贵州省大河边煤矿采掘对含水层破坏探析

贵州省大河边煤矿采掘对含水层破坏探析
发表时间：2013-01-05T17:14:05.250Z 来源：《建筑学研究前沿》2012年10月Under供稿作者：兰绍芬
[导读] 本文主要分析了大河边煤矿采掘对含水层的破坏，提出了含水层结构、水位，含水层水质的防治措施及含水层监测。

兰绍芬（云南省煤田地质局，昆明 650034）
摘要：本文主要分析了大河边煤矿采掘对含水层的破坏，提出了含水层结构、水位，含水层水质的防治措施及含水层监测。

关键词：含水层；结构；水位；监测
1 煤矿采掘对含水层的破坏
1.1 对含水层结构的破坏
煤炭采掘煤炭采掘造成煤层顶板围岩冒落与裂缝破坏，从而引起地表变形－沉陷，其冒落带、导水裂缝带和保护层带（即“三带”）的高度发生变化。

而煤层采掘形成的导水裂隙带发育高度也不会造成新生界松散层下部含、隔水层（组）结构的破坏，不会导致新生界松散层上、中部含水层（组）的水位降低或疏干，更不会对地表水产生影响。

而煤层开采必然会破坏碎屑岩类基岩裂隙水的结构，对碳酸盐岩类岩溶裂隙水结构破坏较严重，因为主要煤层的开采使岩溶裂隙水的顶部隔水层受到破坏，使得隔层水进入到煤层中。

1.2 对含水层水位的破坏
1.2.1 对松散岩类孔隙水的破坏
该矿井主要可采煤层的顶板岩性均为中硬，煤层倾角≤55°，根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤采掘规程》，导水裂缝带和上部保护层高度计算模式为：
导水裂缝带高度：
式中，ΣＭ为累计采厚，m；n为分层层数。

计算的导水裂隙带计算高度与设计留设防水安全煤岩柱比照。

由计算结果可知，该煤矿各可采煤层在采掘上限时的导水裂隙带高度加保护层厚度之和均小于设计留设的防水安全煤岩柱高度。

该井田新生界松散层厚度在197.9～467.8m之间，煤层埋深一般在380～560m以下，煤炭采掘形成的导水裂隙带发育不会达到新生界内，且新生界各含水组基本无水力联系。

因此无论是受采掘影响的基岩裂隙水，还是由地面供给井下生产用水和消防洒水等井下排水，均不会造成对松散岩类孔隙水的影响，也不会造成地表浅层民用井水的干枯，更不会对地表水体产生影响。

1.2.2 对二叠系砂岩裂隙含水层的破坏
煤系砂岩分布在煤层和泥质岩石之间，砂岩厚度小，分布不稳定，又有煤层和泥岩相隔，断层带一般含水性弱，导水性差。

将含水层按煤层划分，本次方案主要考虑主采煤层C1、C5、C11、C13、C17顶板含水层。

利用“大井法”计算影响半径。

以矿坑为中心形成的地下水辐射流场基本满足稳定井流的条件。

矿坑的形状极不规则，尤其是坑道系统，分布范围大，构成复杂的边界，在理论上可将形状复杂的坑道系统看成是一个大井在工作，而把不规则的坑道系统圈定的面积，相当于大井的面积，整个坑道系统的涌水量，就相当于大井的涌水量，从而可以近似应用裘布依的稳定流基本方程。

根据本矿井水文地质条件，按C1、C5、C11、C13、C17煤层进行计算，渗透系数取0.02/d，代入裘布依稳定承压井流公式：
经过计算得出：影响半径Ｒ＝276.18m，对含煤段含水层水位影响严重。

1.2.3 对岩溶裂隙水的破坏
灰岩距C１煤层平均16.60m，正常状态下无水力联系，但第一水平—600m的灰岩水头压力约62.5kg/cm２，超过C１煤层底部岩层允许承受的最大水压值8.3kg/cm２，因此，灰岩是C１煤层底板直接充水含水层，尤其是煤层与灰岩对口的断层破碎带，是C１煤层底板进水的直接通道，所以C１煤层的采掘将会对岩溶裂隙水产生严重影响。

