采煤对地表水和地下水的影响.pdf

科技情报开发与经济S C I - T E C HI N F O R M A T I O ND E V E L O P M E N T h o l e - m a n u a l l y - d i g g i n g ; c o n s t r u c t i o n e n g i n e e r i n g 1采煤对地表水的影响 由于山西地处高原, 煤矿绝大部分位于山区, 地形复杂, 河谷切割很 深, 密如蛛网, 因此地表水有限, 沟谷溪流很少, 大部分为季节性河流。 煤 矿开采至河床附近时, 留有保安煤柱, 大部分河床底部与下伏煤岩层之 间有隔水层存在, 当煤矿开采沉陷未波及地面时, 地表水和矿坑水之间 没有直接水力联系, 彼此不发生影响。 当采空面积不断扩大, 采空区导水 裂隙带和地面沉陷范围也随之扩大, 在局部地段, 三带与地表水发生水 力联系, 地表水渗入地下或矿坑, 因而使局部河川径流量减少。 在大同十 里河、 怀仁小峪河、 朔州七里河、 阳泉桃河、 孝义兑镇河、 左权清漳河、 晋 城长河等均有此种现象。 例如阳泉市桃河,据阳泉水文站观测,该站控制流域面积为5 0 3 k m 2, 主要为砂岩、 泥岩裸露的山区。阳泉矿务局一、 二、 三、 四矿位于桃河 流域中上游, 周围还有许多小煤窑, 自2 0世纪7 0年代以来, 大量开采, 目前各类矿采空面积累计达9 8 . 8 k m 2, 占该流域面积的1 8 . 6 。 据近期调 查, 保安沟、 蒙村沟、 马家坡沟等支流, 煤矿开采前后, 径流量变化较大。 开采前河沟常年有清水流量, 开采后雨季有水, 旱季大部分河沟断流。 有 些河段在采空区河水下渗, 到下游又从地下溢出排入河沟, 如马家坡等。 和顺县古窑煤矿、 窑提煤矿开采沉陷, 产生裂缝、 塌陷, 导致降水加 大入渗转化为地下水, 使河川径量减少。有些小煤矿, 在河床下采煤, 不 按规程留设保安煤柱,均在枯河河床下开拓和采煤,河床下现已采空。 1 9 8 2年4月2 5日, 开采沉陷引起河道塌陷, 面积达1 0 m 2, 深 6 m, 河水 灌入矿井, 经及时回填抢救, 目前不漏水。下游窑提矿, 在河床下采空, 1 9 8 8年又塌陷2个坑, 直径约1 0 m, 地表水由陷坑进入矿井。目前该河 段内, 在长达1 0 0 0 m范围内, 已成为间断性矿坑水排放区, 原有河水断 流, 至下游又从地下溢出。 另外, 西山九院河、 玉门沟等开采前后, 流量也有不同程度的变化。 当然河川径流量的减少, 影响因素很多, 如近年降水量减少, 地表 水、 地下水过量开采等, 但煤矿开采排水影响是主要原因之一。 文章编号1 0 0 5 - 6 0 3 32 0 0 70 9 - 0 2 8 2 - 0 2收稿日期2 0 0 6 - 1 1 - 2 7 采煤对地表水和地下水的影响 诸铮 山西煤炭工业管理局环境保护研究所, 山西太原,0 3 0 0 0 6 摘要 根据调查研究, 通过大量实例, 就山西煤矿开采对地表水、 煤系地下水和下伏 岩溶水的影响进行了初步分析。 关键词 采煤; 地表水; 地下水 中图分类号X 5 2;T D 8 2 3文献标识码A 2 8 2 2采煤对煤系裂隙水的影响 煤矿开采直接影响的地下水是煤系裂隙水,这是由以下原因造成 的 其一, 煤矿排水局部改变了地下水自然流场。煤、 水资源共存于同一 地质体中, 在天然条件下, 各有自身的赋存条件和变化规律。由于煤矿开 采排水打破了地下水原有的自然平衡状态, 形成以矿井为中心的降落漏 斗, 使地下水向矿坑汇流, 在其影响半径内, 地下水流速加快, 水位下降, 贮存量减少, 局部由承压转为无压, 导致煤系地层裂隙水以及煤系顶部 裂隙水, 都要受到明显的影响。 例如昔阳县, 煤矿位于城西1 9 2 k m 2内, 现 有煤矿1 0 0个,1 9 8 8年矿坑直接总排水量为7 6 3万m 3。由于煤矿排水形 成以矿区为中心的降落漏斗, 致使煤系地下水水平运动转向垂直流入坑 区, 在其影响范围内的3 9眼水井, 受到严重影响的有2 8眼, 占7 2 , 水 位下降有8眼, 没有影响仅8眼。其他地区也有类似现象。其二, 开采排 水局部破坏了煤系含水层补、 径、 排的关系。在开采沉陷、 冒落、 裂隙导水 带范围内, 含水层要受到破坏, 地下水直接涌入矿坑, 改变了自然条件下 补、 径、 排关系, 如吕梁市杜家沟矿就是这样。