榆神矿区采煤对水源保护区的影响_张飞驹.pdf

收稿日期 2013 －10 －31 作者简介 张飞驹 1960 ， 男， 陕西子长人， 1981 年毕业于陕西煤 炭工业学校煤田地质专业， 工程师， 长期从事煤炭地质勘查工作。 榆神矿区采煤对水源 保护区的影响 张飞驹1， 张晓团2 ， 申 涛2 1． 陕西煤田地质化验测试有限公司， 陕西 西安710054; 2． 陕西省地质调查院， 陕西 西安710065 摘要 榆神矿区三期规划区规划前， 进行了采煤对水源地、 地下水影响的研究， 为矿区规划和合理 开发利用提供了科学依据。本文对榆神矿区三期规划区及其附近的三个水源地基本条件， 以及采 煤对水源地的影响及其分区， 进行了简要分析。 关键词 水源保护区; 保水采煤; 浅埋煤层; 导水裂隙带; 榆神矿区三期规划区 中图分类号 P641． 4 61 文献标识码 B文章编号 1671 －749X 2014 01 －0077 －03 0引言 陕北侏罗纪煤田水资源贫乏， 生态环境脆弱， 采 煤引起的地下水位下降、 泉水干涸和河流断流， 成为 制约煤炭工业健康发展的关键因素。自从 1992 年 范立民提出保水采煤问题及实现途径以来， 保水采 煤研究取得了丰硕成果， 并获得国家科学技术进步 二等奖， 为陕北煤炭资源科学开采奠定了理论基础 和实践经验。榆神矿区位于陕北侏罗纪煤田中部， 以储量丰富、 煤质优良、 地质构造简单、 开采技术条 件优越而引起世人瞩目。根据国家规划， 榆神矿区 总面积 5 300 km2， 主要可采煤层 4 层， 最大单层厚 度12． 49 m。一、 二期规划区已经建成的煤矿原煤生 产能力 75． 55 Mt/a。2012 年 9 月国家发展和改革 委员会批复的三期规划区共划分为 6 个井田， 规划 建设总规模 57 Mt/a。 榆神三期规划区分布有第四系萨拉乌苏组含水 层， 水资源较丰富， 附近分布有红石峡、 采兔沟、 瑶镇 三个水源地， 规划区煤矿建成后是否对水源地产生 影响， 直接关系到矿区环境保护问题， 为此作者分析 了水源地情况， 划分了采煤对水源地影响程度分区， 提出了水源地保护建议。 1水源保护区概况 1． 1红石峡水源保护区 红石峡水库位于榆林市以北 5 km 的桥头村榆 溪河干流上， 库区实际控制面积 2 060 km2， 水库水 资源补给来源为区内大气降水入渗形成的地下径 流。根据 陕西省地表饮用水水源保护区划分调整 方案 中划定的红石峡水源保护区范围， 红石峡水 源地保护区位于榆神矿区三期规划区西南部， 二者 重合面积 39． 94 km2， 主要重合区位于郭家滩井田。 1． 2瑶镇水源保护区 瑶镇水库位于规划区东北， 神木县秃尾河上游 干流河道上， 是神木县城居民生活用水和锦界工业 园区生活与工业用水的主要水源。水库总库容 1 060万 m3， 控制 流 域 面 积 770 km2， 坝 顶 高 程 1 163． 4 m。水库坝址处多年平均径流量 9 125 万 m3， 设计 95 保证率年供水量 6 837 万 m3， 其中供 应工业和生活用水6 257 万 m3。瑶镇水库一级保护 区为水库正常水位线1 160． 5 m 水面外延100 m， 二 级保护区为水库正常水位线外延 300 m。 根据瑶镇水库水源保护区与榆神矿区三期规划 区位置， 瑶镇水源保护区位于榆神矿区三期规划区 东北部， 二者重合面积 150 km2， 重合区内未设置开 采矿井。 1． 3采兔沟水源保护区 采兔沟水源保护区位于神木县锦界镇采兔沟村 77第 1 期张飞驹张晓团申涛榆神矿区采煤对水源保护区的影响 附近秃尾河中游干流之上。其以采兔沟水库为中 心， 水库坝长 668 m， 高 33． 8 m， 设计总库容 7 281 万 m3， 是一座以工业供水为主， 兼顾农田灌溉、 生产 生活一级生态用水的中型水库。采兔沟水源保护区 一级水域保护区为水库正常蓄水位以下的区域， 面 积 5． 09 km2， 陆域为水库正常蓄水位线外延 200 m 的区域， 面积 5． 7 km2; 二级水域保护区为瑶镇水库 大坝以下秃尾河干流及六条支沟的干流交汇口至河 源起点的水域范围， 面积 0． 15 km2， 陆域为一级保 护区陆域边界外延2 km 的区域， 水库上游六条支沟 和秃尾河干流河岸向两侧各外延 200 m 的区域， 面 积 69． 65 km2; 准保护区为水库控制流域面积内除 去一级、 二级保护区的区域， 面积 488． 56 km2。该 水源地区划目前正在上报审批中。 2采煤对水源保护区的影响及程度分区 2． 1采煤对水源保护区的影响 采煤对红石峡水源保护区的影响 ①红石峡水 源地水资源量为 32 960 万 m3/a。2 －2煤层开采后形 成的导水裂隙带切穿土层的范围位于红石峡水源保 护区上游， 距红石峡水源保护区边界最近距离约为 3 800 m; ②规划区与榆溪河流域重叠面积 472． 