安瑞瑞

（山西黃河環(huán)境與資源經(jīng)濟(jì)研究院 山西太原 030006）

1 概況

1.1 泉域概況

柳林泉是呂梁市最大的巖溶泉，泉域總面積為6 281 km2。泉源集中出露于三川河下游柳林縣城以東的寨東至上青龍一帶的河谷兩岸及河床中，由大小百十個泉點組成，呈散泉出露。泉源出露區(qū)東西長約2.4 km，南北寬約0.8 km，分布面積約2 km2。泉水出露標(biāo)高794～803 m，單泉大者流量50～100 L/s，小者呈線流。從1990年開始，由于泉域打深井開采利用巖溶地下水及其它因素，泉水流量減少，水位下降，泉域內(nèi)打井取水利用量0.20～0.43 m3/s，泉口實測流量平均2.18 m3/s（1990—2000年），至2011年泉源區(qū)面積縮小為約1.3 km2，利用量為1.26 m3/s，泉口實測流量減少至1.0 m3/s，2016年泉口實測流量為0.58 m3/s[1]。出露帶位于柳林單斜構(gòu)造東部奧陶系與石炭系地層接觸帶，屬溢流全排型泉水。

1.2 煤礦概況

山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司朱家店煤礦位于柳林泉域，但不在泉域重點保護(hù)區(qū)內(nèi)[2]。其中，北距李家灣鄉(xiāng)下白霜村至穆村鎮(zhèn)康家溝村的三川河河谷一級保護(hù)區(qū)最近距離13.57 km，距柳林縣李家灣三川河河谷段二級保護(hù)區(qū)最近距離約7.14 km；南距中陽縣陳家灣水庫至縣城南川河河谷段二級保護(hù)區(qū)最近距離約5.71 km。礦井所有用地均為荒坡地，符合當(dāng)前土地利用總體規(guī)劃。項目巖溶深井取水量為189.77 m3/d（6.93萬m3/a，按365 天計），該取水量屬柳林泉域現(xiàn)狀實際開采量的一部分，不增加新的取水指標(biāo)，不會對區(qū)域水環(huán)境產(chǎn)生明顯影響，也不會對區(qū)域巖溶地下水資源及其配置方案產(chǎn)生明顯影響。根據(jù)礦坑涌水量分析，正常開采條件下本礦生產(chǎn)能力達(dá)到120 萬t/a 時，6、9、10 號煤層礦井正常涌水量為933 m3/d（34.1 萬m3/a，按365 天計）。煤礦的年礦坑涌水可利用量能夠滿足項目的生產(chǎn)取水需求，符合當(dāng)?shù)厮Y源優(yōu)化配置的要求，不會對區(qū)域水環(huán)境產(chǎn)生明顯影響。

2 煤礦開采對柳林泉域水環(huán)境影響分析

2.1 煤礦開采對地表水的影響分析

朱家店煤礦地處黃土高原東部邊緣，屬呂梁山系中、低山區(qū)，區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，井田地勢東高西低，相對高差為287.15 m。開采后造成的地表沉陷僅幾米，與原有的地表自然起伏相比對地貌影響甚小，不會像平原地區(qū)那樣形成大面積明顯的下沉盆地，地表不會形成積水區(qū)。井田內(nèi)無常年性水流，北部和南部分別有車道溝和蘇家溝兩條季節(jié)性沖溝由東向西匯入南川河。車道溝，溝谷長約2.3 km，縱坡降約20.30%，流域面積約5.8 km2，相對高差160 m。蘇家溝，溝谷長約4.0 km，縱坡降約11.5%，流域面積約7.7 km2，相對高差110 m。根據(jù)預(yù)測結(jié)果，地表下沉最大可達(dá)10 m，相對于110 m 的高差而言非常小，不會改變小土河和南川河的匯水功能。南川河由東南-西北向流經(jīng)井田西部邊緣，在井田西南角有長約1 km 的河段位于井田內(nèi)，孝柳鐵路沿南川河邊緣在井田西部邊緣穿過，井田附近南川河河段基本位于孝柳鐵路外側(cè)，由于設(shè)計對孝柳鐵路留設(shè)了180 m 以上的保護(hù)煤柱，因此位于孝柳鐵路外側(cè)的南川河在保護(hù)煤柱范圍內(nèi)，不會受到開采沉陷的影響。

