煤矿开采对晋祠泉岩溶水影响探讨

2022-09-21 16:46:28 来源:写作指导

[摘要]结合晋祠泉区域内的岩溶地下水变化实际情况,通过调查获取区域内煤矿分布情况。根据数据统计结果可知,煤矿开采对岩溶水的影响主要集中在水质、流量、水位等方面。煤矿开采降低了岩溶水的补给量,径流经过煤矿区域的岩溶水水化学特性存在异常,煤矿开采对岩溶水水质影响较大。

[关键词]煤矿开采;岩溶水;水位;水质

1概述

地下水是重要的水资源,对农业发展、工业生产、生态保护具有较大影响。地下水水位、水质受周边环境影响较大[1-2]。煤矿是常见的能源材料,煤矿开采可促进当地经济发展,但过度开采将对生态环境造成不利影响[3-6]。山西晋祠泉区域内分布较多的煤矿产业,在多年的开采影响下,晋祠泉区域岩溶地下水水位下降,部分泉眼出现断流现象,地下水位的降低也严重影响到当地的生态环境。因此,当地政府采取相关措施恢复地下水位。在收集相关资料的基础上,分析晋祠泉域范围内煤矿开采对岩溶水的影响,为其他区域地下水保护提供参考。

2晋祠泉域煤矿分布情况及整治成果

2000年,晋祠泉域煤矿开采的吨煤排水系数为1.14m3;自2008年开展煤炭资源整合工作以来,晋祠泉域内关闭整合222座小煤矿,整合后煤矿53座,井田面积775.3km2,设计生产能力6809×104t/a。2013年,吨煤排水量减少为0.65m3。从而较大程度地减少矿坑排水量,有效保护了晋祠泉域地下水。据反映,在晋祠泉域边山断裂带上仍存在违规打井现象,大量开采岩溶地下水,改变用途,非法转供给其他用水户。另外,上世纪90年代以来,古交市东曲、西曲、屯兰、马兰、镇城底等煤矿存在井下打井现象,非法开采岩溶地下水,形成岩溶地下水开采与统计的“黑洞”。晋祠泉域内煤炭属西山煤田,含煤面积1598km2,已探明煤炭资源量186.3×108t。据调查,晋祠泉域内有53座煤矿,其中万柏林区5座、晋源区3座、清徐县11座、古交市34座,井田面积共计775.3km2。晋祠泉域重点保护区主要有3段,分别为古交重点保护区,汾河渗漏段、水源地、山前断裂带及西边山断裂带,共涉及19座煤矿,与晋祠泉域重点保护区范围重叠面积共46.634km2。按设计生产能力统计,晋祠泉域煤矿设计年生产能力共6809×104t/a,其中年生产能力120×104t以上(含120×104t)的大型煤矿19座,45×104~90×104t中型煤矿32座。目前,煤矿主要开采煤层为2#、3#、4#、8#、9#煤层,开采方式均为井工开采。目前,整个晋祠泉域岩溶水水位标高在780~1500m之间,井田范围岩溶水水位标高在780~1350m之间。本次统计了晋祠泉域23座正常生产煤矿井田范围内岩溶水水位标高以及现状开采情况,具体见表1。

3煤矿开采对晋祠泉岩溶水影响严重

3.1采煤排水对泉流量的影响

采煤排水对泉流量的影响主要表现在以下方面:①岩溶水位高出开采煤层的带压开采区,岩溶水的顶托作用使部分岩溶水通过上部裂隙系统渗入采区,加大了矿坑排水量,直接消耗掉部分岩溶水资源。晋祠泉域内镇城底矿、西曲矿等9座带压煤矿开采对岩溶水的年影响量达1009.48×104m3,占泉域煤矿总排水量2463.8×104m3的41%,占泉域水资源量的13.3%。②大规模的采煤活动疏干了开采区及其影响带上覆岩层的地下水,减少了上部地下水渗漏补给岩溶水量。同时,采煤排水明显地减少了该区地表水基流量,从而减少了对岩溶水的补给。根据对煤矿排水量与泉流量之间相关性分析,煤矿排水量与泉流量之间存在明显的相关关系,随着煤矿排水量的增大,泉流量逐渐减少,反映出煤矿排水是晋祠泉流量衰减的另一重要因素。见图1。根据晋祠泉地下水位数据分析,2014-2019年岩溶地下水位呈上升趋势。从年内逐月地下水位动态变化可以看出,地下水位多呈波动型,总体呈先下降再回升趋势。水位最低点出现在每年春末夏初,最高点出现在冬季至次年春季。入春之后,由于生产生活用水量加大,此时还没有进入雨季,大量开采地下水,使得地下水位大幅下降。随着雨季到来,降水量增大,地下水补给量增加,地下水位逐渐回升。见图2。

3.2采煤对地下水水质的影响

采煤对地下水水质的影响主要反映在3方面:①采煤过程中,污染的矿坑水通过岩层裂隙直接下渗至下伏地层,使其中的地下水遭受污染;②矿坑水排出地表后,首先使地表水污染,继而在流经碳酸盐岩渗漏段时或随河沟流动时,入渗地下污染地下水;③矿山尾矿、矸石堆在降水淋渗作用下,淋滤水入渗地下,使地下水遭受污染。晋祠泉域补给-径流区岩溶水水化学类型基本与地表水一致,具有岩溶地区水文地球化学演化初期阶段的特征。但由于存在煤矿开采的影响,补给-径流区的炉峪口、屯兰矿、西铭矿、杜儿坪矿、官地矿等煤矿岩溶水出现水化学类型异常,SO2-4浓度显著增加,说明采矿活动可能对岩溶水水质造成一定影响。排泄区岩溶水水化学类型以SO4-Ca•Mg型为主,位于排泄区的平泉村岩溶水超标项目多、超标倍数高。岩溶水水质较差与采煤沉陷、采空区面积不断扩大、采煤漏水增加以及一些煤矿利用煤矸石充填采空区的不当回填方式有关。煤矿停采或部分采区采空后形成较大面积的采空区,并逐渐积蓄水体,这部分矿井积水称为老窑水。老窑水长期储存于矿井中,逐渐形成具有显著水质污染的酸性废水。根据《晋祠泉复流工程方案研究》初步推断,在研究区西边山断裂带附近的风峪沟、旧店头、下石村、黄楼村和牛家口村等处有老窑水出露。老窑水下渗或溢出地表后,通过下游碳酸盐岩渗漏段补给岩溶水,最终导致对岩溶水的污染。

4结论

目前,晋祠泉区域已经采取相关措施对当地煤矿开采进行限制,岩溶地下水位和水质均有所恢复。根据收集数据分析可知,煤矿开采对当地岩溶水的流量、水位影响较大,煤矿过度开采减少了上部地下水渗漏补给岩溶水量,流经煤矿区域的岩溶水水质也出现了明显异常,采矿活动可能对岩溶水水质造成一定影响,部分煤矿老窑水下渗导致岩溶水污染。

作者:赵芳 单位:太原市水资源管理保护中心