生态脆弱矿区采煤对泉的影响(1).pdf

第 2 2卷 1 期 2 0 1 0年 1月 中国煤炭地质 C0AL GE0LoGY 0F CHⅡ A V0 1 ． 22 No ． 1 J a n ． 2 0 0 9 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 6 7 4 - 1 8 0 3 ． 2 01 0 ．0 1 ．O 7 文章编号 1 6 7 4 1 8 0 3 2 0 1 0 0 1 0 0 3 2 0 5 生态脆弱矿区采煤对泉的影响 马雄德 ， 王文科 ， 范立民 ， 杨泽元 ， 朱蕾 1 ． 长 安 大学 环 境 科 学 与工 程 学 院 ， 陕 西 西安7 1 0 0 5 4； 2 ． 陕西 省 煤 炭地 质 测 量 技 术 中心 ． 陕西 西 安71 0 0 0 1 摘要 陕 J 匕 榆 神 府 矿 区 地处 毛乌 素 沙 漠 和黄 土 丘 陵 两大 结 构 系 统接 壤 地 带 ， 是 典 型 的生 态 脆 弱 带 。 矿 区沙 漠 区 多有 泉水出露 ， 泉的分布对陕北煤炭基地供水 ， 维持矿 区生态环境及揭示矿区水文地 质条件变化 ． 有着 至关重要的作用 通过分析 采煤后典型泉域地下径流量的变化特征 ， 将矿区煤炭开采对泉的影响分为四级 强烈影响 、 较强影响 、 中等 影响和轻微影响 ， 并从采煤后上覆岩层移动变形规律 、 地下水流场变化和地下水 位变化三个方 面探讨了煤炭开采对 泉的影响机理 ， 提 出了在保 护生态水位条件下科学采煤思路 关键 词 泉 ； 分布特征； 煤炭 开采 ； 影 响程度 ； 影响机理 生态脆弱矿区 中 图 分类 号 P 6 4 1 ． 7 文 献标 识 码 A Coa l M i n i n g I mpa c t i ng on S pr i n g s i n Ec o l og i c a l l y Fr a g i l e M i ni ng Ar e a Ma Xi o n g d e ．W a n g W e n k e ．Fa n Li mi n ．Ya ng Ze y ua n a n d Z hu Le i 1 ． C o l l e g e o f E n v i r o n me n t S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， C h a n g a n U n i v e r s i t y ， X i a n ， S h a a n x i 7 1 0 0 5 4 ； 2 ． S h a a n x i P r o v i n c i a 1 C o a l G e o l o g i c a l S u r v e y i n g F e c h n o l o g i c a l C e n t e r ， X i a n ， S h a a n x i 7 1 0 0 0 1 Ab s t r a c t T h e Y u l i n S h e n mu F u g u mi n i n g a r e a i n t h e n o r t h e ru S h a a n x i i s l o c a t e d a t b o r d e rin g a r e a b e t w e e n t h e Mu Us d e s e r t a n d l o es s hi l l s t wo s t r u c t u r a l s y s t e ms ．a nd i s a t y p i c a l e c o l o g i c al l y fra g i l e z o ne ．