煤矿开采对地下水资源的影响分析

陈 杰（广东省建筑设计研究院，广东广州510010）

煤矿开采对地下水资源的影响分析

陈 杰（广东省建筑设计研究院，广东广州510010）

为了解煤矿开采地下水资源的影响，并有效解决其不利方面，本文以贵州省白龙山片区的煤矿开采区为例，在充分认识矿区影响范围内水文地质条件的基础上，分析了煤矿开采对地下水资源水量和水质的影响机理，并从水量和水质两个方面提出了减少煤矿开采对地下水资源影响的较为适宜的处理方案，对有效保护矿区地下水资源具有一定的参考价值。

煤矿开采；地下水；水文地质；矿坑排水

1 引言

连片大型煤矿的集中开采，对周边环境的影响是多方面的，尤以对浅层地下水的影响较为突出，如造成地下水严重渗漏以及水位持续下降等不利影响，从而引发周边沟流的断流、泉水干涸及周边水源地的污染问题[1]。在煤矿开采过程中矿区地下水资源保护一直是一个比较薄弱的环节。一方面是矿山生产项目设置对区域水源的影响问题考虑不足，煤矿开采对区域地下水的水量影响研究不够深入，未采取足够的措施以减轻或避免水源被侵夺，导致片区内地下水水源出现枯竭的趋势，另一方面是水源地规范化管理存在盲区，缺乏对地下水水源地水质、水量的有效监测[2]。本文研究以白龙山片区的煤矿区开采为例，在了解区域的水文地质条件的基础上，从水量和水质两个方面分析了煤矿开采对地下水资源的影响，并提出了针对性的解决方案，从而为有效地解决当地民众的饮水安全、引导合理地开采煤矿资源等问题提供参考性意见。

2 矿区水文地质概况

白龙山片区地处云贵高原的贵州西南部，属低中山地貌。片区地下水赋存条件受岩性、构造、地貌及大气降水控制，区内主要以碳酸盐岩为主，地质构造较复杂，主要地貌类型为溶蚀类型，主要岩性为碳酸盐岩、碎屑岩及二叠系上统含煤地层。结合区域水文地质分析，白龙山片区地下水补给主要可分为两个区域，大致以北东向的白龙山山脉为界，分东南区和西北区。东南区地形总体呈单面坡向下坝力河方向倾斜降低，地形坡面倾向与岩层倾向一致，坡面起伏，峰丛、洼地发育，地表水系不发育，区内主要以地下暗河系统发育为主，局部发育暗河天窗和短距离地表河流；西北部地区，地形自白龙山山脉向西北方向陡降，坡面倾向与岩层倾向相反，地表小型冲沟发育，均流入黄泥河，属黄泥河流域，陡倾小型脊状山发育，出露地层基本为二叠系上统龙潭组含煤碎屑岩组成，地下水以基岩裂隙水为主，埋深浅，流量小；东北部地区，为峰丛、洼地地形，山间坝子较发育，出露地层以三叠系下统永宁镇组、中统关岭组地层为主，岩性以灰岩为主，次为泥岩，断层较发育，地下水以岩溶管道水为主，泉点分布仍然受三叠系中统关岭组泥岩隔水岩组及构造控制。

片区内地下水均来源于大气降水，大气降水经岩石溶隙、洼地、落水洞入渗进入地下岩溶管道，并在岩溶管道中汇集、径流，受岩溶管道下部相对隔水层的阻隔，在地势低矮处自溶洞口流出地表形成岩溶泉或地表河流。在片区南部，大部分岩溶泉出露地位于洼地底部，在洼地中径流一段距离后又入伏于岩溶管道中径流，这些洼地均系岩溶塌陷发展的结果。各支岩溶管道水在径流途中相互会合，水流量增大，最终在较低处流出地表排向地表河流[3]。

3 矿山分布及其对本区水源水量和水质影响分析

片区内共分布有11个煤矿，其中一个已停采，其余10个矿山正在生产过程中。其中：煤矿1#～10#等矿山坐落在白龙山北西侧坡麓地带，与白龙山山脉呈北东向分布，矿山自北西向南东由浅入深采掘，仅煤矿11#矿山位于白碗窑镇簸米甲北部，位处北龙山山脉北部低一级台地边缘，具体分布见图1。

