彬長(zhǎng)礦區(qū)水文地質(zhì)條件分析及水資源保護(hù)探討

李 銳，史瑞蘭，曹 原

(黃河水資源保護(hù)科學(xué)研究院，河南 鄭州 450004)

1 彬長(zhǎng)礦區(qū)概況

彬長(zhǎng)礦區(qū)位于陜西省關(guān)中地區(qū)西北部，彬縣及長(zhǎng)武縣城之間。礦區(qū)海拔高程為+850 m～+1 200 m，規(guī)劃總面積978 km2，總資源量為8 978.83 Mt。涇河穿越礦區(qū)中部，地勢(shì)從黃土塬梁向中間涇河谷地傾斜。區(qū)域塬梁破碎，溝壑縱橫。

礦區(qū)建設(shè)總規(guī)模53.8 Mt/a，劃分為13對(duì)礦井，已建成運(yùn)行10對(duì)，在建1對(duì)，1對(duì)停產(chǎn)，1對(duì)正在開展前期工作。彬長(zhǎng)礦區(qū)礦井?dāng)?shù)量及特征一覽表見表1。

表1 彬長(zhǎng)礦區(qū)礦井?dāng)?shù)量及特征一覽表

2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件分析

2.1 地層

彬長(zhǎng)礦區(qū)位于陜西省黃隴侏羅紀(jì)煤田西部，波及到彬縣全境和長(zhǎng)武縣南部的主要含煤區(qū)域。地層屬華北構(gòu)造地層區(qū)鄂爾多斯分區(qū)焦坪-華亭小區(qū)，地層發(fā)育由老到新依次有三疊系(T)、侏羅系(J)、白堊系(K)、上第三系(N)和第四系(Q)。

2.2 構(gòu)造

彬長(zhǎng)礦區(qū)地表為大面積黃土覆蓋，基巖僅在較大的河谷兩側(cè)有少量出露，礦區(qū)位于鄂爾多斯盆地渭北斷隆區(qū)彬縣-黃陵坳褶帶，為一走向N50°～70°E，傾向NW-NNW的單斜構(gòu)造，其間發(fā)育有方向單一的寬緩褶曲，礦區(qū)內(nèi)大斷層發(fā)育較少罕見。

2.3 水文地質(zhì)條件分析

區(qū)域地下水以白堊系基巖裂隙承壓水為主，第四系潛水及新近系甘肅群、侏羅系承壓裂隙水次之。深部環(huán)河組、洛河組、直羅組、延安組普遍具有承壓水分布，其中洛河組富水性相對(duì)較好，其他含水層的富水性差。延安組為煤系含水層。

區(qū)域白堊系地下水系統(tǒng)與涇河流域分布范圍基本一致，受地表水系影響較大，地下水補(bǔ)徑排條件受地表水系統(tǒng)補(bǔ)徑排控制。該系統(tǒng)四周中低山環(huán)繞，為典型的高原盆地，總的地勢(shì)特點(diǎn)為西北高東南低，發(fā)育有涇河扇狀水系，地下水從東、北、西三側(cè)向馬蓮河下游一帶匯集，長(zhǎng)慶橋至彬縣亭口一帶的涇河河谷是排泄邊界。

2.4 地下水的補(bǔ)徑流條件分析

區(qū)域地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄主要受地形地貌和大氣降水控制。上層潛水主要接受大氣降水滲入補(bǔ)給，其徑流方向由塬面向溝谷或河谷運(yùn)移，在局部區(qū)域以泉的形式排泄；深層承壓含水層的補(bǔ)給來源以區(qū)域性地下水流系統(tǒng)中的斷面徑流補(bǔ)給為主，其徑流方向東部地區(qū)由西北流向東南，西部地區(qū)由西往東徑流，涇河河谷為區(qū)域最低排泄地帶。

(1)補(bǔ)給：河谷中潛水由大氣降水和基巖中的地下水補(bǔ)給，梁塬區(qū)黃土層潛水主要為大氣降水滲入補(bǔ)給，深層承壓水的補(bǔ)給來自區(qū)域性的側(cè)向徑流補(bǔ)給。

(2)徑流：上層潛水受其局部地形地貌制約，一般流向河谷，深層承壓水徑流方向在礦區(qū)由西往東徑流匯入涇河，在馬蓮河以東區(qū)域則由西北流向東南，向馬蓮河溝谷區(qū)匯集?？傮w上該區(qū)地下水流向基本與地表水流向一致，見圖1。

圖1 涇河-馬蓮河二級(jí)地下水單元地下水流向示意圖

(3)排泄：大部分塬區(qū)潛水主要有人工取水(用水)排泄以及以泉或滲出形式排泄至溝谷或河谷。深部承壓水由于受涇河的切割，在涇河的長(zhǎng)慶橋-亭口一帶為深層承壓水的排泄區(qū)。

