姜家堰煤礦開采對枧槽溝水庫蓄水影響分析

任興隆

（貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽550002）

1 姜家堰煤礦與枧槽溝水庫之間的關(guān)系

枧槽溝水庫工程規(guī)模為?。?）型，水庫總庫容138萬m3，水庫壩址以上集水面積為10.9 km2（由老廠洼地集水面積3.18 km2和地表明流面積7.72 km2組成），壩址處多年平均年來水量523萬m3，水庫大壩為混凝土拱壩，最大壩高54 m。水庫功能以縣城供水為主，兼有農(nóng)業(yè)灌溉的水利工程。

姜家堰煤礦由原息烽縣永靖鎮(zhèn)姜家堰煤礦、息烽縣永靖鎮(zhèn)山王煤礦資源置換整合而成，整合后礦井生產(chǎn)能力為45萬t/a，礦區(qū)面積為3.8450 km2，準(zhǔn)采標(biāo)高為+1400 m～+600 m，估算資源量1840萬t（可采煤層為K4層，傾角53°）。

枧槽溝水庫與姜家堰煤礦之間的最短距離為2460 m，煤礦規(guī)劃最低開采高程600 m較枧槽溝水庫的正常高蓄水位低466 m。煤礦的規(guī)劃擬采礦界與枧槽溝水庫的集水面積重合部分面積為0.4720 km2。見圖1、圖2。

圖1 煤礦與水庫關(guān)系示意圖

圖2 地表變形、疏排水對水庫集水面積影響示意圖

2 采空區(qū)地表移動變形影響范圍預(yù)測

工作區(qū)內(nèi)主要含煤地層為一套海陸交互相沉積，由灰色、深灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r、煤層及灰?guī)r組成，上覆夜郎組T1y1、T1y3砂泥巖弱含水相對隔水層及P3C、T1y2中等富水巖溶含水層。走向移動角δ=65°，上山移動角γ=65°，下山移動角β=δ－0.3α=65-0.3×53≈49°（α為煤層傾角，取53°）。

按照已確定的開采移動角參數(shù)預(yù)測的煤礦開采完后的地表移動影響范圍，從采空區(qū)影響范圍圖看，原有姜家堰煤礦采空后（按煤礦規(guī)劃的+1500 m全部采空），地表變形影響面積約1.13 km2，推測移動盆地與枧槽溝水庫集水面積重疊部分為0.54 km2；整合后的姜家堰煤礦采空后（按煤礦規(guī)劃的+600 m全部采空），地表變形影響面積約6.73 km2，比礦區(qū)面積3.8450 km2大2.9 km2左右，對水庫匯水區(qū)域的影響面積為1.32 km2。

3 礦井疏干排水影響范圍預(yù)測

根據(jù)《水利水電工程水文地質(zhì)地質(zhì)勘察規(guī)范》（SL373-2007）中規(guī)定，經(jīng)計(jì)算最大影響半徑r0=1327 m，地表影響面積約12.97 km2，比礦區(qū)面積3.8450 km2大9.1 km2左右，比推測地表移動盆地面積6.73 km2大6.24 km2左右，疏排水對枧槽溝水庫匯水區(qū)域的影響面積為2.54 km2。

4 姜家堰煤礦對枧槽溝水庫的影響分析

4.1 對水庫安全的影響分析

姜家堰煤礦礦界距離枧槽溝水庫的大壩最近距離為3360 m、與庫岸邊坡最近的距離為2460 m，推測移動盆地范圍邊界距離枧槽溝水庫的大壩最近距離為2600 m、與庫岸邊坡最近的距離為1730 m，水庫區(qū)主要分布為中硬巖、大壩為剛性壩，因此姜家堰煤礦的開采不會對枧槽溝水庫的安全構(gòu)成威脅。

4.2 對水庫庫盆蓄水的影響分析

枧槽溝水庫庫區(qū)地貌為碳酸鹽溶蝕、侵蝕形成的中山峰叢溝谷地貌區(qū)，河谷總體以“V”型橫向谷～斜向谷為主，壩前抬高水頭為42 m。庫壩除壩址獅子山組（T2sh1）灰?guī)r外，庫區(qū)大部分出露松子坎組（T2s）白云巖、泥質(zhì)白云巖、灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥頁巖，巖溶弱發(fā)育。