Ma n y s p ring s a r i s e i n d e s e rt a r e a o f t h e mi ni n g a r e a a n d pl a y a n e x t r e me l y v i t a l r o l e i n n o r t he r n Sh a a n x i c o a l ba s e wa t e r s up pl y ，ho l d o u t mi n i ng a r e a e c o l o g i c a l e n v i r o n me nt a nd mo n i t o ring v a r i a t i o n o f h y d r o g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s ．T h r o u g h a n a l y s i s o f t y p i c a l s p r i n g c o mp l e x u n d e r g r o u n d r u n o ff a mo u n t c h a n g i n g f e a t u r e s d u ri n g a n d“a f t e r mi n i n g d i v i d e d t h e c o a l mi n i n g i mp a c t i n g e x t e n t o n s p r i n g s i n t o f o u r g r a d e s s t r o n g ， r a t h e r s t r o n g ， me d i u m a n d s l i g h t ， a n d d i s c u s s e d t h e i mp a c t i n g me c h a ni s m f r o m o v e r l y i n g s t r a t a mo v e men t a nd de f o r ma t i o n pa t t e r n，g r o u nd wa t e r fl o w fie l d v a ria t i o n a nd g r o u n d w a t e r l e v e l v a ri a t i o n t h r e e a s p e c t s ， p u t f o r w a r d s c i e n t i fi c mi n i n g t h i n k i n g t o ma i n t a i n g r o u n d w a t e r l e v e l t a l l y wi t h e c o l o g i c a l c o n d i t i o n ． Ke y wo r d s s p ri n g ； d i s t r i b u t i o n f e a t u r e s ； c o a l mi n i n g ； i mp a c t i n g e x t e n t ； i mp a c t i n g me c h a n i s m； e c o l o g i c a l l y f r a g i l e mi n i n g a r e a 0 前 言 榆神府矿区煤炭储量大 、 开采条件简单 ． 是我 国重要 的优质 动力煤 和 出 口煤基 地 。然 而矿 区地处 毛乌素沙漠与黄 土高原过渡地带 ， 干旱少雨 ， 水资 源 贫乏 ， 植 被稀 疏 ， 生 态环境 脆弱 。区 内具 有供水 意 义 的地 下水 赋存 在 萨拉 乌 苏组 和烧 变 岩含 水 层 中 ， 并 往 往 在 沙漠 与 黄 土 粱 峁 、 黄 土 粱 岗交界 处 、 沟 谷 的沟 脑 及 沟侧 部 位 出露 并 形 成 泉f l _ ， 单 泉流 量 最 大 可 达 2 1 4 9 5 m3 ／ s 袁 家 沟泉 。 