山西長治縣經坊煤業(yè)水資源論證研究

彭利軍

（長治市上黨區(qū)水利發(fā)展中心,山西 長治 047100）

受工業(yè)化和城鎮(zhèn)化加快推進等影響,水資源緊缺和水污染等問題日益突出,已成為制約區(qū)域經濟穩(wěn)定發(fā)展的主要瓶頸[1]。在分析研究建設項目區(qū)水資源量及其開發(fā)利用現(xiàn)狀的基礎上,重點分析論證經坊煤業(yè)礦坑水可利用量,論證建設項目用水的合理性和取水的可行性。

1 項目概況

經坊煤業(yè)位于山西省沁水煤田潞安礦區(qū)內,規(guī)劃擬將經坊煤業(yè)生產規(guī)模由180 萬t/a改擴建工程提升至240 萬t/a及270 萬t/a選煤廠,現(xiàn)有井田東西長8.35 km,南北寬7.48 km,面積為30.7229 km2。批準開采3#~15#煤層,其中3#煤層厚度3.27 m~7.95 m,平均6.20 m；工業(yè)資源儲量為26670 萬t,設計利用資源量為16358 萬t,設計可采儲量為9542 萬t,開采深度（標高）840 m~390 m,服務年限為28.4 a。煤層結構簡單,厚度變化不大,屬穩(wěn)定型煤層。礦區(qū)位置見圖1。

2 水資源論證

2.1 水源分析

2.1.1 地表水

上黨區(qū)地表水利用率為低利用區(qū),6 座小型水庫總庫容1083.9 萬m3,興利庫容509.2 萬m3,小型水庫分布分散,可供水量少,不具備向本項目供水條件。

2.1.2 地下水

當?shù)乜紫端?、裂隙水富水系?shù)較低,井田范圍內孔隙水、裂隙水在礦井開采后有可能會疏干,不具備對本礦生產用水的供水條件,故不考慮當?shù)乜紫端?、裂隙水為本礦生產供水。當?shù)貛r溶地下水尚有一定的開發(fā)利用潛力,可作為本項目生活用水水源。

2.1.3 再生水

上黨區(qū)現(xiàn)狀污水總排放量約為473 萬m3/a,主要污水水源有上黨區(qū)城鎮(zhèn)工業(yè)與生活污水,上黨區(qū)污水處理廠再生水426萬m3/a,已全部配置為電廠生產用水,再生水不具備向本項目供水條件。

2.1.4 礦坑水

經坊煤業(yè)資源整合礦井產能規(guī)模為240 萬t/a,采用日平均噸煤排水系數(shù)0.415 m3/t,礦井正常涌水量日平均為2728.77 m3/d。礦坑水的收集、處理損失按10%計,則礦坑水可利用量為2455.89 m3/d,可滿足經坊煤業(yè)、經坊選煤廠、經坊磚廠生產取水量30.57 萬m3/a（非取暖期876.28 m3/d,按180 d計；取暖期989.98 m3/d,按150 d計）的用水要求。尚有69.03 萬m3/a的供水潛力,故本水源具備向本項目供水的條件。

2.1.5 水源方案及配置合理性

根據區(qū)域社會經濟、水資源環(huán)境狀況,所處地理位置,結合當?shù)丶氨卷椖康膶嶋H情況,確定其用水方案。選煤廠、磚廠的職工生活用水由礦區(qū)自備巖溶地下水源井供給。煤業(yè)、磚廠的生產用水由煤業(yè)礦坑排水處理后的中水供給；選煤廠生產用水由煤業(yè)礦坑排水處理后的中水和工業(yè)廣場生活污水處理系統(tǒng)處理后的中水供給。

2.2 取水影響論證

2.2.1 取水對地表水的影響

經坊煤業(yè)井田南部有一條淘清河的支流自東向西流過,屬季節(jié)性河流。淘清河從井田西南部邊界附近流過,全長78.7 km,流域面積735.18 km2。區(qū)間長度26.12 km,流域面積351.5 km2。設計50年一遇洪峰流量1400 m3/s,枯水季節(jié)無河水,平時陶清河中下游河水為工業(yè)和生活中水。煤礦開采3#煤層形成的導水裂隙帶最大高度為92.42 m,主要導通下石盒子組和山西組地層,一般不會溝通地表,局部地表塌陷不會直接影響淘清河總體地形,因此對淘清河匯水影響不大,為確保陶清河不受采煤影響或影響很小,對陶清河留設保護煤柱,以防開采對陶清河的影響,因此,本礦3#煤層開采對地表水影響甚微。9#煤層與3 號煤層的之間平均距離為65.41 m,開采9#煤層形成的導水裂隙帶最大高度為46.99 m,不會導通3#煤層,故本礦3#煤層開采對地表水影響甚微。