2.2 煤礦開采對地下水的影響分析

2.2.1 對煤系地層上覆含水層的影響

4 號煤層開采后，冒落帶高度介于2.20～10.06 m之間，導(dǎo)水裂隙帶高度介于10.0～40.79 m 之間。從面上來說，其頂點至二疊系上、下石盒子組砂巖含水層垂直距離平均為30.85 m，防水煤巖柱頂點至含水層垂直距離為12.8 m，未導(dǎo)通該含水層。從點上來說，4 號煤層開采所形成的導(dǎo)水裂縫帶距二疊系上、下盒子組地層最近為10.86 m。因此，4 號煤層開采所形成的導(dǎo)水裂縫帶未導(dǎo)通該含水層。在井田個別斷層處，使二疊系上、下石盒子組含水層通過破損處與導(dǎo)水裂縫帶發(fā)生水力聯(lián)系，進(jìn)而間接地對含水層造成一定的影響，但從全井田來看，這種影響僅局限在個別斷層處，區(qū)域較小。

2.2.2 對煤系地層含水層的影響

煤系地層含水層為二疊系山西組砂巖含水層和石炭系太原組巖溶裂隙含水層，主要開采4、6、10 號煤。從面上來說，4 號煤和6 號煤開采所形成的導(dǎo)水裂縫帶均導(dǎo)入二疊系山西組砂巖含水層，導(dǎo)入含水層中高度達(dá)1.5 m，而6、10 號煤開采所形成的導(dǎo)水裂縫帶均導(dǎo)入石炭系太原組巖溶含水層。從點上來說，經(jīng)各鉆孔導(dǎo)水裂縫帶高度計算，本井田開采所形成的導(dǎo)水裂縫帶也基本導(dǎo)通這兩個含水層。因此，二疊系山西組砂巖含水層和石炭系太原組巖溶含水層的地下水將被疏干，以礦井水的形式排至礦井水處理系統(tǒng)。

2.2.3 對煤系地層下伏含水層的影響

煤系地層下伏含水層為奧陶系灰?guī)r含水層，在全井田分布，屬于柳林泉域徑流區(qū)，流向由東向西流出區(qū)外，最終流向柳林泉域集中排泄區(qū)—三川河河谷，該含水層在井田內(nèi)無直接的補給源。各煤層除井田東部及西南部高于奧灰水水位，其它大部分地段底板標(biāo)高均低于奧灰水水位標(biāo)高，均屬奧灰水帶壓開采。井田4、5 上、6、9、10 號煤層帶壓開采最大突水系數(shù)分別為0.028 MPa/m、0.033 MPa/m、0.039 MPa/m、0.059 MPa/m、0.065 MPa/m。4、5 上、6、9 號煤層最大突水系數(shù)均小于底板受構(gòu)造破壞塊段臨界突水系數(shù)0.06 MPa/m，屬帶壓開采相對安全區(qū)。正常情況下發(fā)生突水的可能性小，但在導(dǎo)水?dāng)嗔褬?gòu)造附近存在發(fā)生突水的可能；10 號煤層最大突水系數(shù)大于或等于底板受構(gòu)造破壞塊段臨界突水系數(shù)0.06 MPa/m，但小于地層完整塊段臨界突水系數(shù)0.10 MPa/m，屬帶壓開采過渡區(qū)（相對危險區(qū)），但大的斷裂構(gòu)造破壞了隔水底板的完整性，降低了隔水層厚度和抗、隔水性能，成為底板突水的潛在通道，是易發(fā)生突水的區(qū)段。

2.3 煤礦開采對柳林泉域的影響分析

柳林泉域主要接受三方面的補給。面狀石灰?guī)r裸露區(qū)和松散巖類覆蓋區(qū)直接或間接入滲補給、條帶狀地表徑流補給、點滲漏補給。從位置來看，本井田位于柳林泉域條帶補給區(qū)之一（南川河?xùn)|側(cè)），離泉域面狀補給區(qū)較遠(yuǎn)。南川河河谷分布有第四系全新統(tǒng)沖洪積砂礫巖層潛水含水層，南川河地表水與地下水之間的水力聯(lián)系主要通過該含水層發(fā)生關(guān)系[3]。煤炭開采所形成的導(dǎo)水裂縫帶主要影響煤系地層含水層，且井田內(nèi)各含水層之間存在多個泥巖、砂質(zhì)泥巖、黏土巖組成的良好隔水層。因此，煤炭開采不會直接影響南川河的水量，相反在一定程度上，煤炭開采所形成的地面沉陷還會加大從井田流向南川河的地表徑流強(qiáng)度，使南川河水量增大，加大柳林泉域來自條帶狀補給區(qū)的水量。