武选 民 1 9 9 8 [ 1 1 、 寇贵德 2 0 0 3 [ 2 ／ 等对榆神府矿 区泉 的 分 布 、 水 文 地 质特 征 、 开 发 利用 方 式 和 保 护 对策进行了分析 ． 指 出了榆神府矿 区泉存在的生态 基金项 目 国家 自然科学基金 4 0 4 7 2 1 3 1 ， 国家重点基础发展规划项 目 G1 9 9 9 0 4 3 6 0 6 ， 陕西省软科学计 划 2 0 0 8 K R 5 8 。 作者简介 马雄德 1 9 7 9 一 ， 男 ， 青海互助县人 ， 博士研究 生， 二 I 程师 ， 从事水文地质研究T作。 收 稿 日期 2 0 0 9 1 1 1 6 责 任 编 辑 ． 樊小 舟 意 义及 其与 煤炭 开 采 的正负 关 系 。然 而 ， 受 特 殊 的 地质 及 水文 地质 条件 的控 制 ． 区 内煤 炭 资 源开 发 已 经诱 发 了一 系列 水 文生 态负 效应 1] 】 ， 如 地 面变形 、 植 被破坏 、 土地沙化 、 水资源枯竭 、 泉流量衰减 以及水 污 染 等14 1 ， 其 中 以 萨拉 乌 苏 组含 水 层 的破 坏最 为严 重 ， 区内诸 泉也受 到不 同程 度 的影 响 。如 大柳塔 矿 区第 四系地 下 水位 近 年下 降 了 1 0 ～ 1 2 m，萨拉 乌苏 组 含 水层 已 基本 被 疏 干 窟野 河 较 大 支 流母 河 沟 采 前 月均 流量 为 0 ． 5 x 1 0 m 3 ／ d ， 、 双 沟 采 前月 均 流 量为 0 ． 7 3 x l O 4 m 3 ／ d 、 王渠 、 三不拉沟等从 1 9 9 7年以 来 陆续 干涸 ， 窟野 河 从 2 0 0 0年起 出现 断流[ 5 1 。鉴 于 此 ， 王双 明 、 范 立 民[6 , 7 1 2 0 0 3 ， 2 0 0 5 从 煤 炭 资源 开采 和水资源保护的辩证 关系出发 ， 率 先提 出了“ 保水 采煤” 的新理念 ， 即通过适 当的途径 ， 因地制宜地实 现陕北水资源和生态环境保护与煤炭资源开采 的 “ 双赢 ” 。田山岗等 2 0 0 8 t 8 ／ 对包括本研究区在内的 晋陕蒙 煤炭 开发提 出 了战略思路 。这些 都为指 导榆 神府矿 区“ 水资源一生态环境一煤炭资源 ” 可持续 1 期 马雄德 ． 等 生态脆弱矿 区采煤对泉的影响 3 3 发展 提供 了科学 依据 ，也 为 区内煤炭 开采 条件下 泉 的保护奠定了理论基础 。随后 ， 地矿、 煤炭等部门围 绕着 陕北榆 神府 矿 区水 资源 可持续 供 给和提 升煤 炭 开 采 效 率两 个 核 心 问 题 在 陕 北 地 区做 了 大 量 的 工 作 ， 并在典型矿 区 大柳塔等 开展了开采引起 的水 工环问题的相关研究 ，为指导该地 区煤炭资源进一 步开发奠定了基础。 尽管如此 ， 由于开采条件的复杂 性加 之研究 深度不 够 ，目前 矿 区内煤炭 开采 对泉 的 影响过 程及 机理 尚不 明确 ， 开 采沉 陷 、 地 下水 资源 破 坏、 泉流量衰减仍在继续。 本文通过分析煤炭资源开 采后典 型泉域 地下 径流量 的变化特 征 ，并 从 煤炭 开 采后上覆 岩层 移动 变形规 律 、地下 水流场 变 化和地 下水位 变化等 三个 方面探 讨 了煤 炭 开采对 泉 的影响 过程和机 理 。 1 泉的分布特征及作 用 1 ． 1泉 的分布特 征 榆神 矿 区泉 群大 多分 布在毛 乌素 沙漠 与黄 土梁 峁黄 土梁 岗交界 处 的沟谷 、沟 脑部 位 ，呈 E N S W 方 向展 布 ， 大体上 为一 条带状 。 泉水 出露 的 冲沟上游 均 有大 小不 同的沙 漠滩 地分 布 ， 多呈 椭 圆状 、 碟状 ． 滩地地 形起 伏不 大 ， 并 在泉水 分布 的一侧 形 成开 口． 