保水采煤新思路的典型实例_范立民

保水采煤新思路的典型实例
范立民1
,王双明
2,3
,马雄德
2
(1.陕西省煤炭地质测量技术中心,陕西西安710001;2.长安大学环境科学与工程学院,陕西西安710054;
3.陕西省煤炭工业局,陕西西安710001)
摘　要:双沟泉域是陕北的一个第四系含水盆地,大气降水补给地下水,地下水以泉水的形式排泄,形成乌兰木伦河的支流———双沟。

泉域下伏有丰富的煤炭资源,煤炭开采后,垮落带波及到第四系含水层,使地下水位下降,泉水流量衰减并断流。

经过10多年的恢复,目前泉流量恢复到煤炭开采前的20%左右。

分析了泉域水文地质条件,根据煤炭开采情况并结合泉流量过程,给出了保水采煤新思路的典型实例。

关键词:保水采煤;新思路;双沟泉域;含水盆地中图分类号:TD12 文献标识码:C 文章编号:1008-4495(2009)01-0061-02
收稿日期:2008-03-13
基金项目:陕西省软科学基金项目(2007KR18)
作者简介:范立民(1965—),男,山西曲沃人,教授级高级工程师,主要从事煤地质学及矿区环境地质研究工作。

陕北榆神府矿区煤炭开采对萨拉乌苏组地下水影响大,甚至疏干萨拉乌苏组地下水,引起环境恶化
和植被死亡等严重的环境问题[1]。

笔者曾经提出保水采煤的新思路
[2]
,即从烧变岩的形成及水文地质
特征得到启发,对小流域(泉域)进行高强度的煤炭
开采,采完后,采空区覆岩经过长时间的压实、稳定,形成新的含水盆地,当地下水位上升到一定高度时,泉流量恢复,植被重新恢复原态,达到采煤、保水、保护生态环境的目的[3-4]。

最近,笔者对陕北地区采空区植被、地下水、泉流等进行了系统调查,发现矿区最早开采的双沟泉域地下水得到了一定的恢复,沟域内出现了郁郁葱葱的植被,重现了往日的“江南风光”。

1　双沟泉域水文地质条件
双沟泉域是黄河支流窟野河上游乌兰木伦河的
一个支流,双沟长5.6km ,流域面积18.63km 2
,泉域内多年平均降雨量399.2mm ,地貌类型为风积沙漠和黄土梁峁,除东北部为黄土梁、峁外,大部分为固定、半固定沙漠所覆盖,地形标高+1180～1276m ,由北东向南西缓倾斜。

双沟沟谷局部发育有一级阶地,由于沟谷切穿了含水层,地下水溢出成为泉,形成沟流,下降泉是地下水排泄的主要方式。

泉域的基底是侏罗系延安组含煤岩系,岩性为
粉砂岩、细砂岩和煤层互层,呈近水平层状
[4]。

侏罗
系顶面的凹面,被第四系三门组(Q 1s )所充填,形成了泉域内的主要含水层。

三门组颗粒由上而下变粗,上部为棕红色粉细沙,颗粒均匀,结构疏松,厚3～5m ,下部为沙砾、卵石,磨圆度好,分选差,钙质半胶结,其厚度与侏罗系顶面古地形相关,古地形低洼处厚度大,向两侧逐渐变薄,最厚29.30m 。

地下水位埋深18～22m ,含水层厚度6～9m 。

D25号钻孔,厚度15.90m ,采煤前进行了抽水试验,水位埋深12.66m ,单井出水量5.98～11.21L s 。

根据多孔抽水试验,抽水降深1.41m ,出水量249.12m 3
d ,渗透系数6.17m d ,导水系数211.48m 2
d 。

J74号钻孔,含水层厚度6.28m ,抽水降深3.13m ,出水量4.239L s ,渗透系数26.57m d 。

地下水富水性中等到强。

另外,泉域内局部存在黄土裂隙水,富水性弱。

双沟泉域属于垂直入渗补给、水平径流、沟谷排泄型,地下水主要靠大气降水入渗补给,其次为凝结水补给。

地下水化学类型为HCO 3-Ca 型,矿化度小于0.3g L ,水质良好。

1988年地矿部九★八水文地质工程地质大队曾经对双沟泉域的地下水作了评价,1987年11月—1988年10月进行了长期动态观测,地下水平均流量7344m 3
d ,含水层地下水总储存量558.2万m 3
,降水入渗补给量5000m 3
d ,地下水可开采量为0.28万m 3
d 。

2　双沟泉域煤层及开采情况
双沟泉域内开采煤层为1-2
煤,采前曾经进行了专门的开采条件勘查工作。

经详细钻探和地震勘
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探,1-2
煤厚度3.62～7.21m ,平均厚度6m ,为厚煤层,煤层埋藏深度50～60m 。

