新集矿区推覆体水资源利用可行性分析

新集矿区推覆体水资源利用可行性分析

陈美娟

中煤新集能源股份有限公司技术中心， 安徽 淮南  232000

摘要：中国是世界上人均占有水资源量较低的国家，煤炭作为我国的主要能源的地位在今后相当长一段时期内也难以改变。据调查，全国96个国有重点矿区中，缺水矿区占71%，其中严重缺水矿区占40%。随着煤炭开采强度和延伸速度的不断加大提高，矿区地下水位大面积下降，使矿区供水面临压力，甚至影响当地居民的生产和生活。另一方面，大量地下水资源因煤系地层破坏而渗漏矿井并被排出，矿井的大量排水在有些水文地质条件复杂地区，甚至还会引起泥石流、地表塌陷等地质灾害，同时严重影响周围生态环境。如何在保证安全生产的基础上充分合理有效的利用矿区水资源，同时实现经济效益与生态环境效益的最大化，成为了矿井水资源利用亟待解决的问题。本文全面系统地收集整理了新集矿区近30年来矿井地面勘探观测资料、矿区水处理资料、井下出水相关资料及水质化验成果资料，综合分析了矿区推覆体含水层水量、水质的现状及变化趋势，并提出了建议，为矿区水资源利用提供依据。

关键词：推覆体；新集矿区；水化学；资源利用 

1 推覆体概况

1.1 新集矿区地质概况

淮南煤田位于华北石炭二叠系聚煤区的南缘，在地层区划上属华北地层区淮南地层小区，区内地层除缺失上奥陶统及中、上三叠统至中侏罗统外，从下元古界至第四系均有不同程度发育。淮南煤田区域构造的几何配置和组合形式显示了由南向北的推挤作用，并构成两翼对冲的推覆构造格局。新集矿区位于淮南复向斜谢桥向斜南翼，区内基岩被新生界所覆盖。受阜凤逆冲推覆构造影响，原地系统煤系地层部分掩覆于由下元古界、寒武系以及部分奥陶、石炭和二叠系地层组成的推覆体（外来系统）之下。矿井内总体构造形态是阜凤逆冲断层将外来系统由南向北推覆在原地系统（含煤地层）之上(见图1-1)，由于受由南向北强大的压应力影响，阜凤推覆构造以上叠式分支断层形式发生全面推覆，形成叠瓦扇构造组合，同时形成由寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系地层组合而成的下夹片构造。

        图1-1  淮南煤田南北向地质构造剖面示意图

1.2 推覆体水文地质条件

新集矿区总体构造形态是阜凤逆冲断层将外来系统由南向北推覆在原地系统（含煤地层）之上，由于受由南向北强大的压应力影响，阜凤推覆构造以上叠式分支断层形式发生全面推覆，形成叠瓦扇构造组合，同时形成由寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系地层组合而成的下夹片。

外来系统也称推覆体或外来体，构造较原地系统复杂。主要由下元古界片麻岩、寒武系灰岩和夹片地层组成。地层走向近东西，总体倾向北，倾角变化大，局部直立倒转，推覆体分支断层发育，有F02逆冲断层，走向近东西，与阜凤逆冲断层近平行，这些断层在剖面上显示浅部（前锋带）倾角陡，向深部（向南）倾角逐渐变缓，呈叠瓦状合并到同一个主滑面（推覆面）上。分支断层两侧分别构成以下元古界及寒武系为主体的断夹块，这些断夹块，岩石多受挤压变形，破碎滑面发育，并伴有一系列小型褶皱及逆冲断层。

2 新集矿区矿井水利用现状及存在问题

2.1 矿井水处理工艺及利用现状

目前新集一矿矿井采用分级排水方式，在各水平均设有水仓、泵房，现有三个主排水泵房（-450m、-550m、-706m）及一个采区泵房（三采区-580m），泵房地面集控室对水泵的自动控制及在线。矿井水处理系统采用物理化学法“混凝+沉淀+过滤”工艺，其工艺流程为：矿井水经井下提升泵房进入地面矿井水处理站的预沉调节池，加净化水药剂混凝剂（PAC）和絮凝剂（PAM）后，由提升泵泵到澄清池，在澄清池中处理过的水溢流到无阀滤池，过滤后的清水溢流到工业清水池或者达标排放。上年度矿井水处理站共处理矿井水157.19万m3，回用154.04万m3，回用率98%。处理后的矿井水主要回用于井下生产用水及周边煤场、路面防尘、选煤厂用水。

