西曲煤礦開采對區(qū)域地下水環(huán)境影響分析

盧麗娜

（山西省水資源研究所，山西 太原 030001）

1 概況

西曲煤礦于1984年12月建成投產(chǎn)，行政區(qū)劃隸屬古交市西曲街道河口鎮(zhèn)管轄，工業(yè)場地東距古交市市區(qū)約0.5 km，主要由主生產(chǎn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、行政辦公區(qū)及職工家屬生活區(qū)構(gòu)成，總占地面積68 hm2。

井田南北長約6.5 km，東西寬約6 km，井田面積40.692 7 km2，年生產(chǎn)規(guī)模400萬t，服務年限為29.3年。煤炭資源屬太原西山煤田，含煤地層主要為山西組和太原組，批準開采2+3、4、8、9號煤層。其中山西組2+3、4號煤層為上組煤，太原組8、9號煤層為下組煤。截止2014年底，西曲井田內(nèi)2+3號煤層已基本枯竭，從2015年后主要開采4、8、9號煤層。根據(jù)井田范圍煤層賦存特征和開采條件，開采分兩個水平，第一水平標高為+983 m，第二水平標高為+1 072 m，全部為生產(chǎn)水平。

2 井田構(gòu)造及水文地質(zhì)條件

2.1 井田地層及構(gòu)造

西曲井田內(nèi)地層自老到新出露的有古生界石炭系上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組，上統(tǒng)上石盒子組及新生界第三系、第四系。礦井的西北部地質(zhì)構(gòu)造比較復雜，而東部相對簡單。地層傾角一般為5°左右。井田整體屬于單斜構(gòu)造，基本上是向南偏西傾斜。井田內(nèi)的主要地質(zhì)構(gòu)造為斷層和陷落柱，其次為寬緩的褶皺，還有沖刷現(xiàn)象等。

2.2 地下含水層和隔水層情況

井田區(qū)域含水層從上至下主要有：第三系與第四系松散巖孔隙含水巖組，第三系紅土、礫石層以及第四系黃土，都分布山頂、山坡或低凹處，厚度雖然較大，但都不含水，主要補給來源為地表徑流及大氣降水；二疊系石盒子組砂巖裂隙含水巖組，巖性主要為砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖互層，風化裂隙發(fā)育，其富水性弱；石炭系山西組砂巖裂隙含水巖組，巖性主要由砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖及煤組成，其富水性弱；石炭系太原組砂巖夾薄層灰?guī)r裂隙含水巖組，巖性是由泥巖、砂巖、石灰?guī)r及煤層組成；奧陶系巖溶裂隙含水巖組，主要含水層有峰峰組巖溶裂隙含水層、上下馬家溝組巖溶裂隙含水層，巖性以石灰?guī)r為主，含水層富水性較好，地下水為埋藏型的承壓裂隙溶洞水，有一小部分奧灰水帶壓。

井田區(qū)域隔水層主要有：山西組2號煤層與8號煤層之間的隔水層段，2號煤層底部與8號煤相距74 m左右，隔水層厚度穩(wěn)定，隔水性能良好，可以阻隔上部含水層與太原組石灰?guī)r之間的水力聯(lián)系；太原組9號煤層底板至奧陶系頂面之間的隔水層，9號煤層底板至奧灰頂面之間的巖層，主要阻擋奧灰?guī)r溶承壓水向上部含水層和煤層充水，隔水巖層厚度較大，分布較穩(wěn)定，主要巖性由砂巖、石灰?guī)r夾泥頁巖組成，底部為鋁土質(zhì)泥頁巖，具有較好的隔水作用；峰峰組下段隔水層，這段隔水層是峰峰組巖溶裂隙含水層與上馬家溝組巖溶裂隙含水層之間的良好隔水層。

