两渡煤业二采区村庄压覆2号煤层项目对地下水水质影响分析

2021-07-27张萌

山西冶金 2021年3期

张萌

（煤炭工业太原设计研究院集团有限公司，山西太原 030001）

1 工程概况

两渡煤矿位于山西省灵石县城北东30°方向约10 km处的两渡镇两渡村东0.48 km处，井田面积84.3803 km2，包括河溪沟井田、河溪沟井田扩区、崔家沟井田三部分。本项目开采2#煤为煤炭井工开采项目，正常涌水量720 m3/d（30 m3/h），回风斜井工业场地矿井水处理站处理能力3600 m3/d（150 m3/h），经过处理后达到洒水水质要求，回用不外排；本项目生活污水产生量为516.1 m3/d，依托灵石县住房和城乡建设管理局主管的生活污水处理站，处理能力3000 m3/d，处理后的出水水质达地表水V类标准，直接外排。

开采区内主要含水岩组为第四系孔隙含水层、上石盒子组裂隙含水层、下石盒子组裂隙含水层、山西组裂隙含水层、太原组岩溶裂隙含水层、奥灰系岩溶隙含水层。其中，第四系砂砾孔隙含水层为场地的潜水含水层。本次设计的二采区村庄压覆2号煤层开采区域位于灵石县核桃洼村庄一带，井田周围共有7个村庄饮水：小核桃窊、耿家庄、宋家山、后沟、土黄坡引用第四系孔隙水；崔家庄村、柳树原村饮用奥灰深井水。

通过预测开采对地下水污染影响评价，从而优先提出环保措施，防止对地下水环境和居民饮水产生影响。

2 评价等级和评价范围

根据《环境影响评价技术导则地下水环境》（HJ 610-2016）附录A，本项目属于煤炭开采项目，崔家沟工业场地、回风斜井工业场地属于Ⅲ类项目。

崔家沟工业场地和回风斜井工业场地附近没有集中式饮用水水源地准保护区分布，且不在准保护区外补给径流区，但存在分散式引用水井。环境敏感程度为较敏感，地下水评价等级为三级。

地下水评价范围为以崔家沟工业场地、回风斜井工业场地和采区为核心区，依据地下水基本流场特征，回风斜井工业场地上游外扩200 m，两侧以山脊为界，向下游外延伸至汾河，面积约1.49 km2；采区的地下水最大影响半径为754.10 m，水量评价范围将采区边界向外延伸1000 m作为评价范围，约16.54 km2。

3 开采对地下水污染影响预测

3.1 地下水水质污染影响预测特征

以回风斜井工业场地矿井水处理站为预测分区，正常情况下，矿井水经矿井水处理站处理后全部综合利用，不外排；非正常情况下，矿井水发生泄漏，下渗到潜水含水层，迁移开始位置为矿井水收集池。以地下水III类水质标准为基准，选取超标率最大的特征因子为预测因子，污染发生后100 d、1022 d（服务年限时间点）进行预测。

3.2 事故泄漏对地下水水质的污染影响预测与分析

3.2.1 影响分析及预测方法

煤矿开采造成的地下水水质污染实质为第四系砂砾孔隙含水层地下水中污染物的溶质迁移问题。本次概化成污染物连续注入、一端定浓度、一维水动力弥散问题，设计场景时均设计为极端不利情况。预测采用一维半无限长多孔介质定浓度边界模型，见公式（1）。在模型计算中，对污染物的吸附、挥发、生物化学反应均不予以考虑，对模型中的各项参数均予保守性估计。

式中：x为距注入点的距离，m；t为时间，d；C为t时刻x处的示踪剂浓度，mg/L；C0为注入的示踪剂浓度，mg/L；u为水流速度，m/d；DL为纵向弥散系数，m2/d；（erfc）为余误差函数。

