煤矿开采对地下水环境的影响及保护对策研究马泽宇

煤矿开采对地下水环境的影响及保护对策研究马泽宇

马泽宇

马泽宇

河南省地质环境监测院河南

摘要：煤矿是我国的主要能源，在煤矿建设及煤炭开采过程中，由于顶板冒落、裂隙、断层及采空区等引发地表移动变形，改变了地下水的赋存环境，对地下水水质、水量及补给等产生一定影响。

关键词：煤矿开采；地下水环境；环境影响；保护对策

引言

煤炭资源埋藏在山里或地下，开采煤炭资源必须从地面开掘一系列的井筒和巷道通达煤层。通常按井筒形式将矿井开拓划分为立井开拓、斜井开拓、平硐开拓和综合开拓4种方式，其中立井开拓是指利用垂直巷道由地面进入地下，并通过一系列巷道通达煤层的开拓方式，当煤层埋藏较深，表土层厚，瓦斯、水文情况复杂等情况下一般采用立井开拓。而煤矿在开拓、生产过程中的顶板冒落和裂隙带、断层、采空区引发地表移动变形等储方面因素对矿区内地下水的赋存环境产生影响，再加上地面生产生活中排放的各类污水通过地表裂缝下渗，使得地下水水质、水量、补给等受到严重影响。因此，开展煤矿开采区地下水环境保护尤为重要。

1井田区域地下水环境现状

1.1井田资源概况

该矿区位于河南焦作，面积约67．0km2，区内地层由下到上依次有下古生界奥陶系、上古生界石炭系、二叠系及新生界地层。而本矿井主要含煤地层为石炭系上统太原组（C3t）及二叠系下统山西组（P1s）。其中石炭系上统太原组下段含煤5层（7、8、9、10、11），是太原组主要含煤段，约占太原组煤层总厚的87%左右，上段含三层煤层（5号、6号上、6号）；二叠系下统山西组主要由粗砂岩、泥岩和全区稳定可采的4号煤层组成。地质资源总储量为1584．22Mt，矿井可采煤层有4号和9号两层，设计资源储量668.2Mt，设计可采储量521.21Mt。

1.2区域水文地质条件

根据地质、水文地质资料分析，不同成因类型的含水岩组由于岩性及结构的差异具有各自相对独立的含水系统。主要含水层包括3层：寒武奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙含水组总厚度大于500m，水位埋深山区一般100m～300m，平原4.91m～140m，矿化度小于0.4g/L；石炭二叠系碎屑岩裂隙含水组总厚度约480m，水位埋深一般78.94m～+3m，矿化度0.3～1.2g/L；新生界松散碎屑沉积物孔隙含水组总厚度约300m，矿化度一般小于0.5g/L。主要隔水层包括：本溪组碎屑岩隔水组（C2b）、二迭系上中部碎屑岩隔水组（P2+P1x）。

1.3井田构造

该井田基本构造形态为向斜构造，其西翼地层倾角较陡，东翼地层相对较缓，西翼接近露头部位最大倾角可达30°以上，东翼断层较为发育，地层受断层的影响变化较大。

2地下水环境影响研究

2.1矿井开采对煤系含水层的影响

煤系含水层为山西组砂岩裂隙含水层、太原组砂岩裂隙含水组，属弱含水层。结合工程分析和水文地质条件分析，由于矿井勘探区导水裂缝带发育高度将导通二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层和太原组砂岩裂隙含水组，碎屑岩类承压水含水层中部分地下水通过导水裂缝带渗入到开采区而被疏排，最终以矿井水的形式排出。因此，煤矿开采会对煤系含水层产生较大的影响。

2.2矿井开采对地下水水质的影响

矿井工业场地排水设计采用雨污分流，对污废水处理站地面进行硬化等防渗处理，从而有效杜绝连接处污废水的跑、冒、滴、漏入渗进入地下现象的发生。在事故或非正常工况下，污废水渗入地下而对地下水水质产生一定程度的影响，但由于煤矿污废水以常规污染物为主，且浓度低，加之地层的吸附和过滤作用，因此不会对地下水水质产生明显影响。

2.3矿井开采对地下水资源的影响

导水裂隙带发育高度与煤层赋存地质条件、顶板岩性、煤层开采厚度、采煤方法、顶板管理方法等由导水裂隙带高度预测结果可知，井田内大部分区域导水裂缝带不会直接导通新生界含水层，西部导水裂缝带进入新生界含水层底板的区域留设了防水煤岩柱，总体来说4号煤层开采不会对新生界含水层造成影响。但煤矿开采期间受沉陷影响含水层水位和流向受到干扰，井田内局部区域地下水的流向和水量将重新分布，该区域水井可能会出现水位下降、水量减少的现象。

2.4严重耗费水资源

在页岩气开采的时候，往往会运用到水力压裂技术，在压裂液中，重点是由高压水、砂及化学添加剂组合而成。水和砂石往往占据着较大的比重，在页岩气开采的过程中，还需要使用到大量的水资源。依照国外页岩气开采的经验证实，压裂一口页岩气井还是会用到4-5万加仑的水，远远的高于常规的水力压裂井用水。页岩气井在参与生产的过程中会耗费大量的地下水和地表水，这样可能会影响到城市居民的正常用水，同时包括城市工业用水方面也会受到大大地影响。页岩气开采行业还是希望通过采取适当的措施减少钻探和水力压裂中水资源的使用，并且通过重复使用的方式，适当地减少水资源的浪费。

3地下水环境保护对策研究

3.1源头控制对策

（1）做好矿区水文地质与工程地质勘察和预测、预报工作，规范采掘，通过限高开采、分层开采等方法降低导水裂隙带的发育高度，保护含水层结构。（2）矿井副井工业场地生活污水处理站和矿井水处理站水处理过程中的池、渠及地面要采区防渗处理，阻断污染物进入地下水环境的途径。（3）生活污水主要污染物为COD、SS、氨氮等，采用生物接触氧化一体化处理工艺，矿井水因受采煤煤尘污染，悬浮物为主要污染物，采用高效混凝沉淀过滤消毒处理工艺，处理后的生活污水及矿井水全部回用于生产，实现污废水不外排。（4）禁止建设及生产过程中生活垃圾乱堆乱放，生活垃圾统一收集、集中运至垃圾处理厂处置。

3.2监测监控措施

结合该项目所在地的水文地质特点、影响区域、保护目标以及主要污染源分布等情况在井田范围内布设了11个地下水水位、水质长期监测点。监测点的布设考虑到开采时序、煤柱留设及搬迁计划等因素，对井田范围内水环境进行全方位监测与监控。

3.3分区控制对策

将工业场地区划分为重点污染防治区和一般污染防治区，将生活污水处理站、矿井水处理站、选煤厂等区域划分为重点防治区域，对这些区域的地面做防渗处理，防止污染物下渗造成地下水污染。其它区域划分为一般污染防治区域，对这些区域仅做一般的硬化处理。

3.4

结语

综上，矿井开采使得新生界潜水含水层局部区域流场发生变化，井田内居民饮用水井分布较多，局部区域受沉陷影响水量可能发生减少，对奧灰灰岩含水层正常块段无影响，构造地段需加强底板观测。因此，矿井开采对地下水会产生一定影响，但通过采取适当措施可尽量减少矿井开采活动对地下水的污染。煤矿开采对地下水的影响是长期的持续的，目前常用的地下水保护措施为探放水及支护止水以保证开采安全及降低对地下水的环境影响，因此，进一步深入研究地下水环境保护措施是非常必要的。

参考文献：

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