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露天礦開采對地下水環境的影響分析

文檔作者：張偉文檔來源：中煤科工集團北京華宇工程有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年07月03日
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2014年第5期(總第104期)
鈺ijl占子釷
ENERGY AND ENERGY CONSERVATlON 2014年5月
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露天礦開采對地下水環境的影響分析
張偉
(中煤科工集團北京華宇工程有限公司，北京100120)
摘要： 以長灘露天煤礦為例，從研究區的水文地質條件入手，分析研究了露天煤礦開采對地下水各個含水層的影響
范圍，破壞程度。同時從露天開采對地下水補徑排條件的影響，預測了對周邊保護目標——天橋泉域水量的變化趨勢。
關鍵詞：露天開采；含水層；天橋泉域；影響
率圖分類號：P641．4 文獻標識碼： A 文章編號：2095-0802一(20l 4)05—0105-03
Analysis of the Influence of Open Pit Mining on Groundwater Environment
ZHANG Wej
(CCTEG Beijing Huayu Engineering Co．，Ltd．，Beijing 100120，China)
Abstract：Taking Changtan Open Pit Coal Mine as an example，starting from the hydrogeologieal conditions in the study area，
analyzes the influence range and the extent of damage of each aquifer of groundwater by open pit mining．At the same time，
predicts the variation trend of water yield in Tianqiao spring area，which is the surrounding protected object according to the
influence of open pit mining on the supply and discharge of groundwater．
Key words：open pit mining；aquifers；Tianqiao spring area；influence
0引言
長灘露天煤礦位于內蒙古準格爾煤田南部，井田
含煤地層為二疊系下統山西組和石炭系上統太原組。
礦田內可采煤層自上而下有4、5上、5、6上、6、9
號煤層。礦田劃分為四個采區，分別為一采區(首采
區)、二采區、三采區、四采區。煤層屬中灰分、特
低硫～低中硫、低磷、中高熱值、較高軟化溫度灰
煤～高軟化溫度灰煤，牌號為長焰煤。
1研究區水文地質條件
1．1含水層特征
對露天開采煤層有影響的含水層為第四系松散孔
隙含水層；煤系頂砂礫巖段孔隙、裂隙含水巖組；煤層
間裂隙承壓含水巖組；碳酸鹽巖巖溶裂隙含水巖組。
a)第四系(Q)松散孔隙含水層：第四系全新統
風積沙(QJ)，在勘探區內僅零星分布，一般在背風
(東南)坡呈很小的新月形沙丘、沙梁，透水而不含
水；全新統沖、洪積層(Q一呻，主要分布于十里長
川溝、周家溝、魏家溝。分布范圍小，連續性差，厚
收稿日期：2014—04—09
作者簡介：張偉，1979年生，女，河北衡水人，2011年畢業
于中國礦業大學地質工程專業，工程師。
1 m～5 m。巖性以中、細砂為主，夾砂礫石、卵石
及淤泥。上更新統馬蘭組(QJ黃土層，呈淡黃、褐
黃色，粒度較均勻，垂直節理發育，含鈣質結核，基
本全區分布，厚0 m～124 1／1，平均15．33 m；
b)二疊系石盒子組孑L隙、裂隙含水層：上石盒子
組(P0孑L隙、裂隙含水層：中、上部以暗紫色、淡
灰綠色泥巖、砂質泥巖為主，夾灰白色砂巖透鏡體；
下部為灰綠、黃綠色中粗砂巖與賠紫色泥巖、砂質泥
巖不等厚互層。下石盒子組(P。，【)孔隙、裂隙含水
層：全區分布，出露于周家溝及魏家溝上游的溝坡
上，中、上部為紫紅色砂質泥巖、泥巖夾透鏡狀砂
巖；下部為黃褐、灰白色中、粗砂巖，夾薄層紫紅、
雜色砂質泥巖；
c)二疊系下統山西組(P，j孔隙、裂隙含水層：
全區分布，巖性由灰白色中、粗砂巖，淺灰及灰黑色砂
質泥巖、泥巖、褐灰色粘土巖、煤層組成，富水性弱；
d)石炭系中統太原組(C2t)孔隙、裂隙含水層：
全區分布，含水層為問夾于泥質巖類間的粗中粒砂