柳林泉域強(qiáng)徑流帶位于離石區(qū)，在柳林泉排泄；弱徑流帶位于三交區(qū)，在柳林泉排泄。發(fā)生事故突水后，由于煤系上覆地層及本身煤系地層的良好隔水性能，從煤層底板突出的水絕大部分將保留在煤系地層中，僅有很少部分通過斜井井簡破損處與其它含水層發(fā)生聯(lián)系，即突水平衡后，井田煤系地層下伏奧灰承壓水仍流向柳林泉，在柳林泉排泄。因此，煤炭開采對柳林泉域巖溶地下水徑流影響不大，柳林泉域巖溶地下水仍流向柳林泉，在柳林泉排泄[4]。

由井田與柳林泉域排泄區(qū)的相對位置來看，朱家店煤礦遠(yuǎn)離柳林泉域排泄區(qū)。且煤系地層位于柳林泉域巖溶含水層上方，之間尚有約48 m 的良好隔水層，并在井田已探明斷層處均留設(shè)相應(yīng)防水煤柱，因此，煤炭開采基本不會對柳林泉域巖溶地下水排泄區(qū)產(chǎn)生影響。

綜上所述，煤礦開采對柳林泉域巖溶地下水補給、徑流、排泄影響較小。

2.4 煤礦開采對村莊飲用水源的影響分析

根據(jù)對評價范圍內(nèi)34 個村莊水井情況調(diào)查，第四系、新近系松散巖類孔隙含水是目前大部分村莊生活飲用水源。導(dǎo)水裂縫帶與第四系、新近系孔隙含水層之間存在多個泥巖、砂質(zhì)泥巖、黏土巖組成的良好隔水層，除靠近斷層處，隔水層隔水性能可能受到一定的損壞，井田內(nèi)絕大部分隔水層隔水性能良好，連續(xù)穩(wěn)定，未受到破壞，各含水層之間的水力聯(lián)系甚微，導(dǎo)水裂縫帶對第四系、新近系孔隙含水層的影響較小。但是，受地表沉陷影響，一定程度上改變了地面降水的徑流與匯水條件，含水層的水位和流向受到干擾，局部區(qū)域地下水的流動和水量重新分布，水位有所下降，水量有所減少，嚴(yán)重的地方將會影響居民飲用水源。

3 水環(huán)境防治措施

3.1 保護(hù)措施

3.1.1 探查構(gòu)造導(dǎo)水性、富水性

朱家店煤礦未進(jìn)行過地面物探（三維地震）工作，對于斷裂構(gòu)造的富水性、導(dǎo)水性研究相對較少，井田內(nèi)不排除存在隱伏導(dǎo)水構(gòu)造的可能，由于隱伏導(dǎo)水構(gòu)造突水具有隱蔽性、突發(fā)性和滯后特征，應(yīng)采用井下物探探測、鉆探驗證的方法查明構(gòu)造的位置、規(guī)模，分析構(gòu)造的導(dǎo)水性[5]。

3.1.2 留設(shè)斷層防隔水煤柱

對帶壓開采安全影響較大的井田內(nèi)的F1、F2、F3正斷層，存在通過斷層破碎帶對煤層產(chǎn)生側(cè)向充水的可能，尤其是F3 正斷層落差在80 m 左右，10 號煤層直接與奧陶系灰?guī)r對接。因此，在斷層附近一定要預(yù)留防水煤柱，避免對巖溶水造成影響。

3.1.3 礦井水和生活污水的再利用

1）礦井水

朱家店煤礦120 萬t/a 技改項目新建一座礦井水處理站，處理規(guī)模為4 800 m3/d，處理工藝采用二級調(diào)節(jié)+混凝除渣+磁絮凝沉淀分離+過濾+超濾+活性炭吸附工藝。礦井水經(jīng)處理后全部用于井下用水，沒有外排。開采下組煤時，礦井水涌水量增大，回用于井下用水和洗煤廠生產(chǎn)補水，不外排。

2）生活污水

生活污水處理站處理能力為150 m3/d，采用AO2二級生物接觸氧化+沉淀+活性炭吸附+消毒處理工藝，生活污水經(jīng)處理后回用于綠化、降塵灑水、洗煤廠補水和黃泥灌漿用水，不外排。

