1、1陕北侏罗纪煤田地下水保护与开采利用研究摘要：如何使煤炭开采尽量减少对水资源环境的影响及破坏，缓解煤炭开采与水资源可持续利用的矛盾，这是当前急需研究解决的紧迫课题。本文通过研究陕北侏罗纪煤田地下水保护与开采利用问题，建立了矿区保水采煤的采煤方法并对不同区域提出了相应的保水开采方法，初步为矿区保水采煤提出一个可行之路。 关键词：陕北侏罗纪煤田；地下水保护；开采利用；适量截流；超量疏干 中图分类号：TU991.11+2 文献标识码：A 陕北侏罗纪煤田地下水资源现状 陕北侏罗纪煤田总面积 27140km2，仅埋藏于 1000m 以浅的煤炭资源就达 1400 多亿 t。其煤炭低灰、低硫、低磷、中高发热
2、量，是国内外罕见的优质动力、液化、化工用煤，是陕北国家级能源化工基地综合开发利用的主要目标。区内建成了神府煤炭工业开发区，规划在建榆神煤电化工业区、榆横煤化工及载能区集中发展煤炭化工产业。但水资源短缺制约着该地区经济社会的建设与发展。 出于生态环境保护考虑，长期以来该区地下水开采受到限制，工业生产使用地下水基本被禁止。但是，开采侏罗纪煤炭，上部丰富的地下水是采矿安全的严重威胁，采煤前必须予以疏干排除。这不仅使限采地2下水的环境保护政策面临严峻挑战，且使采煤疏排水零散无秩序地进行，得不到科学规划和合理利用，面临严重损失浪费水资源的问题。调整政策导向，充分利用矿区地下水缓解或解决区内的水资源短缺，
3、满足区内社会经济发展的水源需求，无疑是有效保护陕北地区水资源与环境的现实选择。为此，研究影响调整陕北水资源保护政策的基础科学问题显得十分必要和紧迫。 煤炭开采对地下水资源的影响 （一）采煤影响地下水的范围与区划 陕北能源化工基地地下水勘查研究确定，综采方式下，采煤不影响上层地下水的覆岩厚度临界值，在有第四系黄土和新近系粘土层存在的区域为 240m，无黄土和新近系存在的区域为 300m。依此推断，采煤将直接破坏覆岩较薄的煤田中东部地区上覆含水层，影响地下水；覆岩较厚的煤田西部地区第四系含水层不会受到采煤破坏，但该区域内的地下水会因同一水流系统中采煤破坏区地下水流场的变化而受到间接影响。由此可见，
4、采煤对地下水的影响是全局性的。 所以从宏观上可将采煤对地下水的影响区划分为直接影响区和间接影响区。由于含水层介质组成、厚度及地下水循环条件的差异，直接影响区采煤影响地下水的强度不同。富水性越强，影响地下水资源的强度越大。富水性强弱综合反映了地下水的补给量大小、渗透性强弱和水资源丰富程度。 （二）煤炭开采对水质的影响 煤炭开采改变了地下水的客观循环规律，使水质良好的地下水变成3了矿坑水，经过采煤工作面的污染变成了矿坑废水。煤炭开采对水质的影响，主要是受了有机物的污染。水化学类型一般为重碳酸钙水、硫酸、重碳酸钙镁水及硫酸钙镁水，硬度普通较大。矿坑水排入河道后，由于河道基流量小，自净能力差，致使河道
5、水质快速恶化。 （三）煤炭开采对地表水的影响 煤炭开采对地表水的影响主要反映在地表基流上，煤系地层（砂页岩）区内的天然基流主要来源于基岩裂隙水的补给，并沿地层裂隙层理就近排泄至河道，并且是沿程增加趋势。采煤后，矿坑附近的基岩裂隙水不再排向河道，而排向矿坑，减少了河道基流来源。随着采空区的加大，裂缝也随之加大加深，致使地下水垂直排向矿坑，加速了地表水向地下水的转化，导致地表基流大幅度的减少。大量资料证明，在煤炭开采严重地区，河道基本断流。由于矿坑排水重新排放到河道，部分河道表面看水量似乎不减，但实际上都是矿坑废水，天然基流基本很少。 陕北侏罗纪煤田地下水保护与开采利用对策 （一）矿区地下水保护对
6、策 根据采煤影响地下水区划，建立基于水资源保护的煤炭开采秩序 按照由煤田东南部边缘向西北部腹地整体推进的秩序设置矿权和开采井田，为统一安排疏排水水源地保证采煤安全和统一利用疏排水向工业区供水做好基础准备。在现阶段水资源需求相对较小的情况下，优先开采植被生态与地下水基本无关以及影响地下水微弱区域的煤炭资源，限制开采对地下水影响强烈区的煤炭资源，禁止开采间接影响区煤炭资源，其中影响明显区实施煤水共采，并在影响明显区建设水源地以及适4当进行植被生态补偿与修复。 制定协调煤炭开采的地下水水资源开发利用规划和植被生态补偿机制 中远期随着采煤向煤田西北腹地推进对地下水影响的增大及水资源需求的增加，将影响强
