兩渡煤業(yè)二采區(qū)村莊壓覆2號煤層項(xiàng)目對地下水水質(zhì)影響分析

張 萌

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001）

1 工程概況

兩渡煤礦位于山西省靈石縣城北東30°方向約10 km處的兩渡鎮(zhèn)兩渡村東0.48 km處，井田面積84.3803 km2，包括河溪溝井田、河溪溝井田擴(kuò)區(qū)、崔家溝井田三部分。本項(xiàng)目開采2#煤為煤炭井工開采項(xiàng)目，正常涌水量720 m3/d（30 m3/h），回風(fēng)斜井工業(yè)場地礦井水處理站處理能力3600 m3/d（150 m3/h），經(jīng)過處理后達(dá)到灑水水質(zhì)要求，回用不外排；本項(xiàng)目生活污水產(chǎn)生量為516.1 m3/d，依托靈石縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理局主管的生活污水處理站，處理能力3000 m3/d，處理后的出水水質(zhì)達(dá)地表水V類標(biāo)準(zhǔn)，直接外排。

開采區(qū)內(nèi)主要含水巖組為第四系孔隙含水層、上石盒子組裂隙含水層、下石盒子組裂隙含水層、山西組裂隙含水層、太原組巖溶裂隙含水層、奧灰系巖溶隙含水層。其中，第四系砂礫孔隙含水層為場地的潛水含水層。本次設(shè)計(jì)的二采區(qū)村莊壓覆2號煤層開采區(qū)域位于靈石縣核桃洼村莊一帶，井田周圍共有7個(gè)村莊飲水：小核桃窊、耿家莊、宋家山、后溝、土黃坡引用第四系孔隙水；崔家莊村、柳樹原村飲用奧灰深井水。

通過預(yù)測開采對地下水污染影響評價(jià)，從而優(yōu)先提出環(huán)保措施，防止對地下水環(huán)境和居民飲水產(chǎn)生影響。

2 評價(jià)等級和評價(jià)范圍

根據(jù)《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境》（HJ 610-2016）附錄A，本項(xiàng)目屬于煤炭開采項(xiàng)目，崔家溝工業(yè)場地、回風(fēng)斜井工業(yè)場地屬于Ⅲ類項(xiàng)目。

崔家溝工業(yè)場地和回風(fēng)斜井工業(yè)場地附近沒有集中式飲用水水源地準(zhǔn)保護(hù)區(qū)分布，且不在準(zhǔn)保護(hù)區(qū)外補(bǔ)給徑流區(qū)，但存在分散式引用水井。環(huán)境敏感程度為較敏感，地下水評價(jià)等級為三級。

地下水評價(jià)范圍為以崔家溝工業(yè)場地、回風(fēng)斜井工業(yè)場地和采區(qū)為核心區(qū)，依據(jù)地下水基本流場特征，回風(fēng)斜井工業(yè)場地上游外擴(kuò)200 m，兩側(cè)以山脊為界，向下游外延伸至汾河，面積約1.49 km2；采區(qū)的地下水最大影響半徑為754.10 m，水量評價(jià)范圍將采區(qū)邊界向外延伸1000 m作為評價(jià)范圍，約16.54 km2。

3 開采對地下水污染影響預(yù)測

3.1 地下水水質(zhì)污染影響預(yù)測特征

以回風(fēng)斜井工業(yè)場地礦井水處理站為預(yù)測分區(qū)，正常情況下，礦井水經(jīng)礦井水處理站處理后全部綜合利用，不外排；非正常情況下，礦井水發(fā)生泄漏，下滲到潛水含水層，遷移開始位置為礦井水收集池。以地下水III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，選取超標(biāo)率最大的特征因子為預(yù)測因子，污染發(fā)生后100 d、1022 d（服務(wù)年限時(shí)間點(diǎn)）進(jìn)行預(yù)測。

3.2 事故泄漏對地下水水質(zhì)的污染影響預(yù)測與分析

3.2.1 影響分析及預(yù)測方法

煤礦開采造成的地下水水質(zhì)污染實(shí)質(zhì)為第四系砂礫孔隙含水層地下水中污染物的溶質(zhì)遷移問題。本次概化成污染物連續(xù)注入、一端定濃度、一維水動(dòng)力彌散問題，設(shè)計(jì)場景時(shí)均設(shè)計(jì)為極端不利情況。預(yù)測采用一維半無限長多孔介質(zhì)定濃度邊界模型，見公式（1）。在模型計(jì)算中，對污染物的吸附、揮發(fā)、生物化學(xué)反應(yīng)均不予以考慮，對模型中的各項(xiàng)參數(shù)均予保守性估計(jì)。

式中：x為距注入點(diǎn)的距離，m；t為時(shí)間，d；C為t時(shí)刻x處的示蹤劑濃度，mg/L；C0為注入的示蹤劑濃度，mg/L；u為水流速度，m/d；DL為縱向彌散系數(shù)，m2/d；（erfc）為余誤差函數(shù)。

3.2.2 模型參數(shù)

