我国大型煤炭基地区域含水层保护战略研究——中国煤炭地质总局第一水文地质队成果展示

2013-04-27

“我国大型煤炭基地区域含水层保护战略研究”项目隶属“全国地下水资源及其环境问题调查评价“计划项目，总体目标任务是对国家十三个大型煤炭基地进行调研，了解煤矿开采和含水层破坏现状以及矿井新建、扩建、技改后发展趋势，分析规划矿区采矿和含水层保护方面存在的问题，提出区域含水层保护战略对策建议以及开展大型能源基地1:5万水文地质调查工作部署建议。该项目由中国煤炭地质总局水文地质局第一水文地质队承担，主要完成人包括：傅耀军、翟立娟、马秀芬、唐燕波、李七明、李俊友、方向清、梁永平、杨光辉、任虎俊、华解明等。

根据总体目标任务和设计书要求，项目组历时两年对国家13个大型煤炭基地99个规划区进行了调查，总面积28.71万平方公里，收集各类报告300多份，图件420多张以及大量的其他相关资料，采集了矿井水样二十余个并进行了化验分析，并对煤矿开采引起的破坏现状进行照相。编制了总体报告1份，分区报告6个，专题报告2个，附图44张。

该项目首次对我国13个（含新疆和青海）大型煤炭基地水文地质特征进行了系统研究，并首次划分了煤炭基地水文地质类型和区域含水层破坏模式。为煤炭基地水资源保护、煤炭生产安全及煤炭发展规划提供了重要依据，为我国煤炭能源可持续发展做出了重要贡献。

一、了解了大型煤炭基地资源及开发现状

神东、陕北煤炭基地未利用煤炭资源均超过千亿吨，晋北煤炭基地860.67亿吨，位居前三位，其次是云贵煤炭基地722.58亿吨、晋中煤炭基地657.30亿吨、蒙东（东北）煤炭基地603.54亿吨、晋东煤炭基地337.29亿吨、鲁西煤炭基地最少为7.83亿吨，其它煤炭基地在80～250亿吨之间；神东、云贵、晋中煤炭基地预测1500m以浅煤炭资源量均超过千亿吨，位居前三位，其次是陕北煤炭基地751.17亿吨、晋东煤炭基地532.79亿吨、宁东煤炭基地377.70亿吨，其它煤炭基地为170～270亿吨之间。

鲁西、两淮煤炭基地开采利用程度较高，分别为90%、70%，其次是冀中、河南、晋东煤炭基地，均为42%；陕北煤炭基地开采利用程度最低，为3%；其它煤炭基地开采利用程度在10%～30%之间，开采利用程度较低。

二、划分了煤炭基地规划矿区水文地质类型

依据成煤时代、充水水源类型、充水方式及充水途径四个因素，划分了煤炭基地规划矿区水文地质类型。以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别表示开采石炭系、二叠系、侏罗系、第三系煤层，A、B、C、D、E、F分别表示充水水源为岩溶水、孔隙水、裂隙水、岩溶-孔隙水、岩溶-裂隙水及裂隙-孔隙水，1、2分别表示顶板充水型和底板充水型，a、b分别表示直接充水和间接充水。晋冀鲁豫皖煤炭规划矿区主要发育石炭–二叠系煤层，水文地质类型以ⅡC1a、ⅡB1b、ⅡA2b、ⅠE1a、ⅠA2b为主；鄂尔多斯周边煤炭规划矿区大部分发育侏罗系煤层，局部地段为石炭–二叠系煤层，水文地质类型以ⅢB1b、ⅢC1a、ⅢF1a为主，局部ⅡC1a、ⅡB1b、ⅠC1a、ⅠA2b，露天采区水文地质类型为ⅠF1a、ⅡF1a；蒙东（东北）及新疆（青海）煤田主要发育侏罗系煤层，水文地质类型为ⅢC1a、ⅢB1b、ⅢF1a，蒙东（东北）煤炭基地局部发育第三系煤层和石炭二叠系煤层，其水文地质类型为ⅣC1a、ⅣB1b、ⅣF1a、ⅡC1a、ⅡB1b、ⅠE1a、ⅠA2b；云贵（川）煤炭基地规划矿区主要发育二叠系煤层，煤层上、下均为岩溶含水层、裂隙含水层，水文地质类型为ⅡA1b、ⅡC1a、ⅡC2a、ⅡA2b，小龙潭矿区及昭通矿区发育第三系煤层，露天开采，其水文地质类型为ⅣB1b、ⅣC1a、ⅣA2b。

三、划分了煤炭基地规划矿区含水层破坏模式及破坏程度

1．区域含水层破坏模式

以煤层开采破坏地下水类型为依据，将含水层破坏模式划分为三大类，即破坏孔隙水、裂隙水类型区，以破坏岩溶水为主类型区，破坏孔隙水、裂隙水、岩溶水类型区。

破坏孔隙水、裂隙水类型区以煤炭开采方式、煤层距含水层距离、煤层距地表距离、含水层富水性为依据划分亚类。以破坏岩溶水为主类型区以开采煤层、充水方式、破坏途径为依据划分亚类。破坏孔隙水、裂隙水、岩溶水类型区以开采煤层、充水方式、破坏地下水类型为依据划分亚类。依据含水层破坏模式的划分方法，区域含水层破坏模式划分三大类型区、十三个亚区（含水层破坏模式）。山西省、冀鲁豫皖及云贵川规划矿区主要为以破坏岩溶水为主类型区，山西省开采上组煤为间接影响岩溶水，开采下组煤直接破坏岩溶水，冀鲁豫皖开采上下组煤均直接破坏岩溶水。鄂尔多斯、蒙东及新疆规划矿区均以破坏孔隙水、裂隙水类型区为主。