隨彬長(zhǎng)礦區(qū)各礦井的逐步投產(chǎn)，區(qū)域地下水大量以礦井涌水外排的形式轉(zhuǎn)化為地表水，目前彬長(zhǎng)礦區(qū)的地下水補(bǔ)徑排條件已較自然條件下發(fā)生較大改變，以礦井為中心出現(xiàn)了多處降落漏斗，地下水位已較自然狀態(tài)下降約30～50 m。

3 礦區(qū)煤礦礦井涌水特征分析

下面以胡家河煤礦為例，對(duì)彬長(zhǎng)礦區(qū)的煤礦開采的礦井排水情況進(jìn)行分析。

胡家河煤礦煤系地層為延安組，埋深一般578～817 m，平均埋深689 m，主采煤層厚度0.8～26.20 m。

井田主要含水層和隔水層由上至下分別為第四系潛水含水層、第四系下更新統(tǒng)相對(duì)隔水層、第三系上新統(tǒng)隔水層、白堊系層狀承壓裂隙水含隔水巖組(環(huán)河-華池隔水巖組、洛河組中粗粒碎屑巖含水巖組、宜君組粗砂巖相對(duì)隔水層、侏羅系層狀承壓裂隙水、安定-直羅組非煤系含水巖組、延安組含煤地層承壓含水巖組、富縣組相對(duì)隔水巖組)、三疊系隔水巖組。

煤礦開采對(duì)地下水的影響程度(礦井涌水的充水來源)，主要取決于煤層開采后其上覆巖層所形成導(dǎo)水裂隙帶的穿透程度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在綜放條件下彬長(zhǎng)礦區(qū)其他礦井實(shí)測(cè)裂采比較高(表2)，普遍在20倍左右。

表2 彬長(zhǎng)礦區(qū)部分礦井綜放條件下裂高采厚比統(tǒng)計(jì)表

胡家河煤礦沒有進(jìn)行裂采比觀測(cè)。利用“三下規(guī)范”、 “地勘標(biāo)準(zhǔn)”推薦方法和“裂采比”比擬法可以計(jì)算出的“導(dǎo)水裂隙頂端與含水層的相對(duì)位置關(guān)系”。根據(jù)胡家河煤礦《首采區(qū)水文地質(zhì)補(bǔ)勘報(bào)告》T5和T6空的抽水試驗(yàn)資料，T5孔導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育標(biāo)高為+601.507 m，距離4煤頂板225.427 m，而井下實(shí)測(cè)T5孔位處4煤采厚10.10 m，計(jì)算得裂高采厚比為22.32倍。T6孔導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度194.10 m，T6孔位處4煤采厚12.10 m，計(jì)算得裂高采厚比為16.04倍。T5孔煤層10.1m，裂采比22.32，T6孔煤厚12.1 m，裂采比16.04，且兩孔相距僅126 m，由此可見：裂隙帶高度和煤層厚度不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，裂采比可能會(huì)受到多種因素的影響。另外，T5孔只打到宜君組，沒有見煤，其22.32的裂采比是反算結(jié)果。所以，在利用裂采比計(jì)算裂隙帶高度時(shí)，不宜采用最大的22.32計(jì)算，而宜采用兩者平均值19.18，該數(shù)值與上述彬長(zhǎng)礦區(qū)其他礦井實(shí)測(cè)裂采比基本吻合。就可回收煤柱和可采區(qū)范圍內(nèi)勘探階段的27個(gè)鉆孔，采用“裂采比”比擬法分析其裂隙發(fā)育高度與上覆地層的關(guān)系，所計(jì)算的裂隙帶發(fā)育高度中，全部穿透宜君組進(jìn)入洛河組。目前胡家河煤礦日涌水量約為36 000 m3，緊鄰胡家河煤礦的孟村煤礦日涌水量約為1 5000 m3，與胡家河水文地質(zhì)條件類似的小莊煤礦日涌水量約為20 000 m3，文家坡煤礦日涌水量約為30 000 m3，大佛寺煤礦日涌水量約為18 000 m3，亭南煤礦日涌水量約為70 000 m3，高家堡煤礦日涌水量約為65 000 m3。礦井涌水量隨著采煤方法、開采深度、煤厚以及局部地質(zhì)條件等因素差異而不同。