2.2.2 煤礦開采對地下水的影響

從導水裂隙帶的最大高度來看,煤礦開采不會波及到地表,礦井開采對地表水產生影響較小。煤炭開采時,在地面以下形成縱橫交錯的豎井、斜井、巷道及不同開采面、不同采掘深度的采空區(qū)等。這些井、巷道、采空區(qū)相互貫通,溝通了地下水含水層和隔水層,可能改變原先含煤地層及上覆松散巖系地層中地下水運行狀態(tài)。通常含煤地層含水層和上覆松散巖系含水層之間有隔水層存在,并無水力聯(lián)系。由于井、巷道、采空區(qū)的出現(xiàn),加之采空區(qū)頂板塌陷,形成了冒落帶和裂隙帶,成為裂隙溝通的各類含水層中地下水快速滲漏的通道。

2.2.3 煤礦開采對水環(huán)境的影響

（1）采煤沉陷預測結果

首采區(qū)為3 號煤層5 采區(qū)和7 采區(qū),首采區(qū)內當相鄰的工作面相繼開采后,增大了沿工作面的方向長度,大于2r時就達到了充分采動影響。首采區(qū)3#煤層采完后,地表下沉、移動與變形的預測結果,見表1。

表1 首采區(qū)開采后地表下沉、移動與變形的預測結果

（2）冒落帶、導水裂隙帶高度預測結果

煤礦開采后,采空區(qū)地質應力失去平衡,導致水文下墊面的改變就會引起“三帶”（煤層上覆巖層形成冒落帶、裂隙帶和緩慢下沉帶）發(fā)生,巖層遭到破壞,產生裂隙、裂縫,含水層隨之遭到破壞。通過對冒落帶、裂隙帶最大高度預計,可以預測井下采煤對地下含水層、地表水體等產生的影響。

可見3#煤層的最大導水裂隙帶高度為92.42 m,主要導通下石盒子組和山西組地層。下組9#煤層最大導水裂隙帶高度為46.99 m,主要導通太原組上部和山西組下部地層。

2.3 退水影響論證

2.3.1 礦井排水

礦坑水來自采煤過程中煤層頂板、巷道、井筒滲水,主要污染物質為SS、COD等,此外還含有少量油污。經坊煤業(yè)正常礦坑涌水量99.60 萬m3/a,則日平均礦坑涌水量為2728.77 m3/d（按365d）,礦坑水可利用量為2455.89 m3/d（89.64萬m3/a,按365 計）,可滿足經坊煤業(yè)、經坊選煤廠、經坊磚廠生產取水量30.57 萬m3/a（非取暖期876.28 m3/d,按180 d計；取暖期985.65 m3/d,按150 d計）。

為滿足處理出水水質要求,礦坑水處理采用“混凝沉淀→無閥過濾→超濾→反滲透”工藝處理后水質符合地表水Ⅲ類水質標準,經混凝沉淀→無閥過濾處理后回用于礦井和選煤廠、制磚廠生產及降塵等用水,經超濾處理后回用于洗衣、洗浴、沖廁等生活用水,經反滲透處理后回用于鍋爐補充水或源熱泵補充水。多余礦坑水確需外排,必須達到Ⅲ類水質標準外排,避免對當?shù)厮h(huán)境產生不良影響。

2.3.2 生活污水

工業(yè)廣場生活污水（包括經坊煤業(yè)、經坊選煤廠、經坊磚廠）主要來源衛(wèi)生間、浴室、洗衣房、食堂、職工宿舍、沖廁及少量生產廢水,廢污水排水量為349.72 m3/d,主要污染因子為BOD5、COD、SS、氨氮和油類等。生活污水處理采用“A/O工藝→過濾→消毒”處理工藝,全部回用于礦區(qū)綠化、澆灑、降塵、選煤廠生產補充水等用水,不外排。

3 結論

（1）職工生活用水由礦區(qū)自備巖溶地下水源井供給。選煤廠生產用水由經坊煤業(yè)礦坑排水處理后的中水和工業(yè)廣場生活污水處理系統(tǒng)處理后的中水供給。符合區(qū)域水資源優(yōu)化配置和水資源管理的要求。

（2）經坊煤業(yè)正常礦坑涌水量99.60 萬m3/a,考慮礦坑水的不穩(wěn)定性,建議經坊煤業(yè)修建一定容量的礦坑排水調節(jié)池,以滿足本項目生產用水要求。由此可見,取用經坊煤業(yè)礦坑水作為本項目生產用水水源是可靠的、可行的。

（3）生產取水不存在對其他用水戶取用水條件和權益的影響。生活取水由自備巖溶地下水源井供水解決,不存在對其他用水戶取用水條件和權益的影響。

（4）生產用水利用處理后的礦坑水和生活污水,多余礦坑水確需外排,必須達到Ⅲ類水質標準外排,避免對當?shù)厮h(huán)境產生不良影響；礦區(qū)生活污水全部回收處理利用,不外排。為確保當?shù)厮h(huán)境不受影響,礦方應修建一定容量的事故狀況下的廢污水收集池。采取以上措施后,退水不會對水功能區(qū)和第三者產生明顯影響。