扎赉诺尔某煤矿矿山开采对含水层影响预测

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[摘要]文章通过对扎赉诺尔某煤矿矿山开采过程对含水层结构破坏，矿区疏干排水对含水层影响进行论述，预测未来矿区开采过程中含水层可能遭受的影响和破坏。

[关键词]矿山开采 含水层 结构破坏 疏干排水 影响预测

[中图分类号] TD82 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-197-2

1引言

扎赉诺尔某煤矿位于内蒙古自治区满洲里市东南部，行政区划隶属内蒙古自治区满洲里市扎赉诺尔区管辖。矿区东西1.94km，南北4.6km。开采方式为巷道开采及露天采场两部分。矿区的多年开采、疏干排水等活动对地下水含水层产生了不同程度的影响和破坏。

2矿区水文地质

2.1松散岩类孔隙水

广泛分布于煤系地层之上，岩性为砂砾、粗砂，以砂砾为主，呈灰～灰绿色，分选差，砾石呈浑圆～次圆状，砾石直径一般5～20mm，最大达40mm。厚度2.50～13.30m，平均8.30m，一般在8.00～10.00m左右，厚度变化东薄、西厚、南薄、北厚，井田中部普遍较厚，水位埋深在4.00～4.15 m，经抽水试验其水文地质参数单井涌水量q为5.47～6.68L/s・m，渗透系数K为59.64～70.86m/d；在砂砾含水层之上全区普遍发育一层灰色、分选均匀的粉、细砂，厚度为1.50～11.30m，一般在4.00～6.00m，发育比较稳定。水位埋深5.08m，经邻区抽水实验其水文地质参数单井涌水量q为0.91L/s・m，渗透系数K为12.06m/d，水温0～4℃，水化学类型为HCO3～CL～Na ～Mg水，地下水类型为承压水。其补给源为大气降水和春汛期冰雪融化地面积水之垂直渗透和丰水期新开河侧向补给，枯水期则侧向补给新开河。富水性强，水位、水量随季节性变化较小。

2.2基岩裂隙水

广泛分布于第四系松散岩类孔隙潜水之下。富水性中等。从上而下可分为以下几层水：

（1）Ⅱ层群含水层

该层分布于Ⅰ-Ⅱ层群下，由Ⅱ2、Ⅱ3煤层及顶底板砂岩组成，厚度58―165m，由北往南，由浅入深变厚，水位标高540―532m（原始），单位涌水量和导水系数自浅至深呈垂直分带性。

Ⅱ2至Ⅱ3煤层间砂岩含水层，由北往南，由浅入深增厚，厚度10―100m，由粗、中、细砂岩组成，据67-67号孔抽水结果，单位涌水量为0.025―0.027L/s.m，导水系数5.965m2/d，水位标高530m（原始）。

Ⅱ层群底板砂岩含水层，是由中细砂岩组成，厚度8―44m，据62―1号孔风化带抽水结果，单位涌水量0.115―0.152 L/s.m，导水系数24.567m2/d，比Ⅱ层群煤顶部和中间的砂岩含水性要大，水位标高532m（原始）。

从上述可知主要含水层Ⅱ层群煤，上下都为弱含水砂岩所围闭，形成一个以Ⅱ层群煤为主的含水岩系。该含水系水质类型为重碳酸―钾钠型水。

（2）Ⅲ层群孔隙裂隙含水层

主要是Ⅲ1煤层含水层，为承压水，以煤层含水为主，其次为底板砂岩和顶板薄层砂砾岩层，含水层厚一般2.16―46.00m，平均20.11m，该层全区发育，但浅部及深部相对较厚，中深部相对较薄，水质类型为Cl-，SO42-，K+，Na+型水，富水性极弱。

（3）Ⅲ层群孔隙裂隙含水层

主要是Ⅲ1煤层含水层，为承压水，以煤层含水为主，其次为底板砂岩和顶板薄层砂砾岩层，含水层厚一般2.16―46.00m，平均20.11m，该层全区发育，但浅部及深部相对较厚，中深部相对较薄，水质类型为Cl-，SO42-，K+，Na+型水。据64-240号孔抽水试验结果得知q =0.0144L/s.m，k=0.0696m/d。

（4）Ⅳ层群含水层

承压水，全厚可达100m以上，据64-235号抽水试验结果，q=1.179L/s.m，k=4.21m/d，水质类型为Cl-，SO42-，K+，Na+型水.含水层岩性主要由煤层顶底板砂岩组成。基本发育规律是：浅部与基底砾岩含水层界限不清，至中深部开始分岔，分岔后由浅入深由薄变厚地发展着，同时分岔后各煤层间的泥岩相对隔水岩层也有增厚的趋势。

