我國煤礦區水文地質(zhì)勘查與環(huán)境地質(zhì)評價(jià)現狀及發(fā)展趨勢

  1  引言

 

  我國煤炭資源總量位居世界第二, 產(chǎn)量位居世界第一, 在我國一次性能源消費比例中, 煤炭占70 %以上。隨著(zhù)國民經(jīng)濟的持續快速發(fā)展, 近年來(lái),煤炭勘探和開(kāi)采進(jìn)入高位運行。值此我國國民經(jīng)濟建設跨入“十一五”規劃期間, 對我國煤礦區水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)勘查和評價(jià)現狀及存在問(wèn)題作一分析、總結, 并對其專(zhuān)業(yè)發(fā)展趨勢進(jìn)行論述, 以便于進(jìn)一步認識我國煤田水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)工作的重要性和緊迫性, 也有利于了解煤田水文地質(zhì)工作的需求和發(fā)展方向。

 

  2  煤礦區水文地質(zhì)勘查現狀

 

  2 .1  我國主要煤炭基地水文地質(zhì)勘查及供需水現狀2 .1 .1  神東煤炭基地

 

  東勝礦區 包括內蒙東勝北部區和東勝南部區。規劃生產(chǎn)能力6 000萬(wàn)t a , 礦區規劃用水量23 .25 萬(wàn)m3 a 。該區地處沙漠邊緣, 丘陵地貌, 地下水資源貧乏, 生態(tài)環(huán)境脆弱。中國煤炭地質(zhì)總局第二水文地質(zhì)隊和水文物測隊于20 世紀80 年代末在該區進(jìn)行了水文地質(zhì)普查, 現缺水5 .0 萬(wàn)m3 d 。根據煤炭工業(yè)發(fā)展規劃, 急需開(kāi)展水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)工作。

 

  準格爾礦區 礦區含煤面積878 .8 km2 ;探明各級煤炭?jì)α?64 .55 億t ;一期規劃目標年產(chǎn)15 Mt ,二期為40 Mt 。按礦區發(fā)展規劃, 一、二期總用水量分別為9 .23 萬(wàn)m3 d 和20 .04 萬(wàn)m3 d 。中國煤炭地質(zhì)總局第二水文地質(zhì)隊于20 世紀80 年代后期曾在該區進(jìn)行長(cháng)達數年的供水水文地質(zhì)勘查。取用水文二隊勘探的陳家溝和唐公塔水源地的巖溶地下水,開(kāi)采量分別為4 .1 萬(wàn)m3 d 和3 .4 萬(wàn)m3 d , 現缺水3 .64 萬(wàn)m3 d 。隨著(zhù)煤炭工業(yè)的發(fā)展, 缺水矛盾將會(huì )更為突出。

 

  新民礦區 該區含水層主要為中生界碎屑巖裂隙潛水及承壓水, 富水性差, 局部地段稍好, 水資源勘探程度極低, 水資源不清。隨著(zhù)煤炭工業(yè)的發(fā)展,水的供需矛盾將會(huì )凸現, 應及時(shí)開(kāi)展水文地質(zhì)普查工作。

 

  2 .1 .2  陜北煤炭基地

 

  榆神礦區 設計生產(chǎn)能力83 .3 Mt a ;需水量39 .98 萬(wàn)m3 d ;總缺水量約4 .13 萬(wàn)m3 d 。該區生態(tài)環(huán)境脆弱, 水文地質(zhì)工作程度低。第四系主要含水層易受下伏煤層開(kāi)采破壞, 保水采煤?jiǎn)?wèn)題嚴重。主要環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題有土地沙化、地下水位下降及采煤引發(fā)的地面塌陷、地裂縫等。中國煤炭地質(zhì)總局于20 世紀90 年代末曾組織開(kāi)展了專(zhuān)項課題研究。

 

  榆橫礦區 為陜北煤炭基地規劃區, 尚未進(jìn)行

 

  過(guò)專(zhuān)門(mén)的水文地質(zhì)勘查工作, 為煤炭工業(yè)可持續發(fā)展需要, 應及時(shí)開(kāi)展煤田水文地質(zhì)勘查工作。

 

  2 .1 .3  陜西黃陵煤炭基地

 

  黃陵礦區 礦區東部煤田勘查程度較高。黃陵縣城西部尚有數百km2 未進(jìn)行煤田地質(zhì)、水文地質(zhì)勘查工作, 具有較大的找煤與找水潛力。找水方向主要為白堊系洛河組裂隙孔隙水含水層。由于長(cháng)期治理投入不足, 誘發(fā)了多期較大規模的地面塌陷和地裂縫等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。

 

  彬長(cháng)礦區 處于建設規劃階段。煤礦開(kāi)發(fā)尚未建配套供水工程。據以往資料研究, 區內具供水意義的主要含水層為白堊系下統裂隙孔隙含水巖組。

