煤矿开采对晋祠泉岩溶水影响分析

赵 芳

(太原市水资源管理保护中心，太原 030002)

1 概 述

地下水是重要的水资源，对农业发展、工业生产、生态保护具有较大影响。地下水水位、水质受周边环境影响较大[1-2]。煤矿是常见的能源材料，煤矿开采可促进当地经济发展，但过度开采将对生态环境造成不利影响[3-6]。山西晋祠泉区域内分布较多的煤矿产业，在多年的开采影响下，晋祠泉区域岩溶地下水水位下降，部分泉眼出现断流现象，地下水位的降低也严重影响到当地的生态环境。因此，当地政府采取相关措施恢复地下水位。在收集相关资料的基础上，分析晋祠泉域范围内煤矿开采对岩溶水的影响，为其他区域地下水保护提供参考。

2 晋祠泉域煤矿分布情况及整治成果

2000年，晋祠泉域煤矿开采的吨煤排水系数为1.14 m3；自2008年开展煤炭资源整合工作以来，晋祠泉域内关闭整合222座小煤矿，整合后煤矿53座，井田面积775.3 km2，设计生产能力6 809×104t/a。2013年，吨煤排水量减少为0.65 m3。从而较大程度地减少矿坑排水量，有效保护了晋祠泉域地下水。据反映，在晋祠泉域边山断裂带上仍存在违规打井现象，大量开采岩溶地下水，改变用途，非法转供给其他用水户。另外，上世纪90年代以来，古交市东曲、西曲、屯兰、马兰、镇城底等煤矿存在井下打井现象，非法开采岩溶地下水，形成岩溶地下水开采与统计的“黑洞”。

晋祠泉域内煤炭属西山煤田，含煤面积1 598 km2，已探明煤炭资源量186.3×108t。据调查，晋祠泉域内有53座煤矿，其中万柏林区5座、晋源区3座、清徐县11座、古交市34座，井田面积共计775.3 km2。晋祠泉域重点保护区主要有3段，分别为古交重点保护区，汾河渗漏段、水源地、山前断裂带及西边山断裂带，共涉及 19座煤矿，与晋祠泉域重点保护区范围重叠面积共 46.634 km2。

按设计生产能力统计，晋祠泉域煤矿设计年生产能力共6 809×104t/a，其中年生产能力120×104t以上(含120×104t)的大型煤矿19座，45×104～90×104t中型煤矿32座。目前，煤矿主要开采煤层为2#、3#、4#、8#、9#煤层，开采方式均为井工开采。目前，整个晋祠泉域岩溶水水位标高在780～1 500 m之间，井田范围岩溶水水位标高在780～1 350 m之间。本次统计了晋祠泉域23座正常生产煤矿井田范围内岩溶水水位标高以及现状开采情况，具体见表1。

表1 泉域正常生产煤矿开采水平与岩溶水位关系表

3 煤矿开采对晋祠泉岩溶水影响严重

3.1 采煤排水对泉流量的影响

采煤排水对泉流量的影响主要表现在以下方面：①岩溶水位高出开采煤层的带压开采区，岩溶水的顶托作用使部分岩溶水通过上部裂隙系统渗入采区，加大了矿坑排水量，直接消耗掉部分岩溶水资源。晋祠泉域内镇城底矿、西曲矿等9座带压煤矿开采对岩溶水的年影响量达1 009.48×104m3，占泉域煤矿总排水量2 463.8×104m3的41%，占泉域水资源量的13.3%。②大规模的采煤活动疏干了开采区及其影响带上覆岩层的地下水，减少了上部地下水渗漏补给岩溶水量。同时，采煤排水明显地减少了该区地表水基流量，从而减少了对岩溶水的补给。根据对煤矿排水量与泉流量之间相关性分析，煤矿排水量与泉流量之间存在明显的相关关系，随着煤矿排水量的增大，泉流量逐渐减少，反映出煤矿排水是晋祠泉流量衰减的另一重要因素。见图1。

图1 煤矿排水与晋祠泉流量关系曲线图

根据晋祠泉地下水位数据分析，2014-2019年岩溶地下水位呈上升趋势。从年内逐月地下水位动态变化可以看出，地下水位多呈波动型，总体呈先下降再回升趋势。水位最低点出现在每年春末夏初，最高点出现在冬季至次年春季。入春之后，由于生产生活用水量加大，此时还没有进入雨季，大量开采地下水，使得地下水位大幅下降。随着雨季到来，降水量增大，地下水补给量增加，地下水位逐渐回升。见图2。

图2 2014-2019年晋祠泉逐月水位动态图

3.2 采煤对地下水水质的影响

采煤对地下水水质的影响主要反映在3方面：①采煤过程中，污染的矿坑水通过岩层裂隙直接下渗至下伏地层，使其中的地下水遭受污染；②矿坑水排出地表后，首先使地表水污染，继而在流经碳酸盐岩渗漏段时或随河沟流动时，入渗地下污染地下水；③矿山尾矿、矸石堆在降水淋渗作用下，淋滤水入渗地下，使地下水遭受污染。

4 结 论

目前，晋祠泉区域已经采取相关措施对当地煤矿开采进行限制，岩溶地下水位和水质均有所恢复。根据收集数据分析可知，煤矿开采对当地岩溶水的流量、水位影响较大，煤矿过度开采减少了上部地下水渗漏补给岩溶水量，流经煤矿区域的岩溶水水质也出现了明显异常，采矿活动可能对岩溶水水质造成一定影响，部分煤矿老窑水下渗导致岩溶水污染。