冲沟切 割 了滩 地堆 积物 或煤层 自燃 破碎 带 ．滩地堆 积物 以第 四系上 更新 统 萨拉 乌 苏 组 冲湖 积 沙 为主 ． 其次为现代风积沙 ，萨拉乌苏组和烧变岩是该 区主 要 的含水 层 ， 由此可 以将 泉分 为两种 类型 ． 一是 出露 于萨拉乌苏组含水层与下覆隔水层的接触带 如母 河沟 ， 另一类出露于烧变岩 如彩兔沟 。从水力特 征来 看 ， 诸 泉并 不处 于一个 统一 的水 文地质 单元 ， 而 是有 各 自的补给 、 径 流 、 排 泄系统 。 1 _ 2泉的作 用 陕北地区浅层地下水大多赋存在侏罗系煤系地 层之上 的萨拉 乌苏 组含 水层 中 ，从 垂 向来 看 ，煤 在 下 ， 水 在上 ． 从 而形 成经 济发 达区一 能源 开发 区一水 资源相 对丰 富区一 生态 环境脆 弱 区 四位一 体 的空 间 格局 王文科 ， 2 0 0 6 ， 水资源与煤炭资源开发和生态 环境保护关系十分密切。 因此 ， 泉的存在对 区内煤炭 资源开 采 、维 系泉 域生 态系统 功能 和 了解 流域 水 文 地 质条件 变化 等有 至关重 要 的作 用 。 1 _ 2 _ 1提 供供水 水源 神北矿 区 目前 已经初步形 成了 5 0 Mt ／ a的生产 能力 ， 榆神矿区的建设规模初步确定为 5 0 ． 4 Mt ／ a ． 后 期将 达 到 l O O Mt ／ a ．同时配 套 建设 大 型 坑 15火 电厂 和其他工业体 系如煤炭液化生产线等。 据初步测算 ， 神府矿区开发初期需水量为 1 9 x l O 4 m 3 ／ d ，后期将达 到 5 0 x l O n m3 ／ d 。 在矿区开发过程中， 本着就近取水的 原则 ， 应该充分利用矿区附近的泉水资源嗍 ， 采取积 极 措施 ， 保 护 地下 水 资源 。研 究表 明[ 8 1 ， 秃尾 河 流域 和 窟 野 河 流 域 的 彩兔 沟 等 泉域 水 源 地 可 开采 量 约 5 9 ． 0 3 x 1 0 4 m3 ／ d ． 基本 可 以满足矿 区 开发的 初期用 水 。 1 _ 2 ． 2维 系表生 生态环 境 本 区植被 稀疏 ， 生态 环境 脆弱 o t 。 研 究查 明 ， 本 区内的 灌木 沙柳 、 沙蒿 、 柠条 和花 棒 集 中分 布在壕 掌 地 、 平 坦 沙 地 、 平 缓 沙 梁 沙 丘 ， 草 本 植 物 沙 生 禾 草1 广泛 分布 于 全 区 ， 在 正 常降 水 4 0 0 m m 或不 太严 重 的干 旱 条 件 下 ， 都 能 维 持 其正 常 生 长⋯ 1 。而乔 木 小 叶杨 、 旱 柳 主 要 分布 存河 谷 两 岸滩 地 、 沟谷 ， 是 泉域 生态 系统 的优势 植物 ，其 生长 对泉水 的依赖 很 大 如双 沟泉l 5 l沟长 5 ． 6 k m ， 上游 有水 地 约 2 7 h m 和 大片 的杨 树 、 果 园等乔 木 。 1 9 9 3年开 始开 采 该泉 域 范 围内 的煤层 ， 1 9 9 7年泉 眼干 枯 ， 泉水 断 流 ， 杨树 大 面积枯死 ， 水地变为旱地。 又如母河沟泉因地下采煤 于 2 0 0 3年 断 流 ， 生 长在 沟谷 的旱 柳 出现 衰 败 、 枯 梢 和 死 亡 现 象 ， 死 亡率 达 到 6 0 ％以上 死 亡 珠 数 占总 株 数 的 比例 由于泉水 流量 衰减 或断 流 ， 泉域生态 系统 呈退 化趋 势 。 1 _ 2 ． 3反映流 域水 文地 质条 件的 变化 出露于沟 脑接 受上 更新 统萨 拉乌苏 组含 水层补 给 的泉 水 ．实 际上 就是 所在 泉域地 下水 的天然 排泄 量 ，并在 长期 的补 给和排 泄过 程 中形成 了一定 的动 态平 衡 ，这 使 泉 口以上 沙漠滩地 之 含水层 中的地下 水位 始终 维持 在一定 埋深 水平 ，并 维系着 泉域 生态 系统 的发展 和演 化 。