山西省長(zhǎng)治縣煤礦開采對(duì)含水層影響與破壞的研究

楊林春　崔建華　樊良

【摘 要】山西是煤礦大省，但是水資源在山西也相當(dāng)?shù)娜狈Γ偌由祥L(zhǎng)期的煤礦開采已經(jīng)造成含水層的變化，也對(duì)地下水造成影響，因此造成水資源的缺乏更加嚴(yán)重，對(duì)人民生產(chǎn)生活帶來(lái)許多的影響，本文選取山西省長(zhǎng)治縣為研究對(duì)象，進(jìn)行煤礦開采對(duì)含水層影響與破壞的研究。

【關(guān)鍵詞】煤礦開采了；含水層；地下水；影響；破壞

一、長(zhǎng)治縣煤礦地貌

本次研究長(zhǎng)治縣的煤礦開采區(qū)是位于太行山脈的中段偏西處，在長(zhǎng)治盆地的西北部。縱觀整個(gè)長(zhǎng)治縣的地勢(shì)，屬于東南高西北低的特征，東部是綿綿的低山丘陵區(qū)，而且有著密布的黃土沖溝，地形十分復(fù)雜，在它的西北部較為平坦，而南部卻是高原丘陵地帶，地勢(shì)也相當(dāng)復(fù)雜。全縣的煤礦區(qū)多數(shù)為第四系黃土累積掩埋。

二、水文地質(zhì)條件

（一）第四系上更新統(tǒng)黃土孔隙含水層。長(zhǎng)治縣的第四系松巖地地層結(jié)構(gòu)松散，而且還是垂直裂隙的發(fā)育，而且很容易接受到補(bǔ)水來(lái)自于大氣降，由于它的地形很復(fù)雜，山地的坡度很大，所以當(dāng)有降水時(shí)候，它的地表徑流流速很快，而且補(bǔ)給有限，連續(xù)性差，屬于弱富水含水層。

（二）第三系上新統(tǒng)礫石孔隙裂隙含水層。該水層在沉積于基巖的頂部，并且在礦區(qū)溝谷的兩側(cè)。構(gòu)成的巖石的組成主要是紅黏土，在它的下面是半膠結(jié)礫巖，但是由于半膠結(jié)礫巖的富水性不好，泉水的流速在0.04L/s左右，所以該水層屬于弱富水含水層。

（三）石炭、二疊系砂巖裂隙含水層。這兩個(gè)含水層主要是以砂巖裂隙、孔隙，其中砂巖的總厚度有60m，由于在砂巖中，裂隙不甚發(fā)育且富水性很差，在一般情況下，單泉的流速為0.02至0.120L/s。由于兩層灰?guī)r的厚度都比較小，并且裂隙不發(fā)育，所以該水層的富水性較差。

（四）奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r巖溶裂隙含水層。最下部的是奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r，它屬于埋藏型，并且埋藏深度逐漸由南東向北加大，其中巖石的巖性主要為泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r。在水平和垂直方向，巖溶裂隙的發(fā)育水平都有著明顯的差異，這就造成了巖溶的富水程度不一致。其水質(zhì)良好，其中礦化度小于0.5g/L，在礦區(qū)的奧灰水位在845到863m范圍。

三、礦活動(dòng)對(duì)含水層的影響與破壞現(xiàn)狀

在長(zhǎng)治縣的礦區(qū)范圍內(nèi)的地表水體是十分少的，在煤層開采的時(shí)候，在這里的人們的生產(chǎn)以及生活用水的主要來(lái)源是地下水和天然降水，村民的地下水主要是通過(guò)深溝底的水井而獲得，水井的深度在8m左右，井水深為1.6m。由于在煤礦開采以及礦井排水過(guò)程中，我們把裂隙水疏干了，與此同時(shí)，大量的地面裂縫隨著煤礦的開采過(guò)程也出現(xiàn)了，這將讓天然降水很快就遺失掉。通過(guò)相關(guān)資料以及一系列的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在長(zhǎng)治縣里的村莊水井的水位高度，相比以前來(lái)說(shuō)下降了許多，甚至有的村莊的水井的水位都已經(jīng)出現(xiàn)干涸，由于地下水位相比以前下降了16～21m，這造成村民和牲畜在飲水問(wèn)題上變得更為嚴(yán)重。

