矿山开采对鹏山水源地影响分析

高峰，于德杰，张宪尧，董强

(1.山东省地质环境监测总站，山东 济南 250014；2.莱芜市国土资源局，山东 莱芜 271100)



环境地质

矿山开采对鹏山水源地影响分析

高峰1，于德杰1，张宪尧2，董强1

(1.山东省地质环境监测总站，山东 济南 250014；2.莱芜市国土资源局，山东 莱芜 271100)

鹏山水源地开采松散岩类孔隙水和裂隙岩溶水，是莱芜市重要的饮用水水源地，潘西煤矿扩界开采可能对其造成影响。该文从水源地地下水的补径排条件、水文地质边界等多方面考虑，根据地下水动态观测结果，得出水源地和扩采区处于不同的水文地质单元、地貌单元，认为潘西煤矿扩界开采对水源地影响较小。

扩界开采；流场；水质；水文地质单元；鹏山水源地；莱芜莱城

0 引言

鹏山水源地位于莱城区辛庄镇西部盘龙河与辛庄河交汇处的河谷地带，设计供水量1800万m3/年，实际供水量1865.8万m3/年，其中城市综合生活供水量505万m3，供水人口7.9万人。1981年开始开采孔隙水向莱芜市城区供水，1996年进行孔隙水与岩溶水共同开采。莱芜市万祥矿业有限公司潘西煤矿属于国有企业，目前已开采50多年，随着开采时间的增加，煤矿出现储量不足的现象。2015年潘西煤矿申请扩界，扩界面积约9.53km2(图1)。扩采区内含煤地层(包括山西组、太原组、本溪组)，其中可采煤层4层(第3，4，7，19层)，可采煤层平均总厚度4.91m，可采系数58.1%[2]，扩界后开采水平-1100m，-1300m。

莱芜市矿山众多，矿山开采对水源地的影响较为严重。以叶马曹水源地为例，铁矿排水造成奥陶纪碳酸盐岩裂隙岩溶水水位大幅下降，形成降落漏斗，水位标高120m的漏斗面积27.5km2，中心水位埋深130m，严重影响了叶马曹水源地的水资源开发[3]。该文从水源地地下水的补径排条件、水文地质边界等多方面考虑，分析研究潘西煤矿扩界开采对鹏山水源地影响，为矿山开采与水资源开发利用提供依据。

图1 水源地与矿山扩界区位置图

1 水源地简介

1.1 含水岩组分布及其赋水性特征

水源地含水岩组主要有松散岩类孔隙含水岩组和碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组2种类型*莱芜市万祥矿业有限公司,李传生、刘志文、王振涛等，潘西煤矿扩界开采工程水资源影响评价专题报告,2015年。。

松散岩类孔隙含水岩组由河流冲洪积作用形成，厚度一般10～30m，近河地带厚度大，河谷边缘地带厚度小；含水层为沿盘龙河和辛庄河两侧分布的粗砂夹砾石层，厚度一般在5～15m之间，近河地带易补给、富水性强，单井涌水量1000～3000m3/d，河谷边缘地带小于500m3/d。孔隙水水化学类型以HCO3-Ca型为主，矿化度0.4～0.7g/L。碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组隐伏于松散岩层之下，岩性为中奥陶系的灰岩、白云质灰岩，裂隙、岩溶发育深度一般在300m以浅，富水性强，单井涌水量多在1000～5000m3/d之间；岩溶水水化学类型以HCO3·SO4-Ca·Mg型为主，矿化度0.4～0.7g/L。

1.2 地下水的补径排条件及动态特征

水源地孔隙水的补给来源主要为降水入渗、河水渗漏及上游地下水的侧向径流，总体流向与河水流向基本一致，以补给河流、越流补给岩溶水及蒸发的方式排泄。水位埋深一般2～10m，年变幅3～5m，多年变幅6～12m。

岩溶水的补给来源主要为上游地下水的侧向径流和孔隙水越流，部分地段还可接受河水的渗漏补给；流向受地层分布和构造条件的制约，总体流向由东往西，目前主要以人工开采的方式排泄。鹏山水源地区段水位埋深小于20m，动态变化过程及水位变幅与孔隙水基本一致。

水源地地下水位动态主要受开采量与降水量的影响，随着开采强度的增大水位波动幅度也呈现出逐渐增大趋势；枯水期及枯水年份亏损的地下水量在丰水期及丰水年份均得到了补偿，具有较好的补给条件和较强的调节能力，多年水位动态变化过程基本处于平衡状态。

