山西長治縣經坊煤業水資源論證研究

彭利軍

（長治市上黨區水利發展中心,山西 長治 047100）

受工業化和城鎮化加快推進等影響,水資源緊缺和水污染等問題日益突出,已成為制約區域經濟穩定發展的主要瓶頸[1]。在分析研究建設項目區水資源量及其開發利用現狀的基礎上,重點分析論證經坊煤業礦坑水可利用量,論證建設項目用水的合理性和取水的可行性。

1 項目概況

經坊煤業位于山西省沁水煤田潞安礦區內,規劃擬將經坊煤業生產規模由180 萬t/a改擴建工程提升至240 萬t/a及270 萬t/a選煤廠,現有井田東西長8.35 km,南北寬7.48 km,面積為30.7229 km2。批準開采3#~15#煤層,其中3#煤層厚度3.27 m~7.95 m,平均6.20 m；工業資源儲量為26670 萬t,設計利用資源量為16358 萬t,設計可采儲量為9542 萬t,開采深度（標高）840 m~390 m,服務年限為28.4 a。煤層結構簡單,厚度變化不大,屬穩定型煤層。礦區位置見圖1。

2 水資源論證

2.1 水源分析

2.1.1 地表水

上黨區地表水利用率為低利用區,6 座小型水庫總庫容1083.9 萬m3,興利庫容509.2 萬m3,小型水庫分布分散,可供水量少,不具備向本項目供水條件。

2.1.2 地下水

當地孔隙水、裂隙水富水系數較低,井田范圍內孔隙水、裂隙水在礦井開采后有可能會疏干,不具備對本礦生產用水的供水條件,故不考慮當地孔隙水、裂隙水為本礦生產供水。當地巖溶地下水尚有一定的開發利用潛力,可作為本項目生活用水水源。

2.1.3 再生水

上黨區現狀污水總排放量約為473 萬m3/a,主要污水水源有上黨區城鎮工業與生活污水,上黨區污水處理廠再生水426萬m3/a,已全部配置為電廠生產用水,再生水不具備向本項目供水條件。

2.1.4 礦坑水

經坊煤業資源整合礦井產能規模為240 萬t/a,采用日平均噸煤排水系數0.415 m3/t,礦井正常涌水量日平均為2728.77 m3/d。礦坑水的收集、處理損失按10%計,則礦坑水可利用量為2455.89 m3/d,可滿足經坊煤業、經坊選煤廠、經坊磚廠生產取水量30.57 萬m3/a（非取暖期876.28 m3/d,按180 d計；取暖期989.98 m3/d,按150 d計）的用水要求。尚有69.03 萬m3/a的供水潛力,故本水源具備向本項目供水的條件。

2.1.5 水源方案及配置合理性

根據區域社會經濟、水資源環境狀況,所處地理位置,結合當地及本項目的實際情況,確定其用水方案。選煤廠、磚廠的職工生活用水由礦區自備巖溶地下水源井供給。煤業、磚廠的生產用水由煤業礦坑排水處理后的中水供給；選煤廠生產用水由煤業礦坑排水處理后的中水和工業廣場生活污水處理系統處理后的中水供給。

2.2 取水影響論證

2.2.1 取水對地表水的影響

經坊煤業井田南部有一條淘清河的支流自東向西流過,屬季節性河流。淘清河從井田西南部邊界附近流過,全長78.7 km,流域面積735.18 km2。區間長度26.12 km,流域面積351.5 km2。設計50年一遇洪峰流量1400 m3/s,枯水季節無河水,平時陶清河中下游河水為工業和生活中水。煤礦開采3#煤層形成的導水裂隙帶最大高度為92.42 m,主要導通下石盒子組和山西組地層,一般不會溝通地表,局部地表塌陷不會直接影響淘清河總體地形,因此對淘清河匯水影響不大,為確保陶清河不受采煤影響或影響很小,對陶清河留設保護煤柱,以防開采對陶清河的影響,因此,本礦3#煤層開采對地表水影響甚微。9#煤層與3 號煤層的之間平均距離為65.41 m,開采9#煤層形成的導水裂隙帶最大高度為46.99 m,不會導通3#煤層,故本礦3#煤層開采對地表水影響甚微。