 

  礦區西北部, 白堊系下統含水層埋藏淺, 富水性較強, 水質(zhì)好, 呈自流狀態(tài)。

 

  銅川礦區 分銅川、焦坪兩部分開(kāi)采。2003 —2010 年期間計劃新建礦井5 處, 新增生產(chǎn)能力580萬(wàn)t a ;改擴建礦井6 個(gè), 增加生產(chǎn)能力370 萬(wàn)t a 。

 

  主要含水層為白堊系下統裂隙孔隙含水層。目前需(缺)水量約3 .1 萬(wàn)m3 d 。主要環(huán)境問(wèn)題有空氣污染、廢水污染和采空區引起的地表沉陷、滑坡等。

 

  2 .1 .4  晉北煤炭基地

 

  大同礦區 為北方嚴重缺水礦區之一。中國煤炭地質(zhì)總局第三水文地質(zhì)隊曾于20 世紀90 年代初在該區口泉溝南進(jìn)行過(guò)專(zhuān)門(mén)供水水文地質(zhì)勘查, 進(jìn)一步找水方向可在開(kāi)發(fā)口泉溝南巖溶水的基礎上,開(kāi)展礦區西部巖溶地下水補給、徑流條件勘查, 以進(jìn)一步查明水文地質(zhì)條件和評價(jià)地下水資源量。

 

  2 .1 .5  晉中煤炭基地

 

  霍州礦區 礦區西部7 對礦井, 總設計能力650萬(wàn)t a , 急需生產(chǎn)生活用水3 .0 萬(wàn)m3 d 。1999 年曾作為國家計劃Ⅱ類(lèi)地勘項目, 由中國煤炭地質(zhì)總局第四水文地質(zhì)隊承擔水文地質(zhì)供水勘查。離石、柳林礦區屬晉中煤炭基地新建礦區。20 世紀90 年代初山西煤田地質(zhì)局229 隊曾在該區開(kāi)展過(guò)區域水文地質(zhì)勘查工作。為適應煤炭工業(yè)發(fā)展需要, 保證煤炭工業(yè)可持續發(fā)展, 需進(jìn)一步開(kāi)展水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘查工作。

 

  鄉寧礦區 煤炭資源豐富, 屬新開(kāi)發(fā)礦區。20世紀80 年代末, 中國煤炭地質(zhì)總局第四水文地質(zhì)隊曾在該區河底———黑龍關(guān)一帶開(kāi)展過(guò)水文地質(zhì)普查工作。隨著(zhù)煤炭工業(yè)建設的發(fā)展, 急需進(jìn)一步做好水文地質(zhì)勘查和水資源及環(huán)境評價(jià)工作。

 

  2 .1 .6  晉東煤炭基地

 

  沁源礦區 沁源煤田沁安礦區是山西省優(yōu)質(zhì)煤炭重要接替區, 設計年產(chǎn)原煤3 .3 Mt , 需水量2 .5 萬(wàn)m3 d , 供水目的層為奧陶系灰巖。中國煤炭地質(zhì)總局第四水文地質(zhì)隊曾于2001 —2002 年在當地開(kāi)展水文地質(zhì)普查工作, 根據煤炭工業(yè)發(fā)展形勢, 急需開(kāi)展水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)工作。

 

  陽(yáng)泉礦區 陽(yáng)泉礦區的壽陽(yáng)北區, 年產(chǎn)煤炭600 萬(wàn)t a , 需水量1 .7 萬(wàn)m3 d , 供水目的層為深部奧陶系灰巖含水層。中國煤炭地質(zhì)總局第三水文地質(zhì)隊曾于20 世紀末在該區開(kāi)展水文地質(zhì)普查。隨著(zhù)煤炭深部開(kāi)拓延伸, 礦井水文地質(zhì)問(wèn)題凸顯, 現正開(kāi)展礦井水文地質(zhì)勘查工作。

 

  潞安礦區 20 世紀80 年代和90 年代, 中國煤炭地質(zhì)總局第一水文地質(zhì)隊曾在礦區開(kāi)展過(guò)水文地質(zhì)勘查工作。目前礦區南部新建和規劃礦井水源尚未解決, 北部發(fā)展需要增加需水量。本著(zhù)就近供水原則, 應進(jìn)行進(jìn)一步水文地質(zhì)勘查工作, 找出富水地段, 解決礦區發(fā)展的用水問(wèn)題。

 

  晉城新礦區 20 世紀80 年代, 中國煤炭地質(zhì)總局水文物測隊和山西煤田地質(zhì)局229 隊曾分別在該區進(jìn)行了區域水文地質(zhì)勘查工作。目前, 晉城新礦區的五龍溝、湟川、成莊礦正在建設中, 但供水問(wèn)題并未最終解決。根據礦井建設進(jìn)度, 應進(jìn)一步開(kāi)展水文地質(zhì)勘查工作。