煤层覆岩结构为第四系松散层、侏罗系延安组砂岩、泥岩。

其中延安组岩层厚度5～45m ,一般20～30m ,在泉域中心地带,厚度很小,是第四系地下水富集区。

在双沟泉域内,主要布设了1203,1205,1207等采煤工作面。

1203工作面宽150m ,长938m ,开采方法是综采长壁式后退采煤,一次采全高,1993年3月15日开始回采,1995年1月16日采完,实际平均采高4.03m ,最大日进度4.11m ,平均2.40m ,最大月进度108m ,共采煤74.4万t 。

1995年后,完成了1205,1207工作面的回采,工作面规格及开采参数与1203工作面一致,为3个并行的工作面。

3　煤层开采后泉流量的变化及生态环境
3.1　双沟泉流量的变化及恢复
1987年11月—1990年6月对双沟泉流量进行了长期观测,采煤前后双沟泉流量动态变化曲线见
图1,泉流量6022～11050m 3 d ,平均7344m 3
d ,泉的不稳定系数为1.85,属于流量稳定型泉。

图1　采煤前后双沟泉流量动态变化曲线
根据1987年11月—1988年12月(采煤前)和2000年1月—2002年6月(采煤后)的泉流量动态观测资料和2006年8月、2007年1月实测表明,采煤后,双沟泉流量急剧衰减,并于2002年初干涸,后逐渐恢复(见图1)。

2000年9月—2002年6月,流量出现了暂时的高峰;2000年12月底,泉流量一度达到570m 3
d ,随后急转直下,并逐渐出现谷底[5]
,2001
年7—8月,泉流量52m 3
d 。

2006年8月14日的丰水期和2007年1月7日的枯水期,泉流量分别为
1814m 3 d 和1367m 3
d ,是采煤前平均流量的24.7%和18.6%,说明泉流量在逐渐恢复,但要恢复到采煤前的水平还需要一个较长的时期。

3.2　双沟小流域生态环境
陕北风沙滩地区的地下水位埋深直接影响着植
被的发育,控制着植物种类和生长状态[6]。

研究表明,小叶杨、沙柳、沙蒿在水位埋深小于1.5m 时,均生长旺盛;水位在1.5～3m 时,生长良好;水位在3～5m 时沙柳、小叶杨生长正常;水位在5～8m 时沙柳、小叶杨生长较差,小叶杨出现枯梢、秃头或出现老头树;水位埋深大于8m 时大部分小叶杨枯死,沙柳
生长差。

植被生长条件与地下水位埋深关系见图2。

图2　地下水位埋深与植被长势关系[6]
目前大部分采空区地下水位下降后,直接影响
了植被发育和生态环境,大柳塔煤矿范围内的小叶杨老头树普遍存在。

煤炭开采前,双沟流域是陕北典型的局部生态环境优良区。

然而,矿区开发后,流域的自然环境发生了变异。

2002年8月,笔者调研时看到沟头有大片的杨树死亡,沟头的泉眼已经干涸,附近的居民处于无水、无地的状态。

2006年8月,笔者再次与课题组成员到这里调查,泉眼已经
恢复出水,只是流量较小,不及原来的一半,沿沟下行,沟域的生态环境部分变异。

在沟流的主流线两侧,芦苇等喜水植物,郁郁葱葱,非常茂盛,水边有青蛙等水生动物。

而在沟沿附近的阶地上,原来是农田和果园,苹果树至少有20a 的历史了,而今由于无水浇灌,造成果园、农田荒芜。

但是,目前的水位下降还没有影响到沟域内主流线附近的杨树等乔木。

4　结语
大柳塔井田内除双沟外,其他沟流全部干涸(包括母河沟、王渠、活朱太沟、蛮兔塔沟、敏盖兔沟等以往的常年性沟流),大部分地区地下水位下降幅度大,民用水井多报废,水地荒芜。

而双沟泉域仍然有较大的水流存在(泉流量衰减近65%),滋养着泉域内的土地和居民。

分析原因,主要是由于双沟泉域煤炭开采历史相对较长,1995年采完,经过11a 的采空区压实、含水层再造等过程,泉域水文地质条件部分得以恢复,当地下水位恢复到泉眼标高时,地下水自然溢出,泉流恢复,流域内的自然环境也得到恢
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环境执法力度,未通过环境影响评价的矿山不得开采,必须严格执行“三同时”制度,实行环境保护一票否决制。

