高峰，于德杰，張憲堯，董強

(1.山東省地質環(huán)境監(jiān)測總站，山東 濟南 250014；2.萊蕪市國土資源局，山東 萊蕪 271100)

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環(huán)境地質

礦山開采對鵬山水源地影響分析

高峰1，于德杰1，張憲堯2，董強1

(1.山東省地質環(huán)境監(jiān)測總站，山東 濟南 250014；2.萊蕪市國土資源局，山東 萊蕪 271100)

鵬山水源地開采松散巖類孔隙水和裂隙巖溶水，是萊蕪市重要的飲用水水源地，潘西煤礦擴界開采可能對其造成影響。該文從水源地地下水的補徑排條件、水文地質邊界等多方面考慮，根據(jù)地下水動態(tài)觀測結果，得出水源地和擴采區(qū)處于不同的水文地質單元、地貌單元，認為潘西煤礦擴界開采對水源地影響較小。

擴界開采；流場；水質；水文地質單元；鵬山水源地；萊蕪萊城

0 引言

鵬山水源地位于萊城區(qū)辛莊鎮(zhèn)西部盤龍河與辛莊河交匯處的河谷地帶，設計供水量1800萬m3/年，實際供水量1865.8萬m3/年，其中城市綜合生活供水量505萬m3，供水人口7.9萬人。1981年開始開采孔隙水向萊蕪市城區(qū)供水，1996年進行孔隙水與巖溶水共同開采。萊蕪市萬祥礦業(yè)有限公司潘西煤礦屬于國有企業(yè)，目前已開采50多年，隨著開采時間的增加，煤礦出現(xiàn)儲量不足的現(xiàn)象。2015年潘西煤礦申請擴界，擴界面積約9.53km2(圖1)。擴采區(qū)內含煤地層(包括山西組、太原組、本溪組)，其中可采煤層4層(第3，4，7，19層)，可采煤層平均總厚度4.91m，可采系數(shù)58.1%[2]，擴界后開采水平-1100m，-1300m。

萊蕪市礦山眾多，礦山開采對水源地的影響較為嚴重。以葉馬曹水源地為例，鐵礦排水造成奧陶紀碳酸鹽巖裂隙巖溶水水位大幅下降，形成降落漏斗，水位標高120m的漏斗面積27.5km2，中心水位埋深130m，嚴重影響了葉馬曹水源地的水資源開發(fā)[3]。該文從水源地地下水的補徑排條件、水文地質邊界等多方面考慮，分析研究潘西煤礦擴界開采對鵬山水源地影響，為礦山開采與水資源開發(fā)利用提供依據(jù)。

圖1 水源地與礦山擴界區(qū)位置圖

1 水源地簡介

1.1 含水巖組分布及其賦水性特征

水源地含水巖組主要有松散巖類孔隙含水巖組和碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組2種類型*萊蕪市萬祥礦業(yè)有限公司,李傳生、劉志文、王振濤等，潘西煤礦擴界開采工程水資源影響評價專題報告,2015年。。

松散巖類孔隙含水巖組由河流沖洪積作用形成，厚度一般10～30m，近河地帶厚度大，河谷邊緣地帶厚度小；含水層為沿盤龍河和辛莊河兩側分布的粗砂夾礫石層，厚度一般在5～15m之間，近河地帶易補給、富水性強，單井涌水量1000～3000m3/d，河谷邊緣地帶小于500m3/d?？紫端瘜W類型以HCO3-Ca型為主，礦化度0.4～0.7g/L。碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組隱伏于松散巖層之下，巖性為中奧陶系的灰?guī)r、白云質灰?guī)r，裂隙、巖溶發(fā)育深度一般在300m以淺，富水性強，單井涌水量多在1000～5000m3/d之間；巖溶水水化學類型以HCO3·SO4-Ca·Mg型為主，礦化度0.4～0.7g/L。

1.2 地下水的補徑排條件及動態(tài)特征

水源地孔隙水的補給來源主要為降水入滲、河水滲漏及上游地下水的側向徑流，總體流向與河水流向基本一致，以補給河流、越流補給巖溶水及蒸發(fā)的方式排泄。水位埋深一般2～10m，年變幅3～5m，多年變幅6～12m。

巖溶水的補給來源主要為上游地下水的側向徑流和孔隙水越流，部分地段還可接受河水的滲漏補給；流向受地層分布和構造條件的制約，總體流向由東往西，目前主要以人工開采的方式排泄。鵬山水源地區(qū)段水位埋深小于20m，動態(tài)變化過程及水位變幅與孔隙水基本一致。

水源地地下水位動態(tài)主要受開采量與降水量的影響，隨著開采強度的增大水位波動幅度也呈現(xiàn)出逐漸增大趨勢；枯水期及枯水年份虧損的地下水量在豐水期及豐水年份均得到了補償，具有較好的補給條件和較強的調節(jié)能力，多年水位動態(tài)變化過程基本處于平衡狀態(tài)。