因此 ， 采动 引起 的含水 层结 构 ， 地下水位 ， 地下水的径流 、 排泄条件等的变化都将引 起 泉水 流量 的 变化 ，因此 可 以通 过 泉水流 量 的变 化 对 其做 出预测 和判断 。 以母 河沟 和双 沟泉域 为例 ， 母 河 沟 和 双 沟 泉 于 2 0 0 5年 以来 相 继 断 流 ， 2 0 0 9年 7 月 调查 ， 仍然 处 于断流 状态 ， 这 是 由于采 煤 产生 的导 水 裂 隙带 使含 潜水 含水 层结构 遭 到破坏 ，原来 以水 平径 流 为主 的萨托 乌苏组 潜水 ，变 为沿 导水 裂隙 的 垂 向渗漏 ，并转 化 为矿坑 废水 被废 弃地 下水资 源量 减少 ， 使地 下水 位大 幅下 降所致 。 2 煤炭 开采对泉的影响机理分析 2 ． 1煤炭 开采对 泉 的影 响 随着煤 层 的开采 ，煤层 上 覆岩层 不 断 向上发 生 冒落 ， 并 形成 冒落 带和 裂 隙带 ， 使 含水层 结 构和地 下 水径流 、 排泄条件发生根本的变化。 第四系松散层潜 水 由水 平径 流 、 排 泄为 主将转 化 为垂直 渗漏 为主 ， 地 下 水位 大幅 度降低 ， 对 泉流量 产 生很大 的影 响 。 受 煤 层上覆岩层组合以及开采条件等因素的控制 ，煤层 开 采对 泉的影 响程度 有 很大 的差异 。本 次研究 以地 下径流模数变化率为基础，将榆神矿区煤层开采对 泉的影响分程度为 4个级别 表 1 。 3 4 中 国 煤 炭 地 质 第2 2 卷 表 1 煤炭开采后地下径流模数变化分级表 Ta b l e 1 Gr o u nd wa t e r r un o ff mo du l u s v a r i a t i o n g r a di n g d u r i n g a n d a f t e r c o a l mi m n g 2 ． 1 ． 1强 烈影响 ． 泉水 断流 主要为母 河沟 图 1 、 双沟 图 2 。母河 沟泉域 是一个完整的第四系地下水流含水盆地，萨拉乌苏 组是泉域唯一的含水岩层 ， 泉域汇水面积 1 4 ． 2 5 k m2 ． 泉平 均 流量 为 0 ． 5 9 6 x 1 0 4 m3 ／ d ， 分 布 在大 柳塔 矿 。大 柳塔矿 地质结 构简 单 ， 采 用长壁 式综合 机械 化采煤 ． 年 均 产 量 8 一 l O Mt ， 2 0 0 3年 达 1 1 ． 3 Mt 。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 。 1 9 9 6年后 ，该 泉 域 地 下 水 含 水 层 水 位 不 断下 降 ， 1 9 9 7年探 测 的地 下水 位 已下降 到基 岩面 附近 ． 表 明 萨拉乌苏组地下水 已被基本疏干， 主泉口已断流 ． 母 河沟泉流量也不断减少 ， 2 0 0 6年 8月测得流量为 0 ， 泉水衰 减达 9 0 ％以上 图 1 。 0 0 ． 0 ． ∞ 删 0 ． 臻 0． 0 O 一 0． 0 ． 嘲 斌0 0 ． 图 1 母 河 沟流 量 动 态 曲线 图 Fi g ur e 1 Dy na m i c flo w o f M u h e g o u s p rin g 观测期 1 观测期2 观测期3 观测期4 图 2 双 钩 泉 流 量 动态 曲线 图 F i gu r e 2 Dy na mi c flo w o f S h ua n g g o u s p r i n g 此外 ，密集 分布在 矿 区内开采规 模各异 的小煤 矿对泉的影响也十分严重l l 2 1 。 由于其面积广 ． 数量多 4 0 0多座 ， 且多数位于贫水区， 虽然矿井排水量不 大 。 但对砂层 、 黄土层 、 砂岩等裂隙潜水影响尤其严 重 ， 往往会造成地下水位降低 ， 使众多小泉消失。