3 煤礦開采對區(qū)域地下水環(huán)境的影響

煤炭開采前各含水層之間有一定厚度的隔水層相隔，彼此間水力聯(lián)系微弱，水位存在一定差異，一般情況下，各含水層地下水的運動以層間徑流為主，僅在構(gòu)造裂隙部位才有可能與其它含水層發(fā)生水力聯(lián)系。煤炭開采則擾亂了原始地下水的運動模式，使煤系含水層地下水的排泄，由原來天然的順地層沿傾向方向徑流排泄轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯づ判篂橹?，開采后形成以礦井為中心的降落漏斗，從而破壞了地下水的循環(huán)體系，改變了井田范圍內(nèi)地下水天然補給、徑流、排泄條件。

當一個煤層開采后，其上部巖層移動時，如果導水裂縫帶達到地表，就會使地表水與井下連通，使地表水滲入礦井內(nèi)，如果導水裂縫帶達不到地表，但達到了煤系上覆某一含水層，就會使該含水層破壞，改變其徑流特征，使含水層的水漏入井下，形成礦坑水。礦坑排水將造成地下水資源的破壞。

4 煤礦開采對地下水環(huán)境影響分析

井田2+3、4、8、9號煤層埋深分別為17.33～288.93m、10.05～308.6 m、41.24～356.48 m與53.97～371.41 m，平均采深分別為149.55m、159.325m、193.67m與212.69m，屬淺、中埋藏型煤層。通過計算得出，井田2+3、4、8、9號煤層開采后形成的最大垮落帶高度分別為23.92 m、12.90 m、25.05 m與15.60 m，最大導水裂縫帶高度分別為89.33 m、50.44 m、122.53 m與61.55 m。

4.1 對第三、第四系松散巖類孔隙水、基巖風化帶裂隙水的影響

根據(jù)垮落帶與導水裂縫帶的計算結(jié)果，在井田東南部煤層淺埋區(qū)、以及煤層露頭地帶，導水裂縫帶將會導入第三、第四系地層，造成第三、第四系松散巖類孔隙水滲入礦井轉(zhuǎn)化為礦坑水，從而導致采煤區(qū)淺層地下水水位下降，出水量減少甚至干枯。在井田中部及西北部，煤層埋藏雖相對較深，但隨著煤層的不斷開采，受采煤形成的垂曲（扒縫）帶影響，將造成井田地表變形，使淺層地下水含水層的水位和徑流條件受到干擾，同樣造成淺層地下水水位下降，出水量減少，對井田范圍內(nèi)的用水安全造成影響。

4.2 對煤系地層上覆二疊系砂巖裂隙水的影響

井田煤系上覆含水層主要是二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層。根據(jù)導水裂縫帶的計算結(jié)果，開采上組煤2+3、4號煤層，產(chǎn)生的導水裂縫帶會導入上石盒子組含水層，開采下組煤8、9號煤層，導水裂縫帶不會導入上石盒子組含水層，且上、下石盒子組含水層之間有隔水層斷絕其水力聯(lián)系，因此，上組煤開采形成的導水裂縫帶對上石盒子組含水層有一定影響，而下組煤開采對上石盒子組含水層影響有限。

開采上組煤2+3、4號煤層和下組煤8、9號煤層產(chǎn)生的導水裂縫帶均會導入下石盒子組含水層，下石盒子組含水層中的地下水會通過導水裂縫帶進入井下，改變其原天然順地層的流動方式，轉(zhuǎn)為人工開采排泄。所以，煤礦開采將對下石盒子含水層會產(chǎn)生一定的影響。

4.3 對石炭系山西組砂巖裂隙水的影響

山西組砂巖裂隙含水層為上組煤2+3、4號煤層的直接充水含水層，含水層巖性以中～粗砂巖或含礫粗砂巖為主，厚度不穩(wěn)定，含水性差。根據(jù)導水裂縫帶計算結(jié)果，上組煤2+3、4號煤層開采導水裂縫帶在煤系地層充分發(fā)育，煤層開采時山西組砂巖裂隙水將通過導水裂縫直接進入礦坑，轉(zhuǎn)化為礦坑水。

