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采煤对地下水的影响及对策陕北侏罗纪煤田(神东、榆神、榆横矿区)储量丰富、煤质优良、地质构造简单、开釆技术条件优越,被列为国家规划矿区。然而,本区地处我国西北内陆干旱地区,毛乌素沙地与黄土高原的接壤地带,水资源贫乏、生态环境脆弱,采煤对水资源和生态环境影响较大,使本來就比较脆弱的牛态坏境遭到破坏,冥至引起较严重的后果。因此,必须在保水、保朱态环境的条件下进行煤矿开采(即保水采煤)。但如何实现保水采煤,以便在采煤时最人限度地保护地下水资源,解决采煤与保水这一客观矛盾,是亟待解决的科学问题。一、地质、水文地质条件1、地质特征陕北侏罗纪煤田含煤而积2.7万km2,总资源量1400多亿吨,含煤地层为延安组(J2y),主要可采煤层冇5层,煤层相当稳定。煤田突出的特点是埋藏浅,厚度大,开采容易。窟野河流域最上部的可采煤层埋藏深度100m左右。禿尾河流域90〜150rm2、水文地质条件陕北町供开发利用的地卜.水资源主耍赋存于笫四系萨拉乌苏组(Q3s)沙层和侏罗系烧变岩屮,木地区地下水主要接受人气降水的入渗补给,多年平均人气降水量436.7mm,蒸发虽1907.2mmo萨拉乌苏组地下水:为一套河湖相的沙质沉积物,呈松散及半固结状态,岩性以粉细沙、中细沙为主,灰色、灰黑色,全区分布,厚度变化大,一•般厚度10〜70m,西部地区榆溪河上游的孟家湾区,厚度町达150n)以上,含水层厚度受基底古地形控制,古地形低洼处萨拉乌苏组厚度人,向两侧逐渐变薄,其富水性随岩性、厚度的变化而变化,萨拉乌苏组厚度人,富水性就强,反Z则弱。含水层厚度大于40m时,单井出水量800〜1500m3/d,部分地段可达2000m3/do烧变岩地下水:烧变岩是煤层自燃过程中使覆岩受热烘烤、烧失后形成的一种特殊类型的岩石,烧变岩广泛分布于窟野河、秃尾河沟谷沿岸煤层踞头区,具裂隙、空洞发育,且上覆为透水的沙层,因而在构造有利部位可形成强富水区,烧变岩地下水资源主要分布于矿区东部,地下水资源丰富,单井出水量可以达到1000〜2000m3/d以上,可以作为矿区开发的临时性水源地就近取水,但烧变岩勘探程度较低,需要进行专门性勘探评价工作。3、煤炭、地下水资源赋存的空间关系根据大量的地质勘查资料,本区主要含水层位于煤层的上部或侧部,其屮萨拉乌苏纽地下水位于煤层上部,其含水层底界据最上部的可采煤层一般30〜150m,其覆岩除风化岩石外,还冇第三系三趾马红土、离石黄土等相对隔水层。而烧变岩地下水位于煤层的侧部,它是由煤层自燃后形成的,含水层与煤层宜接接壤。二、采煤对地下水的影响据有关资料,陕北煤炭开采示,地下水位普遍下降,严重影响生态环境和河流径流量。1、采煤引起地下水位普遍下降大柳塔煤矿范围内的•母河沟泉域,是一个完整的水文地质单元。开釆的煤层赋存在泉域下部,煤层厚度6〜7m,埋深80~90m,采厚4m。大柳塔煤矿开采前,地下水原始流场为以 母河沟泉为中心的白流盆地,由于受基岩面古地形的彩响,在工作面的初期采区即古冲沟区形成相对富水区,地下水由东、西、北三各方向向古冲沟区运移,而以东部的补给强度较人,中心部位含水层厚度20m,向边沿逐渐变薄,地下水的径流明显受古地形的控制,地下水位标高1212m±,最低处位于母河沟泉口,母河沟泉域地下水最终以母河沟泉的形式排泄。煤层开釆过程中,地卜-水流场随着开采强度的加大,不断变化,并逐渐形成了以采空区为中心的排泄区,地下水位等高线也向采空区一侧倾斜,形成了以采空区为屮心的降落漏斗。该区四个工作而全部采完后,地下水位已经下降到基岩面以下,第四系萨拉乌苏组含水层已经失去水文地质意义。对本区18个月的长期观测,发现地下水位在煤矿初次放顶后,迅速下降,之后曾经一度上升,并随着回采面积的扩大,逐渐F降,最终稳定在基岩界面附近,地下水位下降幅度达10〜12mo1997年我们在该区完成了一个观测钻孔的施匸,目的一是了解煤层开采后冒落带的发育高度,二是探测煤层开采后,地下水位的深度。经过施工观测发现,煤层开采后,萨拉乌苏组已经不含水,地下水位已经下降到基岩面以下。陕北冃前的开采区域,煤层埋藏深度都较浅,一般100m左右,根据本区水文地质条件及煤层的赋存特征,煤炭开采后,产住的冒落带、裂隙带将发育到萨拉乌苏纽含水层底部,#至发育到地表。采空区地表形成了大量的地裂缝,从而疏干地下水。我们曾经对煤炭开采对地下水的影响进行了系统研究,认为神木北部矿区、榆神矿区秃尾河沿岸地区是强烈影响区域,煤层开采将导致地下水位的人幅度下降。外用是缓冲地区,采取一定的措施,可以达到保水采煤之目的。榆神矿区西部区是安全开采区,煤炭开采与水资源保护可以并举。2采煤引起水井干消由于地下水位下降,一些水井已经干涸。