据 张 大 民 2 0 0 6 等 人 的研 究 ， 2 0 0 6年 与 1 9 8 8年相 比 较 。 原 张家 沟 、 海 湾井 田泉 点数 量 减 少 8 8 ． 7 ％。 泉流 量减 少 9 5 ． 7 ％， 并 有 四条支 沟干涸 。 2 ． 1 ． 2较 强影 响 。 泉流量 衰减较 大 典 型泉 为哈拉 沟 。 哈拉沟位 于哈拉 沟矿 区 ， 该矿 建矿 初期 为房 柱式 开采 ， 2 0 0 2年后 逐 渐 向长壁 式过 渡 ． 目前 已建 成“ 百人 千万 吨级 ” 矿井 第 四系河 谷 冲 积层 为主要 含水层 ， 富水 性 中等到强 。 开采前 哈拉 沟 泉流量为 0 ． 1 2 1 1 1 1 3 ／ S ， 由于区内煤层埋藏浅 。 开采规 模 较大 ，上覆 含水层 受采 动影 响较大 ，流量迅 速降 低 ， 2 0 0 6年实测 流量 为 0 ． 0 4 4 m3 ／ s ， 减少 了 6 3 ． 7 8 ％。 2 ． 1 ． 3 中等 影响 。 泉流量 比较稳 定 采煤对敏盖兔沟 、 砂沟 、 柳根沟的影响中等。分 别 属 于大海 则矿 区 、 瓷窑 湾矿 区和石圪 台矿 区 ． 受地 形 、 地 貌及基 地构造 的制 约 ， 三个 矿 区含水层 富水性 较 低 。 由于 采矿规 模较小 ， 均采 用房柱 式开采 。 因此 开采造 成 的覆 岩破坏 较小 ． 泉水 流量衰 减较小 ． 地下 径流模数 变 化率为 3 0 ％～ 6 0 ％。 2 ． 1 ． 4轻微 影响 ． 泉流量 保持不 变 饮马泉 、 须眉沟以及秃尾河的支沟 如彩兔沟 等属 于此种类 型 。 饮 马泉是 神东 公司 的供水水 源地 ， 由于 水源 保护 区的建 立 以及 水源 治 理工 程 的实 施 ， 使其流量基本稳定。须眉沟以及彩兔沟位于未开采 区 ， 因 此 ， 泉 流量 基 本保 持 不 变 图 3 ， 地 下 径 流模 数变化 率 3 0 ％。 2 ． 2煤 炭开 采对 泉的影 响机理 在 天然状 态下 ，一个 泉域 即构成 一个完整 的水 文地质 单元 ．在地下 水径 流和储 水条件 不变 的情况 下 ， 或 者在地 貌 、 植被 、 构 造等条 件不变 的情况 下 ， 泉 水 流量 的变化 受控 于补 给量 的变化 ．补给量增 I I I I 泉流量 增加 ， 反之亦 然 。 1 0 l 1 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 l l 1 2 l 2 3 4 5 6 2 0 0 0 2 0 0l 2 0 0 2 时 间／ 月 图 3 彩兔沟流量动态曲线 据李 连娟 F i g u r e 3 D y n a mi c fl o w o f C a i t u g o u s p r i n g a f t e r L i L i a n j u a n l 期 马雄德 ， 等 生态脆弱矿区采煤对泉的影响 3 5 当采空 区形成 以后 ，采场 周 围岩体将 产生新 的 应力分 布 ， 使 煤层 上 覆岩 体 产生 变形 、 移 位 和破 断 ， 形 成 冒落带 和裂 隙带 。 通 常情况 下 ， 潜水含 水层 与采 空区之 间有 隔水岩层 存在 ， 二 者并无 水力 联系 ， 伴 随 着 冒裂带 的形 成 ，煤 层顶 板岩层 增加 大量 的垂 直张 裂隙， 并逐渐导通上部潜水含水层 ， 含水岩体产生孔 隙水压力释放 ， 使含水层的渗流状态发生改变 ， 从而 使地下水位降低 ， 泉流量衰减 ， 甚至干枯 。 2 - 2 l 1覆岩 移动 变形 与破坏 随着工作 面的推进 ， 当采 空 区达到一 定 尺寸 时 ， 采空 区上方 岩体 的主应 力分 布将 发生变 化 ，并 出现 拉应力 、压应 力集 中及 压应力 降低 等应 力传递 转 移 等 ， 煤层 上覆 岩体 随 即发生 冒落 ， 并 随着 工作 面的推 进不 断 向上发 展 ， 呈 现一 定 的规律性 。 