柳林縣煤炭開采對(duì)水資源的影響及對(duì)策

張瑞蓮

（柳林縣行政審批服務(wù)管理局，山西 柳林 033300）

煤炭資源與水資源是一個(gè)共生共存的復(fù)雜系統(tǒng)，柳林縣也不例外。柳林縣煤炭資源的開采帶動(dòng)了全縣經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，從而也使得煤炭開采區(qū)域水資源問題日益嚴(yán)峻。正確處理經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)、煤炭資源開發(fā)與水資源保護(hù)的矛盾，顯得格外重要。

1 基本情況

柳林縣區(qū)域地質(zhì)，位于鄂爾多斯復(fù)向斜含煤地質(zhì)建造的東翼，總體上為單斜構(gòu)造，在單斜構(gòu)造上又分布有次一級(jí)規(guī)模不等的褶皺和斷裂。大部分被第三系和第四系中、上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)地層覆蓋。由東至西出露地層有元古界、古生界奧陶系碳酸鹽巖、石炭系碎屑巖及碳酸鹽巖，二疊系、三疊系碎屑巖，以及新生界第三系第四系的風(fēng)積、沖洪積物。地下水總體上可分為三大類，上覆黃土層孔隙水，下伏為碎屑巖含煤地層裂隙水，深部為奧陶系巖溶水，屬柳林泉域。巖溶水以泉群形式排泄，柳林泉出露標(biāo)高790～803 m，實(shí)測泉群天然流量2.204 m3/s。

離柳礦區(qū)位于山西省中西部，黃河?xùn)|岸，呂梁山西側(cè)，鄂爾多斯復(fù)向斜含煤建造的東翼，行政區(qū)劃屬呂梁市。礦區(qū)呈南北狹長形分布，由北向南跨越呂梁市所屬臨縣、方山縣、柳林縣、離石區(qū)、中陽縣和興縣，礦區(qū)南北長182 km，東西最寬55 km，含煤面積約3 434 km2。2010 年國家發(fā)改委批復(fù)了《山西省晉中煤炭基地離柳礦區(qū)總體規(guī)劃》（發(fā)改能源［2010］223 號(hào)）。

柳林縣位于離柳礦區(qū)腹地，煤炭資源儲(chǔ)量豐富，具有分布廣、儲(chǔ)量大、煤種全、煤質(zhì)好，構(gòu)造簡單、易采易選，開采歷史悠久等特點(diǎn)，煤炭資源儲(chǔ)量的大部分是經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高的低硫、低灰主焦煤。2019 年全縣常駐總?cè)丝?4.61 萬人，行政轄區(qū)總面積1 278 km2。東部為變質(zhì)巖和石灰?guī)r裸露區(qū)，面積320 km2；中西部為煤炭資源分布區(qū)，含煤面積958 km2，占全縣國土面積的75%。

現(xiàn)狀開采區(qū)集中分布于縣域中部地區(qū)，屬于離柳礦區(qū)“三交詳查區(qū)”,開采區(qū)面積達(dá)405 km2，占全縣國土面積的32%，累計(jì)探明儲(chǔ)量14.36 億t。實(shí)有生產(chǎn)礦井25 對(duì)，批采井田面積352 km2，批準(zhǔn)生產(chǎn)能力3 455 萬 t，實(shí)際原煤總產(chǎn)量達(dá)到 3 201 萬 t。

2 煤礦開采對(duì)水資源影響機(jī)理分析

煤礦開采前各含水層與上覆含水層及下伏含水層之間，均有一定厚度的隔水層相隔，水力聯(lián)系微弱，彼此間水位存在一定差異。井田內(nèi)含水層地下水的運(yùn)動(dòng)一般以層間徑流為主，在構(gòu)造裂隙部位才有可能與其它含水層發(fā)生水力聯(lián)系。

煤礦開采過程中，首先使煤系地層含水層的地下水排泄，由原來天然的地層沿傾向方向徑流排泄，轉(zhuǎn)變?yōu)橐缘V井疏干水—人工排泄為主。開采后形成以礦井為中心的降落漏斗，破壞了地下水循環(huán)體系，導(dǎo)致水均衡失調(diào)，改變了礦區(qū)地下水天然的補(bǔ)給、徑流、排泄條件。當(dāng)一個(gè)煤層開采后，其上部巖層移動(dòng)時(shí)，如果裂隙帶達(dá)到地表，就會(huì)使地表水與井下連通，小泉小水漏失，地表基流斷流和下滲進(jìn)入礦井。如果裂隙帶達(dá)不到地表，但達(dá)到了煤系地層中某一含水層，就會(huì)使該含水層變形性破壞，改變其徑流特征，使含水層中的裂隙水涌入井下，形成礦坑水，造成地下水含水層不可逆性破壞。

帶壓開采區(qū)煤層開采后，上覆裂隙水和下伏巖溶水的水動(dòng)力條件將發(fā)生逆轉(zhuǎn)，導(dǎo)致巖溶水補(bǔ)給減少，排泄增加，若出現(xiàn)巖溶突水，那將是更為嚴(yán)重的破壞性后果。