（5）Ⅳ层群下基底砾岩含水层

承压水，岩性由砾岩、砂岩等组成，厚度至少在50m以上。（该层未作抽水试验工作）。

2.3地下水的补给、径流、排泄条件

（1）第四系松散岩类孔隙水的形成与埋藏深度、表层土岩性及边界条件关系密切，主要补给来源为大气降水、地表水、地下水的侧向补给。地表水与地下水关系十分密切，枯水期地下水补给地表水，丰水期河水补给地下水。河水是地下水主要的补给来源，垂直补给形式，即地表水补给―粉细砂含水段―砂砾石含水段。除垂直补给外，尚有水平方向补给，因含水层广泛分布于冲积平原，除上游补给外，还有两侧基岩裂隙水的补给。地下水流坡度平缓，水力坡度为3―5.59‰，地下水径流缓慢，径流较差。主要排泄途径是枯水期地表水排泄地下水，丰水期地下水向下游正常自然排泄；另外以地面蒸发和植被的蒸腾等形式排泄地下水。

（2）碎屑岩类裂隙孔隙水由于含水岩层顶板的岩性主要是泥岩而厚度也较大，因此，垂向直接补给的可能性不大。主要接受邻区基岩裂隙水的侧向补给。地下水运动缓慢，水力坡度在2‰左右。主要以矿坑疏干的方式排泄。

2.4矿井涌水量

煤矿生产井，矿井涌水量不大。按与矿井涌水量相关密切程度，矿井充水因素主要有降雨，地表水体，邻区地下径流，未封闭好的钻孔，风化裂隙带。

根据井田水文地质条件、充水因素及邻近生产矿井的水文资料，经扎煤公司采用富水系数法预计，正常涌水量为76m3/h，最大涌水量为95m3/h。

2.6地下水开采利用状况

矿区位于地下水丰富区域，矿区内西北部及矿区周边西北部及西部为居民区。现状条件下地下水开采利用主要表现为矿区的生产用水，人类生产生活用水等。一般生产、生活用水量约为200m3/d，包括十二井正常涌水量为76m3/h，最大涌水量为95m3/h。矿区周边主要为居民生产生活用水，农业生产用水极少。

3含水层影响预测评估

3.1含水层结构破坏

（1）矿区含水层结构破坏

①覆岩移动变形的三带高度计算

覆岩移动变形对含水层的影响主要受垮落带、导水裂隙带高度的控制，针对区内主要可采煤层Ⅲ1、Ⅳ1、Ⅳ3和Ⅳ4-2开采后，其上覆岩层移动变形对主要含水层的影响进行预测评估。垮落带、导水裂隙带和防水煤岩柱高度的计算采用 《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中推荐的公式模式：

A.垮落带高度的预测

H m=100∑ M/（6.2∑ M +32）+1.5，（m）；

式中： H m― 垮落带高度（m） M ― 煤层的开采厚度（m）

B.导水裂隙带高度预测

模式 1： H Li =100∑ M/（3.1∑ M+5.0）+4.0 ，（m）

模式 2： H LI=10■ +5，（m）

C.保护层和防水煤岩柱高度Hb= 3（■ ）

Hb――保护层高度；M――累计采厚；n――分层层数

H sh = H li + H b

Hsh――防水煤岩柱高度；Hli――裂隙带高度；Hb――保护层高度。

垮落带、导水裂隙带和防水煤岩柱高度数据计算结果如下。 导水裂缝带之上为弯曲下沉带，弯曲下沉带的岩层只产生一定的变形，不会造成水的泄漏。

全井田导水裂隙带、垮落带、保护层和防水煤柱预测结果：

Ⅲ1煤层：导水裂隙带（m） 模式1最大值31.06，最小值26.08，平均值29.48；模式2最大值33.98，最小值23.71，平均值29.63。垮落带（m） 最大值11.49，最小值8.02，平均值10.21。保护层厚度（m） 最大值25.20，最小值10.50，平均值18.19。防水煤柱高度（m） 最大值59.18，最小值34.21，平均值47.82。

Ⅳ1煤层：导水裂隙带（m） 模式1最大值31.89，最小值17.76，平均值29.86；模式2最大值37.09，最小值15.95，平均值30.53。垮落带（m） 最大值12.24，最小值4.54，平均值10.50。保护层厚度（m） 最大值30.90，最小值3.60，平均值19.55。防水煤柱高度（m） 最大值67.99，最小值19.55，平均值50.08。

Ⅳ3煤层：导水裂隙带（m） 模式1最大值31.21，最小值17.83，平均值29.26；模式2最大值34.48，最小值16.00，平均值29.13。垮落带（m） 最大值11.62，最小值4.56，平均值10.05。保护层厚度（m） 最大值26.07，最小值3.63，平均值17.46。防水煤柱高度（m） 最大值60.55，最小值19.63，平均值46.59。