3.2.2 模型参数

含水介质的有效孔隙度：查阅《水文地质手册》取经验值，n=0.20。

水流速度：场地所在区域含水层第四系砂砾孔隙含水层，岩性为以砂质黏土为主，查阅《水文地质手册》渗透系数取经验值0.2 m/d，有效孔隙度以0.2计，水力梯度以0.02计，地下水流速度为0.2×0.02/0.2=0.02 m/d。

弥散系数：根据弥散度与观测尺度图，设定观测尺度以101m计，选取纵向弥散度为10 m，纵向弥散系数为2 m2/d。溶质运移模型所涉及到的各项参数见表1。

表1 模型参数列表

3.2.3 排放源强

将矿井水监测数据与地表水环境质量标准Ⅲ类水质标准进行比对详见表2。

表2 矿井水与地表水环境质量标准Ⅲ类水质标准进行比对

以矿井水特征污染物石油类作为非正常情况下污废水排放对地下水的特征污染物，污染物浓度取值为石油类10 mg/L。

3.2.4 石油类污染物的运移预测结果

将各项参数代入所建立的解析数学模型中，对模型进行试算求解，见表3、表4。

表3 渗漏发生100 d距污染源下游地下水中石油类浓度变化

表4 渗漏发生1022 d距污染源下游地下水中石油类浓度变化

根据计算结果可以看出，污染物石油类沿地下水流方向向下游迁移，而且随着迁移距离的变长，污染物浓度峰值变小。污染物泄漏100 d下游最大超标距离约为57 m，在污染源下游58 m及更远距离处污染物浓度达到地表水Ⅲ类水质标准要求；泄漏1022 d下游最大超标距离约为198 m，在污染源下游199 m及更远距离处污染物浓度达到地表水Ⅲ类水质标准要求。

3.3 对地下水水质影响分析

3.3.1 正常运行条件下，水质污染影响

煤矿开采中，对矿坑涌水进行疏干后，地表水再间接补给浅层地下水，过程中采煤对裂隙水和孔隙水的水质影响是不同的。

采煤破坏对地下水质的影响：采煤导水裂缝带会影响到二叠系山西组，此层的地下水是疏干过程，石油类等污染物不会渗入地下水体对水质造成直接污染。

污废水排放对地下水质的影响：矿井开采期间，正常情况下污废水不排放，对地下水水质不会造成影响。

3.3.2 非正常条件下，水质污染影响

根据非正常情况地下水质污染影响预测结果，污染物沿地下水流方向向下游迁移，而且随着时间迁移距离的变长，污染物浓度变小。污染物泄漏100 d下游最大超标距离约为57 m，在污染源下游58 m及更远距离处污染物浓度达到地表水Ⅲ类水质标准要求；泄漏1022 d下游最大超标距离约为198 m，在污染源下游199 m及更远距离处污染物浓度达到地表水Ⅲ类水质标准要求。

4 居民引用水的影响分析

根据前文水质影响预测结果，矿井水处理站石油类沿地下水流方向向下游迁移最远距离198 m，水质污染影响范围内没有小核桃窊、耿家庄、宋家山、后沟、土黄坡浅水井及泉水分布，因此这些村庄的水井水质不会受到污染影响。

崔家庄村、柳树原村饮用奥灰深井水，因此煤层开采不会对这2个村的饮水造成影响。

5 地下水环境影响防护

为有效保护项目区的地下水环境，从源头控制污染，本项目开采2号煤时正常涌水量720 m3/d（30 m3/h），回风斜井工业场地矿井水处理站，处理能力3600 m3/d（150 m3/h），经过处理后达到洒水水质要求，回用不外排；本项目生活污水产生量为516.1 m3/d，依托灵石县住房和城乡建设管理局主管的生活污水处理站，处理能力3000 m3/d，处理后的出水水质达地表水V类标准，直接外排。

若发生事故，可将矿井水暂存于可储存在井下水仓、矿井水处理站调节池内，待排除故障后可将污水重新循环处理后回用，保证不外排。