水庫正常高蓄水位與煤礦最低開采之間面的高差為-466 m、距離為2460 m、比降為18.9%，但在枧槽溝水庫與姜家堰煤礦之間分布為T1y1（沙堡灣）、T1y3（九級灘）的粘土巖、頁巖夾泥質(zhì)灰?guī)r的相對隔水層，且?guī)靺^(qū)與推測移動盆地之間最近的距離為1730 m。

因此，在目前枧槽溝水庫不存在向左岸（姜家堰煤礦方向）的滲漏的情況下，姜家堰的煤礦開采亦不會造成枧槽溝水庫向左岸的滲漏。

圖3 姜家堰煤礦開采對枧槽溝水庫的蓄水影響分析剖面

4.3 地表移動盆地對水庫的影響分析

依據(jù)規(guī)劃整合的姜家堰煤礦礦界，水庫集水面積與礦區(qū)重疊0.472 km2；按移動角推算地表移動盆地，地下采礦對枧槽溝水庫匯水區(qū)域的影響面積為1.32 km2。但鑒于原姜家堰煤礦立項(xiàng)建設(shè)在前、枧槽溝水庫立項(xiàng)建設(shè)在后，因此影響面積考慮扣除原姜家堰煤礦礦界推測移動盆地與枧槽溝水庫的集水面積重合部分面積為0.54 km2，實(shí)際影響面積為0.78 km2、相當(dāng)于枧槽溝水庫集水面積的7.2%。

煤層開采后，地下將形成采空區(qū)、地表將產(chǎn)生移動盆地（地表將產(chǎn)生地面裂縫、地面塌陷等），地表水存在沿地裂縫與下伏含水巖體、導(dǎo)水裂隙帶溝通滲漏的可能性，即地表水的入滲將加大。根據(jù)煤礦與水庫之間的建設(shè)關(guān)系，煤礦立項(xiàng)建設(shè)在前、枧槽溝水庫立項(xiàng)建設(shè)在后，因此影響面積考慮扣除原姜家堰煤礦礦界與枧槽溝水庫的集水面積重合部分后影響面積為0.76 km2，按大氣降水入滲系數(shù)匡算，本區(qū)入滲系數(shù)取0.35（兼顧局部地表裂縫入滲取值），則：Q＝地表移動影響面積×單位面積產(chǎn)水量×入滲系數(shù)≈13萬m3。

計(jì)算結(jié)果說明，可能導(dǎo)致枧槽溝水庫水總量減少13萬m3，約占水庫多年平均年來水量的2.5%左右。

4.4 隧道疏排水影響分析

采用大井法原則，結(jié)合本礦的特征，地下采礦、礦井疏干排水對枧槽溝水庫匯水區(qū)域的影響面積為2.54 km2，扣除原姜家堰煤礦的移動盆地范圍0.54 km2，實(shí)際影響面積為2.0 km2，相當(dāng)于枧槽溝水庫集水面積的18.3%。

按大氣降水入滲系數(shù)匡算，地表移動盆地區(qū)入滲系數(shù)取0.35（兼顧局部地表裂縫入滲取值）、地表移動外圍至大井半徑影響范圍之間入滲系數(shù)取0.10，則：Q＝地表移動影響面積×單位面積產(chǎn)水量×入滲系數(shù)+（大井影響間面積-地表移動影響面積）×單位面積產(chǎn)水量×入滲系數(shù)≈19萬m3。

計(jì)算結(jié)果說明，可能導(dǎo)致枧槽溝水庫年產(chǎn)水總量減少19萬m3，占水庫多年平均流量的3.6%左右。

4.5 影響綜合評價(jià)

考慮原姜家堰煤礦與枧槽溝水庫之間的建設(shè)關(guān)系（原姜家堰煤礦取得國土廳的批復(fù)在前、枧槽溝水庫的批復(fù)建設(shè)在后），在分析計(jì)算兼并重組后的姜家堰煤礦開采對枧槽溝水庫的影響時，需扣除原姜家堰煤礦產(chǎn)生的相應(yīng)的影響后。

按移動角推算，地下采礦對枧槽溝水庫匯水區(qū)域的影響面積為1.32 km2，扣除后的實(shí)際影響面積為0.78 km2，相當(dāng)于枧槽溝水庫集雨面積的7.2%。

礦井疏干排水對枧槽溝水庫匯水區(qū)域的影響面積為2.54 km2，扣除后的實(shí)際影響面積為2.0 km2，相當(dāng)于枧槽溝水庫集水面積的18.3%。

