采煤对地下水的影响及对策

《采煤对地下水的影响及对策》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

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。