煤礦采空塌陷對(duì)地下水的影響

摘要：在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，煤炭被采出后其所在地下煤層會(huì)形成一定區(qū)域的采空區(qū)，并使煤層上方的頂板巖層失去支撐，由于頂板巖層的抗拉強(qiáng)度比較有限，因此在其頂板巖層自身重力與上覆巖層壓力的影響下，很容易因頂板斷裂、破碎而出現(xiàn)采空塌陷問(wèn)題，這不僅會(huì)影響煤礦所在區(qū)域的生態(tài)安全，同時(shí)還會(huì)使地下水受到較大的負(fù)面影響。為此，本文結(jié)合煤礦采空塌陷的特點(diǎn)，圍繞采空塌陷對(duì)地下水的影響展開(kāi)了分析，并在此基礎(chǔ)上提出了一些較為可行的采空塌陷區(qū)域地下水治理保護(hù)建議。

關(guān)鍵詞：煤礦;采空塌陷;地下水

中圖分類號(hào)：X524 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）02-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.02.135

Abstract：In the process of coal mining， after the coal is mined， a certain area of goaf will be formed in the coal seam below its location， and the roof rock layer above the coal seam will lose support.Due to the relatively limited tensile strength of the roof rock layer， it is on its roof. Under the influence of the gravity of the rock layer and the pressure of the overlying rock layer，the problem of goaf collapse is likely to occur due to roof fracture and fragmentation. This will not only affect the ecological safety of the area where the coal mine is located， but also cause large negative impacts on groundwater.To this end， this article combines the characteristics of coal mine goaf collapse， analyzes the impact of goaf collapse on groundwater， and puts forward some feasible suggestions for groundwater treatment and protection in the area of goaf collapse.

Key words：Coal mine;Goaf;Groundwater

近年來(lái)我國(guó)煤炭開(kāi)采技術(shù)雖然有了較大的提升，但在井工開(kāi)采模式下，采空塌陷問(wèn)題仍然很難避免，而采空塌陷的負(fù)面影響一直得不到有效消除，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)因煤炭開(kāi)采采空塌陷問(wèn)題所造成的累計(jì)經(jīng)濟(jì)損失已經(jīng)超過(guò)了500億元，礦區(qū)的人均采空塌陷面積也在超過(guò)1.8hm2，同時(shí)隨著煤炭開(kāi)采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這一數(shù)據(jù)未來(lái)還將繼續(xù)增加。由此可見(jiàn)，煤礦采空塌陷的負(fù)面影響非常之大，而對(duì)于煤礦采空塌陷在地下水方面影響的研究也同樣是十分必要的。

1 煤礦采空塌陷對(duì)地下水的影響

1.1 地下水補(bǔ)給方式改變

地下水的補(bǔ)給方式雖然比較多，但除了地下水徑流的補(bǔ)充外，其他補(bǔ)給方式都與巖石地層結(jié)構(gòu)存在著直接的關(guān)系，因此在采空塌陷破壞了巖層結(jié)構(gòu)的情況下，其補(bǔ)給方式也會(huì)發(fā)生較大的改變。一方面，煤礦礦區(qū)大多都位于山地區(qū)域，這類區(qū)域的地下水通常為基巖縫隙水，補(bǔ)給方式也以大氣降水下滲為主，如當(dāng)?shù)亟邓^多，超出了地表的下滲能力，則會(huì)形成地表徑流并對(duì)礦區(qū)地下水進(jìn)行持續(xù)補(bǔ)充。然而在煤礦采空塌陷出現(xiàn)后，由于地表形成了較大規(guī)模的塌陷區(qū)。而地下巖層結(jié)構(gòu)也被破壞，因此地面與地下的基巖阻隔會(huì)大大減少，地表土層的下滲能力則會(huì)隨之增加，部分區(qū)域甚至?xí)纬芍苯舆B通地面與地下含水層的“天窗”，并使得地面大氣降水會(huì)迅速滲入或“匯入”到地下水徑流中，這意味著礦區(qū)很難形成地表徑流，大氣降水下滲將成為該區(qū)域地下水最為主要的補(bǔ)給方式[1]。另一方面，對(duì)煤炭的大規(guī)模開(kāi)采會(huì)使得礦區(qū)采空面積不斷增加，導(dǎo)水縫隙帶與地面塌陷范圍也會(huì)隨之持續(xù)擴(kuò)大，在這些縫隙帶的影響下，地下含水層底部巖層也會(huì)出現(xiàn)不同程度的斷裂情況，形成的裂縫則會(huì)成為地下水下滲的主要通道。這意味著隨著礦坑排水與地下水下滲的持續(xù)，地下水徑流很難對(duì)礦區(qū)地下水進(jìn)行補(bǔ)給，甚至可能會(huì)導(dǎo)致周圍的地下水徑流分支枯竭，使礦區(qū)地下水的這一補(bǔ)給途徑完全喪失。