1.3 水文地质边界

1.3.1 松散岩类孔隙含水层的边界条件

松散岩类孔隙水含水层由直接覆盖在灰岩顶板之上的砂层、砂砾石层组成，在平面上无限延伸。孔隙水接受上游地下水侧向径流、大气降水入渗、地表水渗漏等补给后，除向下游径流和开采排泄外，一部分则沿裂隙下渗补给下部含水层，然后于含水砂层与灰岩接触部位沿裂隙岩溶补给岩溶水。

1.3.2 裂隙岩溶含水层的边界条件

根据鹏山水源地水文地质资料(图2，图3)，鹏山水源地水文地质边界条件如下[4]：

西南边界：水源地岩溶水西部边界为F3、F5断裂。这2条几乎平行的断裂，2断裂之间为石炭纪地层。石炭纪地层与断层上下地层呈不整合接触，该断裂走向310，倾向NE，倾角约60。F3的NE盘为奥陶纪灰岩，F5西南盘为古近纪砾岩。根据钻孔揭露沿F3断裂地层发生倒转，古近纪砾岩和石炭纪地层俯冲至奥陶纪地层之下。

图2 鹏山水源地地质构造略图

东北边界：梁坡断层(F梁)，为区域性大断裂。正断层，走向310°～330°，倾向SW，倾角75°，落差>2000m[5]。上升盘有太古界花岗片麻岩出露，为隔水边界，梁坡断层也是莱芜煤田的东部边界。

东南边界：水源地南部下伏基岩为古近纪胶结砾岩，从区域看该层为隔水边界。

底部边界：奥陶纪底部为石炭纪地层、下伏古近纪地层，可视为隔水边界。

图3 鹏山水源地地质剖面图

2 扩采工程对水源地流场影响

2.1 对松散岩类孔隙水流场影响

扩采工程主要开采深部矿产，潘西煤矿现生产水平为-740m，下一延深水平为-1100m。由于煤矿开采水平较深且有较大厚度煤系地层的阻隔，孔隙水与裂隙水连通性较差，采煤产生的导水裂隙不能到达地表，因此，正常生产条件下，矿山排水不会对孔隙水流畅造成影响。以北下冶村第四纪孔隙水监测点为例，该监测孔位于潘西煤矿、东港煤矿交界位置，下部开采3、19煤层，埋深100m左右，监测孔多年水位标高202～203m，多年变幅1～2m(图4)，煤矿多年开采并未对孔隙水水位造成影响*山东省地质环境监测总站,高峰、董强、王振涛等，鲁中煤铁矿区矿山地质环境调查2014年度成果报告,2015年8月。。

图4 北下冶村松散岩类孔隙水多年水位变化曲线

扩采区开采煤层利用煤矿原有的开采系统，不会在水源地周边新开矿井，且扩采区与鹏山水源地之间存在崖下山—王子山分水岭(图1)，而鹏山水源地第四系含水层主要的补给来源降水入渗、河水渗漏及上游地下水的侧向径流。因此矿山扩采工程对鹏山水源地松散岩类孔隙水流场影响小。

2.2 对裂隙岩溶水流场影响

根据矿井充水性因素分析，矿坑疏排水的含水层主要有二叠纪山西组砂岩含水层、石炭纪太原组薄层石灰岩(一、三、四、五、六灰)含水层、奥陶纪石灰岩含水层，目前潘西煤矿矿井正常排水量约为1500m3/h，其中奥陶纪岩溶水占92.8%*莱芜市万祥矿业有限公司,董兴军、葛强、王国鹏等，山东省莱芜煤田潘西煤矿生产矿井地质报告,2013年5月。。

从水文地质单元看，采矿所排的岩溶水与鹏山水源地开采的岩溶水分属不同的水文地质单元。其中采矿所排的岩溶水东北边界为梁坡断层，为隔水边界；西南边界为颜庄断层，东南边界为F6断层。鹏山水源地开采的岩溶水，西南边界为梁坡断层的支断层F3，F5，东北边界为梁坡断层，东南边界为古近纪地层、底部边界为古近纪地层。

从目前的水位看矿区及扩采区岩溶水水位从1988年111m到2014年底-566m，8年间奥灰岩溶水位下降近700m(图5)，而S9观测点(位置见图2)多年岩溶水位均在215m之上，最大变幅仅5.63m。水位动态变化确信无疑的证明了F5，F3断层为隔水断层，2个岩溶水水文地质单元无水力联系。综上所述，扩采区开采对鹏山水源地岩溶水流场影响小。