4.4 對石炭系太原組砂巖夾薄層灰?guī)r巖溶裂隙水的影響

太原組砂巖夾薄層灰?guī)r巖溶裂隙含水層為下組煤8、9號煤層的直接充水層?；?guī)r巖溶裂隙水主要賦存于太原組的灰?guī)r中，根據(jù)導水裂縫帶計算結(jié)果，開采下組煤8、9號煤層后，導水裂縫帶會在煤系地層充分發(fā)育，石灰?guī)r巖溶裂隙水將通過導水裂縫直接進入礦坑，轉(zhuǎn)化為礦坑水。

由此可見，西曲煤礦采煤將會對井田區(qū)地下水補、徑、排條件造成一定破壞，使地下水水質(zhì)受到污染。雖然礦坑排水經(jīng)處理后，部分回用于洗煤廠生產(chǎn)用水，但在礦井探放水期間，仍會有礦坑水外排，水質(zhì)若未達到地表水排放標準，將會對地表水以及地下水環(huán)境產(chǎn)生不良影響。

4.5 對下伏奧灰?guī)r溶地下水的影響

奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組巖溶裂隙水，是本井田主要煤系地層下伏含水層。奧陶系地層井田內(nèi)無出露，埋藏較深，巖性以灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主，溶洞和溶孔發(fā)育。井田內(nèi)奧陶系頂板至9號煤層底板間石炭系本溪組平均厚度為29.13 m，巖性主要為泥巖、粘土巖、鋁土泥巖類，穩(wěn)定性好，作為上覆煤系地層裂隙水和奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙水之間的較穩(wěn)定隔水層，具有較好的隔水性能。在沒有采煤擾動的情況下，可以有效的隔絕奧灰水與其他含水層的水力聯(lián)系。

根據(jù)鉆孔揭露，井田內(nèi)可采煤層大部分位于奧灰水位之上，僅在井田西南角紅崖子斷層以西到井田邊界小范圍奧灰水頭高于煤層底板標高，屬于帶壓開采煤層。按照突水系數(shù)的計算結(jié)果，井田最低可采煤層9號煤層最低處所承受的奧灰水突水系數(shù)為0.0308 MPa/m，小于《煤礦防治水規(guī)定》具有構(gòu)造破壞的非正常塊段突水系數(shù)臨界值0.06 Mpa/m，由于有良好的隔水層存在，本井田煤層開采發(fā)生奧灰?guī)r溶水突水可能性較小。因此，煤礦開采不會對下伏奧灰含水層造成明顯影響。

5 結(jié)語

由上述分析可知，在煤礦開采過程中，形成的導水裂縫帶會不同程度地導入煤系地層上覆各含水層，然后產(chǎn)生大量的礦坑涌水。使淺層地下水水位降低，地下水補給、徑流、排泄條件造成破壞，發(fā)生變化；礦坑水的水質(zhì)較差，不經(jīng)處理排放會對水環(huán)境造成污染。在采煤后期，形成的垂曲帶將會造成井田地表變形。因此，在煤炭開采時，嚴格按照采煤方法和煤炭開采厚度，選取合適的防水煤巖柱保護層厚度，最大程度保證導水裂縫帶不波及到上覆含水層和地表，在采空區(qū)、新開采區(qū)隔離帶以及地層斷裂發(fā)育地帶，必須設置保留一定范圍的防水煤柱，嚴格控制越界開采；全面落實礦井水的綜合利用方案，實現(xiàn)礦井非探放水期、“突水”、“透水”期的礦井水零排放目標，全面提升礦井水處理站處理標準，實現(xiàn)非正常工況下礦井水的達標排放，建設一定容積的礦井水集蓄水池，用于集蓄礦井探放水期、“突水”、“透水”期的礦井排水；建立水資源管理監(jiān)測系統(tǒng)，做好地下水動態(tài)監(jiān)測工作，在煤炭開采過程中，及時觀測采空區(qū)積水、地下含水層水位水量的變化情況，并制定相應的防水治水措施。煤礦也應積極配合區(qū)域水資源管理部門進一步加強礦區(qū)及周邊區(qū)域水環(huán)境監(jiān)測的工作。