我局185队1986年在大柳塔施工的J118号水文孔,抽水降深2.57m,H冰量2556.31m3/d,一直作为神府矿区的供水井开采,由于煤炭开采,1996年T•枯报废。1994年施工的J175号水文孔,烧变岩面积只有0.60km2,含水层厚度5.18m,抽水降深仅lm,;1|水量达3191.96m3/d,应当地群众要求,移交作为供水井使用,多年来水罐一宜保持稳定,但由于采煤于2000年干枯报废。双沟村一口水井,取水层为烧变岩,取水量4800m3/d,2002年T•枯报废。所有这些,都与煤炭资源的开发有直接关系。榆家梁煤矿原是神木县于20世纪90年代初期建设的小型矿井,设计规模为21万t/a02001年租赁给神东公司,当年进行了改扩建,并生产原煤661万t,2002年生产1059万t,2003年1085万t,2004年和2005年均达1400多力「仁目前该矿生活用水利用我局一八五队1995年为南梁煤矿施工的水井,该井处于黄羊城沟沟道内,汲取延安组(J2y)基岩裂隙水,当吋稳定出水g>780m3/d,口前不足200m3/d,衰减60%,水量衰减原因就是釆煤造成了地下水位的下降。3采煤引起泉流量衰减和黄河支流断流(1)泉流量衰减或干涸由于地下水位下降,泉流虽也大幅度减少。母河沟泉刀平均流虽为5961m3/d,最大刀平均流最10627m3/d,神府矿区开发初期,一直以母河沟泉域地下水为矿区的供水水源。2002年4月观测的泉流量只有1680m3/d,而且最大的泉口已经T枯,泉流量衰减72%。双沟泉是贴野河上游乌兰木伦河的一个支流,沟长5.6km,多年平均泉流量7344m3/d,上游有水地400亩和人片的杨树等乔木。1993年开始开采该泉域范I羽内的地下煤层,1997年泉眼干枯,沟流断流,杨树人面积枯死,水地变为旱地,提灌工程报废。由于小煤矿的开采,柠条塔的水头泉群(流量大于6500m3/d)也已经干涸。其他釆煤区的泉,流量不同程度地衰减或断流。 (2)黄河支流窟野河断流窟野河是黄河中游一级支流,年平均径流®3.845亿m3,多年平均流量214万m3/d,是陕西省榆林风沙草滩区流最最人的河流,也是神木、府谷县工农业生产赖以生存的主要水源。然而,近年來,山于连片集中采煤,导致爼野河流量不断减少,甚至出现了连续断流现彖。据神木县水利局资料,2000年断流75天,2001年断流106天,2002年断流220天,而且是全流域断流。据悉,2003-2005年也岀现了长时间断流。三、对策2003年陕西省煤III地质局开展的《榆神矿区保水采煤研究报告》,根据本地区地质及水文地质条件、含(隔)水层的分布及性质、煤层顶板物理力学性质等,采用多种方法,对煤炭开发与地下水资源保护的关系进行了初步研究,并将陕北侏罗纪煤田开发分为四个人区:一是无水区(III区),这类地区为黄土地貌区,地下水资源非常贫乏,不存在地下水的渗漏问题。二是采煤失水区(IV区),即煤炭开采后,萨拉乌苏组(烧变岩)地下水全部渗漏,造成地下水位下降,泉流干枯,对生态环境造成严重影响。这类地区煤层埋藏浅,一•般100m以内,且沙层较厚,煤层上部没冇冇效隔水层,煤层开采后,冒落(裂)带发育到第四系的萨拉乌苏组含水层屮,造成萨拉乌苏组地下水的渗漏和水位下降。主要分布在神木北部矿区及新民区,榆神矿区的部分地区,是目前正在开发的地区,应采取措施,保护地下水资源。三是煤炭开采需耍超设防水煤柱或采取一定措丿施才能保护地卜•水资源的地区(II区),与采煤失水区比较,煤层埋藏深度略人,有一定的黄土、红土隔水层存在,煤层开采的冒落带一般发育不到第四系底部,但导水裂隙带可以发育到萨拉乌苏组底部,导致地下水的渗漏。如果采取积极的措施,是可以保护地下水不受影响的,如充填采空区等。这类地区分布在采煤失水区的西部,呈条带状分布,同时在榆神矿区二期开发区的锦界井川等地也有零星分布。四是采煤保水区(I区),这类地区煤层埋藏深度大,最上一层对采煤层的埋藏深度一般在200〜300m,煤层上部有近百米厚的基岩、黄土、红土隔水层,煤层开采的冒落带、导水裂隙帶发育不到上部的含水层屮,煤炭开釆与地下水保护可以并举,从釆煤保水的角度來看,是陕北地区开采条件最好的地区,同时,煤矿开发的供水问题可以就近解决。主耍分布在尔林兔区、榆神矿区深部区等。据此,我们建议适当开发榆神矿区深部区的煤炭,而窟野河沿岸地区,由于开采的环境效应显箸,应该采取保护性开发的措施。前已述及,我们将保水采煤条件划分为四个区,但各分区的划分标准、依据、界线位置及可靠性等一系列重要技术参数,没有得到解决。因此,希望国家加大对“陕西省榆神府矿区保水采煤综合研究”项目工作的支持,尽快収得成果,提高煤矿开发过程中水资源和环境保护的水平,促进神东、陕北两大煤炭基地建设可持续发展。
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