前和煤礦開(kāi)采對(duì)巖溶泉域水環(huán)境的影響

宋 凱

（中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘查院）

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程加快，煤炭開(kāi)采深度不斷增加，由此所產(chǎn)生一系列水環(huán)境問(wèn)題，諸如煤層上部含水層破壞、深部巖溶水資源浪費(fèi)、地下水水質(zhì)污染、地下水位下降、地下水水質(zhì)惡化等諸多現(xiàn)象，嚴(yán)重制約了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展［1］。為進(jìn)一步加強(qiáng)泉域水資源的管理與保護(hù)，合理開(kāi)發(fā)和利用寶貴的泉水資源，山西省人民政府規(guī)定，在重點(diǎn)水源地和泉域開(kāi)采礦藏或者建設(shè)地下工程，必須開(kāi)展水資源影響評(píng)價(jià)，建立對(duì)水資源的環(huán)境評(píng)估制度，從源頭上防止破壞水資源，對(duì)采煤沉陷區(qū)、采空區(qū)、特大型礦坑危害地下水問(wèn)題，要加強(qiáng)基礎(chǔ)性研究［2］。

本研究從前和煤礦開(kāi)采產(chǎn)生地表塌陷、導(dǎo)水裂隙帶、構(gòu)造導(dǎo)水、帶壓開(kāi)采、供水水源地、農(nóng)村居民用水、廢污水、固廢等多個(gè)方面對(duì)三姑泉域水環(huán)境影響進(jìn)行分析，從而建立科學(xué)規(guī)范的水環(huán)境評(píng)價(jià)體系［3］。

1 三姑泉域水資源環(huán)境條件

1.1 三姑泉域水文地質(zhì)條件

泉域地處山西省東南部，面積約為2 571 km2［4］。泉域地處太行山隆起與沁水塊坳大構(gòu)造單元之間，出露地層受兩大構(gòu)造體系的控制，總體為以高平—晉城為軸部的不對(duì)稱(chēng)的山間向斜凹地，晉獲斷裂帶以北北東向在高平至?xí)x城西部由北向南穿過(guò)［5］。

奧陶系與寒武系巖溶含水層組成了巨大的巖溶地下水盆地，接受大氣降水、地表水及淺層地下水的補(bǔ)給，經(jīng)調(diào)蓄后以泉水、人工開(kāi)采形式排泄［6］。巖溶水的補(bǔ)給、徑流、排泄受巖溶水系統(tǒng)的地質(zhì)構(gòu)造、現(xiàn)代水文網(wǎng)分布及巖溶發(fā)育特征所控制。三姑泉域的多年平均巖溶地下水資源量為22 628.1萬(wàn)m3/a，近年實(shí)際開(kāi)采量為10 023.3萬(wàn)m3/a。

1.2 水資源開(kāi)發(fā)利用主要問(wèn)題

三姑泉域?qū)儆跁x城市工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)［7］，由于長(zhǎng)期開(kāi)采巖溶水，水資源開(kāi)發(fā)利用所面臨的問(wèn)題日趨嚴(yán)重：一是泉域內(nèi)泉水流量衰減，自1956年最大流量7.08 m3/s到目前平均流量為3.65 m3/s，衰減了103%；二是由于城市生活和工業(yè)生產(chǎn)排放的大量污水在灰?guī)r裸露段下滲，近年來(lái)泉域內(nèi)巖溶水水質(zhì)出現(xiàn)了總硬度、礦化度、硫酸鹽超標(biāo)現(xiàn)象，表明泉域內(nèi)巖溶水污染日趨嚴(yán)重；三是三姑泉域內(nèi)煤礦眾多，礦坑排水也是影響巖溶水補(bǔ)給的因素之一。

1.3 建設(shè)項(xiàng)目取水、退水方案

前和煤礦位于三姑泉域西北部補(bǔ)給區(qū)［8］，井田面積為12.151 8 km2，生產(chǎn)規(guī)模為120萬(wàn)t/a，本次評(píng)價(jià)研究范圍為井田及周邊影響范圍，評(píng)價(jià)面積為16.993 8 km2。該項(xiàng)目取水主要為生活用水、工業(yè)用水，最大用水量為1 122.74 m3/d，井下涌水量為128 7 m3/d，工業(yè)場(chǎng)地?cái)M設(shè)處理規(guī)模為3 000 m3/d的井下排水處理站1座、500 m3/d的污水處理站1座，井下涌水經(jīng)處理后回用于井下消防、鍋爐、洗浴、洗衣房等用水和綠化、道路灑水，多余達(dá)標(biāo)排放至前和河。

2 水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

2.1 地表水污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

本項(xiàng)目礦井水未能利用的排入溝谷中匯入前和河，故選擇在入前和河排污口上、下游200 m進(jìn)行地表水環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)結(jié)果（表1），化學(xué)耗氧量（COD）、生化需氧量（BOD5）等指標(biāo)超過(guò)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中的Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，為地表水劣Ⅴ類(lèi)水。

?

