前和煤矿开采对岩溶泉域水环境的影响

宋 凯

（中国煤炭地质总局水文地质工程地质环境地质勘查院）

随着我国工业化进程加快，煤炭开采深度不断增加，由此所产生一系列水环境问题，诸如煤层上部含水层破坏、深部岩溶水资源浪费、地下水水质污染、地下水位下降、地下水水质恶化等诸多现象，严重制约了我国经济的可持续发展［1］。为进一步加强泉域水资源的管理与保护，合理开发和利用宝贵的泉水资源，山西省人民政府规定，在重点水源地和泉域开采矿藏或者建设地下工程，必须开展水资源影响评价，建立对水资源的环境评估制度，从源头上防止破坏水资源，对采煤沉陷区、采空区、特大型矿坑危害地下水问题，要加强基础性研究［2］。

本研究从前和煤矿开采产生地表塌陷、导水裂隙带、构造导水、带压开采、供水水源地、农村居民用水、废污水、固废等多个方面对三姑泉域水环境影响进行分析，从而建立科学规范的水环境评价体系［3］。

1 三姑泉域水资源环境条件

1.1 三姑泉域水文地质条件

泉域地处山西省东南部，面积约为2 571 km2［4］。泉域地处太行山隆起与沁水块坳大构造单元之间，出露地层受两大构造体系的控制，总体为以高平—晋城为轴部的不对称的山间向斜凹地，晋获断裂带以北北东向在高平至晋城西部由北向南穿过［5］。

奥陶系与寒武系岩溶含水层组成了巨大的岩溶地下水盆地，接受大气降水、地表水及浅层地下水的补给，经调蓄后以泉水、人工开采形式排泄［6］。岩溶水的补给、径流、排泄受岩溶水系统的地质构造、现代水文网分布及岩溶发育特征所控制。三姑泉域的多年平均岩溶地下水资源量为22 628.1万m3/a，近年实际开采量为10 023.3万m3/a。

1.2 水资源开发利用主要问题

三姑泉域属于晋城市工农业发达地区［7］，由于长期开采岩溶水，水资源开发利用所面临的问题日趋严重：一是泉域内泉水流量衰减，自1956年最大流量7.08 m3/s到目前平均流量为3.65 m3/s，衰减了103%；二是由于城市生活和工业生产排放的大量污水在灰岩裸露段下渗，近年来泉域内岩溶水水质出现了总硬度、矿化度、硫酸盐超标现象，表明泉域内岩溶水污染日趋严重；三是三姑泉域内煤矿众多，矿坑排水也是影响岩溶水补给的因素之一。

1.3 建设项目取水、退水方案

前和煤矿位于三姑泉域西北部补给区［8］，井田面积为12.151 8 km2，生产规模为120万t/a，本次评价研究范围为井田及周边影响范围，评价面积为16.993 8 km2。该项目取水主要为生活用水、工业用水，最大用水量为1 122.74 m3/d，井下涌水量为128 7 m3/d，工业场地拟设处理规模为3 000 m3/d的井下排水处理站1座、500 m3/d的污水处理站1座，井下涌水经处理后回用于井下消防、锅炉、洗浴、洗衣房等用水和绿化、道路洒水，多余达标排放至前和河。

2 水环境质量现状评价

2.1 地表水污染现状评价

本项目矿井水未能利用的排入沟谷中汇入前和河，故选择在入前和河排污口上、下游200 m进行地表水环境监测点，根据地表水环境质量现状监测结果（表1），化学耗氧量（COD）、生化需氧量（BOD5）等指标超过《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中的Ⅲ类水质标准，为地表水劣Ⅴ类水。

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2.2 地下水污染评价

根据工业广场深层奥灰水井水样监测结果（表2）：总硬度、氟化物超标，其他各项检测指标均符合《地下水质量标准》Ⅲ类标准值，综合评价结果为地下水环境质量Ⅳ类水。综合污染指数为0.325，属于清洁水，多数项目均低于标准，总硬度、氟化物等个别项目略微超标。

3 煤矿开采对三姑泉域水环境影响评价

3.1 煤矿开采后地面塌陷对地表水影响分析

井田范围内流经有3条河流：庄河、西河、原村河，分别位于井田西部、中西部、南部。根据对煤层开采影响半径的计算，最大影响半径为52.4 m［9］，庄河、西河部分河段在煤层开采影响范围内，影响较大。建议留设保安煤柱，在西河附近合理布置采区。原村河煤层开采影响范围之外，煤层开采对原村河影响轻微。

经计算，井田内3号煤层开采产生的地表平均最大下沉值为3 942 mm，将造成一定程度的地表移动变形，局部地区可形成地表沉陷。前和矿井所在区域为丘陵地带，井田内沟谷纵横交错，开采不会改变区域总体地形地貌类型，开采后造成的地表沉陷不会形成大面积下沉盆地，地表不会形成积水区。煤层开采最大影响半径为92.2 m，野川河、马村河距离井田边界最小距离约为3 km，均不在影响半径内，地表沉陷对井田内的河流和上马游水库影响甚微。

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3.2 废污水排放对地表水影响分析

前和煤矿废污水包括矿井排水和工业场地生活污水。前和煤矿工业场地分别建有矿井水处理站生活污水处理站分别处理矿井排水和生活污水，生活污水经处理后全部用于选煤厂用水，多余矿坑排水经处理达标后排至西河。经水质检测数据，前和煤矿处理后的矿井水和生活污水水质指标均满足地表水Ⅲ类水，符合《山西省节约用水管理条例》规定和水功能区水质要求，外排矿井水对水功能区和第三者不会造成影响。

3.3 煤炭开采对岩溶水的影响

井田奥灰水位标高在+606～+612 m，3号煤层底板标高为694.12～865.42 m，均高于奥灰水水位标高，井田煤炭开采不存在突水问题。但由于煤矿开采产生的导水裂缝带，会对上覆含水层造成破坏，进而影响上覆含水层对泉域岩溶水的越流补给量，且人工开采取奥灰水对三姑泉域的排泄会产生影响。故开采对三姑泉域补给、排泄有一定影响。

原村乡水源地供水井位于原村河南约为400 m，开采奥陶系中统岩溶水，原村乡水源地一级保护区影响半径为30 m，原村乡水源地距离前和煤业井田东部边界最近距离约为658.5 m，不在其一级保护区范围内，故煤矿开采不会对原村乡水源地造成影响。

3.4 固体废弃物对水环境影响分析

前和煤业固体废弃物主要有矸石、污泥以及生活垃圾。经分析评价，该矿3号煤矸石属第Ⅰ类一般工业固体废物，受降雨长时间浸泡形成淋溶水污染水环境的可能性不大，排矸前石沟底部填垫黏土碾压、夯实，加强了防渗性能，一般不会对三姑泉域水环境产生明显影响；污泥脱水后全部掺入末煤产品销售或用于排矸场土地复垦、周边农田施肥；生活垃圾送至原村乡生活垃圾堆存点集中处置，对水环境造成的影响较小。

4 结语

本研究从三姑泉域水资源环境条件分析入手，通过分析煤炭开采导致的地面塌陷、沉降、水质污染、对岩溶水补径排条件的影响、对水源地的影响、固废对水环境的影响等多方面进行评价，结果表明，前和煤业开采对三姑泉域主要影响因素是上覆含水层破坏，影响泉域岩溶水的越流补给量，其他影响因素影响较小。