含水介質(zhì)的有效孔隙度：查閱《水文地質(zhì)手冊》取經(jīng)驗(yàn)值，n=0.20。

水流速度：場地所在區(qū)域含水層第四系砂礫孔隙含水層，巖性為以砂質(zhì)黏土為主，查閱《水文地質(zhì)手冊》滲透系數(shù)取經(jīng)驗(yàn)值0.2 m/d，有效孔隙度以0.2計(jì)，水力梯度以0.02計(jì)，地下水流速度為0.2×0.02/0.2=0.02 m/d。

彌散系數(shù)：根據(jù)彌散度與觀測尺度圖，設(shè)定觀測尺度以101m計(jì)，選取縱向彌散度為10 m，縱向彌散系數(shù)為2 m2/d。溶質(zhì)運(yùn)移模型所涉及到的各項(xiàng)參數(shù)見表1。

表1 模型參數(shù)列表

3.2.3 排放源強(qiáng)

將礦井水監(jiān)測數(shù)據(jù)與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對詳見表2。

表2 礦井水與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對

以礦井水特征污染物石油類作為非正常情況下污廢水排放對地下水的特征污染物，污染物濃度取值為石油類10 mg/L。

3.2.4 石油類污染物的運(yùn)移預(yù)測結(jié)果

將各項(xiàng)參數(shù)代入所建立的解析數(shù)學(xué)模型中，對模型進(jìn)行試算求解，見表3、表4。

表3 滲漏發(fā)生100 d距污染源下游地下水中石油類濃度變化

表4 滲漏發(fā)生1022 d距污染源下游地下水中石油類濃度變化

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出，污染物石油類沿地下水流方向向下游遷移，而且隨著遷移距離的變長，污染物濃度峰值變小。污染物泄漏100 d下游最大超標(biāo)距離約為57 m，在污染源下游58 m及更遠(yuǎn)距離處污染物濃度達(dá)到地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求；泄漏1022 d下游最大超標(biāo)距離約為198 m，在污染源下游199 m及更遠(yuǎn)距離處污染物濃度達(dá)到地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 對地下水水質(zhì)影響分析

3.3.1 正常運(yùn)行條件下，水質(zhì)污染影響

煤礦開采中，對礦坑涌水進(jìn)行疏干后，地表水再間接補(bǔ)給淺層地下水，過程中采煤對裂隙水和孔隙水的水質(zhì)影響是不同的。

采煤破壞對地下水質(zhì)的影響：采煤導(dǎo)水裂縫帶會(huì)影響到二疊系山西組，此層的地下水是疏干過程，石油類等污染物不會(huì)滲入地下水體對水質(zhì)造成直接污染。

污廢水排放對地下水質(zhì)的影響：礦井開采期間，正常情況下污廢水不排放，對地下水水質(zhì)不會(huì)造成影響。

3.3.2 非正常條件下，水質(zhì)污染影響

根據(jù)非正常情況地下水質(zhì)污染影響預(yù)測結(jié)果，污染物沿地下水流方向向下游遷移，而且隨著時(shí)間遷移距離的變長，污染物濃度變小。污染物泄漏100 d下游最大超標(biāo)距離約為57 m，在污染源下游58 m及更遠(yuǎn)距離處污染物濃度達(dá)到地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求；泄漏1022 d下游最大超標(biāo)距離約為198 m，在污染源下游199 m及更遠(yuǎn)距離處污染物濃度達(dá)到地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 居民引用水的影響分析

根據(jù)前文水質(zhì)影響預(yù)測結(jié)果，礦井水處理站石油類沿地下水流方向向下游遷移最遠(yuǎn)距離198 m，水質(zhì)污染影響范圍內(nèi)沒有小核桃窊、耿家莊、宋家山、后溝、土黃坡淺水井及泉水分布，因此這些村莊的水井水質(zhì)不會(huì)受到污染影響。

崔家莊村、柳樹原村飲用奧灰深井水，因此煤層開采不會(huì)對這2個(gè)村的飲水造成影響。

5 地下水環(huán)境影響防護(hù)

為有效保護(hù)項(xiàng)目區(qū)的地下水環(huán)境，從源頭控制污染，本項(xiàng)目開采2號煤時(shí)正常涌水量720 m3/d（30 m3/h），回風(fēng)斜井工業(yè)場地礦井水處理站，處理能力3600 m3/d（150 m3/h），經(jīng)過處理后達(dá)到灑水水質(zhì)要求，回用不外排；本項(xiàng)目生活污水產(chǎn)生量為516.1 m3/d，依托靈石縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理局主管的生活污水處理站，處理能力3000 m3/d，處理后的出水水質(zhì)達(dá)地表水V類標(biāo)準(zhǔn)，直接外排。

若發(fā)生事故，可將礦井水暫存于可儲(chǔ)存在井下水倉、礦井水處理站調(diào)節(jié)池內(nèi)，待排除故障后可將污水重新循環(huán)處理后回用，保證不外排。

6 結(jié)語

通過對煤礦開采水質(zhì)分析以及回風(fēng)斜井工業(yè)場地事故情況了解，可知污廢水泄露對地下水的污染影響較小，不會(huì)對井田周邊村莊飲水產(chǎn)生影響。在運(yùn)營期間加強(qiáng)管理，嚴(yán)格遵循地下水環(huán)境保護(hù)措施的前提下，本工程對地下水環(huán)境的影響很小。從環(huán)保角度而言，本次開采是可行的。