3.2 工程措施

底板突水的可能主要位于斷裂構(gòu)造附近，斷裂構(gòu)造的導(dǎo)水和隔水性能直接關(guān)系到帶壓開采的安全，因此需要進(jìn)行斷裂構(gòu)造的注漿加固。在導(dǎo)水?dāng)嗔褬?gòu)造的注漿加固中，應(yīng)注意下面一些問題：

1）在探水過程中發(fā)現(xiàn)導(dǎo)水?dāng)鄬印⒘严痘蛳萋渲鶗r，應(yīng)做放水或壓水試驗。

首先找出任務(wù)集中地區(qū)域，再將區(qū)域中心的經(jīng)、緯度和地圖進(jìn)行對照，即可確定所有任務(wù)所處的若干城市。對于任務(wù)集中區(qū)域的確定，考慮基于K-均值聚類的方法，將所有任務(wù)依據(jù)經(jīng)、緯度的相近程度進(jìn)行聚類，從而得到所有任務(wù)集中分布的若干位置。

2）確定注漿方案前必須查明斷裂構(gòu)造位置及發(fā)育特征。

3）注漿加固工程應(yīng)編制專門的注漿設(shè)計，明確注漿目標(biāo)。根據(jù)放水、壓水試驗結(jié)果，確定注漿孔的布置和注漿工藝。

4）用于注漿的井下鉆孔均應(yīng)按探、放水鉆孔的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計和施工。

5）注漿后應(yīng)打檢查孔，驗證注漿質(zhì)量，并進(jìn)行注水試驗。檢查孔的分布應(yīng)能全面檢驗注漿效果。注水試驗的壓力不得低于含水層的靜水壓力。經(jīng)注水試驗檢查注漿有效，方可揭露導(dǎo)水?dāng)嗔?。?jīng)注水試驗證明注漿未達(dá)到要求時，應(yīng)查明原因，并修改注漿工藝和注漿孔的布置重新注漿，在布置新的注漿孔時，應(yīng)盡量利用檢查孔。

3.3 管理措施

1）依法實施泉域水資源保護(hù)

2）建立健全水資源動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

完善地下水位、水量、水質(zhì)動態(tài)檢測，及時、準(zhǔn)確地掌握本礦地下水質(zhì)量變化動態(tài)，加強(qiáng)地下水質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)。

3）加強(qiáng)工程建設(shè)監(jiān)督管理

礦井水、生活污水處理設(shè)施；矸石場攔矸壩、防滲、地表水導(dǎo)排等工程建設(shè)施工必須按受當(dāng)?shù)厮姓鞴懿块T監(jiān)督管理，工程建設(shè)完工后必須通過當(dāng)?shù)厮姓鞴懿块T驗收，未經(jīng)驗收許可不得投入使用。

4）加強(qiáng)防滲、排水工程的運行管理

定期檢查、維護(hù)礦井水、生活污水處理設(shè)施和矸石場防滲工程，若發(fā)現(xiàn)局部防滲工程防滲功能下降，應(yīng)及時采取必要措施進(jìn)行補救，確保集、排水設(shè)施通暢運行。

5）加強(qiáng)采礦管理，保護(hù)地下水

從保護(hù)水資源的角度，加強(qiáng)對采礦開采的管理，按水資源的重要程度分別實行“保水禁采、保擴(kuò)性開采、開采為主適當(dāng)保護(hù)”的礦業(yè)管理。對礦坑排水要進(jìn)行處理才能排放，對釆礦造成的水資源破壞及時實施補救治理措施，防止人為造成的災(zāi)害，保護(hù)地下水持續(xù)利用。

綜上所述，通過采取上述一系列工程及管理措施后，可最大程度減小對柳林泉域水環(huán)境的影響。

4 結(jié)語

本文根據(jù)朱家店煤礦具體的水文地質(zhì)和地層情況，從地表塌陷、地下水含水層、泉域補徑排情況、村莊飲用水源、廢污水等多個方面對柳林泉域水環(huán)境影響進(jìn)行分析，從而形成全方位、多領(lǐng)域的科學(xué)評價體系，可以作為評判煤礦水環(huán)境保護(hù)工作的重要依據(jù)。在環(huán)境影響評價的基礎(chǔ)之上，采取針對性的措施預(yù)防以及控制污染，減少項目建設(shè)對環(huán)境造成的負(fù)面影響，是實施源頭治理的主要措施，也是非常有益且必要的。