煤礦開采對(duì)薩拉烏蘇組地下水影響分析

煤礦開采對(duì)薩拉烏蘇組地下水影響分析

20世紀(jì)90年代中期，陜西省西藏地區(qū)被評(píng)估為最近的高效開發(fā)區(qū)。2004年國(guó)家確定的13個(gè)大型煤炭基地,其中有2個(gè)基地涉及到陜北地區(qū),即神東基地和陜北基地。這2個(gè)基地位于環(huán)境脆弱地區(qū),保護(hù)區(qū)內(nèi)并不豐富的地下水資源,不僅是礦區(qū)工農(nóng)業(yè)用水的需要,也是實(shí)現(xiàn)煤炭資源開發(fā)可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)生態(tài)安全的需要。保水采煤是陜北等生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)煤炭開發(fā)初期的重要課題。采煤不可避免地造成地下水滲漏,并形成礦井水。然而,對(duì)于生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)的淺層第四系地下水,其滲漏后往往產(chǎn)生較嚴(yán)重的生態(tài)效應(yīng),甚至造成生態(tài)環(huán)境惡化。陜北榆神府礦區(qū)就是這類地區(qū),采煤造成了大量的地下水滲漏到礦井中,引起地下水位下降,甚至下降到侵蝕基準(zhǔn)面以下,使泉水干涸,河流斷流,生態(tài)環(huán)境遭到破壞,嚴(yán)重影響礦區(qū)環(huán)境保護(hù)。筆者以豐富的實(shí)際素材為基礎(chǔ),探討了陜北榆神府礦區(qū)采煤造成的地下水滲漏問題,提出了采煤(經(jīng)濟(jì)發(fā)展)與保水(保護(hù)生態(tài)環(huán)境)的協(xié)調(diào)發(fā)展思路。1地下水分布及分布陜北風(fēng)沙灘區(qū)的地下水主要賦存于第四系薩拉烏蘇組,在溝谷沿岸的部分地段一些燒變巖中也有較豐富的地下水,在礦區(qū)西部的陜蒙邊界附近,白堊系洛河組富水性較強(qiáng),但勘查程度低。目前,在煤炭開發(fā)區(qū),具有供水意義的地下水只有薩拉烏蘇組和燒變巖地下水。薩拉烏蘇組的分布厚度不均一。在神木北部礦區(qū),薩拉烏蘇組分布面積小,形成多個(gè)獨(dú)立的第四系含水盆地,單個(gè)泉域面積一般小于50km2,多數(shù)在30km2左右,在泉域中心地帶,薩拉烏蘇組的厚度大,最厚可達(dá)67m以上,一般為20~30m,向泉域邊界逐漸變薄,直至尖滅。而在榆神礦區(qū),薩拉烏蘇組連片分布,面積大,范圍廣,厚度也大,最厚達(dá)160余m,富水性強(qiáng),單井日出水量最大可達(dá)3000多m3,是陜北地區(qū)具有供水意義的含水層,目前開發(fā)較少,仍然有較大的開發(fā)潛力。2采地利用還原水的污染和環(huán)境效應(yīng)2.1綜采工作面地下水位下降采煤已經(jīng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的地下水滲漏。最近,對(duì)神木北部礦區(qū)采空區(qū)進(jìn)行調(diào)查,發(fā)現(xiàn)大部分采空區(qū)地裂縫發(fā)育到地面,甚至在地面有明顯的裂縫和塌陷區(qū)。1995年曾經(jīng)對(duì)陜北第1個(gè)綜采工作面的地下水位下降過程進(jìn)行了監(jiān)測(cè)(圖1),發(fā)現(xiàn)在綜采工作面首次放頂后,地下水位迅速下降,之后略有回升,然后持續(xù)下降,直至下降到基巖面以下,使第四系的地下水完全滲漏到井下,地下水位下降到當(dāng)?shù)氐那治g基準(zhǔn)面以下,下降幅度達(dá)8m以上。在公路邊也發(fā)現(xiàn)了類似的依據(jù),以往,冬季地下水沿薩拉烏蘇組底界面滲出,形成冰溜,而2007年1月7日調(diào)查,發(fā)現(xiàn)地下水位下降到基巖之中,并沿基巖的層間裂隙滲出,形成了冰溜,而薩拉烏蘇組與基巖的界面附近已經(jīng)干涸,無地下水滲出。2.2煤炭開采前的年流量及斷流規(guī)律由于地下水位下降,引起了部分泉水流量衰減或干涸。雙溝泉(大柳塔煤礦采空區(qū)范圍內(nèi))在煤炭開采前流量為7344m3/d,2004年8月觀測(cè)僅為80m3/d,衰減98.9%,幾乎干枯;隨后,隨著采空區(qū)的壓密、地下水接受補(bǔ)給等,流量得到一定程度的恢復(fù),2006年8月測(cè)得流量為1868m3/d,2007年1月為1367m3/d。母河溝泉(大柳塔煤礦采空區(qū)范圍內(nèi))在煤炭開采前平均流量為5961m3/d,一直是礦區(qū)的主要供水水源之一,2002年4月觀測(cè)流量只有460m3/d,衰減92.3%,2006年8月觀測(cè)已經(jīng)完全干涸。