杜家沟煤矿位于杜家沟向 斜内, 周围为奥陶系灰岩, 向斜内为煤系地层, 含水层为砂岩, 属层间裂 隙水蓄水构造, 其天然水位为9 6 0 m ～ 9 7 0 m, 由向斜北端向南流, 其南端 为湍水头泉, 出露标高为9 6 0 m。1 9 8 3年1 0月, 开采巷道西北侧煤时, 底 板砂岩裂隙突水, 突水量为1 0 L / s, 经昼夜排水后, 稳定在5 L / s ～ 6 L / s。突 水点标高为9 2 0 m, 泉水出露标高9 6 0 m。由于煤矿排水水位下降, 使泉 水向矿坑排泄, 改变了自然状态下的补给、 径流、 排泄关系, 引起泉水断 流, 使湍水头村近2 0 0 0人吃水严重困难。 其三, 采区水位下降, 井泉流量 减少。据吕梁地区的调查 中阳县乔家沟煤矿, 开采山西组和太原组煤 层, 由于多年采煤排水, 形成以矿井为中心的降落漏斗, 煤系含水层水位 大幅度下降, 在其影响半径内, 泉水断流, 水量水位下降, 流量减少, 浅层 地下水局部被疏干, 使枣庄则、 乔家沟、 崔家岭3个村的人畜吃水受到严 重影响。又如五台县天河煤矿、 陵川县平城煤矿、 孝义县兑镇煤矿、 水峪 矿、 朔州刘家口矿等均有类似情况, 不再详述。其四, 矿井排水, 局部改变 了 “三水” 转化关系。在自然状态下, 降水地表水与地下水存在一定的补 排关系。由于矿井排水, 在浅部地段导致 “三带” 连通, 使地表水转化为地 下水, 涌入矿坑再排出, 在下游又转为地表水, 在矿井密集地段, 则形成 降水、 地表水入渗、 排出、 再入渗、 再排出的不良循环状况, 形成地表水、 地下水互相转化, 互相补给, 既影响了水质, 又浪费了水资源, 还造成了 经济上的影响。例如朔州平朔矿区七里河, 据过去勘探资料, 该河刘家口 至上寨村段, 煤系地下水位高于河床和冲积层水, 在自然条件下, 煤系砂 岩裂隙水补给冲积层孔隙水或侧向补给河水,钻孔穿过山西组砂岩时, 水位高出地表, 例如5号钻孔, 孔深1 5 7 m, 山西组砂岩含水层自流, 水位 高出地表7 . 2 5 m, 单井涌水量为0 . 1 1 L /sm～ 0 . 2 2 L /sm , 推算钻孔可 采储量为5 3 3 m 3 / d, 水位标高为1 2 0 0 . 6 8 m, 静止水位为1 . 0 2 m。 自七里河两岸刘家口等煤矿开采后, 引起地下水位下降, 形成以矿 井为中心的降落漏斗, 导致 “三水” 发生转化, 原来煤系地下水补给上部 风化带冲积层和河水, 煤矿开采后全部转化为垂直入渗补给矿坑水。由 于矿坑水直接排入河床, 部分流向下游, 一部分补给冲积层水, 另一部分 经过塌陷裂隙导水带又回入矿坑, 形成 “三水” 入渗, 矿坑水外排, 再入 渗, 再外排的反向恶性循环, 给煤矿生产和当地水源造成了重大损失。类 似情况在其他矿区也有存在。 综上所述可以看出, 煤矿开采范围内, 在开采期间, 煤系地下水水位 下降, 流量减少, 形成以矿井为中心的降落漏斗的新的水动力场, 局部改 变了原来地下水的补、 径、 排关系, 有些矿开采沉陷后, 还导致地表水、 地 下水互相转化和互补关系, 对当地缺水的山区产生了严重影响。 3煤矿开采对深层岩溶水的影响 深层岩溶水主要是煤系底部奥陶系 O2 灰岩岩溶水, 分布于各大煤 田边缘和底部, 是山西岩溶大泉的主要含水层位, 既是工农业供水主要 来源, 又对部分煤矿开采造成威胁和影响。奥陶系石灰岩下伏于煤系底 部, 能否发生水力联系, 主要取决于断裂构造和煤系底部隔水层厚度。据 现有资料显示,各煤田太原组下组煤底板与奥灰顶板距离一般为3 0 m ～ 6 0 m, 中间为本溪组, 隔水层厚度最大达6 0 m以上, 最小为1 5 m左右, 有些地区奥灰顶部还有3 0 m ～ 5 0 m不含水。其变化特征为南北薄, 中间 厚, 岩性以铝土泥岩、 砂质泥岩为主, 局部含水量有透镜体砂岩和石灰 岩, 为煤系底部主要隔水层。由于山西大部分煤层底板高于岩溶水位标 高, 一般不发生水力联系, 没有影响, 但深部断裂带可能会有影响。 根据调查研究成果, 目前各煤田对奥灰岩溶水有影响者主要有轩岗 矿区、 东山矿区等。 轩岗矿区位于下马圈泉上游, 奥陶系灰岩水位标高为1 1 4 2 m ～ 1 2 7 2 m,太原组9号煤底板标高大部分为9 0 0 m ～ 1 2 0 0 m,低于奥灰水位7 0 m ～ 2 4 0 m, 为带压开采, 具有突水条件。 