前和煤礦開采對巖溶泉域水環境的影響

宋 凱

（中國煤炭地質總局水文地質工程地質環境地質勘查院）

隨著我國工業化進程加快，煤炭開采深度不斷增加，由此所產生一系列水環境問題，諸如煤層上部含水層破壞、深部巖溶水資源浪費、地下水水質污染、地下水位下降、地下水水質惡化等諸多現象，嚴重制約了我國經濟的可持續發展［1］。為進一步加強泉域水資源的管理與保護，合理開發和利用寶貴的泉水資源，山西省人民政府規定，在重點水源地和泉域開采礦藏或者建設地下工程，必須開展水資源影響評價，建立對水資源的環境評估制度，從源頭上防止破壞水資源，對采煤沉陷區、采空區、特大型礦坑危害地下水問題，要加強基礎性研究［2］。

本研究從前和煤礦開采產生地表塌陷、導水裂隙帶、構造導水、帶壓開采、供水水源地、農村居民用水、廢污水、固廢等多個方面對三姑泉域水環境影響進行分析，從而建立科學規范的水環境評價體系［3］。

1 三姑泉域水資源環境條件

1.1 三姑泉域水文地質條件

泉域地處山西省東南部，面積約為2 571 km2［4］。泉域地處太行山隆起與沁水塊坳大構造單元之間，出露地層受兩大構造體系的控制，總體為以高平—晉城為軸部的不對稱的山間向斜凹地，晉獲斷裂帶以北北東向在高平至晉城西部由北向南穿過［5］。

奧陶系與寒武系巖溶含水層組成了巨大的巖溶地下水盆地，接受大氣降水、地表水及淺層地下水的補給，經調蓄后以泉水、人工開采形式排泄［6］。巖溶水的補給、徑流、排泄受巖溶水系統的地質構造、現代水文網分布及巖溶發育特征所控制。三姑泉域的多年平均巖溶地下水資源量為22 628.1萬m3/a，近年實際開采量為10 023.3萬m3/a。

1.2 水資源開發利用主要問題

三姑泉域屬于晉城市工農業發達地區［7］，由于長期開采巖溶水，水資源開發利用所面臨的問題日趨嚴重：一是泉域內泉水流量衰減，自1956年最大流量7.08 m3/s到目前平均流量為3.65 m3/s，衰減了103%；二是由于城市生活和工業生產排放的大量污水在灰巖裸露段下滲，近年來泉域內巖溶水水質出現了總硬度、礦化度、硫酸鹽超標現象，表明泉域內巖溶水污染日趨嚴重；三是三姑泉域內煤礦眾多，礦坑排水也是影響巖溶水補給的因素之一。

1.3 建設項目取水、退水方案

前和煤礦位于三姑泉域西北部補給區［8］，井田面積為12.151 8 km2，生產規模為120萬t/a，本次評價研究范圍為井田及周邊影響范圍，評價面積為16.993 8 km2。該項目取水主要為生活用水、工業用水，最大用水量為1 122.74 m3/d，井下涌水量為128 7 m3/d，工業場地擬設處理規模為3 000 m3/d的井下排水處理站1座、500 m3/d的污水處理站1座，井下涌水經處理后回用于井下消防、鍋爐、洗浴、洗衣房等用水和綠化、道路灑水，多余達標排放至前和河。

2 水環境質量現狀評價

2.1 地表水污染現狀評價

本項目礦井水未能利用的排入溝谷中匯入前和河，故選擇在入前和河排污口上、下游200 m進行地表水環境監測點，根據地表水環境質量現狀監測結果（表1），化學耗氧量（COD）、生化需氧量（BOD5）等指標超過《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）中的Ⅲ類水質標準，為地表水劣Ⅴ類水。

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2.2 地下水污染評價

根據工業廣場深層奧灰水井水樣監測結果（表2）：總硬度、氟化物超標，其他各項檢測指標均符合《地下水質量標準》Ⅲ類標準值，綜合評價結果為地下水環境質量Ⅳ類水。綜合污染指數為0.325，屬于清潔水，多數項目均低于標準，總硬度、氟化物等個別項目略微超標。

3 煤礦開采對三姑泉域水環境影響評價

3.1 煤礦開采后地面塌陷對地表水影響分析

井田范圍內流經有3條河流：莊河、西河、原村河，分別位于井田西部、中西部、南部。根據對煤層開采影響半徑的計算，最大影響半徑為52.4 m［9］，莊河、西河部分河段在煤層開采影響范圍內，影響較大。建議留設保安煤柱，在西河附近合理布置采區。原村河煤層開采影響范圍之外，煤層開采對原村河影響輕微。

經計算，井田內3號煤層開采產生的地表平均最大下沉值為3 942 mm，將造成一定程度的地表移動變形，局部地區可形成地表沉陷。前和礦井所在區域為丘陵地帶，井田內溝谷縱橫交錯，開采不會改變區域總體地形地貌類型，開采后造成的地表沉陷不會形成大面積下沉盆地，地表不會形成積水區。煤層開采最大影響半徑為92.2 m，野川河、馬村河距離井田邊界最小距離約為3 km，均不在影響半徑內，地表沉陷對井田內的河流和上馬游水庫影響甚微。

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3.2 廢污水排放對地表水影響分析

前和煤礦廢污水包括礦井排水和工業場地生活污水。前和煤礦工業場地分別建有礦井水處理站生活污水處理站分別處理礦井排水和生活污水，生活污水經處理后全部用于選煤廠用水，多余礦坑排水經處理達標后排至西河。經水質檢測數據，前和煤礦處理后的礦井水和生活污水水質指標均滿足地表水Ⅲ類水，符合《山西省節約用水管理條例》規定和水功能區水質要求，外排礦井水對水功能區和第三者不會造成影響。

3.3 煤炭開采對巖溶水的影響

井田奧灰水位標高在+606～+612 m，3號煤層底板標高為694.12～865.42 m，均高于奧灰水水位標高，井田煤炭開采不存在突水問題。但由于煤礦開采產生的導水裂縫帶，會對上覆含水層造成破壞，進而影響上覆含水層對泉域巖溶水的越流補給量，且人工開采取奧灰水對三姑泉域的排泄會產生影響。故開采對三姑泉域補給、排泄有一定影響。

原村鄉水源地供水井位于原村河南約為400 m，開采奧陶系中統巖溶水，原村鄉水源地一級保護區影響半徑為30 m，原村鄉水源地距離前和煤業井田東部邊界最近距離約為658.5 m，不在其一級保護區范圍內，故煤礦開采不會對原村鄉水源地造成影響。

3.4 固體廢棄物對水環境影響分析

前和煤業固體廢棄物主要有矸石、污泥以及生活垃圾。經分析評價，該礦3號煤矸石屬第Ⅰ類一般工業固體廢物，受降雨長時間浸泡形成淋溶水污染水環境的可能性不大，排矸前石溝底部填墊黏土碾壓、夯實，加強了防滲性能，一般不會對三姑泉域水環境產生明顯影響；污泥脫水后全部摻入末煤產品銷售或用于排矸場土地復墾、周邊農田施肥；生活垃圾送至原村鄉生活垃圾堆存點集中處置，對水環境造成的影響較小。

4 結語

本研究從三姑泉域水資源環境條件分析入手，通過分析煤炭開采導致的地面塌陷、沉降、水質污染、對巖溶水補徑排條件的影響、對水源地的影響、固廢對水環境的影響等多方面進行評價，結果表明，前和煤業開采對三姑泉域主要影響因素是上覆含水層破壞，影響泉域巖溶水的越流補給量，其他影響因素影響較小。