晋城潘庄区块煤层气开采对地下水环境影响分析

岳鹏翼

（山西省水资源研究所，030001，太原）

山西晋城潘庄区块是我国煤层气开发试验最早的地区之一，位于山西省沁水县嘉丰镇与端氏镇之间，是我国几个储积层较厚而且幅员辽阔的无烟煤产地之一。潘庄区块构造简单、煤层发育、区域稳定、煤层厚度大，煤体结构良好，煤层埋深浅，煤层顶板封闭性能好，煤层气含量高，含气饱和度高，煤层渗透性好，是一个得天独厚的煤层气开发有利区。

一、施工期对地下水影响分析

工程施工期对地下水可能造成的影响主要存在于钻井施工环节，即钻井施工、压裂对地下水含水层结构的破坏和钻井液渗漏对地下水的污染。

在钻井过程中，势必造成地层震动，有可能导致地层细小断裂、破损，但由于本工程在钻井过程中充分考虑到了项目区的地质特征，采用低密度钻井技术，可避免井塌、井漏等复杂情况的发生，大幅度减少化学泥浆材料的使用，从源头上减少可能进入地下的污染物的量。潘庄区块钻井采用清水钻井技术和空气钻井技术，即分别采用空气泡沫或清水作为钻井循环介质，实现欠平衡和近平衡钻井。在钻井过程中可以最大限度地减少钻井液对地下水含水层的污染。降低了污染地下水的可能性。钻井施工由于采用成熟的止水技术，在固井施工结束后不会出现不同含水层连通的情况，避免对地下水含水层结构的影响。因此，在上述工程措施的保证下，因地层破裂导致地下水污染的情况发生概率较低。建议在钻井同时加强对周围地下水的监测，以便及时发现问题，采取相应的补救措施。

采用常规直井工艺则必须通过压裂改造实现商业性生产。潘庄区块现阶段常规直井仅开采了3号煤层，压裂射孔层段原则上限制在3号煤层之内。压裂施工中，在强大压力作用下地层的节理裂隙张开、扩展、贯通，并被压裂液中携带的支撑剂（金刚砂等）所充填。施工结束后，由于支撑剂的存在，使得节理、裂隙难以愈合，裂隙的含水或导水性能发生改变，压裂影响范围可达百米以上。虽然压裂层段原则上限制在目的煤层之内，实际对煤层顶底板的破坏是不可避免的。压裂施工将破坏煤系地层的含水、隔水结构，这种破坏是永久的、不可逆的。3号煤层以下至奥陶系顶面隔水岩柱地层有，本溪组平均9.7 m左右，太原组平均98.08 m，山西组大约10m，总厚约为118.15m。3号煤层压裂施工对含隔水层结构的影响仅限于煤系地层之中。

二、运营期对地下水的影响分析

区煤层气的开采是通过煤层气井排水降压，使吸附于煤的多孔介质中的吸附气解吸附，解吸附的气体通过扩散作用进入到孔隙及裂隙系统中，然后渗流到井筒，再被采出地面。

潘庄区块煤层埋藏深度250～600 m，采气层位一般限制在目的煤层及其直接顶底板。本区煤系地层富水性弱，出水量较小。据本区已施工煤层气孔排水资料，单孔排水量最大仅为69.53m3/d（PZP01-1）。

排采活动贯穿于煤层气开采的全过程。煤层气井的排水量不是固定值，其排水量不仅受水文地质条件的控制，还受到气井排采活动的控制。一般开采初期排水量较大，后期排水量逐渐减少。

潘庄区块煤系地层深埋地下水，补给条件较差，煤层气井排水将导致分析区及其周边区域煤系地层地下水水位下降，也将导致地下水流场的改变。一方面，这使得煤系地层浅埋露头区排泄量减少，局部补排关系发生转化；另一方面，使得煤系地层裂隙承压水向上越流量减少甚至发生逆转，进而影响浅层地下水。由于煤系地层含水层为弱含水层，水量有限，它的疏干对区域水资源影响较小，且分析区内及周边直接开采利用煤系地层地下水的极少，现状条件下煤系地层地下水主要顺层向南径流，在南部煤矿开采区转化为矿井涌水，排至地表。煤层气井的开采破坏对区域地下水系统影响较小。

2008年9月5日在PZP01-1号井出水口进行了采样。监测结果显示煤层气井抽采排水水质，pH值7.98，矿化度较高达1 583 mg/L，水质类型属 HCO3-K+Na型，F含量 5.24 mg/L，总硬度12.38 mg/L，负硬度1 254.24 mg/L，是典型的煤系地层地下水水质特征。排水水质总体主要反应矿化度和F含量较高，其他有害元素均未超限。水质符合污水综合排放标准一级标准的要求。

