地下水受煤炭開采的影響及其儲存利用技術(shù)

盧國群

摘 要：對于現(xiàn)階段煤炭開采對地下水的影響和礦井水外排蒸發(fā)損失等等問題，采用物探和鉆探觀測、模型實(shí)驗(yàn)和樹脂模擬等手段，揭示煤炭開采的地下水運(yùn)移規(guī)律，水量補(bǔ)給達(dá)到平衡，水位基本保持不變，基巖裂隙水是現(xiàn)階段礦井涌水的主要來源。在掌握現(xiàn)階段煤炭開采對地下水影響規(guī)律的基礎(chǔ)之上，研發(fā)了以超大工作面采取空區(qū)冒落巖體空隙為儲水空間，通過建設(shè)煤柱和人工擋水壩體，構(gòu)筑煤礦地下水庫，實(shí)現(xiàn)地下水井下存儲利用。

關(guān)鍵詞：煤炭開采；基巖裂縫水；煤礦地下水庫；礦井水利用

引言

煤炭是我國的主體能源只有，占據(jù)了我國第一能源生產(chǎn)消費(fèi)的絕大部分，在未來很長的時間內(nèi)，煤炭作為主體能源的地位不會動搖。西部是我國煤炭的生產(chǎn)的主要地區(qū)，根據(jù)我國的工程院課題的研究成果，西部能源“金三角”已經(jīng)成為了我國煤炭主要的生產(chǎn)開發(fā)區(qū)域。其探明煤炭儲量和產(chǎn)量占據(jù)了全國的三分之二，其核心區(qū)域煤炭儲量占全國的27%，所以我國西部將成為煤炭的主要生產(chǎn)基地，我國屬于嚴(yán)重缺水的國家，人均水資源占有量占世界人均水量的四分之一，針對水資源的保護(hù)利用，提出了多相保水開采方法與技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了煤炭開采與水資源保護(hù)協(xié)調(diào)，保障了礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

1 礦區(qū)水資源消耗和地下水存儲狀況

隨著礦區(qū)的不斷開發(fā)，用水量逐年遞增，其生活用水量也不斷的上升，并且礦區(qū)的水資源嚴(yán)重的缺乏，降水量非常的少，并且蒸發(fā)量非常的大，煤炭高強(qiáng)度的開采不可避免地對地表水流河系和地下水造成影響，地面水源地水量下降，地下水水位逐年下降，供水日趨緊張。因此水資源短缺成為了制約礦區(qū)開發(fā)的瓶頸。

礦區(qū)具有淺埋深，薄基巖和中厚煤層的特征，構(gòu)造簡單，開采的條件很好，其中心礦區(qū)煤層平均埋深100-200mm。通過相關(guān)的研究表明，全區(qū)地下水可以分為近地表土壤水，第四系松散層孔隙水和基巖裂縫水，其中近地表土壤水對地表生態(tài)影響比較的大，主要通過大氣補(bǔ)給維持平衡，第四系松散層孔隙水是傳統(tǒng)保水開采研究的主要對象，富水性強(qiáng)，同樣也是依靠大氣補(bǔ)給?；鶐r裂縫水具有富水性較弱，多層分布和總厚度大的特征，利用難度非常的大。

礦區(qū)煤層厚度一般為五米以上，并且根據(jù)相關(guān)的研究，導(dǎo)水裂隙高度一般為采高的二十五倍，其導(dǎo)水裂隙帶高度一般為一百米以上，必然導(dǎo)通第四系松散層孔隙含水層，地下水通過裂隙進(jìn)入采煤工作面區(qū)域形成礦井水。但是傳統(tǒng)的保水開采方法，如充填開采難以滿足采煤的生產(chǎn)效率，限高開采損傷大量的煤炭字眼，所以必須要將傳統(tǒng)的保水理念轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｗo(hù)地下水量的保水理念，不僅能夠保證高效的煤炭開采，還能夠?qū)崿F(xiàn)水資源的保護(hù)利用。

2 現(xiàn)代煤炭開采對地下水影響

針對傳統(tǒng)的保水方法在礦區(qū)難以起到實(shí)質(zhì)性的作用，并且通過多方面的研究分析，通過利用物探技術(shù)，水文觀測孔觀測和物理模型試驗(yàn)等方法，對大規(guī)模高強(qiáng)度的現(xiàn)代煤炭開采條件下的3類水運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行相關(guān)的研究，并且建立思維高精度多屬性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，集成了點(diǎn)發(fā)和地震雷達(dá)等地球物理勘探手段，利用全區(qū)的水文觀測孔持續(xù)觀測數(shù)據(jù)，通過實(shí)驗(yàn)室物理模型和數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，對采前、采中、采后的幾個階段地下水運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行研究，解釋現(xiàn)代煤炭開采地下水運(yùn)移的影響規(guī)律，研究表明：