2.2.2 煤礦開采對地下水的影響

從導水裂隙帶的最大高度來看,煤礦開采不會波及到地表,礦井開采對地表水產生影響較小。煤炭開采時,在地面以下形成縱橫交錯的豎井、斜井、巷道及不同開采面、不同采掘深度的采空區等。這些井、巷道、采空區相互貫通,溝通了地下水含水層和隔水層,可能改變原先含煤地層及上覆松散巖系地層中地下水運行狀態。通常含煤地層含水層和上覆松散巖系含水層之間有隔水層存在,并無水力聯系。由于井、巷道、采空區的出現,加之采空區頂板塌陷,形成了冒落帶和裂隙帶,成為裂隙溝通的各類含水層中地下水快速滲漏的通道。

2.2.3 煤礦開采對水環境的影響

（1）采煤沉陷預測結果

首采區為3 號煤層5 采區和7 采區,首采區內當相鄰的工作面相繼開采后,增大了沿工作面的方向長度,大于2r時就達到了充分采動影響。首采區3#煤層采完后,地表下沉、移動與變形的預測結果,見表1。

表1 首采區開采后地表下沉、移動與變形的預測結果

（2）冒落帶、導水裂隙帶高度預測結果

煤礦開采后,采空區地質應力失去平衡,導致水文下墊面的改變就會引起“三帶”（煤層上覆巖層形成冒落帶、裂隙帶和緩慢下沉帶）發生,巖層遭到破壞,產生裂隙、裂縫,含水層隨之遭到破壞。通過對冒落帶、裂隙帶最大高度預計,可以預測井下采煤對地下含水層、地表水體等產生的影響。

可見3#煤層的最大導水裂隙帶高度為92.42 m,主要導通下石盒子組和山西組地層。下組9#煤層最大導水裂隙帶高度為46.99 m,主要導通太原組上部和山西組下部地層。

2.3 退水影響論證

2.3.1 礦井排水

礦坑水來自采煤過程中煤層頂板、巷道、井筒滲水,主要污染物質為SS、COD等,此外還含有少量油污。經坊煤業正常礦坑涌水量99.60 萬m3/a,則日平均礦坑涌水量為2728.77 m3/d（按365d）,礦坑水可利用量為2455.89 m3/d（89.64萬m3/a,按365 計）,可滿足經坊煤業、經坊選煤廠、經坊磚廠生產取水量30.57 萬m3/a（非取暖期876.28 m3/d,按180 d計；取暖期985.65 m3/d,按150 d計）。

為滿足處理出水水質要求,礦坑水處理采用“混凝沉淀→無閥過濾→超濾→反滲透”工藝處理后水質符合地表水Ⅲ類水質標準,經混凝沉淀→無閥過濾處理后回用于礦井和選煤廠、制磚廠生產及降塵等用水,經超濾處理后回用于洗衣、洗浴、沖廁等生活用水,經反滲透處理后回用于鍋爐補充水或源熱泵補充水。多余礦坑水確需外排,必須達到Ⅲ類水質標準外排,避免對當地水環境產生不良影響。

2.3.2 生活污水

工業廣場生活污水（包括經坊煤業、經坊選煤廠、經坊磚廠）主要來源衛生間、浴室、洗衣房、食堂、職工宿舍、沖廁及少量生產廢水,廢污水排水量為349.72 m3/d,主要污染因子為BOD5、COD、SS、氨氮和油類等。生活污水處理采用“A/O工藝→過濾→消毒”處理工藝,全部回用于礦區綠化、澆灑、降塵、選煤廠生產補充水等用水,不外排。

3 結論

（1）職工生活用水由礦區自備巖溶地下水源井供給。選煤廠生產用水由經坊煤業礦坑排水處理后的中水和工業廣場生活污水處理系統處理后的中水供給。符合區域水資源優化配置和水資源管理的要求。

（2）經坊煤業正常礦坑涌水量99.60 萬m3/a,考慮礦坑水的不穩定性,建議經坊煤業修建一定容量的礦坑排水調節池,以滿足本項目生產用水要求。由此可見,取用經坊煤業礦坑水作為本項目生產用水水源是可靠的、可行的。

（3）生產取水不存在對其他用水戶取用水條件和權益的影響。生活取水由自備巖溶地下水源井供水解決,不存在對其他用水戶取用水條件和權益的影響。

（4）生產用水利用處理后的礦坑水和生活污水,多余礦坑水確需外排,必須達到Ⅲ類水質標準外排,避免對當地水環境產生不良影響；礦區生活污水全部回收處理利用,不外排。為確保當地水環境不受影響,礦方應修建一定容量的事故狀況下的廢污水收集池。采取以上措施后,退水不會對水功能區和第三者產生明顯影響。