定期对矿山进行检查,发现问题责其限期整改,情节严重者,必须实行“关、转、停”,并追究相关责任人的法律责任。

3.3　走资源节约型开发的发展道路
适度限制个体采矿,积极引导小矿与小矿、小矿与大矿资源整合、合作办矿,促进生产力要素的合理流动与配置。

在矿山开采中,经常出现大矿旁边若干小矿,小矿附近又是小矿,笔者曾走访此小型铁矿,发现矿区西南方向300m处是另一铁矿,东面不足1500m 处也有一个铁矿,各自为阵,各占山头,这样容易造成资源浪费,增加综合治理环境污染的难度,必须要从根本上改变小型矿山低产出、低效益的局面。

选择资源节约型、质量效益型、科技先导型的发展方式,把经济建设、资源利用、生态保护有机地结合起来。

3.4　加强矿山废弃后管理和生态修复
矿山开采期满后,需在原废石堆放场进行复垦,可先覆盖0.3～0.5m厚的排弃覆盖土,在其上种植庄稼或植树、种草等,恢复绿化;在边坡平台上挖坑填土、种植草皮或其他能攀爬的植物,以实现四壁的绿化,尽可能恢复其先前的生态环境。

因此,建设单位必须在矿山开采期满后开展土地复垦工作,使被堆填或掘空的土地恢复其本来功能,将矿山开发对区域生态的影响控制在一定的范围内,保持区域生态环境的平衡。

4　结语
广东省小型矿山的比例较大,开发小型矿山对经济发展起到了积极作用。

就目前的情况来看,小型矿山开发过程中产生的生态环境破坏问题也较为突出,因此必须加强对小型矿山开发的环境管理和引导,注重在开发过程中的生态环境保护,节约资源,实施清洁生产,走可持续发展道路。

参考文献:
[1]岳小晴.当前广东矿业发展的问题与对策[J].南方论刊,
2007(2):29-31.
[2]广东省矿产资源分布概况[EB OL].[2008-01-19].
http:www.chinaminin resource city gd.asp. [3]李俊杰,白中科,赵景逵.“矿山工程扰动土”人工再造的
概念、方法、特点与影响因素[J].土壤,2007,39(2):216-221.
(责任编辑:吕晋英)
(上接第62页)
复。

尽管目前双沟泉流量还没有恢复到采煤前的水平,但从一定程度上验证了保水采煤新思路[1]具有一定的实际意义,与工程充填采空区相比,技术措施简单,不需要专门的工程投资,而且恢复周期短,是值得推广的或值得在小范围内进一步进行工业性试验的保水采煤方案。

存在问题与建议:一是双沟泉流量的动态观测资料不全,对于采煤后的泉流量缺乏观测资料(主要是1995—2000年期间);二是双沟泉域的开采强度不大,只开采了一小部分,而对于泉域高强度开采地区以及对于烧变岩含水层分布区[7],是否可恢复,值得进一步探讨和实践检验。

对于黄土地貌区,由于采煤后大量黄土裂缝无法自然弥合,这一思路可能不适用。

建议在陕北地区设立地下水观测点,尤其是在采煤区,要实时监测地下水位变化规律,建立水文地质空间信息系统,实现空间地质体的可视化,为合理控制地下水位,保护生态安全提供决策支持。

同时,选择锦界煤矿的青草界泉域或其他近期开采的泉域进行高强度的开采试验。

该煤矿两个月的生产观测表明,煤炭产量月均20万t,平均矿井涌水量达到9307m3d,最大达11294m3d,是目前陕北地区矿井涌水量最大的。

采空区形成后,设置为地下水观测试验站,对地下水位进行动态监测,通过工程实践,研究泉域含水性的恢复问题,为榆神矿区煤炭开发提供科学依据。

参考文献:
[1]范立民,蒋泽泉,牛建国,等.榆神府煤田浅层地下水的
开发与利用[J].中国煤田地质,1996,8(1):32-36. [2]范立民,蒋泽泉.烧变岩地下水的形成与保水采煤新思
路[J].煤炭工程,2006(4):40-41.
[3]范立民.论保水采煤问题[J].煤田地质与勘探,2005,
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[4]范立民,蒋泽泉.榆神矿区保水采煤的工程地质背景[J].
煤田地质与勘探,2004,32(5):32-35.
[5]李连娟.榆神矿区矿山开发对水环境的影响及防治措施
探讨[J].中国煤田地质,2005,17(5):47-49.
[6]杨泽元,王文科,黄金廷,等.陕北风沙滩地区生态安全
地下水位埋深研究[J].西北农林科技大学学报:自然科
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[7]蒋泽泉.榆神矿区烧变岩及地下水资源特征[J].陕西煤
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(责任编辑:李　琴)
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