李 博

（山西河山科技有限公司 山西太原 030006）

梗陽煤礦開采對地下水環(huán)境影響評價(jià)

李 博

（山西河山科技有限公司 山西太原 030006）

《山西省泉域水資源保護(hù)條例》是現(xiàn)階段山西省建設(shè)項(xiàng)目對泉域水環(huán)境影響評價(jià)工作的基礎(chǔ)依據(jù)。以梗陽煤礦為例，針對煤礦生產(chǎn)過程中對上覆、下伏含水層及村莊的影響，分析煤礦開采過程中對地下水的影響，并提出相應(yīng)措施，提高了煤礦開采的安全保障。

煤礦；地下水；導(dǎo)水裂隙帶；突水

0 引言

巖溶泉水流量穩(wěn)定、水質(zhì)良好，是山西省城市生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要供水水源，對山西經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展起到了舉足輕重的作用。近年來由于人類開采破壞和降水量減少等多種因素的影響，巖溶泉水流量持續(xù)下降、水質(zhì)遭到污染，巖溶泉域水環(huán)境發(fā)生很大變化。

為進(jìn)一步加強(qiáng)泉域水資源的管理與保護(hù)，合理開發(fā)和利用寶貴的泉水資源，山西省第十一屆人民代表大會常委委員會第二十次會議2010年11月26日通過的《山西省泉域水資源保護(hù)條例》第十四條規(guī)定：“在泉域范圍內(nèi)新建、改建、擴(kuò)建工程項(xiàng)目，建設(shè)單位須持有環(huán)境保護(hù)行政主管部門和主管該泉域的水行政主管部門批準(zhǔn)的對泉域水環(huán)境影響的評價(jià)報(bào)告，發(fā)展和改革行政主管部門方可立項(xiàng)”。

下面以梗陽煤礦為例，根據(jù)《山西省水資源管理?xiàng)l例》及《山西省泉域水資源保護(hù)條例》等有關(guān)法律法規(guī)的要求，分析煤礦開采對地下水的影響。

1 梗陽煤礦簡介

梗陽煤礦位于中陽縣城西南，行政區(qū)劃屬于中陽縣下棗林鄉(xiāng)。井田面積13.75 km2，生產(chǎn)規(guī)模210萬t/a，采用斜井開拓方式。井田主采5號和10號煤層，采用綜采放頂煤發(fā)法開采，礦井設(shè)計(jì)可采儲量51.418 Mt，服務(wù)年限為17.5年。礦井設(shè)計(jì)年工作天數(shù)330 d，勞動定員760人。

2 煤礦開采對上覆含水層的影響

煤礦開采影響上覆含水層的方式，主要是煤層開采后頂板發(fā)生垮落，形成導(dǎo)水裂隙帶、冒落帶，使地下水與開采煤層之間的隔水層被破壞，導(dǎo)致含水層水量漏失，水位下降，間接對被破壞含水層有水力聯(lián)系的其他含水層產(chǎn)生影響，造成水量有所減少，水位緩慢下降。

根據(jù)已批復(fù)的地質(zhì)報(bào)告，5號（煤層由上至下依次編號）煤層頂板是以泥巖為主，屬于中頂板。采用2000年1月由國家煤炭工業(yè)局制定的《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》附錄六計(jì)算冒落帶和裂隙帶的最大高度公式進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

上覆巖層為中硬，冒落帶最大高度計(jì)算公式：

裂隙帶最大高度計(jì)算公式：

公式1：HLi=100ΣM/（1.6ΣM+3.6）+5.6（m）

式中，M為煤層開采厚度。ΣM為開采煤層總厚度。

裂隙帶最大高度取兩式中的最大值。各煤層開采后的冒落帶高度計(jì)算見表1。煤層開采后裂隙帶最大高度和防水安全煤巖柱的厚度見表2。

表1 各煤層開采后的冒落帶高度 單位：m

表2 煤層采后裂隙帶最大高度和防水安全煤巖柱的厚度

評價(jià)根據(jù)可采煤層厚度、頂?shù)装鍘r性、采煤方法及井田開拓方式，計(jì)算了本井田范圍內(nèi)的5、10號煤層部分鉆孔開采煤層所形成的導(dǎo)水裂隙帶，計(jì)算結(jié)果見表3及表4。

表3 5號煤層導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算表 單位：m

表4 10號煤層導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算表 單位：m

據(jù)冒落帶及導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算結(jié)果疊加，加之煤層開采造成的底板擾動破壞帶，均可穿透保護(hù)層厚度，并可能達(dá)到地表，大氣降水及地表水可以通過煤層露頭及導(dǎo)水裂隙帶滲入井下，可能引發(fā)水害。