7、烈区设立为煤水共采区，有步骤地建设水源地，加大地下水开采的力度，增大水资源供给量的同时，根据生态植被补偿机制，制定区域性修复方案，利用补偿费用和开采出来的部分地下水浇灌、修复生态植被，并辅以飞播、植树等人工干预措施促使生态植被平缓演替，避免生态环境急剧恶化。 （二）矿区地下水保护性开采利用方案 1、保护性开采利用的目标 矿区地下水保护性开采利用目标是要建立集保障采煤安全、城镇和工业区集中供水于一体的综合性水源工程。 开采模式 根据水文地质条件，矿区地下水开采适合采用适量截流与超量疏干相结合的开采模式。其指导思想是在间接影响区通过截流方式减少开采井田的侧向流入量，在直接影响区按采煤安全要求疏干抽
8、取地下水。由于疏干开采地下水将形成以中开采地段为中心的地下水位降落漏斗，在一定范围内改变地下水天然流场和运动特征。因此，间接影响区需要从动态的角度确定，将直接影响区中采煤 10 年影响不到的区域也划归间接影响区。 水源工程设计为多个水源地组成，应以地下水水流系统为单元规划5建设，避免以单个井田逐一部署实施。考虑采煤进度和我国各类规划以“五年”为基本跨度的习惯，水源地设计寿命原则上应控制在 2030 年。水源地集中取水地段和开采井布设以保证采煤安全和避免采煤塌陷对水源地的破坏为原则，开采井设计为大口径管井。截流开采井应垂直于地下水流向，线状布设在间接影响区一侧，开采量要适宜，控制在勘查评价的可采
9、资源量范围内;疏干开采布设于直接影响区，开采井要相对集中，并适度远离采区，开采井数量和间距根据地下水富水性强弱和采煤进度等因素确定。开采过程中，截流开采将随采煤推进向疏干开采转化，开采量也应随之逐渐加大。 （三）加强煤矿生产水资源论证制度 煤和水共存于地下岩层中，煤炭开采也是对水资源的开采，对环境的开发，同时，煤炭开采对水资源的影响是非常严重的。为了降低煤炭开采对水资源的影响程度，因此，必须加强煤炭工业建设项目的水资源论证制度。论证范围应为新建、改建、扩建的煤炭工业建设项目，论证内容应包括开采和加工取水用量、矿坑排水量等，对水资源水环境的影响及其防治措施。论证后须经水行政主管部门审查批准，方可
10、办理取水许可的相关手续。 （四）开展煤炭开采对水资源影响的监测和评价工作 要将煤炭开采对水资源的影响程度降低到最低，就是要在全省范围内对所有煤矿生产过程进行水资源影响程度的全面实时监测，通过全面监测、分析，评价煤炭开采中水资源的量、水质等变化情况，为煤炭的有续发展和水资源管理与合理利用，提供科学的决策依据和提出采取的6防治保护措施。 （五）加大煤矿矿坑排水综合利用力度 陕北侏罗纪天然水资源不足，一是要大力开展节约用水；二是要合理开发、高效利用现有的天然水资源；三是加大废污水处理回用和矿坑排水的综合利用力度。 中水利用是当今世界废污水资源化的一种新技术，矿坑排水综合利用，就是经过处理后，作为对水
11、质要求不太高、与人体不直接接触的场合用水，如喷洒草坪、道路、消防等用水，对控制污染、节约用水有着积极作用。据调查统计和测算，陕北侏罗纪煤矿矿坑排水量每年约为 3.0亿 m3 左右，除约 30%矿井生产利用外，约 70%排放到附近沟谷和河道，既浪费了水资源，又对地表水、地下水及水环境造成严重污染。因此煤矿矿坑排水必须经处理达标后，方可排放，同时，必须加大对煤矿矿坑排水的综合利用力度。 参考文献 1叶贵钧，张莱，李文平，等.陕北榆神府矿区煤炭资源开发主要水工环问题及防治对策J.工程地质学报，2000.4. 2傅宏科.榆神矿区地下水资源勘查与开发J.内蒙古农业科技，2007.5. 3师本强，侯忠杰.陕北榆神府矿区保水采煤方法研究J.煤炭工程，2006.1.