1.3 水文地質邊界

1.3.1 松散巖類孔隙含水層的邊界條件

松散巖類孔隙水含水層由直接覆蓋在灰?guī)r頂板之上的砂層、砂礫石層組成，在平面上無限延伸?？紫端邮苌嫌蔚叵滤畟认驈搅?、大氣降水入滲、地表水滲漏等補給后，除向下游徑流和開采排泄外，一部分則沿裂隙下滲補給下部含水層，然后于含水砂層與灰?guī)r接觸部位沿裂隙巖溶補給巖溶水。

1.3.2 裂隙巖溶含水層的邊界條件

根據(jù)鵬山水源地水文地質資料(圖2，圖3)，鵬山水源地水文地質邊界條件如下[4]：

西南邊界：水源地巖溶水西部邊界為F3、F5斷裂。這2條幾乎平行的斷裂，2斷裂之間為石炭紀地層。石炭紀地層與斷層上下地層呈不整合接觸，該斷裂走向310，傾向NE，傾角約60。F3的NE盤為奧陶紀灰?guī)r，F(xiàn)5西南盤為古近紀礫巖。根據(jù)鉆孔揭露沿F3斷裂地層發(fā)生倒轉，古近紀礫巖和石炭紀地層俯沖至奧陶紀地層之下。

圖2 鵬山水源地地質構造略圖

東北邊界：梁坡斷層(F梁)，為區(qū)域性大斷裂。正斷層，走向310°～330°，傾向SW，傾角75°，落差>2000m[5]。上升盤有太古界花崗片麻巖出露，為隔水邊界，梁坡斷層也是萊蕪煤田的東部邊界。

東南邊界：水源地南部下伏基巖為古近紀膠結礫巖，從區(qū)域看該層為隔水邊界。

底部邊界：奧陶紀底部為石炭紀地層、下伏古近紀地層，可視為隔水邊界。

圖3 鵬山水源地地質剖面圖

2 擴采工程對水源地流場影響

2.1 對松散巖類孔隙水流場影響

擴采工程主要開采深部礦產(chǎn)，潘西煤礦現(xiàn)生產(chǎn)水平為-740m，下一延深水平為-1100m。由于煤礦開采水平較深且有較大厚度煤系地層的阻隔，孔隙水與裂隙水連通性較差，采煤產(chǎn)生的導水裂隙不能到達地表，因此，正常生產(chǎn)條件下，礦山排水不會對孔隙水流暢造成影響。以北下冶村第四紀孔隙水監(jiān)測點為例，該監(jiān)測孔位于潘西煤礦、東港煤礦交界位置，下部開采3、19煤層，埋深100m左右，監(jiān)測孔多年水位標高202～203m，多年變幅1～2m(圖4)，煤礦多年開采并未對孔隙水水位造成影響*山東省地質環(huán)境監(jiān)測總站,高峰、董強、王振濤等，魯中煤鐵礦區(qū)礦山地質環(huán)境調查2014年度成果報告,2015年8月。。

圖4 北下冶村松散巖類孔隙水多年水位變化曲線

擴采區(qū)開采煤層利用煤礦原有的開采系統(tǒng)，不會在水源地周邊新開礦井，且擴采區(qū)與鵬山水源地之間存在崖下山—王子山分水嶺(圖1)，而鵬山水源地第四系含水層主要的補給來源降水入滲、河水滲漏及上游地下水的側向徑流。因此礦山擴采工程對鵬山水源地松散巖類孔隙水流場影響小。

2.2 對裂隙巖溶水流場影響

根據(jù)礦井充水性因素分析，礦坑疏排水的含水層主要有二疊紀山西組砂巖含水層、石炭紀太原組薄層石灰?guī)r(一、三、四、五、六灰)含水層、奧陶紀石灰?guī)r含水層，目前潘西煤礦礦井正常排水量約為1500m3/h，其中奧陶紀巖溶水占92.8%*萊蕪市萬祥礦業(yè)有限公司,董興軍、葛強、王國鵬等，山東省萊蕪煤田潘西煤礦生產(chǎn)礦井地質報告,2013年5月。。

從水文地質單元看，采礦所排的巖溶水與鵬山水源地開采的巖溶水分屬不同的水文地質單元。其中采礦所排的巖溶水東北邊界為梁坡斷層，為隔水邊界；西南邊界為顏莊斷層，東南邊界為F6斷層。鵬山水源地開采的巖溶水，西南邊界為梁坡斷層的支斷層F3，F(xiàn)5，東北邊界為梁坡斷層，東南邊界為古近紀地層、底部邊界為古近紀地層。