而且由于開采5、10號煤層產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶與礦壓破壞帶的連通作用，10號煤層導(dǎo)水裂隙帶最大高度大于5號、10號煤層間最小間距，可使10號煤層與上部5號煤層采空積水產(chǎn)生水力聯(lián)系，嚴(yán)重時導(dǎo)致上部煤層采空積水涌入下部煤層中，對生產(chǎn)、開采造成威脅。

3 煤礦開采對下伏含水層的影響

下伏含水層是指煤層以下的含水層，主要指奧灰水含水層。若奧灰水標(biāo)高大于開采煤層最低底板標(biāo)高會有奧灰突水的危險(xiǎn)，造成淹井，并危機(jī)井下工人的生命。

根據(jù)區(qū)域資料，奧陶系峰峰組含水層為弱富水性含水層，但該區(qū)內(nèi)其水文地質(zhì)資料較少，水位標(biāo)高不確定，無法對其進(jìn)行分析。上、下馬家溝組含水層為強(qiáng)富水性含水層，為奧陶系主要含水層，本次著重研究其對煤層開采的影響，推測井田內(nèi)上、下馬家溝組奧灰水位標(biāo)高842.0～847.0 m之間。奧陶系中統(tǒng)峰峰組和上、下馬家溝組石灰?guī)r溶裂隙含水層組均在煤系地層底部：其中峰峰組富水性弱，上、下馬家溝組富水性強(qiáng)。井田內(nèi)推測中奧陶統(tǒng)上馬家溝組含水層的水位標(biāo)高在842.0～847.0 m之間，與井田西南部5、10號煤層最低底板標(biāo)高處600 m、540 m對應(yīng)的奧灰水水位標(biāo)高為845.0 m左右，奧灰水水位高于井田西南部5、10號煤層最低底板標(biāo)高，故井田內(nèi)5號煤層在西南部、10號煤層在西部均為局部帶壓開采煤層。

下面計(jì)算5、10號煤層奧灰水最大突水系數(shù)值，分析、評價(jià)其奧灰水突水危險(xiǎn)性，計(jì)算公式為：

式中：T——奧灰水突水系數(shù)，MPa/m；

P——隔水層底板所能承受的靜水壓力，MPa；

M——底板隔水層厚度，m（取鄰近鉆孔中的平均數(shù)據(jù)）；

H1——煤層最低底板標(biāo)高，m；

H0——奧灰?guī)r溶水對應(yīng)的水位標(biāo)高，m。

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，底板受構(gòu)造破壞塊段臨界突水系數(shù)為0.06 MPa/m，正常塊段臨界突水系數(shù)為0.10 MPa/m。本井田5、10號煤層帶壓區(qū)均屬完整塊段，故臨界突水系數(shù)以0.1 MPa/m界。井田內(nèi)5、10號煤層帶壓分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)為：T≤0.029 MPa/m為Ⅰ區(qū)，0.029 MPa/m＜T≤0.072 MPa/m為Ⅱ區(qū)。

5、10號煤層奧灰水突水系數(shù)計(jì)算結(jié)果及帶壓分區(qū)詳見表5。

表5 5、10號煤層奧灰水突水系數(shù)計(jì)算及帶壓分區(qū)表

根據(jù)表5計(jì)算結(jié)果，5、10號煤層奧灰水最大突水系數(shù)值分別為0.0290 MPa/m、0.0712 MPa/m；其中5號煤層奧灰水最大突水系數(shù)值為0.0290 MPa/m，5號煤層井田西南部奧灰水帶壓區(qū)劃分為Ⅰ區(qū)，小于完整塊段臨界突水系數(shù)值0.1 MPa/m，其奧灰水突水危險(xiǎn)性相對小，對礦井今后開采井田西南部的5號煤層影響不大；10號煤層奧灰水最大突水系數(shù)值 0.071 2 MPa/m，小于完整塊段臨界突水系數(shù)值0.10MPa/m，故將10號煤層在井田西部奧灰水突水系數(shù)值小于、等于0.029 MPa/m的帶壓區(qū)劃分為Ⅰ區(qū)，其奧灰水突水危險(xiǎn)性相對小，將奧灰水突水系數(shù)值小于、等于0.0712 MPa/m，而大于0.029 MPa/m帶壓區(qū)劃分Ⅱ區(qū)，其奧灰水突水危險(xiǎn)性大，對礦井今后開采井田西南部的10號煤層影響嚴(yán)重。梗陽煤礦煤層奧灰?guī)洪_采區(qū)分布圖見圖1。

