柳林县煤炭开采对水资源的影响及对策

张瑞莲

（柳林县行政审批服务管理局，山西 柳林 033300）

煤炭资源与水资源是一个共生共存的复杂系统，柳林县也不例外。柳林县煤炭资源的开采带动了全县经济的飞速发展，从而也使得煤炭开采区域水资源问题日益严峻。正确处理经济社会发展与生态文明建设、煤炭资源开发与水资源保护的矛盾，显得格外重要。

1 基本情况

柳林县区域地质，位于鄂尔多斯复向斜含煤地质建造的东翼，总体上为单斜构造，在单斜构造上又分布有次一级规模不等的褶皱和断裂。大部分被第三系和第四系中、上更新统及全新统地层覆盖。由东至西出露地层有元古界、古生界奥陶系碳酸盐岩、石炭系碎屑岩及碳酸盐岩，二叠系、三叠系碎屑岩，以及新生界第三系第四系的风积、冲洪积物。地下水总体上可分为三大类，上覆黄土层孔隙水，下伏为碎屑岩含煤地层裂隙水，深部为奥陶系岩溶水，属柳林泉域。岩溶水以泉群形式排泄，柳林泉出露标高790～803 m，实测泉群天然流量2.204 m3/s。

离柳矿区位于山西省中西部，黄河东岸，吕梁山西侧，鄂尔多斯复向斜含煤建造的东翼，行政区划属吕梁市。矿区呈南北狭长形分布，由北向南跨越吕梁市所属临县、方山县、柳林县、离石区、中阳县和兴县，矿区南北长182 km，东西最宽55 km，含煤面积约3 434 km2。2010 年国家发改委批复了《山西省晋中煤炭基地离柳矿区总体规划》（发改能源［2010］223 号）。

柳林县位于离柳矿区腹地，煤炭资源储量丰富，具有分布广、储量大、煤种全、煤质好，构造简单、易采易选，开采历史悠久等特点，煤炭资源储量的大部分是经济价值很高的低硫、低灰主焦煤。2019 年全县常驻总人口34.61 万人，行政辖区总面积1 278 km2。东部为变质岩和石灰岩裸露区，面积320 km2；中西部为煤炭资源分布区，含煤面积958 km2，占全县国土面积的75%。

现状开采区集中分布于县域中部地区，属于离柳矿区“三交详查区”,开采区面积达405 km2，占全县国土面积的32%，累计探明储量14.36 亿t。实有生产矿井25 对，批采井田面积352 km2，批准生产能力3 455 万 t，实际原煤总产量达到 3 201 万 t。

2 煤矿开采对水资源影响机理分析

煤矿开采前各含水层与上覆含水层及下伏含水层之间，均有一定厚度的隔水层相隔，水力联系微弱，彼此间水位存在一定差异。井田内含水层地下水的运动一般以层间径流为主，在构造裂隙部位才有可能与其它含水层发生水力联系。

煤矿开采过程中，首先使煤系地层含水层的地下水排泄，由原来天然的地层沿倾向方向径流排泄，转变为以矿井疏干水—人工排泄为主。开采后形成以矿井为中心的降落漏斗，破坏了地下水循环体系，导致水均衡失调，改变了矿区地下水天然的补给、径流、排泄条件。当一个煤层开采后，其上部岩层移动时，如果裂隙带达到地表，就会使地表水与井下连通，小泉小水漏失，地表基流断流和下渗进入矿井。如果裂隙带达不到地表，但达到了煤系地层中某一含水层，就会使该含水层变形性破坏，改变其径流特征，使含水层中的裂隙水涌入井下，形成矿坑水，造成地下水含水层不可逆性破坏。

带压开采区煤层开采后，上覆裂隙水和下伏岩溶水的水动力条件将发生逆转，导致岩溶水补给减少，排泄增加，若出现岩溶突水，那将是更为严重的破坏性后果。

3 柳林县煤矿开采对水资源影响特征分析

通过对全县煤矿开采及矿坑排水情况的调查统计，分析煤矿开采对水资源的影响特征如下：

3.1 从煤层开采对水资源的影响烈度看，浅埋区大于深埋区

20 世纪后20 年，全县煤炭开采集中在煤层浅埋区，机械化能力低，平均原煤年产量850 万t。采区分布在煤田的边角，以及地质条件复杂、开采条件较差、老窑破坏和老窑积水严重的地段。开采区域地下水循环积极，富水性较好，平均年排水量275 万m3，含水系数相对较高，平均含水系数0.32，尽管采区靠近柳林泉域岩溶水阻溢出流区域，但开采对地下水破坏面积、影响深度和破坏强度相对较小。

进入21 世纪，煤炭资源得到大规模开发，井田面积扩大，开采区域向西延伸，开采深度增加（如沙曲矿一矿，上组煤煤层最大埋深约767 m，下组煤煤层最大埋深约820 m）；经过兼并重组整合，开采能力大幅度提升，该阶段2011—2019 年原煤产量平均增加到 3 318 万t，矿坑水年排水量增加到740 万m3，折算平均含水系数为0.22。见下表1 所示。

表1 柳林县原煤产量与矿坑排水量统计表

3.2 柳林县所在三交勘探区，煤田含水系数从东到西，从浅埋区到深埋区，由煤田边缘向煤田中部逐渐减小

位于煤田的东边缘地带开采上组煤的矿井，含水系数一般大于0.3，向中部逐渐减小，向西至含煤向斜中部含水系数减小到0.2 以下；另外，处于东部浅埋区的13 对矿井，平均排水系数0.31，处于中西部深埋区的12 对矿井平均排水系数为0.16，煤田含水系数分布见图2。

