響。該文從水源地地下水的補(bǔ)徑排條件、水文地質(zhì)邊界等多方面考慮，根據(jù)地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)結(jié)果，得出水源地和擴(kuò)采區(qū)處于不同的水文地質(zhì)單元、地貌單元，認(rèn)為潘西煤礦擴(kuò)界開采對(duì)水源地影響較小。

擴(kuò)界開采；流場(chǎng)；水質(zhì)；水文地質(zhì)單元；鵬山水源地；萊蕪萊城

0 引言

鵬山水源地位于萊城區(qū)辛莊鎮(zhèn)西部盤龍河與辛莊河交匯處的河谷地帶，設(shè)計(jì)供水量1800萬(wàn)m3/年，實(shí)際供水量1865.8萬(wàn)m3/年，其中城市綜合生活供水量505萬(wàn)m3，供水人口7.9萬(wàn)人。1981年開始開采孔隙水向萊蕪市城區(qū)供水，1996年進(jìn)行孔隙水與巖溶水共同開采。萊蕪市萬(wàn)祥礦業(yè)有限公司潘西煤礦屬于國(guó)有企業(yè)，目前已開采50多年，隨著開采時(shí)間的增加，煤礦出現(xiàn)儲(chǔ)量不足的現(xiàn)象。2015年潘西煤礦申請(qǐng)擴(kuò)界，擴(kuò)界面積約9.53km2(圖1)。擴(kuò)采區(qū)內(nèi)含煤地層(包括山西組、太原組、本溪組)，其中可采煤層4層(第3，4，7，19層)，可采煤層平均總厚度4.91m，可采系數(shù)58.1%[2]，擴(kuò)界后開采水平-1100m，-1300m。

萊蕪市礦山眾多，礦山開采對(duì)水源地的影響較為嚴(yán)重。以葉馬曹水源地為例，鐵礦排水造成奧陶紀(jì)碳酸鹽巖裂隙巖溶水水位大幅下降，形成降落漏斗，水位標(biāo)高120m的漏斗面積27.5km2，中心水位埋深130m，嚴(yán)重影響了葉馬曹水源地的水資源開發(fā)[3]。該文從水源地地下水的補(bǔ)徑排條件、水文地質(zhì)邊界等多方面考慮，分析研究潘西煤礦擴(kuò)界開采對(duì)鵬山水源地影響，為礦山開采與水資源開發(fā)利用提供依據(jù)。

圖1 水源地與礦山擴(kuò)界區(qū)位置圖

1 水源地簡(jiǎn)介

1.1 含水巖組分布及其賦水性特征

水源地含水巖組主要有松散巖類孔隙含水巖組和碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組2種類型*萊蕪市萬(wàn)祥礦業(yè)有限公司,李傳生、劉志文、王振濤等，潘西煤礦擴(kuò)界開采工程水資源影響評(píng)價(jià)專題報(bào)告,2015年。。

松散巖類孔隙含水巖組由河流沖洪積作用形成，厚度一般10～30m，近河地帶厚度大，河谷邊緣地帶厚度小；含水層為沿盤龍河和辛莊河兩側(cè)分布的粗砂夾礫石層，厚度一般在5～15m之間，近河地帶易補(bǔ)給、富水性強(qiáng)，單井涌水量1000～3000m3/d，河谷邊緣地帶小于500m3/d。孔隙水水化學(xué)類型以HCO3-Ca型為主，礦化度0.4～0.7g/L。碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組隱伏于松散巖層之下，巖性為中奧陶系的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，裂隙、巖溶發(fā)育深度一般在300m以淺，富水性強(qiáng)，單井涌水量多在1000～5000m3/d之間；巖溶水水化學(xué)類型以HCO3·SO4-Ca·Mg型為主，礦化度0.4～0.7g/L。

1.2 地下水的補(bǔ)徑排條件及動(dòng)態(tài)特征

水源地孔隙水的補(bǔ)給來(lái)源主要為降水入滲、河水滲漏及上游地下水的側(cè)向徑流，總體流向與河水流向基本一致，以補(bǔ)給河流、越流補(bǔ)給巖溶水及蒸發(fā)的方式排泄。水位埋深一般2～10m，年變幅3～5m，多年變幅6～12m。