Ⅳ4-2煤层：导水裂隙带（m） 模式1最大值31.28，最小值4.00，平均值25.38；模式2最大值34.72，最小值5.00，平均值22.80。垮落带（m） 最大值11.68，最小值1.50，平均值7.64。保护层厚度（m） 最大值26.49，最小值0.00，平均值9.51。防水煤柱高度（m） 最大值61.21，最小值5.00，平均值32.31。

②覆岩移动变形对全矿井煤层上覆含水层和地表水的影响预测

通过计算结果分析，在不采取任何措施的情况下，各煤层开采后，导水裂隙将主要沟通煤层上覆白垩系扎赉诺尔群伊敏组下段的承压含水层。各煤层沟通主要含水层及地表水情况如下：

Ⅲ1煤层开采后，导水裂隙将会穿过上覆白垩系扎赉诺尔群伊敏组下段的承压含水层，但穿不过白垩系扎赉诺尔群伊敏组中段的隔水层。不会与地表水有水利联系。

Ⅳ1煤层开采后，导水裂隙将不会穿过上覆白垩系扎赉诺尔群伊敏组下段的承压含水层。

Ⅳ3煤层开采后，导水裂隙将会穿过上覆白垩系扎赉诺尔群大磨拐组下段的承压含水层，但穿不过白垩系扎赉诺尔群大磨拐组中段的隔水层。

Ⅳ4-2煤层开采后，导水裂隙将不会穿过上覆白垩系扎赉诺尔群伊敏组下段的承压含水层。

由以上预测结果可见，导水裂隙沟通区域内主要为煤层上覆的白垩系扎赉诺尔群伊敏组下段、白垩系扎赉诺尔群大磨拐组下段的承压含水层，不会沟通地表水。因为煤层上覆的白垩系扎赉诺尔群伊敏组下段的承压含水层为富水性弱，含水层，同时该含水层较深，其导水裂隙沟通不会导致地表植被涵养水明显变化。另外，导水裂隙将会穿过上覆白垩系扎赉诺尔群大磨拐组下段的承压含水层，但穿不过白垩系扎赉诺尔群大磨拐组中段的隔水层，与白垩系扎赉诺尔群伊敏组没有水力联系。因此，预测本矿井煤矿开采对含水层的影响程度“较轻”。

（2）露天矿含水层结构破坏

露天矿开采范围已固定，不会进行阔采，对第四系松散岩类孔隙水和白垩系基岩裂隙水含水层结破坏不会加剧和改善，具体情况是：露天开采范围内基岩裂隙水450m标高以上的含水层结构全部被破坏，露天采坑内450m标高以上的不同粒径砂岩、砂砾、粗砂含水层被全部开挖，使矿区破坏范围内基岩裂隙承压水变为无压水。因此，预测露天开采活动对含水层结构影响程度“严重”。

（3）附近矿区含水层结构破坏相互影响

煤矿开采煤层为Ⅲ、Ⅳ层，露天矿、灵泉矿开采煤层为Ⅰ、Ⅱ煤层（灵泉矿西北部采区已停采，露天矿于2012年闭坑）。

3.2矿区疏干排水对含水层影响

（1）矿疏干排水对含水层影响

矿区内第四纪含水层富水性强，煤层富水性为中等，开采区正常涌水量保持在2400m3/d，疏干排水量不会大的增加或减少，可开采煤层为Ⅳ号煤层单井涌水量为1.179L/s.m，影响半径R=100-300m。因此，预测矿山开采对含水层影响程度“较轻”。

（2）露天矿疏干排水对含水层影响

由于是露天开采对第四系松散岩类孔隙水和白垩系基岩裂隙水含水层影响较大，矿井正常涌水量4800 m3/d，2012年闭坑后仍然继续对矿坑进行疏干排水，疏干排水量不会增加。因此，预测露天矿对含水层影响程度“较严重”。

（3）对矿区及附近水源的影响

矿区周边不会新建重要、较重要水源地，居民的生活用水，矿山用水量不会发生改变。矿区周围主要利用的含水层仍然是第四系松散岩类含水层，采煤疏干排水对含水层造成影响较小，地表水也不会出现漏失，不会影响集中水源地供水以及矿区及周围生产、生活供水。因此，预测矿山开采对矿区及附近水源的影响程度“较轻”。

（4）对地下水水质影响

本矿生活污废水矿区正常涌水量，最大涌水量不会发生改变。处理排放仍然按采矿设计要求，不会对地下水水质产生新的影响。所以，预测矿山开采对地下水水质的影响程度“较轻”。