3 柳林縣煤礦開采對(duì)水資源影響特征分析

通過對(duì)全縣煤礦開采及礦坑排水情況的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，分析煤礦開采對(duì)水資源的影響特征如下：

3.1 從煤層開采對(duì)水資源的影響烈度看，淺埋區(qū)大于深埋區(qū)

20 世紀(jì)后20 年，全縣煤炭開采集中在煤層淺埋區(qū)，機(jī)械化能力低，平均原煤年產(chǎn)量850 萬t。采區(qū)分布在煤田的邊角，以及地質(zhì)條件復(fù)雜、開采條件較差、老窯破壞和老窯積水嚴(yán)重的地段。開采區(qū)域地下水循環(huán)積極，富水性較好，平均年排水量275 萬m3，含水系數(shù)相對(duì)較高，平均含水系數(shù)0.32，盡管采區(qū)靠近柳林泉域巖溶水阻溢出流區(qū)域，但開采對(duì)地下水破壞面積、影響深度和破壞強(qiáng)度相對(duì)較小。

進(jìn)入21 世紀(jì)，煤炭資源得到大規(guī)模開發(fā)，井田面積擴(kuò)大，開采區(qū)域向西延伸，開采深度增加（如沙曲礦一礦，上組煤煤層最大埋深約767 m，下組煤煤層最大埋深約820 m）；經(jīng)過兼并重組整合，開采能力大幅度提升，該階段2011—2019 年原煤產(chǎn)量平均增加到 3 318 萬t，礦坑水年排水量增加到740 萬m3，折算平均含水系數(shù)為0.22。見下表1 所示。

表1 柳林縣原煤產(chǎn)量與礦坑排水量統(tǒng)計(jì)表

3.2 柳林縣所在三交勘探區(qū)，煤田含水系數(shù)從東到西，從淺埋區(qū)到深埋區(qū)，由煤田邊緣向煤田中部逐漸減小

位于煤田的東邊緣地帶開采上組煤的礦井，含水系數(shù)一般大于0.3，向中部逐漸減小，向西至含煤向斜中部含水系數(shù)減小到0.2 以下；另外，處于東部淺埋區(qū)的13 對(duì)礦井，平均排水系數(shù)0.31，處于中西部深埋區(qū)的12 對(duì)礦井平均排水系數(shù)為0.16，煤田含水系數(shù)分布見圖2。

這種排水系數(shù)的分布特點(diǎn)，與所在區(qū)域巖溶水（柳林泉域）的主徑流帶及富水性分區(qū)明顯具有一致性，可見礦坑排水對(duì)下伏巖溶地下水的影響必然存在。

3.3 煤礦礦坑排水屬于疏干性排水，對(duì)地下水系統(tǒng)的影響是不可逆的

圖2 煤田含水系數(shù)等值線圖

柳林縣煤礦開采及礦坑排水，使得開采區(qū)域內(nèi)裂隙水位普遍下降100 m 以上，個(gè)別礦井如沙曲一礦開采區(qū)下降高達(dá)300 m 以上。而排水的結(jié)果最終使裂隙水位下降到最低開采標(biāo)高。導(dǎo)致區(qū)域地下水的水文地質(zhì)環(huán)境條件、地下水補(bǔ)給徑流排泄條件、地下水含水層的儲(chǔ)水結(jié)構(gòu)和含水層系統(tǒng)的永久性破壞，而這種破壞是不可逆轉(zhuǎn)的。

3.4 煤礦帶壓開采對(duì)柳林泉域巖溶水的影響不可低估

柳林煤炭開采區(qū)全部位于柳林泉域范圍，95%以上的煤層屬于帶壓開采，但由于其地質(zhì)條件相對(duì)簡單，礦井水文地質(zhì)條件多屬于簡單型，目前尚未發(fā)現(xiàn)有巖溶突水的現(xiàn)象。但位于聚財(cái)塔地塹兩側(cè)的華晉焦煤沙曲一礦、山西柳林煤礦、山西宏盛聚德煤礦的開采，必須引起高度重視，尚不能排除有下伏柳林泉域巖溶水越流進(jìn)入礦井的可能性。

3.5 煤礦開采對(duì)地表水的影響十分明顯

在礦區(qū)內(nèi)的河道上游地區(qū)，河流一般有基流，進(jìn)入礦區(qū)，河道基流和河谷孔隙地下水全部漏失，如向西直接入黃河的賀龍溝、孟門溝、小河溝、地龍堡溝、馬塔溝和曹馮王家溝等，原始溝道，溝溝有清水，現(xiàn)狀則基流大幅度衰減或基本斷流。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)和測算，2019 年礦坑排水量達(dá)到 20 284 m3/d（0.233 m3/s）,這部分水量絕大部分消耗的是河川基流。