2．区域含水层破坏程度

依据含水层破坏模式、含水层富水性、构造发育程度、煤层底板隔水层厚度等破坏因素进行复合叠加，进行了含水层破坏程度分区评价，划分为破坏严重区、破坏较严重区、破坏中等区和破坏较轻区4级。

山西省煤炭规划矿区位于华北型煤田内，以开采石炭二叠系煤层为主，各规划矿区位于岩溶泉域范围内，含水层破坏模式为以破坏岩溶水为主类型区。各泉流量均大于0.05m³/s，最大达13.92m³/s，岩溶水丰富。规划矿区构造较发育，煤层底板隔水层厚度薄～中等，构造较发育，破坏程度为中等、较严重及严重。

冀鲁豫皖煤炭规划矿区位于华北型煤田内，以开采石炭二叠系煤层为主，各规划矿区均位于岩溶泉域范围内，含水层破坏模式主要是以破坏岩溶水为主类型区。位于太行山东麓的冀中煤炭基地，以及河南煤炭基地、鲁西煤炭基地大部分矿区属于大水矿区，岩溶水含水量富水性强或极强，煤层底板隔水层厚度薄～中等，煤层带压高度大，水头压力大，构造较发育。含水层破坏程度多数为较严重～严重。

鄂尔多斯盆地周边煤炭规划矿区大部分矿区位于侏罗系煤田，仅盆地东南部规划矿区位于渭北煤田。含水层破坏模式以破坏孔隙水、裂隙水类型区为主，局部是以破坏岩溶水为主类型区。在侏罗系煤层埋藏浅、白垩系砂层裂隙水富水性较好、分布有萨拉乌苏组含水层、供水目标区的地段，以及露天开采和开采石炭二叠系煤直接破坏底板岩溶水的矿区，含水层破坏程度为中等及较严重。。

内蒙（东北）煤炭基地规划矿区以开采侏罗系煤层为主，含水层破坏模式为破坏孔隙水、裂隙水类型区。内蒙古东北部规划矿区煤种以褐煤为主，煤系含水层和松散孔隙含水层富水性强，煤层埋藏较浅，各规划矿区均有露天采区，含水层破坏程度为中等～严重。辽宁省和黑龙江省规划矿区大部分矿区煤层埋藏较深，煤系含水层由上往下富水性逐渐弱，松散孔隙含水层富水性强，含水层破坏程度以中等为主，局部地段破坏严重。

云贵（川）煤炭基地规划矿区以开采二叠系煤层为主，局部开采第三系煤层，含水层破坏模式属于以破坏岩溶水为主类型区。煤层上覆长兴组灰岩岩溶含水层、永宁镇组灰岩岩溶含水层，富水性中等，煤层下伏二叠系矛口组灰岩强含水层，大部分地段灰岩水位高于煤层。大部分矿区隔水层厚度较厚，含水层破坏较轻，局部隔水层厚度薄～中等，含水层破坏严重。

新疆及青海各煤田以开采侏罗系数煤层为主，含水层破坏模式为破坏孔隙水、裂隙水类型区。多数地段富水性弱，含水层破坏较轻，局部富水性较好的地段，含水层破坏程度为中等，局部露天开采地段，含水层破坏严重。

四、对规划矿区含水层破坏现状进行了评价

对国家十三个煤炭基地99个规划矿区进行了含水层破坏现状调查。冀鲁豫皖煤炭规划矿区吨煤排水系数为10左右，排水量大，对岩溶含水层破坏严重；鄂尔多斯盆地周边煤炭规划矿区吨煤排水系数多数在0.16～0.67之间，排水量小，但是主要破坏的是萨拉乌素组和白垩系这两层当地重要的供水含水层，而且存在生态环境问题；云贵（川）煤炭基地规划矿区吨煤排水系数为0.9，排水量中等；内蒙（东北）煤炭基地，内蒙古东北部规划矿区吨煤排水系数小于0.6，排水量小；辽宁省、黑龙江省大部分规划矿区吨煤排水系数在0.62～1.0之间，排水量中等，局部达1.82。

五、以典型矿区为例分析研究了含水层破坏情况

以准格尔矿区罐子沟煤矿、平朔矿区三号井工矿、宝日希勒矿区谢尔塔露天煤矿为例分析研究了煤层开采对顶板含水层的破坏，以霍州矿区、潞安矿区、峰峰矿区、平项山矿区为例分析研究了煤层开采对底板奥灰含水层的破坏。

六、分析研究了各煤炭基地含水层保护存在的部题，并提出了保护措施建议。

七、针对各煤炭基地存在的水文地质问题，部署重要能源基地水文地质调查项目

依据煤矿床水文地质特征、区域含水层破坏模式、矿区与岩溶水系统相结合、矿区煤炭资源开采利用程度以及国家煤炭发展规划等为工作部署原则，水文地质调查项目重点布置在目前主要煤炭生产基地、国家重点规划矿区、煤炭资源丰富发展前景较好的矿区、采煤破坏含水层较严重的矿区、严重缺水的规划矿区。“十二五”期间共部署1:10万岩溶地下水系统水文地质调查区25个，1:5万水文地质调查规划矿区23个。

八、开展了专题研究

1．煤炭开采对北方典型岩溶大泉影响进行了专题研究。针对华北煤炭基地“煤水共存”的特点，进行了采煤对北方岩溶水系统的水量、水质、环境的影响评价。

2．对煤炭基地含水层保护调查评价技术方法进行了专题研究。依据煤炭基地水文地质调查特点，提出了煤炭基地含水层保护调查内容，分析研究了含水层保护调查方法；依据煤炭基地含水层影响因素，分析研究了影响因素单项评价和区域含水层破坏现状综合评价方法，并确定了区域含水层影响趋势预测评价方法。