煤礦開采對(duì)晉祠泉巖溶水影響分析

趙 芳

(太原市水資源管理保護(hù)中心，太原 030002)

1 概 述

地下水是重要的水資源，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展、工業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)保護(hù)具有較大影響。地下水水位、水質(zhì)受周邊環(huán)境影響較大[1-2]。煤礦是常見的能源材料，煤礦開采可促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，但過度開采將對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不利影響[3-6]。山西晉祠泉區(qū)域內(nèi)分布較多的煤礦產(chǎn)業(yè)，在多年的開采影響下，晉祠泉區(qū)域巖溶地下水水位下降，部分泉眼出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，地下水位的降低也嚴(yán)重影響到當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。因此，當(dāng)?shù)卣扇∠嚓P(guān)措施恢復(fù)地下水位。在收集相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，分析晉祠泉域范圍內(nèi)煤礦開采對(duì)巖溶水的影響，為其他區(qū)域地下水保護(hù)提供參考。

2 晉祠泉域煤礦分布情況及整治成果

2000年，晉祠泉域煤礦開采的噸煤排水系數(shù)為1.14 m3；自2008年開展煤炭資源整合工作以來，晉祠泉域內(nèi)關(guān)閉整合222座小煤礦，整合后煤礦53座，井田面積775.3 km2，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力6 809×104t/a。2013年，噸煤排水量減少為0.65 m3。從而較大程度地減少礦坑排水量，有效保護(hù)了晉祠泉域地下水。據(jù)反映，在晉祠泉域邊山斷裂帶上仍存在違規(guī)打井現(xiàn)象，大量開采巖溶地下水，改變用途，非法轉(zhuǎn)供給其他用水戶。另外，上世紀(jì)90年代以來，古交市東曲、西曲、屯蘭、馬蘭、鎮(zhèn)城底等煤礦存在井下打井現(xiàn)象，非法開采巖溶地下水，形成巖溶地下水開采與統(tǒng)計(jì)的“黑洞”。

晉祠泉域內(nèi)煤炭屬西山煤田，含煤面積1 598 km2，已探明煤炭資源量186.3×108t。據(jù)調(diào)查，晉祠泉域內(nèi)有53座煤礦，其中萬柏林區(qū)5座、晉源區(qū)3座、清徐縣11座、古交市34座，井田面積共計(jì)775.3 km2。晉祠泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)主要有3段，分別為古交重點(diǎn)保護(hù)區(qū)，汾河滲漏段、水源地、山前斷裂帶及西邊山斷裂帶，共涉及 19座煤礦，與晉祠泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)范圍重疊面積共 46.634 km2。

按設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力統(tǒng)計(jì)，晉祠泉域煤礦設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力共6 809×104t/a，其中年生產(chǎn)能力120×104t以上(含120×104t)的大型煤礦19座，45×104～90×104t中型煤礦32座。目前，煤礦主要開采煤層為2#、3#、4#、8#、9#煤層，開采方式均為井工開采。目前，整個(gè)晉祠泉域巖溶水水位標(biāo)高在780～1 500 m之間，井田范圍巖溶水水位標(biāo)高在780～1 350 m之間。本次統(tǒng)計(jì)了晉祠泉域23座正常生產(chǎn)煤礦井田范圍內(nèi)巖溶水水位標(biāo)高以及現(xiàn)狀開采情況，具體見表1。

表1 泉域正常生產(chǎn)煤礦開采水平與巖溶水位關(guān)系表

3 煤礦開采對(duì)晉祠泉巖溶水影響嚴(yán)重

3.1 采煤排水對(duì)泉流量的影響

采煤排水對(duì)泉流量的影響主要表現(xiàn)在以下方面：①巖溶水位高出開采煤層的帶壓開采區(qū)，巖溶水的頂托作用使部分巖溶水通過上部裂隙系統(tǒng)滲入采區(qū)，加大了礦坑排水量，直接消耗掉部分巖溶水資源。晉祠泉域內(nèi)鎮(zhèn)城底礦、西曲礦等9座帶壓煤礦開采對(duì)巖溶水的年影響量達(dá)1 009.48×104m3，占泉域煤礦總排水量2 463.8×104m3的41%，占泉域水資源量的13.3%。②大規(guī)模的采煤活動(dòng)疏干了開采區(qū)及其影響帶上覆巖層的地下水，減少了上部地下水滲漏補(bǔ)給巖溶水量。同時(shí)，采煤排水明顯地減少了該區(qū)地表水基流量，從而減少了對(duì)巖溶水的補(bǔ)給。根據(jù)對(duì)煤礦排水量與泉流量之間相關(guān)性分析，煤礦排水量與泉流量之間存在明顯的相關(guān)關(guān)系，隨著煤礦排水量的增大，泉流量逐漸減少，反映出煤礦排水是晉祠泉流量衰減的另一重要因素。見圖1。

圖1 煤礦排水與晉祠泉流量關(guān)系曲線圖

根據(jù)晉祠泉地下水位數(shù)據(jù)分析，2014-2019年巖溶地下水位呈上升趨勢。從年內(nèi)逐月地下水位動(dòng)態(tài)變化可以看出，地下水位多呈波動(dòng)型，總體呈先下降再回升趨勢。水位最低點(diǎn)出現(xiàn)在每年春末夏初，最高點(diǎn)出現(xiàn)在冬季至次年春季。入春之后，由于生產(chǎn)生活用水量加大，此時(shí)還沒有進(jìn)入雨季，大量開采地下水，使得地下水位大幅下降。隨著雨季到來，降水量增大，地下水補(bǔ)給量增加，地下水位逐漸回升。見圖2。

圖2 2014-2019年晉祠泉逐月水位動(dòng)態(tài)圖

3.2 采煤對(duì)地下水水質(zhì)的影響

采煤對(duì)地下水水質(zhì)的影響主要反映在3方面：①采煤過程中，污染的礦坑水通過巖層裂隙直接下滲至下伏地層，使其中的地下水遭受污染；②礦坑水排出地表后，首先使地表水污染，繼而在流經(jīng)碳酸鹽巖滲漏段時(shí)或隨河溝流動(dòng)時(shí)，入滲地下污染地下水；③礦山尾礦、矸石堆在降水淋滲作用下，淋濾水入滲地下，使地下水遭受污染。

4 結(jié) 論

目前，晉祠泉區(qū)域已經(jīng)采取相關(guān)措施對(duì)當(dāng)?shù)孛旱V開采進(jìn)行限制，巖溶地下水位和水質(zhì)均有所恢復(fù)。根據(jù)收集數(shù)據(jù)分析可知，煤礦開采對(duì)當(dāng)?shù)貛r溶水的流量、水位影響較大，煤礦過度開采減少了上部地下水滲漏補(bǔ)給巖溶水量，流經(jīng)煤礦區(qū)域的巖溶水水質(zhì)也出現(xiàn)了明顯異常，采礦活動(dòng)可能對(duì)巖溶水水質(zhì)造成一定影響，部分煤礦老窯水下滲導(dǎo)致巖溶水污染。