图 4是 大柳塔 矿区某 工作面 随着 工作 面推进 煤层 上覆 岩层移 动动 态发展过程的数值模拟结果。 从 图上可以看出， 随着 采 动工作 面 的推进 ，上覆 岩层破 断过 程 的总体趋 势 是 由下 而上逐 步 发展 的_ 1 2 I 图 4 a ～ f 。在 工作 面推 进 过程 中 ．直接暴 露于 采空 区的上 覆岩层 不再 受到 下 部煤层的支撑作用 ， 在重力作用下发生弯曲、 沉 降、 离层 。 当工作 面推进 到 3 5 m 时 ， 直接 顶发 生 冒顶 。 当 工作面推进到 4 5 m时 图 4 b ， 工作面推进距离再次 达到 老顶岩 梁 的极 限跨 度 ， 老 顶发 生垮 落 图 4 d 1 。 这 时 ， 虽然 随着 开采 的逐步进 行 ， 采动 裂隙 由下往 上在 不 断 发 展 ， 但 破 坏岩 层 冒 落带 与裂 隙带 高 度 没 有 达 到含水 层高度 ， 没 有为地 下水 渗漏创 造导 水通 道 ， 含水层水只是在岩层 内部缓慢渗透。当工作面推进 到 7 5 m 时 图 4 f 1 ， 覆 岩破 坏 高度 深入 含水 层 ， 开挖 引 起的采动裂隙形成地下导水通道 ．地下水势必沿着 此通 道流入 采空 区 ， 使 地下水 位 大幅下 降 ， 地 下水 流 场发 生变化 。 矿井 涌水量 增加 1 。 2 ． 2 - 2地下水 位 的变化 在煤层浅埋 区 ， 煤炭开采产 生的 冒裂带极 易穿过 ． 一 - 霪 罄z 鬻甏 强a 鬣嚣 毫_ | 曩 萋 一 a 释 | 糯 擐 爨 鬈} |鼹 顶板基岩导通含水 层 ， 甚至 直达地表形成 地 面变形 破 坏 地面沉降 、 地裂缝 、 地表塌陷等 。其结果是 一方 面煤 层上覆含水层 中地下水 大量涌入矿 坑 ， 造成井 下 突水事故 。 另 一方面 ， 造成大量水 资源浪费 ， 破坏矿 区 水环境 。二者共同反映在地下水水位降低上㈣。 在 冒落 带及导 水 裂隙较 发育且 松散 层富水 性较 强 的地 区 ， 地 下水位 主要 反 映为持续 下 降 ， 并形 成 下 降漏斗 ， 导致泉流量衰减 ； 在胃裂带较发育且松散层 富水 性较差 的地段 ，地下 水位 主要 反映 为含水 层被 疏干或降至基岩顶板 ， 引起水井干涸 ， 泉水断流。 2 ． 2 ． 3地 下水 流场变 化 煤 层开 采过 程 中 ，地下 水 流场改 变 主要 发 生在 在两 个时 期I 1 5 ] ， 一是 实施 疏水 降压 工 程时 ， 采 区地 下 水 的天然流场将形成以疏水降压孔为中心的降落漏 斗 ， 形 成新 的瞬 时 流 场 图 5 b ； 一 是 随着 工 作 面 推 进 ， 采空区煤层上覆岩层发生 冒裂 ， 当导水裂隙带导 通含水层时 ． 疏水降压形成的瞬时流场又被打破 ， 形 成以工作面为降落中心的新的流场 ， 而且 ， 随着 回采 工作 面 的推进 ， 地下 水流 场不 断发 生变化 图 5 c 。 以大柳塔井 田 2 0 1 工 作面为例 ， 该工作 面上部含 水层为第四系萨拉乌苏组 ， 属母河沟泉域 ， 沙层厚度 2 0 5 0 m。 含水 层 厚 0 ～ 3 0 m， 富水 性 中 等至 强 ， 是矿 区 有供水意 义的水 源地之一 。疏放水前 。 地下水 以母河 沟泉为排泄点 ， 受基岩面形态控制 ， 由东、 南 、 北 3个 方向向古冲沟区运移汇集 图 S a 。由于实施切眼部位 的疏降水工程， 增加了地下水的排泄点 疏放水钻孔 ， 在疏 降水工程接近尾声 时 ， 地下 水流场发 生了显著变 化 ，地下 水除 一部 分继续 沿 原流场 向母河 沟排 泄 以 外 ． 其余部分在疏水孑 L 周围形成一个近似圆形的降落 漏斗 ， 排 泄方 式变成母河 沟泉和泄水矿井 图 5 b 。