3.6 土地塌陷，采煤漏水首當(dāng)其沖

根據(jù)水利和煤炭部門統(tǒng)計(jì)，柳林縣煤炭開采區(qū)內(nèi)有村莊222 個(gè)，涉及農(nóng)村人口約10.29 萬人，900 頭大牲畜。采煤區(qū)農(nóng)村多位于低山丘陵地帶，黃土沖溝及水系發(fā)育。裂隙地下水多以裂隙小泉小水的形式排入溝谷。煤炭開采必將使得廣大農(nóng)村賴以生存的生活水源漏失，土地塌陷，農(nóng)村的基本生產(chǎn)、生活條件及水資源環(huán)境受到嚴(yán)重的破壞，不得不打深井開采巖溶水，更加重了地下水的開采負(fù)荷，給柳林泉域巖溶地下水的保護(hù)造成了更大的困難。

3.7 煤矸石治理任重道遠(yuǎn)

截至2019 年，全縣煤矸石堆存量累計(jì)4 000 萬t以上，并以每年約300 萬t 的速度增加。煤矸石的大量堆存，不僅占用土地，淤塞溝道，而且受降水淋濾后污染地表水和地下水環(huán)境。

3.8 礦坑排水處理利用尚有潛力

2019 年礦坑排水量達(dá)到20 284 m3/d，實(shí)際處理回用量16 000 m3/d，尚有約20%的礦坑水未得到有效回用，無形中形成水資源的污染和浪費(fèi)。尤其是未配套坑口洗煤廠的礦井，礦區(qū)職工生活污水的處理利用方向、方式、回用水量水質(zhì)問題尤為突出，也是水環(huán)境治理與保護(hù)的重點(diǎn)所在。

4 治理保護(hù)措施

第一，稀有煤種“4 號(hào)優(yōu)質(zhì)主焦煤”應(yīng)強(qiáng)化保護(hù)性開采，扭轉(zhuǎn)“有水快流”急功近利的傳統(tǒng)思維模式，杜絕“疏干排水”等錯(cuò)誤的開采方式。

第二，探索煤炭開采中，采區(qū)接替方式技術(shù)革命。將“由近及遠(yuǎn)，由上而下”的開采接替方式改為“由遠(yuǎn)及近，由低到高，由下山及上山”，在保證礦山整體經(jīng)濟(jì)效益不變的前提下，可大量減少礦坑水的排放量，減少地下水系統(tǒng)的疏干破壞。

第三，牢固樹立和堅(jiān)決貫徹“綠水青山就是就是金山銀山”和“黃河流域高質(zhì)量發(fā)展”的理念，正確處理煤炭經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源保護(hù)的關(guān)系，對(duì)于柳林泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)、“含水系數(shù)”大于0.6 的礦井和帶壓系數(shù)大于0.1 的區(qū)域，堅(jiān)決退出開采。

第四，加強(qiáng)監(jiān)督管理，嚴(yán)格按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》規(guī)定，留設(shè)保護(hù)煤柱。主要包括：村莊、礦界、大巷、工業(yè)場地、井筒、道路及耕地等主要設(shè)施。對(duì)于地表塌陷所形成的裂縫，及時(shí)組織人員用黃土充填并夯實(shí)，恢復(fù)到可安全使用的程度。及時(shí)開展沉陷區(qū)的治理工作，按采空一片，治理一片，修復(fù)一片的順序，對(duì)沉陷區(qū)進(jìn)行土地復(fù)墾和生態(tài)綜合治理。建立、健全地表塌陷觀測站，積累資料，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為地表塌陷治理提供科學(xué)依據(jù)。

第五，以柳林泉域水資源保護(hù)和三川河“抖氣河”景區(qū)水生態(tài)保護(hù)為主線，科學(xué)規(guī)劃全縣煤炭經(jīng)濟(jì)與水資源保護(hù)，強(qiáng)化礦區(qū)生態(tài)修復(fù)與治理，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共存，經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，再現(xiàn)柳林“小北京”經(jīng)濟(jì)繁榮，生態(tài)良好的和諧景象。

第六，加快替代水源建設(shè)步伐，按照山西省以及柳林縣大水網(wǎng)和小水網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃，2025 年前完成橫泉水庫地表水供水工程、山西大水網(wǎng)中部引黃柳林縣供水工程建設(shè)，形成供水能力，為礦區(qū)發(fā)展用水、礦區(qū)農(nóng)村生活飲用水和替代巖溶地下水開采奠定良好的水源基礎(chǔ)條件。

第七，加強(qiáng)對(duì)煤炭建設(shè)項(xiàng)目的監(jiān)督管理，依法落實(shí)取水許可與水資源論證制度，嚴(yán)格泉域水環(huán)境影響評(píng)價(jià)制度，嚴(yán)格水土保持方案的編制與實(shí)施，防洪影響評(píng)價(jià)與工程措施的監(jiān)督實(shí)施，企業(yè)節(jié)水評(píng)價(jià)制度的監(jiān)督實(shí)施，將煤炭開采對(duì)水資源的影響降低到最小程度。

5 結(jié)語

水是生態(tài)之基，治水是生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分。當(dāng)代水利人應(yīng)當(dāng)踐行習(xí)近平總書記“從改變自然、征服自然轉(zhuǎn)向調(diào)整人的行為、糾正人的錯(cuò)誤行為”等生態(tài)文明思想，將新時(shí)代治水思想貫穿到治水全過程。