图5 潘西煤矿年涌水量、煤矿奥灰水位、百咀红村奥灰水位变化曲线图

3 扩采工程对鹏山水源地水质影响

鹏山水源地二级保护区与井田重合区域面积仅为1.04km2，位于水源地下游赵家泉村附近(图1)，同时由于扩采区进行深部采矿，煤矿供排水、煤矿运输均在利用原来矿区的设施，工业场地、矸石堆等污染区域，与水源地隶属不同的地貌单元(图6)。这些污染区域不处于鹏山水源地的补给区，不在水源的二级保护区内，因此煤矿开采对地下水水质影响小。

图6 扩采范围与主要敏感度相对位置图

同时潘西煤矿已建污水处理厂2处，矿坑水基本上都回收利用，处理后的水大部分为中水，中水供莱钢和矿区生产用，基本实现了综合利用。运往莱钢的管线主要从出水口往东南方向走，远离水源地的保护区、补给区，事故状态下不会对水源地水质产生影响。因此扩采区运行后对水源地地下水水质无影响。

4 结论及建议

从地貌单元来看，扩采区与鹏山水源地之间存在崖下山—王子山分水岭；从水文地质单元来看，多年水位动态曲线有力地证明了煤矿岩溶水水文地质单元和鹏山水源地水文地质单元无水力联系。同时煤矿供排水、煤矿运输均使用原矿区的设施，工业场地、矸石堆等可能对地下水造成污染的区域，与水源地隶属不同的小流域。因此，正常情况下潘西煤矿扩界开采对水源地影响较小。

同时需要指出的是，虽然依据地质资料得出以上结论，但是有许多矿区小构造是勘探阶段难以查明的，这些构造可能具有导水的意义。在矿井生产建设期间，应当加强水文地质工作，建议对矿区地下水和鹏山水源地之间进行水位、水质方面联合观测，一旦两者出现较强的同步性，应立即停止开采，并查明原因。

[1] 江鸿雁.莱芜市城市饮用水水源地环境保护[D].湖南：湖南大学,2008.

[2] 刘书锋,高继雷,乔增宝,等.山东莱芜煤田潘西煤矿深部煤层特征及赋煤规律浅析[J].山东国土资源,2013,29(7):38-41.

[3] 常允新,王振涛,温永泉,等.莱芜市矿山排水对地质环境的影响分析[J].山东国土资源,2007,23(6-7):33-35.

[4] 张利生,朱国荣.鹏山水源地开采条件下的含水层固结模型[J].岩土力学,2005,26(7):1141-1147.

[5] 袁同星,杜振川.莱芜矿区构造特征[J].河北建筑科技学院学报,2000,17(1):57-61.

Analysis on the Effect of Mining to Pengshan Water Source

GAO Feng1，YU Dejie1，ZHANG Xianyao2，DONG Qiang1

(1. Shandong Monitoring Center of Geological Environment, Shandong Jinan 250014, China；2. Laiwu Bureau of Land and Resources, Shandong Laiwu 271100, China)

Pengshan water source exploited loose rock pore water and fissure karst water. It is an important source of drinking water in Laiwu city. Expanding mining in Panxi coal mine may affect water supply. Through analysis on groundwater recharge, runoff and discharge conditions and hydrogeological boundary, based on the observations of groundwater dynamic data, it is regarded that water source and expanding mining area are in different hydrogeological units and geomorphic units. Expanding mining in Panxi coal mine has little effect to water source.

Expanding mining; flow field; water quality; hydrogeological units; Pengshan water sources; Laicheng district in Laiwu city

2015-12-23；

2016-01-20；编辑：陶卫卫

资金项目：大型矿产资源基地地质环境调查与影响评价项目，任务书编号：水[2014]02-023-012

高峰(1982—)，男，山东临沂人，工程师，主要从事地质灾害勘察及水文地质调查方面工作；E-mail：gaofeng2258@163.com

X824.03

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高峰，于德杰，张宪尧，等.矿山开采对鹏山水源地影响分析[J].山东国土资源，2016,32(9)：43-47.GAO Feng，YU Dejie，ZHANG Xianyao，etc.Analysis on the Effect of Mining to Pengshan Water Source[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(9)：43-47.