图1 白龙山片区煤矿分布图

该片矿区主要是潜水型岩溶水，依靠降水补给，因而在水源地及其补给径流区的煤矿开采必将对地下水水源水量造成不利影响[4]。受位于白龙山西北侧煤矿采空区影响，地下水分水岭可能向白龙山东南侧偏移 （白龙山山脉成东北～西南走向），地下水局部流向可能发生改变，原来流向西南、东南及东北的地下水可能变为西北流向，可能减少东南侧的地下水补给区面积，但其影响程度还需进一步的专题研究确定。

3.1 水量影响分析

煤矿生产过程中影响地下水资源的主要因素包括采空塌陷和矿坑排水，采空塌陷改变了矿区周边地下水系统的补给、径流和排泄条件，破坏了地下水的动态平衡和岩性特点，使浅层地下水与矿坑水发挥了水力联系；矿坑排水削减了地下水的储存量，使地下水资源受到破坏，同时会污染地表水，当其下渗时又会使浅层地下水受到污染。

岩溶管道多沿构造裂隙及岩层层间裂隙发育形成，大小不一的岩溶通道相互联通，构成了区域内不规则的网状地下水径流系统，从而区内煤矿井下开采，造成地下水流失的情况是存在的[4]。本文现场测定及收集排泄水量和水位数据，结合相应地形图和原始水位数据计算确定水位下降情况及袭夺水量的面积，从而得到煤矿开采对地下水资源的影响，见表1。从表1中可以看出，各矿区内地下水水位整体均出现下降趋势，其主要原因是煤矿井下开采面积大，使地层岩石中的裂隙被揭穿，上部灰岩中的岩溶水沿裂隙入渗，即岩溶（管道）水转化为裂隙水下沉，流至采矿巷道内，被排出区外，造成片区内地下水部分流失。

表1 白龙山片区煤矿开采对地下水资源的影响

3.2 水质影响分析

煤矿开采对地下水水质的影响主要体现在三个方面：煤矿开采过程中，受污染的矿坑水通过岩层罅隙直接下渗到地下，污染地下水；矿坑水排到地表后，随地势和岩性特点汇流至地表河流小溪等，污染地表水，其中在随河流流动或者流经碳酸盐岩层渗漏段时入渗地下污染地下水；矿山尾矿、煤矸石堆在降水淋渗作用下，淋滤水入渗地下，污染地下水[5]。

本研究区域经矿井排泄水取样分析，水中主要为硫酸盐污染，经取水样按《GB5749-2006》标准项目进行分析试验，煤矿排出的地下水中硫酸盐含量大部分在364.03～1270.28mg/ L，远高于标准限值250mg/L，其含量最高值超过标准规定值的5倍，其中以兴义市雄武乡煤矿5#为最高，均是煤系地层中的硫化矿物在氧化作用下溶解入水中而产生的硫酸盐污染。同时受地层岩性的影响，各区域水质有所差异，特别是上二叠统煤系地层中的地下水，硫酸盐含量高，pH值低；下三叠统白云岩石膏夹层中的地下水，硫酸盐、矿化度和硬度都显著增大。特别是岩溶区表生金矿土法浸取金矿的氰化钾物质的排放，对这些地区的岩溶地下水已造成污染，这样的水直接饮用均不利于人体健康。

4 解决方案

4.1 水量保障方案

矿区影响区域内的饮用水水源基本以潜水型岩溶地下水为主，主要是自然出流的泉水，另有少量的机井和溪沟。近年来，片区内逐渐出现了部分泉水水量减小乃至枯竭、地下水位下降等问题，片区内已经枯竭的水源涉及到周边雄武乡、白碗窖镇等多个村落的地下水源。由于白龙山片区是兴义市地势最高的区域，区域内地下水水位下降将导致饮用水水源水量难以保障，也可能造成地下水资源无法恢复，已威胁到当地居民生活用水安全。