巖溶水的補(bǔ)給來(lái)源主要為上游地下水的側(cè)向徑流和孔隙水越流，部分地段還可接受河水的滲漏補(bǔ)給；流向受地層分布和構(gòu)造條件的制約，總體流向由東往西，目前主要以人工開采的方式排泄。鵬山水源地區(qū)段水位埋深小于20m，動(dòng)態(tài)變化過(guò)程及水位變幅與孔隙水基本一致。

水源地地下水位動(dòng)態(tài)主要受開采量與降水量的影響，隨著開采強(qiáng)度的增大水位波動(dòng)幅度也呈現(xiàn)出逐漸增大趨勢(shì)；枯水期及枯水年份虧損的地下水量在豐水期及豐水年份均得到了補(bǔ)償，具有較好的補(bǔ)給條件和較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力，多年水位動(dòng)態(tài)變化過(guò)程基本處于平衡狀態(tài)。

1.3 水文地質(zhì)邊界

1.3.1 松散巖類孔隙含水層的邊界條件

松散巖類孔隙水含水層由直接覆蓋在灰?guī)r頂板之上的砂層、砂礫石層組成，在平面上無(wú)限延伸?？紫端邮苌嫌蔚叵滤畟?cè)向徑流、大氣降水入滲、地表水滲漏等補(bǔ)給后，除向下游徑流和開采排泄外，一部分則沿裂隙下滲補(bǔ)給下部含水層，然后于含水砂層與灰?guī)r接觸部位沿裂隙巖溶補(bǔ)給巖溶水。

1.3.2 裂隙巖溶含水層的邊界條件

根據(jù)鵬山水源地水文地質(zhì)資料(圖2，圖3)，鵬山水源地水文地質(zhì)邊界條件如下[4]：

西南邊界：水源地巖溶水西部邊界為F3、F5斷裂。這2條幾乎平行的斷裂，2斷裂之間為石炭紀(jì)地層。石炭紀(jì)地層與斷層上下地層呈不整合接觸，該斷裂走向310，傾向NE，傾角約60。F3的NE盤為奧陶紀(jì)灰?guī)r，F(xiàn)5西南盤為古近紀(jì)礫巖。根據(jù)鉆孔揭露沿F3斷裂地層發(fā)生倒轉(zhuǎn)，古近紀(jì)礫巖和石炭紀(jì)地層俯沖至奧陶紀(jì)地層之下。

圖2 鵬山水源地地質(zhì)構(gòu)造略圖

東北邊界：梁坡斷層(F梁)，為區(qū)域性大斷裂。正斷層，走向310°～330°，傾向SW，傾角75°，落差>2000m[5]。上升盤有太古界花崗片麻巖出露，為隔水邊界，梁坡斷層也是萊蕪煤田的東部邊界。

東南邊界：水源地南部下伏基巖為古近紀(jì)膠結(jié)礫巖，從區(qū)域看該層為隔水邊界。

底部邊界：奧陶紀(jì)底部為石炭紀(jì)地層、下伏古近紀(jì)地層，可視為隔水邊界。

圖3 鵬山水源地地質(zhì)剖面圖

2 擴(kuò)采工程對(duì)水源地流場(chǎng)影響

2.1 對(duì)松散巖類孔隙水流場(chǎng)影響

擴(kuò)采工程主要開采深部礦產(chǎn)，潘西煤礦現(xiàn)生產(chǎn)水平為-740m，下一延深水平為-1100m。由于煤礦開采水平較深且有較大厚度煤系地層的阻隔，孔隙水與裂隙水連通性較差，采煤產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙不能到達(dá)地表，因此，正常生產(chǎn)條件下，礦山排水不會(huì)對(duì)孔隙水流暢造成影響。以北下冶村第四紀(jì)孔隙水監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例，該監(jiān)測(cè)孔位于潘西煤礦、東港煤礦交界位置，下部開采3、19煤層，埋深100m左右，監(jiān)測(cè)孔多年水位標(biāo)高202～203m，多年變幅1～2m(圖4)，煤礦多年開采并未對(duì)孔隙水水位造成影響*山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站,高峰、董強(qiáng)、王振濤等，魯中煤鐵礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查2014年度成果報(bào)告,2015年8月。。