哈拉溝在煤礦開采前可開采的溢出水量達(dá)11600m3/d,2006年8月只有3787m3/d,衰減67.4%。敏蓋兔溝在煤炭開采前流量達(dá)5296m3/d,2006年8月調(diào)查時(shí)完全干涸。由于這些支流的水流量減少,窟野河徑流量直線下降,從20世紀(jì)70年代前的年平均7.646億m3,下降到2000年后的1.79億m3(圖2)。2000年以來,窟野河多次斷流,據(jù)神木縣水利局統(tǒng)計(jì),2000年斷流75d,2001年斷流106d,2002年斷流220d,2003—2005年每年斷流都超過100d。分析認(rèn)為,除氣候變化等自然原因外,80年代中后期開始的煤炭開發(fā),尤其是90年代以來的高強(qiáng)度采煤,是造成地下水溢出量減少、窟野河流量衰減和斷流的主要原因。2.3植被生長(zhǎng)條件由于采煤,陜北采空區(qū)植被出現(xiàn)了死亡等現(xiàn)象。在腦高不拉廟溝,一些小葉楊出現(xiàn)枯梢,溝內(nèi)成排的沙柳已經(jīng)有10余年樹齡,夏天郁郁蔥蔥,但在礦井水集中排放的溝道附近,沙柳死亡。其他地區(qū)的采空區(qū)也出現(xiàn)了類似植被死亡現(xiàn)象。據(jù)觀察研究,陜北風(fēng)沙區(qū)植被生長(zhǎng)條件與地下水位埋深有著直接的關(guān)系。小葉楊、沙柳、沙蒿在水位埋深小于1.5m時(shí),均生長(zhǎng)旺盛;水位在1.5~3m時(shí),生長(zhǎng)良好;在3~5m時(shí)沙柳、小葉楊生長(zhǎng)正常,在5~8m時(shí)沙柳、小葉楊生長(zhǎng)較差,小葉楊出現(xiàn)枯梢、禿頭或出現(xiàn)老頭樹;水位埋深大于8m時(shí)大部分小葉楊枯死,沙柳生長(zhǎng)差。植被生長(zhǎng)條件與地下水位埋深關(guān)系見圖3。目前大部分采空區(qū)地下水位下降后,直接影響了植被發(fā)育和生態(tài)環(huán)境,大柳塔煤礦范圍內(nèi)的小葉楊老頭樹普遍存在。3采煤與保水的協(xié)調(diào)原則陜北已經(jīng)被國(guó)家列為大型煤炭基地建設(shè)區(qū),煤炭工業(yè)的發(fā)展,不僅促進(jìn)了革命老區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)發(fā)展,而且滿足了國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)能源的需求。根據(jù)總體規(guī)劃,到2020年左右,陜北地區(qū)的煤炭年產(chǎn)量將達(dá)到2~3億t,煤炭工業(yè)正處于快速起步階段,煤炭經(jīng)濟(jì)成為陜北地區(qū)與石油、天然氣、巖鹽、畜牧業(yè)同等重要的支柱產(chǎn)業(yè)。因此,在煤炭工業(yè)規(guī)劃、煤礦設(shè)計(jì)、開采過程中,都要堅(jiān)持采煤與保水相協(xié)調(diào),為此,提出如下看法,供參考。1)確定合理的地下水位下降幅度,保證生態(tài)安全。采煤不可能不造成地下水位下降,關(guān)鍵是要使地下水位的下降幅度控制在合理的范圍內(nèi),不至于造成生態(tài)環(huán)境的退化和植被的死亡等問題。因此,應(yīng)該深入研究陜北沙漠地區(qū)植被對(duì)地下水的依賴程度和不同地下水位條件下植被的生長(zhǎng)狀態(tài)等,為合理確定生態(tài)安全水位提供基礎(chǔ)資料。2)合理規(guī)劃。根據(jù)煤炭、水資源及生態(tài)環(huán)境條件,確定煤炭資源開發(fā)與否及開發(fā)規(guī)模等,對(duì)于采煤易造成地下水嚴(yán)重滲漏和生態(tài)環(huán)境惡化的區(qū)域,暫不列為規(guī)劃開采區(qū)。采煤造成的地下水滲漏不嚴(yán)重地區(qū),在采煤過程中要采取工程措施,保護(hù)地下水位的基本穩(wěn)定。3)對(duì)于開采礦井,要加強(qiáng)采煤引起的地面變形、地下水位下降的監(jiān)測(cè)工作,為采煤保水提供必要的參數(shù)和實(shí)際數(shù)據(jù)。加強(qiáng)采礦技術(shù)研究,使采煤造成的頂板破壞減小,以有效地保護(hù)第四系薩拉烏蘇組地下水。4煤炭工業(yè)布局及采空區(qū)的地下水環(huán)境安全分析陜北能源化工基地煤炭資源豐富,煤質(zhì)優(yōu)良,開采容易,但是區(qū)內(nèi)地下水資源相對(duì)短缺,生態(tài)環(huán)境脆弱。其主要地下水賦存于第四系薩拉烏蘇組和侏羅系燒變巖中,地下水在空間上處于煤層之上,與煤層的間隔只有數(shù)米到100多m,煤炭開采后,垮落帶及導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育到含水層,從而造成了地下水的滲漏和水位下降,引起泉水流量衰減、枯