煤矿开采对地下水水量及水化学环境的影响分析

煤矿开采对地下水水量及水化学环境的影响分析

郭伟利,王亮,杨钢锋

山西忻州神达望田煤业有限公司  山西忻州  036600

摘要：针对露天煤矿开采对地下水环境的影响，提出通过数值分析的方式对水工环境进行分析。建立矿区内地下水数值模型，然后通过地下水数值模拟计算岩溶地下水资源量，并分析矿区内岩溶地下水补给和排泄方式对露天煤矿不同时期水环境的影响。结果表明:只要合理的规划和处理，露天煤矿开采不会对地下水环境产生影响。

关键词：煤矿开采；地下水水量；水化学环境；影响分析

1工程概况

1.1工程地质条件

1.1.1矿区地理位置

煤矿矿区位于山西大同境内，海拔约为1140～1270m。

1.1.2气象水文条件

矿区位于北温带的大陆干旱气候区，资料显示，该地年平均降雨量大约为157．4mm。降雨量变化特征为:6～9月为降雨量的丰水季，占全年降水量的73．91%;3～5月为平水季，占全年降水量的20．88%;1月和11月为枯水季，仅占全年降水量的5．20%。该地年平均蒸发量约为3348．7mm，蒸发量大约为降水量的21倍。地下水主要起将水补给的作用，受季节影响，在丰水季地下水位最高。对矿区内进行调查，矿区内仅在6～9月偶尔有雨洪径流补给，其余时间一般为干枯无水。

1.1.3水文地质条件

矿区溶水主要分为相对独立的水循环系统，分别为桌子山南段岩、桌子山北段岩、岗德尔山和千里山岩溶水子系统。

1.2矿区地下水数值模型建立

1.2.1数字模型

本文选择的数据模型为MODFLOW模型，根据实际情况选择参数。通过河流、补给和井流等因素，利用MODFLOW模型水流系统的影响，进而预测地下水流场和水位，对地下水进行均衡计算。以矿区地质水文特征为依据，建立地下水非恒定流三维数学模型，概化地下水系统，进而建立三维地下水系统分析地下水补给和排泄。具体建模为:

式中:μ表示潜水含水层在潜水面上重力给水度;h0表示含水层的初始水位;Ω表示渗透区域;K1、K2、K3分别表示x、y、z各方向渗透系数;r0表示地下水自由表面;ε表示含水层源汇项，即单位面积、时间垂向流入或排出的水量;h表示各含水层高度;q表示边界的流量宽度，流入为正，流出为负;p表示潜水面的蒸发和降水入渗强度;r1表示渗流区域下边界侧向;n→表示边界面的法线方向;s表示自由面以下含水层储水系数。

1.2.2模型初始参数设置

(1)地下水补给水文参数设置。岩溶水的补给主要为大气降水入渗和矿区东部地下水径流。在矿区东北部，有4．22km2岩溶露出地表。该区域为大气降水补给的主要区域，因此需要对参数进行设置。在矿区内，年平均降水量为150mm，多以暴雨形式出现，补充提供了水源。在构建模型时，将风积砂层和风积黄土入渗系数分别设置为0．30～0．36和0．12～0．18;(2)地下水排泄水文参数设置。岩溶水的排泄方式主要为矿井排水和矿区西南侧顺层弱径流排泄，矿区最南端矿井外排涌水量约为40m3/d;矿区西南侧煤矿矿井外排涌水量约为1230m3/d，即矿区矿井总涌水量总计1270m3/d。在模型中设置地下水排泄参数为1300m3/d;(3)地下水径流水文参数设置。第4系含水层赋存特征控制第4系松散层地下水径流，其径流趋势为顺沟谷由上向下。

1.3地下水环境水质监测布点

1.3.1地下水水位布点方案

(1)地下水水位布点方案。根据《环境影响评价技术导则－地下水环境》，分别在丰水季、枯水季和平水季进行岩溶地下水水位监测，具体监测点如图1所示;(2)地下水水质监测布点方案。分别在平水季和丰水季对水质进行监测，水质监测布点共计9个，其中qpj1号监测点和qpj4号监测点对矿井涌水水质进行监测，其余7个监测点对岩溶水质进行监测。以环境保护目标岩溶地下水和矿井涌水的控制为目的对地下水水质监测点进行布置。

图1水质监测分布点

1.3.2地下水环境水质分析

表1为本研究地下水化学和污染特征的项目与分析方法。

表1水质监测项目分析方法

2矿区地下水水位水量数值模拟计算

2.1地下水数值模型对岩溶水资源量剂水均衡计算

在矿区内，基于地下水数值模拟计算岩溶地下水资源均衡结果如表2所示;岩溶地下水资源总补给量分布结果如图2所示。

表2基于地下水数值模拟计算岩溶地下水资源均衡结果

由图2对矿区场地含水层和包气带结构进行分析可知，就算污水产生一定泄漏，受二叠系中部隔水层阻隔，污水无法排入地下水;因此岩溶地下水不会受到污染。

2.2露天煤矿建设期对地下水环境影响分析

建设期产生的污水主要是冲洗和清洗施工设备的废水。经过计算，煤矿建设期生活污水排放总量约为51．66m3/d，矿坑涌水约为200m3/d;在项目建设时，对生活污水进行处理后用于工业场地绿化和降尘洒水，不对外排放，因此在无事故时，生活污水不对地下水环境造成影响;但在生活污水的处理过程中，若污水调节池出现泄漏情况，则会对地下水水质产生一定影响。

图2岩溶地下水资源总补给量分布

3结语

煤炭的开采与我国经济发展息息相关。露天煤矿开采是目前最常用的一种煤矿开采方式，但煤炭资源在露天开采的过程中，可能会对地下水环境造成一定的影响，使之出现水量减少和水质变差的问题。因此在进行煤矿开采前夕进行煤矿开采对地下水影响分析是目前较为重要的一项研究课题。

参考文献

[1]李鹏强.煤矿开采对地下水环境破坏机理及其影响因素研究[J].科学技术创新,2021,(23):103-104.

[2]陈杰.煤矿开采对地下水资源的影响分析[J].低碳世界,2016,(34):77-78.

[3]何纯田.浅析煤矿开采对地下水的影响[J].资源节约与环保,2013,(07):293.

[4]狄效斌.煤矿开采对常村煤矿浅层地下水的影响分析[J].矿业安全与环保,2012,39(06):87-89.