巖、巨礫巖、中礫巖、細礫巖；
e)奧陶系、寒武系巖溶裂隙含水層：寒武．、奧陶
系從上至下可分為三個含水巖組：上下馬家溝含水巖
組；I含水巖組(0小0，，、e 3f)；II含水巖組(e蚧
e J。寒武、奧陶系巖溶裂隙水單位涌水量0．003 6
L／(s·m)．19．039 L／(s·m)，其富水性極不均勻。據區
·105·
萬方數據
2014年第5期勿濠與子舌耋2014年5月
域資料，I、Ⅱ含水巖組承壓水頭標高約為860 m～
870 m。
1．2地下水補給徑流排泄條件
準格爾煤田的總體構造輪廓控制著地下水的儲
存、富集、運動。走向近南北、東部隆起、西部拗陷
向西傾斜的單斜構造決定了地下水總的運動趨勢為由
東向西，總體的單斜及其間發育的幅度較小的寬緩褶
皺形不成良好儲水構造，不易形成地下水的富集帶，
僅對地下水運動方向有所影響。
2露天礦開采對區內含水層及地下水流場的
影響
2．1 對煤系上伏含水層的影響
由于露天開采對上部土巖全部剝離，將改變采掘
場周圍地下水水位線分布，礦田開采范圍內的水位線
將斷裂缺失，以開采區為中心將形成降水漏斗，地下
水的流場也將重新整合分布，從而對地下水資源造成
影響。
根據經驗公式計算露天礦開采地下水疏于半徑，
計算公式[I】為： R=2s何， (1)
式(1)中，尺為影響半徑，m；S為疏干水位降深，
m；H為含水層厚度，m；K為滲透系數，m／d。各個
參數取值見表1。
表1 煤系上伏含水層剝離影響半徑計算匯總表
K S 抒R
含水層備注
m／d m m m
石盒子組0．066
滲透系數取ZK404、ZK408
75．95 75．95 342 號孔抽水試驗成果的算術
含水層8
平均值
根據礦田內第四系的分布特征，其主要含水層為
全新統的沖、洪積層(Q一+d)，主要分布于十里長川
溝，其支溝周家溝、魏家溝也有少量分布。總體而言，
第四系分布范圍小，連續性差。露天礦開采后，周家
溝、魏家溝在露天剝離范圍內，其第四系含水層將被
全部剝離，剝離區含水層全部破壞。但第四系的主要
分布區為十里長川溝，位于露天開采剝離區外，其第
四系含水層未被剝離，不會對含水層造成直接影響。
由上面計算石盒子組含水層影響半徑分析可知，
采掘場露天開采，二疊系石盒子組剝離將使開采區域
邊界外擴342 m范圍內的二疊系石盒子組含水層地下
水水位將受開采影響，影響面積約為73．58 kin2。由
此可知，隨著井田內第四系、二疊系上下石盒子組地
層的剝離，將影響礦田及周邊區域淺部含水層流場的
重新分布，地下水流向礦坑匯集。
2．2對煤系含水層的影響
本勘探區的主要可采煤層為4、5上、5、6上、
·106·
6、9號煤，由于露天開采對煤層頂板土巖全部剝離，
因此9煤以上含水層將全部被破壞，井田周邊山西
組、太原組含水層將形成以采場為中心的降落漏斗，
根據表2計算結果可知，由于山西組、太原組含水層
富水性差，露天開采造成的影響半徑較小，山西組含
水層最大影響半徑為130．07 m、太原組含水層最大影
響半徑為45．5 m。
表2煤系含水層剝離影響半徑計算匯總表
K Js H 尺
含水層注
m／d m m m
山西組
滲透系數取1203、1206
0．108 33．96 33．96 130．07 號專門水文地質孔加權
含水層
平均值
太原組
滲透系數取1203、1206
含水層
0．035 1 24．52 24．52 45．5 號專門水文地質孔加權
平均值
2．3對下伏含水層的影晌分析
由6上煤層突水系數看出，帶壓面積為30．43 km2，
突水系數最大值為0．04 MPa／m。由6煤層突水系數看出，
帶壓面積為35．32 km2，突水系數最大值為0．05 MPa／m。
由9煤層突水系數看出，帶壓面積為48．83 kmz，突
水系數最大值為0．065 MPa／m。根據煤礦防治水規
定》【2l， “受構造破壞塊段突水系數一般不大于0．06
MPa／m，正常塊段不大于0．10 MPa／m。因此，突水系
數小于0．06 MPa／m的區域為帶壓開采安全區，突水
系數大于0．06 MPa／m且疋≤o．10 MPa／m的區域為構造
破壞塊段帶壓開采危險區，突水系數>0．10 MPa／m的
區域為帶壓開采危險區域。”
可見，6上、6、9煤層僅部分區域帶壓開采，且
6上、6、9煤層開采均不存在帶壓開采危險。但9號
煤層開采時在左下角，面積約3．14 km2范圍內開采時
應采取底板加固等防范措施(注：為防止對天橋泉域
產生影響，不允許采區疏水降壓措施)，區內可能存
在未探明的導水斷層。因此，在煤層開采時，應嚴格
執行“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”
的原則，防止在礦井生產過程中對奧灰水產生影響，
既保護水資源，又可以保證煤礦安全生產。煤系地層
與其下伏奧灰含水層之間有石炭系中統本溪組(C2b)
隔水層阻隔，該隔水層全區分布，厚度大于13 m。