根据邻近煤矿水位监测资料可知，C１煤层底板的突水对岩溶裂隙水的水位下降影响较大。

2 防治措施
2.1 含水层结构、水位防治措施
本方案对含水层的保护主要以矿山采掘阶段保护为主。

矿山采掘过程中，对主要可采煤层顶板均要留有足够高度的防水安全煤岩柱，其留设高度应大于导水裂隙带高度加保护层厚度。

防水煤柱的留设可阻隔下部松散层孔隙水受采动影响而下泄充入矿坑，有利于减轻矿坑排水对松散层孔隙含水层的破坏。

在煤层底板也要预留足够高程的保护煤柱，防止采掘1煤层时，下部岩溶裂隙水突入矿坑。

2.2 含水层水质防治措施
受到矿业活动影响水质主要是松散岩类孔隙水，为保护浅层松散岩类孔隙水水质，要加强对煤矸石污染的保护，需要采用完善的防渗，对矸石淋溶水进行重复利用，防止渗入松散层内，影响松散层类孔隙水水质。

沿矸石临时堆放场地外围修筑排水沟，引往淋溶水循环利用池，水渠总长3125m，防止淋溶水污染松散岩类孔隙水。

排水沟设计顶宽2m，底宽1m，深1m，利用浆砌石对沟坡进行防渗，砌石层厚0.2m。

2.3 含水层监测
2.3.1 监测内容
主要监测矿山地下水污染的情况和矿井水均衡变化状况。

地下水水环境监测重点是采用水质监测、水位监测、水量监测3种方法。

水质监测是通过矿山总排水口等处定期采取水样，对其化学成分进行监测，重点对污染组份进行检测。

水位监测是对第四系含水层、煤层顶底板含水层及岩溶水的地下水水位进行监测。

地下水水位监测是测量静水位埋藏深度和高程。

水量监测是对生活废水总流出量进行监测，对地下水的矿坑排水量和采掘量进行监测。

生产井水量监测可采用水表法或流量计法。

自流水井和泉水水量监测可采用堰测法或流速仪法。

当采用堰测法或孔板流量计进行水量监测时，固定标尺读数应精确到毫米（mm）。

水量监测结果（m3/s）记至小数点后两位。

2.3.2 监测方法
水位监测与水量监测采取简易测量工具或仪表进行量测，水质监测采取采样分析测试。

水位监测井的起测处（井口固定点）和附近地面必须测定高度。

可按《水文普通测量规范》（SL58－93）执行，按五等水准测量标准监测。

水位监测每年2次，丰水期、枯水期各1次。

与地下水有水力联系的地表水体的水位监测，应与地下水水位监测同步进行。

同一水文地质单元的水位监测井，监测日期及时间尽可能一致。

有条件的可采用自记水位仪、电测水位仪或地下水多参数自动监测仪进行水位监测。

手工法测水位时，用布卷尺、钢卷尺、测绳等测具测量井口固定点至地下水水面竖直距离两次，当连续两次静水位测量数值之差不大于±1cm/10m时，将两次测量数值及其均值记录。

水位监测结果以米（m）为单位，记至小数点后两位。

每次测水位时，应记录监测井是否曾抽过水，以及是否受到附近井的抽水影响。

水样采方法与要求按《水质采样技术指导》（GB12998）和《水质采样样品的保存和管理技术条件》（GB12999）的相关要求执行。

本矿山含水层监测点选择9个，井下水坑进、出口各1个，总排水口１个，第四系含水层2个，煤系含水层2个，岩溶水2个，松散岩类孔隙水监测孔2个，碎屑岩类基岩裂隙水监测孔2个，碳酸盐岩类岩溶裂隙水监测孔2个。

2.3.3 监测频率
水位监测每月测量一次，水量与水位宜同步监测；水质监测频率每半年测一次，即枯水期、丰水期各检测一次。

3 结语
煤矿采掘对地下水的破坏日益严重，地下水资源的保护越来越受到地矿工作者的关注，本文就煤矿采掘对含水层的破坏以及防治方法进行了分析。

参考文献
［１］武强，刘伏昌，李铎．矿山环境研究理论与实践［Ｍ］．北京：地质出版社．２００５．
［2］潘懋，李铁峰．灾害地质学［Ｍ］．北京：北京大学出版社，２００４．
［3］《矿山地质手册》编委会．矿山地质手册［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９５．
［4］张荣军．关于矿山地质环境恢复治理的几点思考［Ｊ］．资源导刊，２００７，（１０）：２４－２６．。