 

  2 .1 .7  魯西煤炭基地

 

  巨野礦區 包括巨野煤田和梁寶寺煤田, 為山東省重要煤炭接替區, 資源前景好, 開(kāi)發(fā)潛力較大。

 

  各礦井正在建設和擬建中。除了梁寶寺煤田已有中國煤炭地質(zhì)總局第一水文地質(zhì)隊于20 世紀末提交的供水水文地質(zhì)普查報告外, 巨野煤田尚未進(jìn)行專(zhuān)門(mén)水文地質(zhì)勘查, 水源問(wèn)題一直未解決。因當地淺層地下水硬度大, 巖溶地下水埋藏深, 找水難度較大, 急需開(kāi)展煤田供水水文地質(zhì)工作。

 

  2 .1 .8  河南煤炭基地

 

  包括義馬、鶴壁、焦作、平頂山、鄭州和登封等煤礦區。既有焦作這樣的巖溶大水礦區, 又有義馬這樣的缺水礦區。20 世紀80 年代和90 年代, 中國煤炭地質(zhì)總局第三、第四水文地質(zhì)隊曾分別在上述礦區進(jìn)行過(guò)水文地質(zhì)勘查工作。目前據調查, 僅義馬礦區尚缺水3 .87 萬(wàn)m3 d 。

 

  據不完全統計, 各大煤炭基地總需(缺)水量約118 萬(wàn)m3 d(其中, 云貴、內蒙古東北煤炭基地因資料缺乏, 未作統計)。

 

  2 .2  我國煤礦區水文地質(zhì)勘查的主要問(wèn)題

 

  上述工作大多是在20 世紀80 年代和90 年代進(jìn)行的水文地質(zhì)勘查工作, 且大多數屬于礦區供水水文地質(zhì)勘查, 礦區環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題尚未重視。進(jìn)入新世紀以來(lái), “西部水荒, 東部水害”和礦區環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題仍然是影響我國煤炭工業(yè)健康穩定持續發(fā)展的主要問(wèn)題, 也是煤田水文地質(zhì)工作的主要課題。

 

  2 .2 .1  水文地質(zhì)勘查工作滯后

 

  占我國煤炭資源90 %的北方地區, 地下水資源量?jì)H占全國的30 %, 煤炭資源量占全國總量68 %的晉、陜、蒙、寧四省(區), 地下水資源量?jì)H占全國的6 .87 %。由于種種原因, 自20 世紀90 年代中期以后, 煤礦區專(zhuān)門(mén)水文地質(zhì)工作基本中止。水文地質(zhì)勘查工作的嚴重滯后及研究程度相對較低, 已成為制約這些地區煤炭開(kāi)發(fā)及經(jīng)濟發(fā)展的突出問(wèn)題。

 

  2 .2 .2  礦井水害威脅

 

  我國中、東部煤礦區大都是石炭—二疊紀含煤地層, 上覆第四系巨厚松散層含水層, 下伏富水性極強的奧陶系灰巖含水層。據不完全統計, 僅我國東部煤田就有50 多億t 煤炭?jì)α渴堋巴凰蓖{, 難以開(kāi)采。隨著(zhù)礦井開(kāi)采深度的增加, 水害事故頻繁發(fā)生, 僅2005 年全國煤礦已發(fā)生7 起以上特大透水事故, 給國家和人民帶來(lái)了巨大的生命、財產(chǎn)損失。另外, 由于煤礦開(kāi)采歷史較長(cháng)以及小煤窯的無(wú)序開(kāi)采,老窯積水已成為不容忽視的突水水源。

 

  2 .2 .3  礦區水環(huán)境問(wèn)題

 

  煤礦區由于生產(chǎn)生活用水的提取和井下排水,使得礦區水文地質(zhì)環(huán)境發(fā)生較大的變化。地下水位大幅度下降, 淺層含水層被疏干, 以及由于采礦和抽水引起地面塌陷等, 更使得原本干旱缺水的煤礦區“雪上加霜” , 并引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。特別是處于生態(tài)環(huán)境十分脆弱的我國西部煤炭基地, 水和環(huán)境成為制約煤炭工業(yè)持續發(fā)展的“瓶頸” 。

 

  2 .2 .4  亟待加強的煤田水文地質(zhì)勘查工作

 

  地下水資源的重要性眾所周知, 遠見(jiàn)卓識者已把地下水提到了戰略性資源的高度?？赡壳拔覈鴮τ?a href="http://keyinmall.com/t/地下水勘查.html" >地下水勘查基礎性投入嚴重不足, 煤田水文地質(zhì)工作嚴重滯后于煤炭工業(yè)可持續發(fā)展需要。煤田水文地質(zhì)勘查作為基礎性、戰略性地質(zhì)工作亟待加強。