刘家梁矿1 9 7 31 9 8 6年, 在9 6 5 m水平掘进中, 先后发生了1 6次突 水事故, 水量较大的有7次。1 9 8 6年5月2 9日突水量最大达8 3 6 6 m 3 / d, 矿井总排水量达1 . 3 2万m 3 / d ～ 1 . 5 6万m 3 / d,其主要原因是遇断裂带发生 底板奥灰突水。这不仅给煤矿生产带来了威胁, 也给当地水环境和人畜 吃水带来了严重影响。 太原东山煤矿位于东山岩溶水系统,煤系基底奥灰岩溶裂隙含水 层, 补给来源广, 径流条件好, 地下水储量丰富, 水位标高为8 1 0 m左右, 下组煤1 5号底板标高一般为5 5 0 m ～ 8 0 0 m, 局部为3 0 0 m ～ 6 0 0 m, 水压 达1 0 k g / c m 2 ～ 4 0 k g / c m 2。 该矿现有杨家峪、 观家峪和银山3个矿井, 杨家峪矿目前开采1 5号 煤, 开采水平标高7 5 0 m, 年产4 0万t, 曾发生多次突水事故。 最大一次为 1 9 8 2年1 0月1 9日, 南大巷6斜坡下山掘过F9和一逆断层, 当接近F1 0 断层时, 发生突水事故。突水点标高为6 9 9 m, 水压达1 0 k g / c m 2以上, 初 始突水量为1 . 2 5万m 3 / d, 排水7 3天水量不减, 至1 9 9 1年水量仍达6 5 0 0 m 3 / d左右。突水原因主要为F9,F1 1和小断层导水, 给采区生产造成了重 大损失, 也给水资源带来了严重影响。霍县对佛矿、 白龙矿位于郭庄泉 域, 奥灰岩溶水位标高5 2 0 m左右, 下组煤底板标高为2 0 0 m ～ 5 0 0 m, 均 低于奥灰岩溶水位, 带压开采, 又因断层发育, 开采以来已发生4次大透 水事故, 均为断层导水, 对水环境造成了明显影响。 此外, 还有西山白家庄2号井, 开采水平7 1 0 m, 奥灰 O S 2 水位标高 为8 0 5 m左右, 下组煤底板标高低于奥灰水位9 0 m左右。为了保证安全 生产,1 9 8 3年开始降压排水, 日排水量为4 4 0 0 m 3 ～ 5 5 2 1 m 3, 从水均衡关 系分析, 对西山岩溶水和晋祠泉也有轻微影响。 责任编辑 邱娅男 ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ 第一作者简介 诸铮, 男,1 9 6 7年生,1 9 9 1年毕业于山西经济管理 学院, 高级工程师, 山西煤炭工业管理局环境保护研究所, 山西省太原 市,0 3 0 0 0 6 . T h e I n f l u e n c e o f C o a l Mi n i n g o n t h e S u r f a c e Wa t e r a n d G r o u n d w a t e r Z H UZ h e n g A B S T R A C T A c c o r d i n g t o t h e i n v e s t i g a t i o n a n d r e s e a r c h a n d t h r o u g h a g r e a t d e a l o f a c t u a l e x a m p l e s , t h i s p a p e r a n a l y z e s o nt h e i n f l u e n c e s o f t h e c o a l m i n i n g i nS h a n x i P r o n v i c e o nt h e s u r f a c e w a t e r , c o a l m e a s u r e g r o u n d w a t e r a n du n d e r l a y i n g k a r s t w a t e r . K E YWO R D S c o a l m i n i n g ; s u r f a c e w a t e r ; g r o u n d w a t e r 诸铮采煤对地表水和地下水的影响本刊E - m a i l b j b m a i l . s x i n f o . n e t创新与实践 2 8 3