按移動盆地推算，姜家堰煤礦開采可能導(dǎo)致枧槽溝水庫年產(chǎn)水總量減少22萬m3，扣除后的影響水量為13萬m3，占水庫多年平均年來水量的2.5%左右。

根據(jù)大井法計(jì)算，姜家堰煤礦礦井疏干排水可能導(dǎo)致枧槽溝水庫年產(chǎn)水總量減少28萬m3，扣除后的影響水量為19萬m3，占水庫多年平均流量的3.6%。

綜上所述，姜家堰煤礦開采可能導(dǎo)致枧槽溝水庫的年產(chǎn)水總量減少13萬m3～19萬m3，占水庫年平均年來水量的2.5%～3.6%。

5 處理建議

5.1 設(shè)置保護(hù)性開采區(qū)

枧槽溝水庫為息烽縣的重要人、畜飲用水源，按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，水體采動等級屬Ⅰ類，允許采動程度為不允許導(dǎo)水裂隙波及到水體（主要含水層），要求留設(shè)的煤巖柱類型為頂板防水安全煤巖柱，受保護(hù)范圍主要為T1y2含水層。按Ⅰ類采動等級的水體，具體采用留設(shè)頂板防水安全煤巖柱的措施，建議煤礦開采對水庫有影響的范圍實(shí)行保護(hù)性開采，保護(hù)性開采一區(qū)面積為0.62 km2。

保護(hù)性開采區(qū)：在保護(hù)性開采條件下，保護(hù)性開采內(nèi)的K4煤層可考慮部分采出（比如條帶式開采），且需進(jìn)行合理的開采設(shè)計(jì)，確保覆巖沉降變形范圍不會波及到含水層位后，方宜于開采。按相關(guān)規(guī)范規(guī)定對圍護(hù)帶留設(shè)安全煤巖柱，對采空區(qū)地下水集中出露點(diǎn)及時進(jìn)行注漿封堵，以盡量減小地下采礦對枧槽溝水庫水量的影響。對于保護(hù)性采區(qū)，在煤礦開采過程中，對揭露的地下水集中出露點(diǎn)均應(yīng)留設(shè)足夠的安全煤巖柱并及時進(jìn)行注漿封堵，同時對地表出現(xiàn)的大的塌陷及裂縫等進(jìn)行及時的回填處理等，避免過多的地表水入滲補(bǔ)給。

5.2 調(diào)整煤礦排水

根據(jù)水質(zhì)分析成果，現(xiàn)在的姜家堰煤礦的水樣中的濁度、肉眼可見物、硫酸鹽、總硬度、總大腸菌群、鐵、猛均超過規(guī)定的限量值，其余均未超《生活應(yīng)用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）中的規(guī)定。建議將整合后的姜家堰煤礦礦井排水口設(shè)置于現(xiàn)在姜家堰煤礦礦井口位置，將礦井的排水經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓に囂幚砗螅畔蚶蠌S洼地的集水面積范圍內(nèi)，這樣將不會影響枧槽溝水庫的總來水量，即對枧槽溝水庫的蓄水不產(chǎn)生影響。

5.3 協(xié)商解決

姜家堰煤礦地下采礦可能導(dǎo)致枧槽溝水庫年產(chǎn)水總量減少13萬m3～19萬m3，占水庫多年平均年徑流量的2.5%～3.6%。為了更有利的進(jìn)行煤炭資源開采，不設(shè)置保護(hù)性開采及排水口調(diào)整等，建議煤礦與相關(guān)主管部門協(xié)商解決。

6 結(jié)語

在水主管部門和煤礦業(yè)主及相關(guān)部分的協(xié)調(diào)下，鑒于煤礦開采未對水庫造成實(shí)質(zhì)性的破壞，僅影響了水庫的來水量，為了地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同意煤礦不設(shè)置保護(hù)區(qū)進(jìn)行開采，但同時需要考慮對煤礦排水進(jìn)行處理后利用。

隨著法律法規(guī)的健全及全民對水資源重視程度的不斷提高，人們對煤炭礦山開采對水資源的影響也更加關(guān)注。本文以姜家堰煤礦開采對枧槽溝水庫蓄水影響分析進(jìn)行了方方面面的分析，并取得了相關(guān)部門的認(rèn)可，值得類似工程問題的參考借鑒。