圖4 北下冶村松散巖類孔隙水多年水位變化曲線

擴(kuò)采區(qū)開采煤層利用煤礦原有的開采系統(tǒng)，不會(huì)在水源地周邊新開礦井，且擴(kuò)采區(qū)與鵬山水源地之間存在崖下山—王子山分水嶺(圖1)，而鵬山水源地第四系含水層主要的補(bǔ)給來(lái)源降水入滲、河水滲漏及上游地下水的側(cè)向徑流。因此礦山擴(kuò)采工程對(duì)鵬山水源地松散巖類孔隙水流場(chǎng)影響小。

2.2 對(duì)裂隙巖溶水流場(chǎng)影響

根據(jù)礦井充水性因素分析，礦坑疏排水的含水層主要有二疊紀(jì)山西組砂巖含水層、石炭紀(jì)太原組薄層石灰?guī)r(一、三、四、五、六灰)含水層、奧陶紀(jì)石灰?guī)r含水層，目前潘西煤礦礦井正常排水量約為1500m3/h，其中奧陶紀(jì)巖溶水占92.8%*萊蕪市萬(wàn)祥礦業(yè)有限公司,董興軍、葛強(qiáng)、王國(guó)鵬等，山東省萊蕪煤田潘西煤礦生產(chǎn)礦井地質(zhì)報(bào)告,2013年5月。。

從水文地質(zhì)單元看，采礦所排的巖溶水與鵬山水源地開采的巖溶水分屬不同的水文地質(zhì)單元。其中采礦所排的巖溶水東北邊界為梁坡斷層，為隔水邊界；西南邊界為顏莊斷層，東南邊界為F6斷層。鵬山水源地開采的巖溶水，西南邊界為梁坡斷層的支斷層F3，F(xiàn)5，東北邊界為梁坡斷層，東南邊界為古近紀(jì)地層、底部邊界為古近紀(jì)地層。

從目前的水位看礦區(qū)及擴(kuò)采區(qū)巖溶水水位從1988年111m到2014年底-566m，8年間奧灰?guī)r溶水位下降近700m(圖5)，而S9觀測(cè)點(diǎn)(位置見圖2)多年巖溶水位均在215m之上，最大變幅僅5.63m。水位動(dòng)態(tài)變化確信無(wú)疑的證明了F5，F(xiàn)3斷層為隔水?dāng)鄬樱?個(gè)巖溶水水文地質(zhì)單元無(wú)水力聯(lián)系。綜上所述，擴(kuò)采區(qū)開采對(duì)鵬山水源地巖溶水流場(chǎng)影響小。

圖5 潘西煤礦年涌水量、煤礦奧灰水位、百咀紅村奧灰水位變化曲線圖

3 擴(kuò)采工程對(duì)鵬山水源地水質(zhì)影響

鵬山水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)與井田重合區(qū)域面積僅為1.04km2，位于水源地下游趙家泉村附近(圖1)，同時(shí)由于擴(kuò)采區(qū)進(jìn)行深部采礦，煤礦供排水、煤礦運(yùn)輸均在利用原來(lái)礦區(qū)的設(shè)施，工業(yè)場(chǎng)地、矸石堆等污染區(qū)域，與水源地隸屬不同的地貌單元(圖6)。這些污染區(qū)域不處于鵬山水源地的補(bǔ)給區(qū)，不在水源的二級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)，因此煤礦開采對(duì)地下水水質(zhì)影響小。

圖6 擴(kuò)采范圍與主要敏感度相對(duì)位置圖

同時(shí)潘西煤礦已建污水處理廠2處，礦坑水基本上都回收利用，處理后的水大部分為中水，中水供萊鋼和礦區(qū)生產(chǎn)用，基本實(shí)現(xiàn)了綜合利用。運(yùn)往萊鋼的管線主要從出水口往東南方向走，遠(yuǎn)離水源地的保護(hù)區(qū)、補(bǔ)給區(qū)，事故狀態(tài)下不會(huì)對(duì)水源地水質(zhì)產(chǎn)生影響。因此擴(kuò)采區(qū)運(yùn)行后對(duì)水源地地下水水質(zhì)無(wú)影響。