2 km2， 占红石峡水源地补给区面积的 22． 9， 其中导 水裂隙带切穿侏罗系基岩未导通上部萨拉乌苏组含 水层的面积 17． 42 km2， 占红石峡水源地补给区面 积的 0． 85， 导水裂隙带切穿土层隔水层导通上部 萨拉乌苏组含水层的面积 1． 49 km2， 仅占红石峡水 源地补给区面积的 0． 07; ③根据模型计算结果， 模型运行第 5 年， 榆溪河流域萨拉乌苏组地下水渗 漏至矿井水量为 183． 28 万 m3/a， 占红石峡水源地 水资源量的 0． 56。随着后期开采区域扩大和生 产矿井的增多， 萨拉乌苏组地下水渗漏量达到 1 002． 78 ～1 050． 05 万 m3/a， 占红石峡水源地水资 源量的 3． 04 ～3． 19。因此， 区内煤炭开采对红 石峡水源保护区影响轻微。 采煤对瑶镇、 采兔沟水源保护区的影响 ①瑶镇 水源保护区位于规划区的下游， 属秃尾河流域， 水资 源量来自大气降水入渗汇集， 水资源量为 13 635． 2 万 m3/a。采兔沟水库位于瑶镇水库下游， 保护区面 积 569． 15 km2， 水资源量 9 104 万 m3/a。瑶镇水源 地和采兔沟水库保护区面积合计 1 339． 15 km2 ， 水 资源总量合计 22 729． 2 m3/a; ②规划区与秃尾河流 域重叠面积 398 km2， 占瑶镇水源保护区和采兔沟 水源地补给区面积的 29． 7， 其中导水裂隙带切穿 侏罗系基岩未导通上部萨拉乌苏组含水层的面积 14．65 km2， 占瑶镇水源地和采兔沟水库保护区面积 的 1． 1， 导水裂隙带切穿土层隔水层导通上部萨 拉乌苏组含水层的面积 6． 33 km2， 仅占瑶镇水源地 和采兔沟水库保护区面积的 0． 47; ③根据模型计 算结果， 模型运行第 5 年， 秃尾河流域萨拉乌苏组地 下水渗漏至矿井水量为1 633． 05 万 m3/a， 占瑶镇和 采兔沟水源地水资源总量的 7． 18。随着后期开 采区域扩大和生产矿井的增多， 萨拉乌苏组地下水 渗漏量达到 1 666． 00 ～1 704． 34 万 m3/a， 占瑶镇和 采兔沟水源地水资源总量的 7． 33 ～7． 50; ④根 据榆神矿区三期规划区总体规划， 榆神三期规划区 总体规划估算用水量 51 566． 2 m3/d， 其中矿井用水 量 38 427． 3 m3/d; 选 煤 厂 生 产 用 水 量 9 693． 9 m3/d; 矿区设备租赁站 265． 0 m3/d; 其他附属设施 用水量 3 180． 0 m3/d。永久取水地为采兔沟水库。 与各矿井涌水量相比较， 除各阶段矿井工业场地生 活污水全部回用、 矿井水部分回用替代全部生产用 水 矿井水回用率 88． 5 外， 仍有较多矿井水可外 部资源化利用。这一措施的实施将不需要从采兔沟 水库取水， 间接减少瑶镇水源地和采兔沟水库萨拉 乌苏组地下水损失量1 882． 17 万 m3/a， 因此总体上 认为对瑶镇水源地和采兔沟水库影响轻微。 2． 2采煤对水源保护区影响程度分区 采煤对水资源的影响主要表现在煤层开采导水 裂隙带发育高度是否到达上部含水层和上部含水层 的富水性。根据计算分析， 2 －2煤层采动条件下导水 裂隙带发育高度平均为采高的 26． 5 倍， 据此将研究 区采煤对水资源影响程度分为轻微影响区、 一般影 响区和明显影响区。 轻微影响区 预测计算的导水裂隙带未导穿侏 罗系隔水岩层组， 仅减小了上部隔水岩层组的厚度， 萨拉乌苏组地下水基本不受影响。主要分布于规划 区北侧和西侧， 面积 828． 38 km2， 占规划区面积的 95． 41。该区煤层厚度小于 6 m， 上覆基岩厚度大 于200 m， 隔水土层厚度20 ～60 m， 砂层厚度20 ～70 m， 富水性差异较大， 采煤形成的导水裂隙带切穿了 侏罗系延安组顶部， 局部切穿了直罗组顶部隔水岩 层组， 造成侏罗系弱含水层地下水漏失， 但该含水层 富水性差， 无开采价值， 仅会在采煤过程中增大矿井 87陕西煤炭2014 年 涌水量， 对萨拉乌苏组地下水影响轻微。 一般影响区 预测导水裂隙带切穿基岩到达隔 水土层但未完全导穿， 隔水土层仍有较强的隔水性， 渗漏量有一定的增加， 但尚未影响萨拉乌苏组含水 层地下水流场的区域。分别位于郭家滩井田 Ⅱ1 区 和隆德煤矿 Ⅱ2区 范围内。Ⅱ1区分布于郭 家滩井田东侧， 面积 17． 42 km2， 占郭家滩井田面积 的 8． 66。该区煤层厚度大于 8 m， 上覆基岩厚度 在 250 ～300 m， 隔水土层厚度 60 ～ 80 m， 砂层厚度 20 m， 富水性弱， 采煤形成的导水裂隙带切穿了侏罗 系组合隔水岩层组， 上部尚有较大厚度的隔水土层， 对萨拉乌苏组含水层还具有较强的隔水性， 虽然会 造成萨拉乌苏组地下水渗漏量增大， 但是不会对上 部含水层造成损害。Ⅱ2区分布于隆德井田和瑶镇 水源保护区内， 面积 15． 21 km2。