從目前的水位看礦區(qū)及擴采區(qū)巖溶水水位從1988年111m到2014年底-566m，8年間奧灰?guī)r溶水位下降近700m(圖5)，而S9觀測點(位置見圖2)多年巖溶水位均在215m之上，最大變幅僅5.63m。水位動態(tài)變化確信無疑的證明了F5，F(xiàn)3斷層為隔水斷層，2個巖溶水水文地質單元無水力聯(lián)系。綜上所述，擴采區(qū)開采對鵬山水源地巖溶水流場影響小。

圖5 潘西煤礦年涌水量、煤礦奧灰水位、百咀紅村奧灰水位變化曲線圖

3 擴采工程對鵬山水源地水質影響

鵬山水源地二級保護區(qū)與井田重合區(qū)域面積僅為1.04km2，位于水源地下游趙家泉村附近(圖1)，同時由于擴采區(qū)進行深部采礦，煤礦供排水、煤礦運輸均在利用原來礦區(qū)的設施，工業(yè)場地、矸石堆等污染區(qū)域，與水源地隸屬不同的地貌單元(圖6)。這些污染區(qū)域不處于鵬山水源地的補給區(qū)，不在水源的二級保護區(qū)內，因此煤礦開采對地下水水質影響小。

圖6 擴采范圍與主要敏感度相對位置圖

同時潘西煤礦已建污水處理廠2處，礦坑水基本上都回收利用，處理后的水大部分為中水，中水供萊鋼和礦區(qū)生產(chǎn)用，基本實現(xiàn)了綜合利用。運往萊鋼的管線主要從出水口往東南方向走，遠離水源地的保護區(qū)、補給區(qū)，事故狀態(tài)下不會對水源地水質產(chǎn)生影響。因此擴采區(qū)運行后對水源地地下水水質無影響。

4 結論及建議

從地貌單元來看，擴采區(qū)與鵬山水源地之間存在崖下山—王子山分水嶺；從水文地質單元來看，多年水位動態(tài)曲線有力地證明了煤礦巖溶水水文地質單元和鵬山水源地水文地質單元無水力聯(lián)系。同時煤礦供排水、煤礦運輸均使用原礦區(qū)的設施，工業(yè)場地、矸石堆等可能對地下水造成污染的區(qū)域，與水源地隸屬不同的小流域。因此，正常情況下潘西煤礦擴界開采對水源地影響較小。

同時需要指出的是，雖然依據(jù)地質資料得出以上結論，但是有許多礦區(qū)小構造是勘探階段難以查明的，這些構造可能具有導水的意義。在礦井生產(chǎn)建設期間，應當加強水文地質工作，建議對礦區(qū)地下水和鵬山水源地之間進行水位、水質方面聯(lián)合觀測，一旦兩者出現(xiàn)較強的同步性，應立即停止開采，并查明原因。

[1] 江鴻雁.萊蕪市城市飲用水水源地環(huán)境保護[D].湖南：湖南大學,2008.

[2] 劉書鋒,高繼雷,喬增寶,等.山東萊蕪煤田潘西煤礦深部煤層特征及賦煤規(guī)律淺析[J].山東國土資源,2013,29(7):38-41.

[3] 常允新,王振濤,溫永泉,等.萊蕪市礦山排水對地質環(huán)境的影響分析[J].山東國土資源,2007,23(6-7):33-35.

[4] 張利生,朱國榮.鵬山水源地開采條件下的含水層固結模型[J].巖土力學,2005,26(7):1141-1147.

[5] 袁同星,杜振川.萊蕪礦區(qū)構造特征[J].河北建筑科技學院學報,2000,17(1):57-61.

Analysis on the Effect of Mining to Pengshan Water Source

GAO Feng1，YU Dejie1，ZHANG Xianyao2，DONG Qiang1

(1. Shandong Monitoring Center of Geological Environment, Shandong Jinan 250014, China；2. Laiwu Bureau of Land and Resources, Shandong Laiwu 271100, China)

Pengshan water source exploited loose rock pore water and fissure karst water. It is an important source of drinking water in Laiwu city. Expanding mining in Panxi coal mine may affect water supply. Through analysis on groundwater recharge, runoff and discharge conditions and hydrogeological boundary, based on the observations of groundwater dynamic data, it is regarded that water source and expanding mining area are in different hydrogeological units and geomorphic units. Expanding mining in Panxi coal mine has little effect to water source.

Expanding mining; flow field; water quality; hydrogeological units; Pengshan water sources; Laicheng district in Laiwu city

2015-12-23；

2016-01-20；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

資金項目：大型礦產(chǎn)資源基地地質環(huán)境調查與影響評價項目，任務書編號：水[2014]02-023-012

高峰(1982—)，男，山東臨沂人，工程師，主要從事地質災害勘察及水文地質調查方面工作；E-mail：gaofeng2258@163.com

X824.03

B

高峰，于德杰，張憲堯，等.礦山開采對鵬山水源地影響分析[J].山東國土資源，2016,32(9)：43-47.GAO Feng，YU Dejie，ZHANG Xianyao，etc.Analysis on the Effect of Mining to Pengshan Water Source[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(9)：43-47.