这种排水系数的分布特点，与所在区域岩溶水（柳林泉域）的主径流带及富水性分区明显具有一致性，可见矿坑排水对下伏岩溶地下水的影响必然存在。

3.3 煤矿矿坑排水属于疏干性排水，对地下水系统的影响是不可逆的

图2 煤田含水系数等值线图

柳林县煤矿开采及矿坑排水，使得开采区域内裂隙水位普遍下降100 m 以上，个别矿井如沙曲一矿开采区下降高达300 m 以上。而排水的结果最终使裂隙水位下降到最低开采标高。导致区域地下水的水文地质环境条件、地下水补给径流排泄条件、地下水含水层的储水结构和含水层系统的永久性破坏，而这种破坏是不可逆转的。

3.4 煤矿带压开采对柳林泉域岩溶水的影响不可低估

柳林煤炭开采区全部位于柳林泉域范围，95%以上的煤层属于带压开采，但由于其地质条件相对简单，矿井水文地质条件多属于简单型，目前尚未发现有岩溶突水的现象。但位于聚财塔地堑两侧的华晋焦煤沙曲一矿、山西柳林煤矿、山西宏盛聚德煤矿的开采，必须引起高度重视，尚不能排除有下伏柳林泉域岩溶水越流进入矿井的可能性。

3.5 煤矿开采对地表水的影响十分明显

在矿区内的河道上游地区，河流一般有基流，进入矿区，河道基流和河谷孔隙地下水全部漏失，如向西直接入黄河的贺龙沟、孟门沟、小河沟、地龙堡沟、马塔沟和曹冯王家沟等，原始沟道，沟沟有清水，现状则基流大幅度衰减或基本断流。根据调查统计和测算，2019 年矿坑排水量达到 20 284 m3/d（0.233 m3/s）,这部分水量绝大部分消耗的是河川基流。

3.6 土地塌陷，采煤漏水首当其冲

根据水利和煤炭部门统计，柳林县煤炭开采区内有村庄222 个，涉及农村人口约10.29 万人，900 头大牲畜。采煤区农村多位于低山丘陵地带，黄土冲沟及水系发育。裂隙地下水多以裂隙小泉小水的形式排入沟谷。煤炭开采必将使得广大农村赖以生存的生活水源漏失，土地塌陷，农村的基本生产、生活条件及水资源环境受到严重的破坏，不得不打深井开采岩溶水，更加重了地下水的开采负荷，给柳林泉域岩溶地下水的保护造成了更大的困难。

3.7 煤矸石治理任重道远

截至2019 年，全县煤矸石堆存量累计4 000 万t以上，并以每年约300 万t 的速度增加。煤矸石的大量堆存，不仅占用土地，淤塞沟道，而且受降水淋滤后污染地表水和地下水环境。

3.8 矿坑排水处理利用尚有潜力

2019 年矿坑排水量达到20 284 m3/d，实际处理回用量16 000 m3/d，尚有约20%的矿坑水未得到有效回用，无形中形成水资源的污染和浪费。尤其是未配套坑口洗煤厂的矿井，矿区职工生活污水的处理利用方向、方式、回用水量水质问题尤为突出，也是水环境治理与保护的重点所在。

4 治理保护措施

第一，稀有煤种“4 号优质主焦煤”应强化保护性开采，扭转“有水快流”急功近利的传统思维模式，杜绝“疏干排水”等错误的开采方式。

第二，探索煤炭开采中，采区接替方式技术革命。将“由近及远，由上而下”的开采接替方式改为“由远及近，由低到高，由下山及上山”，在保证矿山整体经济效益不变的前提下，可大量减少矿坑水的排放量，减少地下水系统的疏干破坏。

第三，牢固树立和坚决贯彻“绿水青山就是就是金山银山”和“黄河流域高质量发展”的理念，正确处理煤炭经济发展与水资源保护的关系，对于柳林泉域重点保护区、“含水系数”大于0.6 的矿井和带压系数大于0.1 的区域，坚决退出开采。

第四，加强监督管理，严格按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》规定，留设保护煤柱。主要包括：村庄、矿界、大巷、工业场地、井筒、道路及耕地等主要设施。对于地表塌陷所形成的裂缝，及时组织人员用黄土充填并夯实，恢复到可安全使用的程度。及时开展沉陷区的治理工作，按采空一片，治理一片，修复一片的顺序，对沉陷区进行土地复垦和生态综合治理。建立、健全地表塌陷观测站，积累资料，总结经验，为地表塌陷治理提供科学依据。

第五，以柳林泉域水资源保护和三川河“抖气河”景区水生态保护为主线，科学规划全县煤炭经济与水资源保护，强化矿区生态修复与治理，实现人与自然和谐共存，经济社会可持续发展，再现柳林“小北京”经济繁荣，生态良好的和谐景象。

第六，加快替代水源建设步伐，按照山西省以及柳林县大水网和小水网建设规划，2025 年前完成横泉水库地表水供水工程、山西大水网中部引黄柳林县供水工程建设，形成供水能力，为矿区发展用水、矿区农村生活饮用水和替代岩溶地下水开采奠定良好的水源基础条件。

第七，加强对煤炭建设项目的监督管理，依法落实取水许可与水资源论证制度，严格泉域水环境影响评价制度，严格水土保持方案的编制与实施，防洪影响评价与工程措施的监督实施，企业节水评价制度的监督实施，将煤炭开采对水资源的影响降低到最小程度。

5 结语

水是生态之基，治水是生态文明建设的重要组成部分。当代水利人应当践行习近平总书记“从改变自然、征服自然转向调整人的行为、纠正人的错误行为”等生态文明思想，将新时代治水思想贯穿到治水全过程。