2.2 地下水污染評(píng)價(jià)

根據(jù)工業(yè)廣場(chǎng)深層奧灰水井水樣監(jiān)測(cè)結(jié)果（表2）：總硬度、氟化物超標(biāo)，其他各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均符合《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)值，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為地下水環(huán)境質(zhì)量Ⅳ類(lèi)水。綜合污染指數(shù)為0.325，屬于清潔水，多數(shù)項(xiàng)目均低于標(biāo)準(zhǔn)，總硬度、氟化物等個(gè)別項(xiàng)目略微超標(biāo)。

3 煤礦開(kāi)采對(duì)三姑泉域水環(huán)境影響評(píng)價(jià)

3.1 煤礦開(kāi)采后地面塌陷對(duì)地表水影響分析

井田范圍內(nèi)流經(jīng)有3條河流：莊河、西河、原村河，分別位于井田西部、中西部、南部。根據(jù)對(duì)煤層開(kāi)采影響半徑的計(jì)算，最大影響半徑為52.4 m［9］，莊河、西河部分河段在煤層開(kāi)采影響范圍內(nèi)，影響較大。建議留設(shè)保安煤柱，在西河附近合理布置采區(qū)。原村河煤層開(kāi)采影響范圍之外，煤層開(kāi)采對(duì)原村河影響輕微。

經(jīng)計(jì)算，井田內(nèi)3號(hào)煤層開(kāi)采產(chǎn)生的地表平均最大下沉值為3 942 mm，將造成一定程度的地表移動(dòng)變形，局部地區(qū)可形成地表沉陷。前和礦井所在區(qū)域?yàn)榍鹆甑貛?，井田?nèi)溝谷縱橫交錯(cuò)，開(kāi)采不會(huì)改變區(qū)域總體地形地貌類(lèi)型，開(kāi)采后造成的地表沉陷不會(huì)形成大面積下沉盆地，地表不會(huì)形成積水區(qū)。煤層開(kāi)采最大影響半徑為92.2 m，野川河、馬村河距離井田邊界最小距離約為3 km，均不在影響半徑內(nèi)，地表沉陷對(duì)井田內(nèi)的河流和上馬游水庫(kù)影響甚微。

?

3.2 廢污水排放對(duì)地表水影響分析

前和煤礦廢污水包括礦井排水和工業(yè)場(chǎng)地生活污水。前和煤礦工業(yè)場(chǎng)地分別建有礦井水處理站生活污水處理站分別處理礦井排水和生活污水，生活污水經(jīng)處理后全部用于選煤廠用水，多余礦坑排水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排至西河。經(jīng)水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)，前和煤礦處理后的礦井水和生活污水水質(zhì)指標(biāo)均滿足地表水Ⅲ類(lèi)水，符合《山西省節(jié)約用水管理?xiàng)l例》規(guī)定和水功能區(qū)水質(zhì)要求，外排礦井水對(duì)水功能區(qū)和第三者不會(huì)造成影響。

3.3 煤炭開(kāi)采對(duì)巖溶水的影響

井田奧灰水位標(biāo)高在+606～+612 m，3號(hào)煤層底板標(biāo)高為694.12～865.42 m，均高于奧灰水水位標(biāo)高，井田煤炭開(kāi)采不存在突水問(wèn)題。但由于煤礦開(kāi)采產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶，會(huì)對(duì)上覆含水層造成破壞，進(jìn)而影響上覆含水層對(duì)泉域巖溶水的越流補(bǔ)給量，且人工開(kāi)采取奧灰水對(duì)三姑泉域的排泄會(huì)產(chǎn)生影響。故開(kāi)采對(duì)三姑泉域補(bǔ)給、排泄有一定影響。

原村鄉(xiāng)水源地供水井位于原村河南約為400 m，開(kāi)采奧陶系中統(tǒng)巖溶水，原村鄉(xiāng)水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)影響半徑為30 m，原村鄉(xiāng)水源地距離前和煤業(yè)井田東部邊界最近距離約為658.5 m，不在其一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，故煤礦開(kāi)采不會(huì)對(duì)原村鄉(xiāng)水源地造成影響。

3.4 固體廢棄物對(duì)水環(huán)境影響分析

前和煤業(yè)固體廢棄物主要有矸石、污泥以及生活垃圾。經(jīng)分析評(píng)價(jià)，該礦3號(hào)煤矸石屬第Ⅰ類(lèi)一般工業(yè)固體廢物，受降雨長(zhǎng)時(shí)間浸泡形成淋溶水污染水環(huán)境的可能性不大，排矸前石溝底部填墊黏土碾壓、夯實(shí)，加強(qiáng)了防滲性能，一般不會(huì)對(duì)三姑泉域水環(huán)境產(chǎn)生明顯影響；污泥脫水后全部摻入末煤產(chǎn)品銷(xiāo)售或用于排矸場(chǎng)土地復(fù)墾、周邊農(nóng)田施肥；生活垃圾送至原村鄉(xiāng)生活垃圾堆存點(diǎn)集中處置，對(duì)水環(huán)境造成的影響較小。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究從三姑泉域水資源環(huán)境條件分析入手，通過(guò)分析煤炭開(kāi)采導(dǎo)致的地面塌陷、沉降、水質(zhì)污染、對(duì)巖溶水補(bǔ)徑排條件的影響、對(duì)水源地的影響、固廢對(duì)水環(huán)境的影響等多方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，前和煤業(yè)開(kāi)采對(duì)三姑泉域主要影響因素是上覆含水層破壞，影響泉域巖溶水的越流補(bǔ)給量，其他影響因素影響較小。