圖1 梗陽煤礦煤層奧灰?guī)洪_采區(qū)分布圖

需要特別說明的是，根據(jù)區(qū)域資料，奧陶系峰峰組含水層富水性弱，但其水位標(biāo)高不確定，不排除存在5、10號煤層奧陶系峰峰組奧灰水帶壓開采現(xiàn)象，如該現(xiàn)象存在則會影響井田內(nèi)5、10號煤層正常開采，如遇導(dǎo)水構(gòu)造，可補(bǔ)給礦坑水，增大礦井涌水量，另外不排除局部灰?guī)r裂隙發(fā)育，存在局部富水性強(qiáng)的區(qū)域，嚴(yán)重時可造成突水水害。

4 煤礦開采對井田居民的影響

井田內(nèi)有高家?guī)X、姚子焉、劉家焉、羅家焉、寺焉、劉家塌、堡則塔、樹則林，共8個村莊。截止到2012年底，該公司首采區(qū)內(nèi)羅家焉、寺焉、高家?guī)X三個村莊已全部搬遷。姚子焉、劉家焉兩村莊已全部搬遷。劉家塌部分搬遷。劉家塌未搬遷部分以及樹則嶺、堡則塌兩村莊，計(jì)劃于2016年底前全部搬遷完畢。

在井田外擴(kuò)500 m范圍內(nèi)，仍有青陽坪、吳家峁、糖卜咀、王家咀、墕村、上棗林、宮道山、王家?guī)X、上馬家坡，共9個村莊，在井田的影響范圍內(nèi)。

井田影響范圍內(nèi)村莊居民飲水水源均為旱井，每戶均自建旱井儲蓄大氣降水供生活使用。根據(jù)評價(jià)范圍內(nèi)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度分析，本項(xiàng)目開采5號、10號煤層，導(dǎo)水裂隙帶和沉陷裂隙疊加溝通地下含水層，部分可能會溝通地表，使旱井水量減少甚至干涸，影響村民飲水，將由梗陽煤礦考慮供水預(yù)案。

但考慮采礦本身的特點(diǎn)，采礦后地表沉陷可能對供水管道供水工程造成破壞，進(jìn)而影響村民供水，故在生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)對地表沉陷的長期觀測和監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)地表沉陷或水管受損，應(yīng)及時采取措施進(jìn)行恢復(fù)，以保障當(dāng)?shù)鼐用窆┧?/p>

業(yè)主單位應(yīng)制定井田影響范圍內(nèi)村莊供水預(yù)案，一旦因礦井開采造成村民用水困難，則由礦方負(fù)責(zé)解決。具體供水預(yù)案為：青陽坪、姚家墕、劉家墕、高家?guī)X、官道山、樹則嶺、上棗林、上馬家坡、寺墕、羅家墕、王家?guī)X、王家咀、糖卜咀、墕村14個村莊，各村修建水池，本礦深井水采用罐車將水運(yùn)至各村水池；吳家峁、劉家塌、堡則塌3個村莊修建供水池，并鋪設(shè)管道將本礦深井水引至供水池。

5 結(jié)論

以梗陽煤礦為例，根據(jù)國家和行業(yè)規(guī)范，從項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、泉域水動力特征以及水力聯(lián)系特點(diǎn)角度出發(fā)，分析研究煤礦開采對地下水環(huán)境造成的影響，進(jìn)而提出水環(huán)境保護(hù)措施，為項(xiàng)目的合理運(yùn)行和科學(xué)管理提供依據(jù)，確保采煤對地下水水環(huán)境的影響降到最低。

Assessment on the Impact of Extracting the Gengyang Coal Mine on the Groundwater Environment

LI Bo

The Shanxi Province water resources protection regulations on the spring-feeding area are the basis to assess the impact of the Shanxi Province construction project on the water environment of the spring-feeding area at present stage.Taking the Gengyang Coal Mine as an example，and in view of the impact in the coalmine-extracting process on the overlying&underlying aquifer and villages around the coal mine，the paper analyzes the impact on the groundwater in the process of coal mining and puts forward the corresponding measures to improve the safety production of coal mining.

coal mine；groundwater；diversion fissure zone；water inrush

P641

B

1006-8139（2017）02-051-03

2017-03-09

2017-03-22

李 博（1989-），女，2012年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利水電工程專業(yè)，助理工程師。