1.2 地下水徑流分流

在正常條件下，地下水會(huì)從高水位向低水位保持穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，徑流基本不會(huì)出現(xiàn)太大的變化，但在煤礦采空塌陷問(wèn)題出現(xiàn)后，徑流則會(huì)出現(xiàn)不同程度的分流變化。煤礦采空塌陷后會(huì)形成一定的陷空區(qū)，受重力影響，地下水徑流在流動(dòng)過(guò)程中會(huì)向這些陷空區(qū)持續(xù)下滲，如陷空區(qū)與下方含水層或其他地下水徑流相連接，那么就會(huì)逐漸形成新的連通通道，并導(dǎo)致礦區(qū)地下水的分流，即便陷空區(qū)的礦坑未與其他徑流及下方含水層連通，也會(huì)從坑口排出，這同樣會(huì)產(chǎn)生分流的效果。另外，在采空塌陷區(qū)的底層，部分礦坑內(nèi)匯集的地下水通常都無(wú)法立即排出，長(zhǎng)期下來(lái)就會(huì)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的積水，這意味著加大地下水的儲(chǔ)水空間會(huì)進(jìn)一步增加，如果這樣的積水礦坑較多，那么礦區(qū)地下水的水位就會(huì)嚴(yán)重下降，一旦地下水標(biāo)高低于礦坑的高度，那么地下水徑流的流線就必然會(huì)出現(xiàn)變化。

1.3 地下水排泄方式增加

不同礦區(qū)在地質(zhì)條件、水文條件、地勢(shì)地貌等諸多因素的影響，其地下水徑流的排泄方式于排泄途徑會(huì)存在較大的差異，但在煤礦采空塌陷區(qū)的影響下，礦區(qū)地下水無(wú)論是以何種途徑完成排泄，其排泄形式都會(huì)逐漸增加。例如在山地區(qū)域，礦區(qū)地下水通常會(huì)沿著山間巖石縫隙或是部分溪流匯入到山下的河流中，在匯入河流的過(guò)程中，地下水的蒸發(fā)也屬于一種特殊的排泄形式，而在采空塌陷區(qū)形成后，地下水徑流則會(huì)增加下滲、匯入礦坑、礦井排泄、縫隙帶涌水等其他的排泄方式，原有的地下水排泄方式雖然依舊存在，但其排泄量卻會(huì)大大降低。

1.4 地下水污染加劇

在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，雖然各種污染物質(zhì)通常不會(huì)與地下水直接接觸，但在礦區(qū)形成了采空塌陷后，各種污染物就會(huì)沿著采空區(qū)的塌陷裂縫與塌陷洞來(lái)進(jìn)入到包氣帶與含水層，最終融入到地下水中，使地下水受到嚴(yán)重污染。例如煤炭開(kāi)采所形成的礦井水中會(huì)含有大量的酸性物質(zhì)、懸浮物，這些礦井水雖然會(huì)從其他渠道被直接抽取出來(lái)，但在抽取過(guò)程中，部分礦井水卻會(huì)深入到每層下方的巖土層，如果巖土層與地下含水層間存在塌陷裂縫，那么含有污染物質(zhì)的礦井水就會(huì)繼續(xù)滲入地下水，對(duì)地下水造成污染。

2 煤礦采空塌陷區(qū)域地下水治理保護(hù)措施

2.1 采空塌陷區(qū)勘察

采空塌陷區(qū)在井工開(kāi)采的煤礦中很難避免，為降低煤礦采空塌陷對(duì)礦區(qū)地下水的負(fù)面影響，煤礦還需嚴(yán)格遵守國(guó)家的相關(guān)水資源管理?xiàng)l例，對(duì)煤礦的采空塌陷區(qū)展開(kāi)全面的地質(zhì)勘察工作，查明采空塌陷區(qū)內(nèi)的礦坑分布位置、礦坑積水情況、礦井涌水量情況、構(gòu)造破碎帶分布情況、蝕變帶分布情況、節(jié)理裂隙等重要信息，之后據(jù)此對(duì)采空塌陷區(qū)的地下水相關(guān)隱患進(jìn)行深入分析，制定科學(xué)的治理方案。例如地下水補(bǔ)給方式改變、水位不斷降低的情況下，礦區(qū)很容易出現(xiàn)地下水枯竭問(wèn)題，對(duì)此就需要通過(guò)清理礦區(qū)煤矸石、調(diào)整礦區(qū)地表徑流流線等方式來(lái)進(jìn)行處理，以避免地表徑流消失、地面下滲能力不足等問(wèn)題[2]。