为保障矿区内地下水水源地的水量，在做好地下水补给径流区水源涵养的同时，应强加区域内水文地质单元完整的保护，避免煤矿开采对地下水源的侵夺。水量保障因地区特点不同而采取的方案也不尽相同，本文主要针对白龙山矿区特点选取适宜的方案。由于该矿区对片区内水源地影响显著，且该片地区缺水现象极为严重，极度依赖地下水源，鉴于此，可考虑对影响白龙山片区水资源的煤矿进行关闭处理，并给与适当补偿。目前，煤矿对地下水水源水量的影响只有定性的结论，对于影响程度等定量指标应还需要委托水文地质专业机构对煤矿影响片区内的地下水资源程度做进一步的研究，依据调查研究结论确定处理方案。

4.2 水质保障方案

白龙山片区现有3处矿坑水作为周边居民的集中式供水水源地，即雄武乡高峰村煤矿4#、5#、6#。矿坑水作为饮用水源水质一般会出现锰、硫酸盐、菌落数、总大肠菌群数超标并伴有明显异味。但经处理后生成生活饮用水标准的水，除供生活使用外、还可供矿区除尘、生活杂用及设备反冲洗（约有5%）等用水，是解决当地居民饮水问题的有效途径。针对4.1水量保障方案，须在过渡期对水源水进行处理，并进行有效监控和监测，保障居民用水安全。

矿井水主要是由于煤矿开采破坏了煤系上覆含水层而形成的井下涌水，初始流入井筒和巷道的涌水未受到污染时为清洁水，在开拓及采煤过程中才受到污染。该片区矿井水为中性、无有毒重金属物质，但Mn较高，大肠杆菌数和细菌总数也比较高。由于原水中含盐量、硫化物等不高，本处理中考虑用深度处理活性炭吸附工艺，见图2。矿井水通过格栅后进入调节池，通过向水中加混凝剂，在絮粒形成过程中，通过一体化处理设备沉淀过滤，最后经过深度处理活性炭吸咐悬浮颗粒和溶解有机物质，絮粒可在一定的沉淀条件下从水中分离、沉淀出来，使出水SS小于8mg/L。

图2 煤矿水矿坑水净水工艺

5 结语

煤矿开采引发地下水补、径、排等条件的变化，影响地下水的水量和水质情况，研究认为主要影响因素包括采空塌陷和矿坑排水，而影响程度等定量指标还需要进一步的研究。目前可从水量和水质两个方面解决相应的问题，一方面探讨关闭矿厂或移民的可能性，另一方面对矿坑水处理后进行资源回收利用，在以上分析的基础上，提出了在煤矿开发之前，应统筹规划，摸清矿区影响范围内的水文地质情况，探究煤矿开采引发的水文地质变化与地下水资源保护之间的矛盾，从而选取适宜的处理方案，合理开发煤炭资源的同时有效保护地下水资源。

[1]狄效斌.山西省煤炭地质勘查研究院.煤矿开采对常村煤矿浅层地下水的影响分析[C].矿业安全与环保，2012（6）：87～89.

[2]M·C·Moncura，C·J·Ptaceka，D·W·B1owesa，eta1.Spatia1 variations in water composition at a northern Canadian 1ake impacted by mine drainage [J].App1iedGeochemistry，2006，21：1799～1817.

[3]陈敏涛，罗 平，等.贵州省兴义市白龙山片区水资源影响分析评价报告[D].贵州：贵州省水利水电勘测设计研究院，2015.

[4]王 磊.西易杰旺露天煤矿开采对区域地下水资源影响分析[C].水资源管理，2014（1）：1～2.

[5]张宏民.煤矿开采对长治市地下水影响的分析[A].华北国土资源，2007（1）：45～46.

所获奖励及荣誉：获得2015年全国优秀工程勘察设计行业奖工程勘察三等奖（中国勘察设计协会）、2015年广东省优秀工程勘察设计奖工程勘察二等奖（广东省工程勘察设计行业协会）。

P641.8

A

2095-2066（2016）34-0077-02

2016-11-23

陈 杰（1986-），男，汉族，江苏溧阳人，岩土工程工程师、注册土木工程师（岩土），硕士研究生，主要从事岩土工程勘察工作。