通過水文觀測孔數(shù)據(jù)分析，可以得到采后地下水位逐漸穩(wěn)定，第四系松散含水層水量損失百分之二十五之后達(dá)到平衡；現(xiàn)階段礦區(qū)礦井涌水的主要來源為基巖裂隙水；煤炭開采對地表土壤水影響體現(xiàn)為地表裂縫的影響。沉降區(qū)動態(tài)裂縫對土壤含水量影響范圍50-75cm。周期17-19d；邊緣裂縫對土壤含水量影響范圍100-125cm，周期45-50d，表明煤礦開采地表土壤水影響程度在經(jīng)過一段時間內(nèi)，由于天氣補(bǔ)給自然恢復(fù)，不會對地表生態(tài)產(chǎn)生長期影響。

3 煤礦井下水儲存利用

為了保護(hù)利用地下水資源，礦區(qū)在相關(guān)的研究方向上，通過超大工作面的開采技術(shù)，優(yōu)化開采工藝，最大限度減少煤炭開采對地下水的影響，以采空區(qū)為儲水空間，實(shí)施保安煤柱防滲加固和人工擋水壩工程，開發(fā)了以超大工作面采空區(qū)為儲水空間的煤礦地下水庫技術(shù)，通過應(yīng)用這項技術(shù)，解決了井下涌水緊張，充分利用采空區(qū)自然凈化功能，實(shí)施了礦井水入庫前處理和出庫后的井下模塊化水處理，井下儲水經(jīng)過3級處理后的井下模塊化水處理，井下儲水經(jīng)過3級處理夠能夠滿足生產(chǎn)的需求。節(jié)約了大量的水資源。為解決礦區(qū)生活用水問題，很多的礦區(qū)生活用水都是來自于煤礦地下水庫，保證了礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。裂隙水是涌水量的主要來源，為地下水庫建設(shè)提供了持續(xù)的水源保障。在煤礦地下水庫成功運(yùn)行的基礎(chǔ)之上，攻克了井下同一煤層，不同煤層水體調(diào)度和地下水庫庫底壩體安全的技術(shù)難題，現(xiàn)階段，通過對地下水庫的建設(shè)，有效的保證了礦區(qū)人員的生活用水，同時供應(yīng)了地面生產(chǎn)生態(tài)用水。

結(jié)束語

在保障煤炭高采出率條件下，實(shí)現(xiàn)地下水資源的保護(hù)利用，是西部生態(tài)脆弱區(qū)現(xiàn)代化礦區(qū)建設(shè)面臨的重大難題之一。礦區(qū)在一系列研究基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代科學(xué)研究方案和現(xiàn)場觀測等手段，首次揭示了現(xiàn)代煤炭開采對地下水運(yùn)移的影響規(guī)律，即第四系松散層孔隙含水層水位在下降百分之二十五左右之后達(dá)到平衡；基巖裂隙水是現(xiàn)階段礦井涌水的主要來源，現(xiàn)代煤炭開采對地表土壤水影響不打，應(yīng)用這個規(guī)律，攻克了一系列技術(shù)難題，建設(shè)了若干煤礦地下水庫，保護(hù)了地下水資源，同時利用自然凈化和人工輔助的水凈化措施，保障了井下生產(chǎn)涌水；提供礦區(qū)百分之九十五以上用水；進(jìn)一步攻克了同層和不同層庫間連貫以及水庫安全難題，實(shí)現(xiàn)井下立體空間內(nèi)不同地下水庫安全難題，實(shí)現(xiàn)井下立體空間內(nèi)不同地下水庫的貸通，建設(shè)了首座煤礦分布式地下水庫工程，提升了地下儲水技術(shù)，煤礦地下水庫以及分布式地下水庫技術(shù)的成功實(shí)施，將傳統(tǒng)的保水位理念轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｋ康谋Ｋ_采理念，開辟了新的保水開采技術(shù)思路，將為我國西部地區(qū)特別是能源金三角煤炭現(xiàn)代開采水資源保護(hù)提供借鑒參考。

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