2.2 建立地下水觀測(cè)系統(tǒng)

煤礦采空塌陷對(duì)于礦區(qū)地下水的影響是持續(xù)性的，很多問(wèn)題并不會(huì)在采空塌陷形成后立即顯現(xiàn)出來(lái)，而是會(huì)隨著地下水徑流、地下巖土層結(jié)構(gòu)的變化而出現(xiàn)成圣。因此對(duì)于煤礦來(lái)說(shuō)，除了要根據(jù)采空塌陷去的地質(zhì)勘察結(jié)果來(lái)制定礦區(qū)地下水治理方案，同時(shí)也要建立信息化的地下水觀測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)相關(guān)監(jiān)測(cè)設(shè)備與傳感器來(lái)對(duì)礦區(qū)地下水徑流的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察來(lái)對(duì)水患進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)礦坑積水之間由采空通道形成連通，就應(yīng)立即通過(guò)排空積水、截?cái)嗤ǖ赖确绞絹?lái)進(jìn)行治理，避免采空塌陷對(duì)地下水的影響進(jìn)一步加大。

2.3 填充處理

對(duì)于煤礦采空塌陷問(wèn)題，最直接的處理方式就是根據(jù)采空區(qū)的地質(zhì)條件來(lái)選擇合適的填充材料，之后對(duì)采空區(qū)進(jìn)行及時(shí)填充，這樣采空區(qū)在填空材料的支撐下不會(huì)再出現(xiàn)塌陷，其對(duì)于地下水的影響自然也會(huì)大大降低。另外，在采空塌陷區(qū)形成后，煤礦也同樣可以通過(guò)填充處理來(lái)降低煤礦采空塌陷的影響，例如在通過(guò)地質(zhì)勘察確定礦坑位置與分布情況后，就可以先將礦坑處的積水排出，之后選擇合適的填充材料對(duì)礦坑進(jìn)行填充，這樣既可以避免礦區(qū)地下水水位降低，也能夠避免地下水徑流流線出現(xiàn)太大的變化。

2.4 礦井污水處理

針對(duì)采空塌陷區(qū)地下水的污染問(wèn)題，煤礦一方面需要堅(jiān)持清潔生產(chǎn)理念，對(duì)煤炭開(kāi)采技術(shù)工藝進(jìn)行持續(xù)性的改進(jìn)，減少煤炭開(kāi)采過(guò)程中形成的污水與懸浮物，從而降低礦井水下滲后對(duì)地下水的污染程度。另一方面則需要對(duì)礦井水進(jìn)行針對(duì)性的處理，利用多層沉淀過(guò)濾、礦井水水質(zhì)檢測(cè)、水處理劑等技術(shù)方法來(lái)對(duì)礦井污水進(jìn)行處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，煤礦采空塌陷區(qū)的形成會(huì)使區(qū)域內(nèi)地下水出現(xiàn)徑流分流、水位降低、水質(zhì)惡化、補(bǔ)給方式改變等變化，對(duì)于地下水環(huán)境的保護(hù)與地下水資源利用都非常不利，而要想解決這一問(wèn)題，則需要針對(duì)影響原因采取合理的地下水保護(hù)治理措施。

參考文獻(xiàn)

[1]李沛.萬(wàn)正成.劉沂軒.煤礦塌陷區(qū)淺層地下水水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)與保護(hù)對(duì)策[J].能源技術(shù)與管理，2019，44（05）：159-160+163.

[2]徐社美.采空塌陷對(duì)礦區(qū)地下水補(bǔ)徑排條件的影響分析——以粵西某鎢錫多金屬礦區(qū)為例[J].地下水，2012，34（03）：47-49.

收稿日期：2019-12-12

作者簡(jiǎn)介：魯釗（1987-），男，漢族，碩士研究生，研究方向?yàn)樗牡刭|(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)。