四、采礦活動(dòng)對(duì)含水層的影響與破壞預(yù)測(cè)

（一）含水層疏干層位及高度預(yù)測(cè)

我們根據(jù)《三下開采規(guī)程》中的計(jì)算公式，在依據(jù)實(shí)際情況，運(yùn)用覆巖中硬的計(jì)算公式分別計(jì)算冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶的高度：

H1=100ΣM/（4.8ΣM+19）±2.2

H2=100M/（1.7M+3.8）±5.6

式中：

ΣM：表示開采煤層的累計(jì)厚度，單位米；

M：表示煤層的最大開采厚度，單位米；

H1、H2：分別表示垂向變形冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶。

由此計(jì)算可以得知，當(dāng)煤層全部采空以后，兩帶的最大高度可達(dá)到下石盒子組底層的S3砂巖，這將會(huì)導(dǎo)致S3砂巖的含水層因此受到破壞。

（二）全礦井地下水疏干范圍預(yù)測(cè)

依照儲(chǔ)量核實(shí)的報(bào)告，在進(jìn)行對(duì)礦井排水的污染范圍進(jìn)行估算，根據(jù)在抽水試驗(yàn)中對(duì)半徑造成影響的公式：R=10S

式中：

S：表示水位降深，單位米；

K：表示滲透系數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況，選取噢，0.25m/d。

經(jīng)過(guò)仔細(xì)的計(jì)算，影響范圍大約是253m在礦井排水上。由此可知，在煤礦開采對(duì)含水層的影響較為嚴(yán)重，如果地下水資源在其影響范圍內(nèi)，那么一旦受到破壞污染，那么它將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不能恢復(fù)。

（三）6年開采后對(duì)地下水疏干范圍預(yù)測(cè)

我們可以根據(jù)煤礦井的地下水疏干的范圍預(yù)測(cè)，依次類比可以得出地下水在6年開采以后疏干范圍將可能達(dá)到采空區(qū)以外的253m處，更為嚴(yán)重的是在6年的開采以后，對(duì)于含水層的破壞面積與影響將會(huì)增加到13.24153km2，整個(gè)煤礦開采區(qū)的含水層的水位將會(huì)降低或者是呈現(xiàn)疏干狀態(tài)，而地表水體也將漏失也比較重，根據(jù)礦山的地質(zhì)環(huán)境影響程度分級(jí)表，我們可以預(yù)測(cè)評(píng)估采礦活動(dòng)將會(huì)造成含水層的影響與破壞嚴(yán)重。

（四）對(duì)奧灰水的影響

各煤層在于奧灰水水位之下的程度都不一致，但是各煤層的突水系數(shù)都比臨界突水系數(shù)（0.07MPa/m）小，所以，一般情況下是不會(huì)引發(fā)突水的問(wèn)題。但是在9～13#都是為部分帶壓開采，所以，在今后的開采過(guò)程中，我們還是應(yīng)該注意導(dǎo)致導(dǎo)水構(gòu)造的直接溝通。

五、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述研究調(diào)查，在煤礦的開采后將會(huì)導(dǎo)致含水層的結(jié)構(gòu)受到破壞，會(huì)引發(fā)生成導(dǎo)水通道，這會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域的地下水的水位降低；在煤礦的開采范圍內(nèi)，它的主要含水層都是呈現(xiàn)疏干狀態(tài)，甚至地表水體的漏失也會(huì)較為厲害，嚴(yán)重的影響到礦區(qū)以及煤礦開采區(qū)周圍的百姓生活和生產(chǎn)用水。因此，強(qiáng)烈建議在此地區(qū)的相關(guān)企業(yè)一定要加強(qiáng)對(duì)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)與治理。

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