三、固废物排放对环境影响分析

潘庄区块煤层气开采运营期固废物以生活垃圾为主，组成类型简单。由于项目在营运过程中实际每年使用人数不同，分析报告按人数最多时进行估算（788人），人均生活垃圾产生量每天为1kg，则年生活垃圾产生量为287.62 t。收集后交由市政部门集中处置。

我随手揿亮了灯具，看见白丽筠独自坐在沙发里，我们曾在那个沙发上尽情地做爱狂欢。白丽筠说，你坐吧，我给你煮一杯咖啡去。

排水采气过程中排水通过沉淀处理以后达标排放，沉淀池产生的污泥量较少（最大量为3.19 t/a），污泥组成简单，经过化验可满足《农用污泥中污染物控制标准》（GB 4284-84）中规定的重金属允许含量，将其熟化后作为农肥直接施用。

根据潘庄区块已有工程运行经验类比分析，项目集气管线每年产生约150 kg清管废渣，拟交由山西省相关环保部门处置。

由于项目营运期固废全部可以得到集中处置或者综合利用，因此不会对潘庄区块环境产生影响。

四、煤层气开采对延河泉域岩溶水环境影响分析

煤层气开采对岩溶地下水的影响，一方面是工程活动对地下水系统结构和流场的影响，另一方面还与开采区下伏岩溶水系统的发育条件密切相关。

由于延河泉域奥陶系地层岩溶发育程度不均，在不同区域岩溶水赋存的层位、富水性及水压值等存在很大差异。所处位置不同，相同工程活动对岩溶水的影响程度也存在很大差别。

潘庄区块处于延河泉域北部，区内岩溶含水层上覆地层厚度400～600m。据水文地质勘探资料，区内O2f含水层单位涌水量 0.00035～0.0015 L/（s·m），富水性弱～极弱，水位标高530～540m；郑村镇夏荷村水源井、侯村煤矿2号水源井钻探也显示O2f和O2S3，富水性弱，属深埋藏径流区～滞流区。

潘庄区块内断裂构造不发育，仅在西北边界毗邻寺头断层，断距250～300 m左右，潘庄区块处于断层的上升盘。断层两侧派生或次生断裂发育，断裂带的导水性和富水性可能稍好。

潘庄区块煤层气开采主要目的层位是3号、15号煤层。15号煤层至奥陶系顶面隔水岩柱厚度20～50 m，在褶皱轴部厚度较厚。采用多分支水平井技术开发，不会破坏煤系地层和奥陶系灰岩间的含隔水结构，钻井和排采活动对延河泉域岩溶地下水的影响较小；采用常规直井开发，压裂施工会破坏3号煤层底板的隔水岩柱，使得断层裂隙的导水、隔水性能发生改变，这种破坏是长期的不可逆的。由于3号煤层底板与奥陶系顶面之间的隔水岩柱厚度约110 m左右，压裂施工一般不会波及奥陶系岩溶含水层。

总之，潘庄区块煤层气的开发对延河泉域岩溶地下水系统影响微弱，且影响是阶段性的，随着煤层气井的关闭，影响将基本消除。

五、降低煤层气开采对水环境影响的对策措施

在钻井过程中，尽量减少化学泥浆材料的使用，最大限度地减少钻井液对地下水含水层的污染。钻井施工必须采用成熟有效的止水技术，不允许出现连通不同含水层的情况。在钻井同时还应加强对周围地下水的监测，以便及时发现问题，采取相应的补救措施。

评价区内浅层地下水是当地居民生产生活的重要供水水源，也是对水环境状况最为敏感和脆弱的水源。煤层气井采排水水质矿化度和氟含量远比表层原生环境水中含量高。排采废水直排入渗将污染浅层地下水，长期饮用高氟水也会导致慢性氟中毒，危及当地居民和企业员工的身体健康。必须按照 《地下水质量标准》（GB/T14848-93）Ⅲ类标准值处理达标后排放或利用，不得直接排放。

项目产生的固体废物必须进行无害化处理，对于集气管线每年产生的清管废渣，交由专业部门处置；生活垃圾必须集中堆放，统一进行定时定点处理；建设固体废物堆放场堆放施工期产生的固体废物，并对防渗基层按国家的有关法律、法规的要求进行防渗处理，在堆放场修建排水涵洞，对收集到的淋溶水处理后再综合利用。

在建设和运营期间，选定周边环境敏感的井场制定监测计划，定期进行水环境监测，及时了解水质、地下水水位等变化情况，并将监测结果定期上报当地水行政主管部门。