姜家堰煤矿开采对枧槽沟水库蓄水影响分析

任兴隆

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳550002）

1 姜家堰煤矿与枧槽沟水库之间的关系

枧槽沟水库工程规模为小（1）型，水库总库容138万m3，水库坝址以上集水面积为10.9 km2（由老厂洼地集水面积3.18 km2和地表明流面积7.72 km2组成），坝址处多年平均年来水量523万m3，水库大坝为混凝土拱坝，最大坝高54 m。水库功能以县城供水为主，兼有农业灌溉的水利工程。

姜家堰煤矿由原息烽县永靖镇姜家堰煤矿、息烽县永靖镇山王煤矿资源置换整合而成，整合后矿井生产能力为45万t/a，矿区面积为3.8450 km2，准采标高为+1400 m～+600 m，估算资源量1840万t（可采煤层为K4层，倾角53°）。

枧槽沟水库与姜家堰煤矿之间的最短距离为2460 m，煤矿规划最低开采高程600 m较枧槽沟水库的正常高蓄水位低466 m。煤矿的规划拟采矿界与枧槽沟水库的集水面积重合部分面积为0.4720 km2。见图1、图2。

图1 煤矿与水库关系示意图

图2 地表变形、疏排水对水库集水面积影响示意图

2 采空区地表移动变形影响范围预测

工作区内主要含煤地层为一套海陆交互相沉积，由灰色、深灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、泥质灰岩、煤层及灰岩组成，上覆夜郎组T1y1、T1y3砂泥岩弱含水相对隔水层及P3C、T1y2中等富水岩溶含水层。走向移动角δ=65°，上山移动角γ=65°，下山移动角β=δ－0.3α=65-0.3×53≈49°（α为煤层倾角，取53°）。

按照已确定的开采移动角参数预测的煤矿开采完后的地表移动影响范围，从采空区影响范围图看，原有姜家堰煤矿采空后（按煤矿规划的+1500 m全部采空），地表变形影响面积约1.13 km2，推测移动盆地与枧槽沟水库集水面积重叠部分为0.54 km2；整合后的姜家堰煤矿采空后（按煤矿规划的+600 m全部采空），地表变形影响面积约6.73 km2，比矿区面积3.8450 km2大2.9 km2左右，对水库汇水区域的影响面积为1.32 km2。

3 矿井疏干排水影响范围预测

根据《水利水电工程水文地质地质勘察规范》（SL373-2007）中规定，经计算最大影响半径r0=1327 m，地表影响面积约12.97 km2，比矿区面积3.8450 km2大9.1 km2左右，比推测地表移动盆地面积6.73 km2大6.24 km2左右，疏排水对枧槽沟水库汇水区域的影响面积为2.54 km2。

4 姜家堰煤矿对枧槽沟水库的影响分析

4.1 对水库安全的影响分析

姜家堰煤矿矿界距离枧槽沟水库的大坝最近距离为3360 m、与库岸边坡最近的距离为2460 m，推测移动盆地范围边界距离枧槽沟水库的大坝最近距离为2600 m、与库岸边坡最近的距离为1730 m，水库区主要分布为中硬岩、大坝为刚性坝，因此姜家堰煤矿的开采不会对枧槽沟水库的安全构成威胁。

4.2 对水库库盆蓄水的影响分析

枧槽沟水库库区地貌为碳酸盐溶蚀、侵蚀形成的中山峰丛沟谷地貌区，河谷总体以“V”型横向谷～斜向谷为主，坝前抬高水头为42 m。库坝除坝址狮子山组（T2sh1）灰岩外，库区大部分出露松子坎组（T2s）白云岩、泥质白云岩、灰岩夹钙质泥页岩，岩溶弱发育。

水库正常高蓄水位与煤矿最低开采之间面的高差为-466 m、距离为2460 m、比降为18.9%，但在枧槽沟水库与姜家堰煤矿之间分布为T1y1（沙堡湾）、T1y3（九级滩）的粘土岩、页岩夹泥质灰岩的相对隔水层，且库区与推测移动盆地之间最近的距离为1730 m。

因此，在目前枧槽沟水库不存在向左岸（姜家堰煤矿方向）的渗漏的情况下，姜家堰的煤矿开采亦不会造成枧槽沟水库向左岸的渗漏。

图3 姜家堰煤矿开采对枧槽沟水库的蓄水影响分析剖面

4.3 地表移动盆地对水库的影响分析

依据规划整合的姜家堰煤矿矿界，水库集水面积与矿区重叠0.472 km2；按移动角推算地表移动盆地，地下采矿对枧槽沟水库汇水区域的影响面积为1.32 km2。但鉴于原姜家堰煤矿立项建设在前、枧槽沟水库立项建设在后，因此影响面积考虑扣除原姜家堰煤矿矿界推测移动盆地与枧槽沟水库的集水面积重合部分面积为0.54 km2，实际影响面积为0.78 km2、相当于枧槽沟水库集水面积的7.2%。

煤层开采后，地下将形成采空区、地表将产生移动盆地（地表将产生地面裂缝、地面塌陷等），地表水存在沿地裂缝与下伏含水岩体、导水裂隙带沟通渗漏的可能性，即地表水的入渗将加大。根据煤矿与水库之间的建设关系，煤矿立项建设在前、枧槽沟水库立项建设在后，因此影响面积考虑扣除原姜家堰煤矿矿界与枧槽沟水库的集水面积重合部分后影响面积为0.76 km2，按大气降水入渗系数匡算，本区入渗系数取0.35（兼顾局部地表裂缝入渗取值），则：Q＝地表移动影响面积×单位面积产水量×入渗系数≈13万m3。