2.2 存在问题

    根据2023年度《新集一矿矿井水、雨水检测报告》检测结果，结合水处理工艺，目前矿井水处理系统仅对水中大颗粒物体有一定的物理沉淀作用，对直径较小的微粒及主要基本离子没有显著的处理作用，对矿井水的水质改善提升不足，处理后的水主要回用于井下用水及煤炭洗选，用途有限，其他离子及物质还需进一步检测。

3 推覆体水资源利用可行性分析

3.1 水量分析

根据新集一矿历年水文孔抽水试验资料，新集矿区推覆体片麻岩东西两侧单位涌水量（q）达到0.104~0.2032L/s•m，新集一矿西区-415m--680m回风二下山S43南92.4m7#孔打钻探探放推覆体片麻岩裂隙水实际出水水量达到20.4m3/h。根据含水层富水性的等级标准按钻孔单位涌水量（q），含水层富水性等级划分：1.弱富水性：q≤0.1 L/(s•m)；2.中等富水性：0.1 L/(s•m)＜q≤1.0 L/(s•m)；3.强富水性：1.0 L/(s•m)＜q≤5.0 L/(s•m)；4.极强富水性：q＞5.0 L/(s•m)。新集矿区推覆体片麻岩为中等富水性岩层。

据统计，新生界含水层水位介于-7.213m~19.251m之间，推覆体寒武系灰岩含水层水位介于0.645m~10.340m之间，推覆体片麻岩含水层水位介于-52.148m~-34.140m之间，且均长期保持稳定状态，水位无明显下降趋势。结合推覆体构造水文地质条件分析，推覆体含水层部分地区存在新生界含水层的垂向补给，含水层水位稳定。

3.2 水化学分析

为具体了解推覆体含水层的水化学含量特征及水化学类型，绘制了 Piper 三线图，如图3-2所示，推覆体各取样点阴、阳离子均主要集中在右下角，菱形区域中采样点集中在2区。

图3-2 推覆体含水层水质Piper三线图

结合图、表可以看出，新集矿区推覆体阳离子为Na+主导型，阴离子主要为Cl-主导型，水化学类型较为单一，以Cl－Na为主，少部分区域为Cl·HCO3－Na。

同时，通过对新集一矿推覆体含水层历年取样化验结果进行了统计分析，新集矿区推覆体片麻岩电导率平均值低于2000，PH值呈中性，水中主要离子以钠离子、氯离子及碳酸氢根离子为主，具体见表3-1 。

表3-1 新集一矿推覆体片麻岩水质分析成果表

通过统计分析，水质参照《地下水质量标准》，推覆体片麻岩含水层水质总体达到地下水质量标准IV类水质标准，适合于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区。

3.3经济社会效益分析

新集矿区目前地面生产、生活用水主要依靠毛集水厂，仅部分绿化、洒水等回用矿井水，供水水源单一，停水问题及水质问题经常困扰居民生活，如果能够合理利用现有长期观测孔，把推覆体含水层水源作为备用水源，并对水质加以处理，能在一定程度上缓解新集矿区用水紧张的问题，且按照现行新集矿区居民用水水价2.8元/吨，超出10吨提升价格的阶梯计算方法，推覆体水源的利用将创造一定的经济利益及社会效益。

4推覆体水资源利用结论及建议

4.1 结论

1）新集矿区推覆体水TDS主要贡献阳离子为Na+，阴离子主要组成是Cl-和 HCO3-，水化学类型中Cl·HCO3-Na型，水中离子主要来源为蒸发结晶和岩石风化作用。

2）新集矿区推覆体片麻岩水位稳定，水质达到IV类水质标准，适用于一般工业及非人体直接接触的娱乐用水，

4.2 建议

推覆体含水层在新集矿区部分地区接受松散含水层垂向补给，富水性中等，水质相对较好，且长期水位较为稳定，直接开采可以作为IV类水体用于一般工业用水。若严格把控水源，并针对Na+、Cl-离子含量较高的特点，选取氢氧化钙和氯离子在铝酸钠水溶液中形成不溶性沉淀物Al(OH)6Cl去除氯离子等合适的物理化学或生物方法对其进行净化处理，提高水质等级，可使推覆体水资源得到更加合理广泛的利用，在取得一定经济利益的同时得到更好的社会效益和环境效益。