随 着工作面 回采推进 ， 采空区覆岩 冒裂 ， 导水裂隙导通 松散含水层 ， 地下水 的排泄方 式变为母 河沟和矿 坑排 水 。 使原流场状态又一次被打破 ， 形成以采空 区和母 图 4 煤 层 开 采 后 覆岩 变形 移 动 过 程 图 F i g u r e 4 Ov e r l y i n g r o c k d e f o r m a t i o n a n d m o v e m e nt c o u r s e du r i n g a n d a f t e r c o a l m i n i ng 3 6 中 国 煤 炭 地 质 第2 2 卷 a b a 初始流场； b 疏水工程结束后流场 ； c 采煤结束后流场 图 5 地 下 水 流场 变 化 图 Fi g u r e 5 G r o u n dwa t e r flo w fie l d v ar i a t i o n 河沟泉为排泄对象的新的流场分布 -1 5 o 3 结 论 ①榆 神府 矿 区地处毛 乌素沙 漠和黄 土丘 陵两大 结 构系统 接壤地 带 ， 属生态 过渡带 ， 也是 典型 的生态 脆弱带。 泉的分布和存在对陕北煤炭基地供水 ， 维持 矿 区生 态环境 和揭 示矿 区水文地 质条件 变化 ．有至 关重要的作用 。 ②在 矿 区开发 和建 设 初期 ，由 于忽 视 了生 态环 境 的脆弱 性 和水 资 源的重要 性 ，引起 了诸 多泉 流量 下降甚 至断 流1 1 6 , 1 。受地质 、 水 文地质 条件 以及 开采 条件 的控 制 ，煤 炭 资源开 采对泉 的影 响程度不 尽相 同， 根据泉域地下径流的变化率 ， 陕北矿区煤炭开采 对泉 的影 响可 以分 为 4个 等级 ， 即强烈 影响 区 、 较强 影响区、 中等影响区和轻微影响区 ③虽然煤炭资源开发对泉的作用 过程 十分复 杂， 但这可归结为采煤造成含水层结构破坏 进而使 地 下 水 补 排 平衡 状 态 发 生 改 变并 造 成 地 下水 位 下 降， 最终使泉水断流， 生态环境发生退化 。 ④陕北毛乌素沙漠前缘地带泉分布多，也是陕 北、 神东两个大型煤炭基地建设的主采区， 保护泉的 存在和流量稳定 ， 不仅涉及到生态安全 ， 也是建设绿 色矿 区l 】 。 - 2 0 ] 、 促进 矿 区和谐 所要 求 的 。 因此 ． 应加 强 煤 炭 工业 规 划I 旧， 科 学选 择 采 煤 区域 和 采 煤方 法I 5 l ， 保证 采煤 对泉 的影响 降低 到最小程 度 。 参考文献 【 1 ] 武选 民， 杨六岗． 陕北毛乌素沙漠南 缘泉水分布特 征及形成条件 [ J 1 ． 水文地质工程地质 ， 1 9 9 8 ， 2 5 1 2 3 2 6 ． 【 2 J 寇贵德 ． 榆神府矿 区大泉形成 的水文地 质条件及保 护[ J J _ 陕西煤 炭 ， 2 0 0 3 ， 2 2 3 1 4 1 6 ． [ 3 】张发 旺， 周俊业， 侯新伟 ， 等． 神府矿区煤炭 开发面临的地质生态环 C 境问题及对策研究 ． 地球学报 ， 2 0 0 2 ， 3 5 9 6 4 ． [ 4 ] 王双明． 煤 田地 质与可持续发 展研究【 M1 ． 西安 陕西科学技术 出版 礼 ． 2 0 0 3． [ 5 ] 范立 民．论陕北煤 炭资源 的适度开 发问题 [ J J ．中国煤 田地质 ， 2 0 0 4， l 6 2 1 3 ． 【 6 ] 范立民．论 陕北能源化工基地建设 中的水 资源问题【 J ] ． 国土资源科 技管理 ， 2 0 0 5 ， 2 2 5 1 7 - 2 1 [ 7 】 范立 民． 论保水采煤 问题『 J J l煤 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