4 結(jié)論及建議

從地貌單元來(lái)看，擴(kuò)采區(qū)與鵬山水源地之間存在崖下山—王子山分水嶺；從水文地質(zhì)單元來(lái)看，多年水位動(dòng)態(tài)曲線有力地證明了煤礦巖溶水水文地質(zhì)單元和鵬山水源地水文地質(zhì)單元無(wú)水力聯(lián)系。同時(shí)煤礦供排水、煤礦運(yùn)輸均使用原礦區(qū)的設(shè)施，工業(yè)場(chǎng)地、矸石堆等可能對(duì)地下水造成污染的區(qū)域，與水源地隸屬不同的小流域。因此，正常情況下潘西煤礦擴(kuò)界開采對(duì)水源地影響較小。

同時(shí)需要指出的是，雖然依據(jù)地質(zhì)資料得出以上結(jié)論，但是有許多礦區(qū)小構(gòu)造是勘探階段難以查明的，這些構(gòu)造可能具有導(dǎo)水的意義。在礦井生產(chǎn)建設(shè)期間，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)水文地質(zhì)工作，建議對(duì)礦區(qū)地下水和鵬山水源地之間進(jìn)行水位、水質(zhì)方面聯(lián)合觀測(cè)，一旦兩者出現(xiàn)較強(qiáng)的同步性，應(yīng)立即停止開采，并查明原因。

[1] 江鴻雁.萊蕪市城市飲用水水源地環(huán)境保護(hù)[D].湖南：湖南大學(xué),2008.

[2] 劉書鋒,高繼雷,喬增寶,等.山東萊蕪煤田潘西煤礦深部煤層特征及賦煤規(guī)律淺析[J].山東國(guó)土資源,2013,29(7):38-41.

[3] 常允新,王振濤,溫永泉,等.萊蕪市礦山排水對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響分析[J].山東國(guó)土資源,2007,23(6-7):33-35.

[4] 張利生,朱國(guó)榮.鵬山水源地開采條件下的含水層固結(jié)模型[J].巖土力學(xué),2005,26(7):1141-1147.

[5] 袁同星,杜振川.萊蕪礦區(qū)構(gòu)造特征[J].河北建筑科技學(xué)院學(xué)報(bào),2000,17(1):57-61.

Analysis on the Effect of Mining to Pengshan Water Source

GAO Feng1，YU Dejie1，ZHANG Xianyao2，DONG Qiang1

(1. Shandong Monitoring Center of Geological Environment, Shandong Jinan 250014, China；2. Laiwu Bureau of Land and Resources, Shandong Laiwu 271100, China)

Pengshan water source exploited loose rock pore water and fissure karst water. It is an important source of drinking water in Laiwu city. Expanding mining in Panxi coal mine may affect water supply. Through analysis on groundwater recharge, runoff and discharge conditions and hydrogeological boundary, based on the observations of groundwater dynamic data, it is regarded that water source and expanding mining area are in different hydrogeological units and geomorphic units. Expanding mining in Panxi coal mine has little effect to water source.

Expanding mining; flow field; water quality; hydrogeological units; Pengshan water sources; Laicheng district in Laiwu city

2015-12-23；

2016-01-20；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

資金項(xiàng)目：大型礦產(chǎn)資源基地地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與影響評(píng)價(jià)項(xiàng)目，任務(wù)書編號(hào)：水[2014]02-023-012

高峰(1982—)，男，山東臨沂人，工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害勘察及水文地質(zhì)調(diào)查方面工作；E-mail：gaofeng2258@163.com

X824.03

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高峰，于德杰，張憲堯，等.礦山開采對(duì)鵬山水源地影響分析[J].山東國(guó)土資源，2016,32(9)：43-47.GAO Feng，YU Dejie，ZHANG Xianyao，etc.Analysis on the Effect of Mining to Pengshan Water Source[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(9)：43-47.