计算结果说明，可能导致枧槽沟水库水总量减少13万m3，约占水库多年平均年来水量的2.5%左右。

4.4 隧道疏排水影响分析

采用大井法原则，结合本矿的特征，地下采矿、矿井疏干排水对枧槽沟水库汇水区域的影响面积为2.54 km2，扣除原姜家堰煤矿的移动盆地范围0.54 km2，实际影响面积为2.0 km2，相当于枧槽沟水库集水面积的18.3%。

按大气降水入渗系数匡算，地表移动盆地区入渗系数取0.35（兼顾局部地表裂缝入渗取值）、地表移动外围至大井半径影响范围之间入渗系数取0.10，则：Q＝地表移动影响面积×单位面积产水量×入渗系数+（大井影响间面积-地表移动影响面积）×单位面积产水量×入渗系数≈19万m3。

计算结果说明，可能导致枧槽沟水库年产水总量减少19万m3，占水库多年平均流量的3.6%左右。

4.5 影响综合评价

考虑原姜家堰煤矿与枧槽沟水库之间的建设关系（原姜家堰煤矿取得国土厅的批复在前、枧槽沟水库的批复建设在后），在分析计算兼并重组后的姜家堰煤矿开采对枧槽沟水库的影响时，需扣除原姜家堰煤矿产生的相应的影响后。

按移动角推算，地下采矿对枧槽沟水库汇水区域的影响面积为1.32 km2，扣除后的实际影响面积为0.78 km2，相当于枧槽沟水库集雨面积的7.2%。

矿井疏干排水对枧槽沟水库汇水区域的影响面积为2.54 km2，扣除后的实际影响面积为2.0 km2，相当于枧槽沟水库集水面积的18.3%。

按移动盆地推算，姜家堰煤矿开采可能导致枧槽沟水库年产水总量减少22万m3，扣除后的影响水量为13万m3，占水库多年平均年来水量的2.5%左右。

根据大井法计算，姜家堰煤矿矿井疏干排水可能导致枧槽沟水库年产水总量减少28万m3，扣除后的影响水量为19万m3，占水库多年平均流量的3.6%。

综上所述，姜家堰煤矿开采可能导致枧槽沟水库的年产水总量减少13万m3～19万m3，占水库年平均年来水量的2.5%～3.6%。

5 处理建议

5.1 设置保护性开采区

枧槽沟水库为息烽县的重要人、畜饮用水源，按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的有关规定，水体采动等级属Ⅰ类，允许采动程度为不允许导水裂隙波及到水体（主要含水层），要求留设的煤岩柱类型为顶板防水安全煤岩柱，受保护范围主要为T1y2含水层。按Ⅰ类采动等级的水体，具体采用留设顶板防水安全煤岩柱的措施，建议煤矿开采对水库有影响的范围实行保护性开采，保护性开采一区面积为0.62 km2。

保护性开采区：在保护性开采条件下，保护性开采内的K4煤层可考虑部分采出（比如条带式开采），且需进行合理的开采设计，确保覆岩沉降变形范围不会波及到含水层位后，方宜于开采。按相关规范规定对围护带留设安全煤岩柱，对采空区地下水集中出露点及时进行注浆封堵，以尽量减小地下采矿对枧槽沟水库水量的影响。对于保护性采区，在煤矿开采过程中，对揭露的地下水集中出露点均应留设足够的安全煤岩柱并及时进行注浆封堵，同时对地表出现的大的塌陷及裂缝等进行及时的回填处理等，避免过多的地表水入渗补给。

5.2 调整煤矿排水

根据水质分析成果，现在的姜家堰煤矿的水样中的浊度、肉眼可见物、硫酸盐、总硬度、总大肠菌群、铁、猛均超过规定的限量值，其余均未超《生活应用水卫生标准》（GB 5749-2006）中的规定。建议将整合后的姜家堰煤矿矿井排水口设置于现在姜家堰煤矿矿井口位置，将矿井的排水经过适当的工艺处理后，排向老厂洼地的集水面积范围内，这样将不会影响枧槽沟水库的总来水量，即对枧槽沟水库的蓄水不产生影响。

5.3 协商解决

姜家堰煤矿地下采矿可能导致枧槽沟水库年产水总量减少13万m3～19万m3，占水库多年平均年径流量的2.5%～3.6%。为了更有利的进行煤炭资源开采，不设置保护性开采及排水口调整等，建议煤矿与相关主管部门协商解决。

6 结语

在水主管部门和煤矿业主及相关部分的协调下，鉴于煤矿开采未对水库造成实质性的破坏，仅影响了水库的来水量，为了地方经济的发展，同意煤矿不设置保护区进行开采，但同时需要考虑对煤矿排水进行处理后利用。

随着法律法规的健全及全民对水资源重视程度的不断提高，人们对煤炭矿山开采对水资源的影响也更加关注。本文以姜家堰煤矿开采对枧槽沟水库蓄水影响分析进行了方方面面的分析，并取得了相关部门的认可，值得类似工程问题的参考借鉴。