由于彬長(zhǎng)礦區(qū)煤礦排水主要來源為白堊系洛河組地下水，全鹽量均較高。根據(jù)筆者團(tuán)隊(duì)2019年10月對(duì)礦區(qū)幾對(duì)煤礦取樣監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：胡家河煤礦礦井排水全鹽量5 040 mg/L、大佛寺煤礦3 730 mg/L、小莊煤礦5 570 mg/L、亭南煤礦5 670 mg/L、高家堡煤礦3 300 mg/L 等。這主要是由于彬長(zhǎng)礦區(qū)洛河組含水層分上下兩段，兩段洛河組含水層的礦化度差距較大。以胡家河井田為例，井田內(nèi)洛河組厚度287.60～367.48 m，平均314.22 m。洛河組上段含水層平均厚度213.22 m，滲透系數(shù)為0.92～1.552 m/d，地下水徑流條件相對(duì)較好；單位涌水量為1.305～2.248 13 L/(s·m)，為強(qiáng)富水，礦化度為1.033～1.254 g/L，水質(zhì)類型為SO4HCO3(Cl)-Na型、SO4HCO3-Na型和SO4(HCO3)-Na型；洛河組下段平均厚度101.00 m。下段鉆孔單位涌水量為0.054 3～0.748 4(L/s·m)，富水性中等，礦化度為4.67 g/L，屬微咸水，水質(zhì)類型為SO4·Cl-Na型。上、下段交界處40～50 m厚為致密隔水層，上下兩段含水層水里面系不密切。由此可以看出，彬長(zhǎng)礦區(qū)礦井涌水的全鹽量受導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度影響較大，若導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育至洛河組含水層下段，則礦井排水全鹽量較高，若導(dǎo)水裂隙帶穿入洛河組含水層上段，則上段水與下段水混合后，礦井排水全鹽量將有所降低。

4 礦區(qū)水資源保護(hù)

目前彬長(zhǎng)礦區(qū)各煤礦的礦井水除利用于自身的生產(chǎn)及生活，剩余部分達(dá)標(biāo)排放至涇河。基于彬長(zhǎng)礦區(qū)各煤礦礦井排水及利用現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為礦區(qū)的水資源保護(hù)工作可分為近期及遠(yuǎn)期來開展，立足于礦區(qū)發(fā)展的實(shí)際狀況，不同階段的側(cè)重點(diǎn)各有不同。

現(xiàn)階段彬長(zhǎng)礦區(qū)主要以煤礦建設(shè)及開采為主，礦區(qū)內(nèi)其它企業(yè)建成較少，礦區(qū)內(nèi)煤礦首先應(yīng)遵循“用污排凈”為原則，做到生活污水全部回用不外排，礦井排水最大程度回用于自身生產(chǎn)生活。其次礦區(qū)各煤礦應(yīng)做好礦井水處理站擴(kuò)容及提標(biāo)改造工作。2019年9月27日陜西省第十三屆人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十三次會(huì)議對(duì)《陜西省煤炭石油天然氣開發(fā)生態(tài)環(huán)境保護(hù)條例》(以下簡(jiǎn)稱“條例”)進(jìn)行了第二次修訂，根據(jù)“條例”的相關(guān)規(guī)定及生態(tài)環(huán)境部對(duì)礦井入河廢水的管理要求，各煤礦入河礦井排水應(yīng)全部處理，處理后的中水除應(yīng)符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)三類水質(zhì)要求外，還應(yīng)滿足“環(huán)環(huán)評(píng)[2020]63號(hào)”文件全鹽量低于1000mg/L的要求。最后，根據(jù)現(xiàn)行水資源管理要求，煤礦所在行政區(qū)域新建工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)用水應(yīng)優(yōu)先使用礦井排水，水資源管理部門應(yīng)做好管理和監(jiān)督工作，積極促進(jìn)水資源的高效利用。

遠(yuǎn)期，相關(guān)政府部門應(yīng)科學(xué)制定礦區(qū)排水的綜合利用規(guī)劃，以各煤礦現(xiàn)有的井下和地面水處理工程系統(tǒng)為基礎(chǔ)，根據(jù)水質(zhì)和水量對(duì)彬長(zhǎng)礦區(qū)的水資源進(jìn)行統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)配。同時(shí)應(yīng)有計(jì)劃地逐步完善再生水利用管網(wǎng)系統(tǒng)，大力推廣礦井水等其它非常規(guī)水源的利用。各煤礦企業(yè)也應(yīng)加大節(jié)約用水宣傳和監(jiān)督力度，積極倡導(dǎo)清潔生產(chǎn)的企業(yè)文化，促進(jìn)職工樹立惜水意識(shí)。

5 結(jié)語

目前彬長(zhǎng)礦區(qū)各煤礦礦井排水量大且全鹽量較高，做好礦井水資源綜合利用工作，不但可以有效緩解礦區(qū)淡水資源緊張的情況，提高水資源的綜合利用水平，還可以從根本上減少因煤炭資源開采帶來的生態(tài)環(huán)境影響及水環(huán)境的污染，是今后礦區(qū)的主要發(fā)展方向，也是實(shí)現(xiàn)黃河流域高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。