该区煤层厚度 4 ～ 6 m， 上覆基岩厚度在 100 ～150 m， 隔水土层厚度 20 ～40 m， 砂层厚度 10 ～40 m， 属弱富水区， 采煤形成 的导水裂隙带切穿了侏罗系组合隔水岩组， 上部尚 有较大厚度的隔水土层， 对萨拉乌苏组含水层还具 有较强的隔水性， 虽然会造成萨拉乌苏组地下水渗 漏量增大， 但是不会对上部含水层造成损害。 明显影响区 位于隆德井田东南侧， 面积 7． 20 km2， 占隆德井田面积的15． 95， 该区煤层厚度6 m 左右， 上覆基岩厚度小于 100 m， 隔水土层厚度在 2 ～10 m 之间， 砂层厚度10 ～40 m， 属弱富水或极弱 富水区， 采煤形成的导水裂隙带切穿了隔水土层， 造 成萨拉乌苏组地下水漏失， 漏失量为 1 666． 00 ～ 1 704． 34万 m3/a， 占瑶镇和采兔沟水源地水资源总 量的 7． 33 ～7． 50， 对瑶镇水源地和采兔沟水源 地的补给范围和补给量有一定影响， 但影响不大。 3结论 通过综合评价， 榆神矿区三期规划区内对水资 源有明显影响的只有隆德煤矿， 明显影响区面积 7． 20 km2， 除规划区东部边缘外， 大部分区域采煤对 地下水影响较小， 但由于采矿技术的发展， 大尺寸采 煤工作面在高强度开采条件下的影响， 仍然值得深 入研究。 参考文献 ［ 1］ 范立民． 神木矿区的主要环境地质问题［ J］ ． 水文 地质工程地质， 1992， 19 6 37- 40． ［ 2］ 范立民．“保水采煤 保水开采 ” 成果获 2011 年 度国家科学技术进步二等奖［J］ ． 陕西煤炭， 2012， 31 1 134． ［ 3］王双明， 黄庆享， 范立民， 等． 生态脆弱区煤炭开 发与生态水位保护［ M］ ． 北京 科学出版社， 2010． ［ 4］王双明， 范立民， 黄庆享， 等． 基于生态水位保护 的陕北煤炭开采条件分区［ J］ ． 矿业安全与环保， 2010， 37 3 81- 83． ［ 5］ 蒋泽泉， 王建文， 王宏科． 浅埋煤层关键隔水层隔 水性能及采动影响变化［J］ ． 中国煤炭地质， 2011， 23 4 26- 31． ［ 6］ 马立强， 张东升， 董正筑． 隔水层裂隙演变与过程 研究［J］ ． 采矿与安全工程学报， 2011， 28 3 340- 344． ［ 7］ 王怀贤， 邵小平． 浅埋煤层保水开采参数优化试 验研究［A］/ /安全高效矿井建设与开采技术 ［ C］ ． 北京 煤炭工业出版社， 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 2010． 161- 167． 上接第 60 页 Ｒesearch and application of broken roof reinforcement technology by pre- grouting SONG Ying- ming1， 2， MA Guo- xue3 1． Shanxi Pingding Guzhou Fengtai Coal Industry Co． ， Ltd，Pingding 045200，China; 2． School of Safety Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，China; 3． Guosheng Mining Technology Co． ， Ltd，Shijiazhuang 050000，China Abstract The gob area was exposed in the excavation of south main return in Fengtai coal mine． The Gutelong grouting material of pol- ymer chemical grout was used to reinforce fracture zone in advance and the Mafuyin grouting material was used to fill roof falling zone． The deation and destruction of roadway was controlled effectively． The provides a new efficient and practical way for rein- forcement support technology of the roadway with broken surrounding rocks and can ensure the roadway stability． Key words broken surrounding rock;chemical grouting;support technology 97第 1 期张飞驹张晓团申涛榆神矿区采煤对水源保护区的影响