巖性以深灰、灰色砂質泥巖、泥巖為主，厚度穩定，
硬度大，巖體完整I生好，裂隙不發育，是本井田及全
煤田穩定的良好隔水層。且斷裂構造不發育，可以滿
足本區帶壓開采對底板隔水性能的要求，不會破壞奧
灰水。
3露天礦開采對天橋泉域的影響分析
長灘露天礦位于天橋泉域西部邊界，天橋泉域的
萬方數據
2014年第5期張偉：露天礦開采對地下水環境的影響分析2014年5月
西北滯水邊界上，距天橋泉域重點保護區的最近距離
約45 km，位于天橋泉域水文地質單元的隱伏巖溶
區，屬于滯流區。
3．1 對天橋泉域巖溶水補給條件的影響
本礦田不屬于天橋泉域的補給區，天橋泉域巖溶
地下水補給條件相對簡單，主要為碳酸鹽巖裸露或覆
蓋區降水或地表水入滲補給，少量為部分上覆含水層
通過斷裂構造等下滲補給巖溶水網。
天橋泉域總面積為13 974 km2，礦田面積59．02
km2，占泉域的0，42％。由于井田內石炭系中統太原
組(C2t)下段賦存有以泥巖類為主，厚度穩定，硬度
大，巖體完整性好的良好隔水層，是阻隔奧灰巖溶水
與上部含水層水力聯系的重要隔水層。根據《地質報
告》，勘探區內構造簡單，總體走向NNW，傾向SWW，
產狀平緩，大部分地段傾角小于5。，因受沙溝背斜的
影響，局部地段傾角100～15。。勘探區內未發現有斷
層、陷落柱、地面塌陷。長灘礦田上伏含水層對泉域
的補給量很微弱。因此，煤礦開采不會直接影響泉域
巖溶水的補給。
3．2對天橋泉域巖溶水徑流條件的影響
長灘露天煤礦深部的巖溶地下水接受東部、北部
巖溶水的補給，向南部徑流。正常條件下，煤炭開采
不會影響到奧灰含水層。但由于部分開采煤層帶壓，
9號煤層開采的左下角，面積約3．14 kmz范圍內突水
系數大于臨界突水系數(突水系數為O．065 MPa／m)。
煤礦開采對奧水含水層影響較小，不會加強奧灰水的
徑流。為了不影響天橋泉域的徑流條件，要進一步查
清奧灰含水層水文地質條件，充分研究本礦區的地質
構造，在開采過程中要嚴格遵循艨礦防治榔的要
求，確保礦田煤炭開采不會發生奧灰水突出的情況。
3．3對天橋泉域巖溶水排泄條件的影響
奧灰含水層處于滯流狀態，奧陶系巖溶裂隙水單
位涌水量0．003 6 L／(s·m)～19．039 la(s·m)，其富水
性極不均勻。且由于長灘礦田奧灰含水層位于天橋泉
域滯流區，地下水徑流遲緩，多年積存，水巖相互作
用，巖溶水的礦化度高達4．17 g／L，水質較差，目前
奧灰水沒有利用價值，沒有被人工開采。根據分析，
正常的煤礦開采不會直接影響奧灰水，不會影響天橋
巖溶水系統的排泄條件。
綜上分析，露天礦在天橋泉域非重點保護區內，
本煤礦開采不會影響天橋泉域的補給、徑流和排泄條
件，也基本不會對泉域補給和水量產生影響。
4地下水資源的保護措施
奧灰含水層是天橋泉域巖溶水的含水介質層，天
橋泉域排泄的泉水絕大部分都是奧灰水。因此，露天
開采保護奧灰水顯得尤為重要。應禁止對奧灰水采用
疏水降壓的方法進行采煤，制定帶壓開采條件下防治
奧灰水突水的應急預案；充分研究本礦區的地質構
造，找出構造應力較為集中的地段和突水危險較大的
區域，提前采取留設防水煤巖柱、加固底板等預防性
措施，同時可利用選煤廠濃縮池及事故池作為緩沖水
池，降低對環境的影響。
由于露天開采使得上覆含水層的水北疏干，當地
居民的水源受到一定程度的影響，為了保證居民用水
安全，對煤炭開采可能導致的地下水水位下降及時預
警，要對開工建設前沒有搬遷，且以淺層地下水作為
飲用水源的村莊居民水井為監測對象，設置監測點，
并提出供水發生問題時居民水源的替代方案，或采取
提前搬遷措施。
5結語
長灘露天煤礦開采將煤層頂板土巖全部剝離，因
此9煤以上含水層將全部被破壞，形成以露天礦坑為
中心的地下水降落漏斗。本露天煤礦位于天橋泉域的
西北滯水邊界上，不會影響天橋泉域的補給、徑流和
排泄條件。
參考文獻：
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f責任編輯：劉倩倩】
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景觀的創新發展和思路方向。在老年人境互動過程
中，通過人與人、人與植物、人與景觀設施等互動表
達方式體現景觀的功能創新，減少無意義的景觀設
計，注重老年人的心理和精神訴求，讓老年人能夠在
老年公寓中得到切身的幸福安逸，并將景觀空間融人
到自己的生活中，成為生活的一部分，希望以追求精
神交流的人境互動景觀能夠成為未來老年公寓室外環
境設計的發展趨勢。
參考文獻：
[1]范偉，李惠．人居互動中室內空間形態的情感化袁達
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(責任編輯：高志鳳)

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