 

  3  煤礦區環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題及評價(jià)現狀

 

  3 .1  煤礦區主要環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題

 

  3 .1 .1  占用和破壞大量土地

 

  據有關(guān)資料顯示, 全國現有煤矸石山1 500 余座, 堆積量達30 億t , 占地超過(guò)6 000 hm2 , 并以每年上億t 的速度遞增。露天挖損與壓占土地4 .5 萬(wàn)hm2 左右。煤礦采空塌陷面積8 .7 萬(wàn)hm2 左右, 每年增加采空塌陷面積約266 .7 hm2 。地表塌陷造成東部平原礦區地面大面積積水、受淹和鹽堿化;西部礦區水土流失和土地荒漠化加速, 嚴重破壞礦區的土地資源和生態(tài)環(huán)境。

 

  3 .1 .2  誘發(fā)地質(zhì)災害

 

  因地下采空、地面及邊坡開(kāi)挖導致開(kāi)裂、崩塌和滑坡等地質(zhì)災害。煤礦山排出的大量廢渣堆積于山坡或溝谷, 在暴雨誘發(fā)下極易發(fā)生塌方、滑坡、泥石流。

 

  3 .1 .3  礦區水均衡系統遭受破壞

 

  礦區疏水降壓、礦坑排水, 導致區域性地下水位大幅下降, 破壞了整個(gè)地區的地下水均衡系統, 使水資源短缺, 泉水干枯, 河水斷流, 影響了生活用水、工業(yè)用水和農業(yè)用水。

 

  3 .1 .4  產(chǎn)生大氣污染和酸雨

 

  我國煤炭采礦行業(yè)工業(yè)廢氣排放量占全國工業(yè)廢氣排放量的5 .7 %, 位居第5 位。其中, 有害物排放量73 .13 萬(wàn)t/a 。因二氧化硫污染導致的我國酸雨區面積占國土面積30 %以上, 主要分布于長(cháng)江以南、青藏高原以東地區。此外, 矸石自燃、爆炸、結構侵蝕等釋放大量有害氣體, 矸石堆排放大量粉塵污染空氣。

 

  3 .2  礦區環(huán)境地質(zhì)調查評價(jià)現狀

 

  在中國地質(zhì)調查局的安排下, 到2004 年底已完成了河北、河南、黑龍江、吉林、遼寧、云南、江西、浙江、湖南、山西、山東和四川等12 個(gè)省礦山地質(zhì)環(huán)境現狀調查以及晉陜蒙(陜北地區)、山西省、江西省3個(gè)重點(diǎn)地區礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調查, 西北地區不同類(lèi)型礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)環(huán)境地質(zhì)研究等4 個(gè)試點(diǎn)項目驗收工作。2004 年又安排了其余19 個(gè)省(區、市)礦山地質(zhì)環(huán)境調查與評估工作和晉陜蒙(東勝-準格爾地區)、遼寧阜新煤礦區、陜西大柳塔煤礦區環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題專(zhuān)題調查3 個(gè)試點(diǎn)項目。

 

  4  煤礦區水文地質(zhì)勘查與環(huán)境地質(zhì)評價(jià)發(fā)展趨勢a . 加強調查與研究相結合世界各國都非常重視資源環(huán)境地質(zhì)調查工作。

 

  在?  查明工程—經(jīng)濟活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量之間相互作用的基礎上, 研究其發(fā)展趨勢與作用程度, 從而能大大增強水工環(huán)地質(zhì)工作在礦區建設中的作用。

 

  b . 水資源管理與水環(huán)境調查相結合

 

  水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)綜合勘查 調查評價(jià)是煤炭持續穩定發(fā)展的需要, 也是技術(shù)發(fā)展之趨勢。既要考慮資源的充分利用, 也要考慮開(kāi)發(fā)后可能產(chǎn)生的環(huán)境后果。礦井水資源化及地表 地下水聯(lián)合調度是解決或緩解煤礦區水資源矛盾的有效途徑, 這對于水資源緊張、環(huán)境脆弱的礦區尤其重要。

 

  c . 進(jìn)一步加強煤礦防治水研究

 

  隨著(zhù)中、東部煤礦上組煤炭資源的減少, 開(kāi)發(fā)利用儲量豐富的下組煤已成為很現實(shí)的問(wèn)題, 而下組煤的開(kāi)采除了其他的礦井工程地質(zhì)問(wèn)題以外, 最主要的障礙就是距離下組煤幾十m 的深部高壓巖溶水的“突水”威脅。做好礦床水文地質(zhì)勘查, 特別是充水水源和通道的勘查研究, 是保障煤礦持續安全生產(chǎn)、制定礦井水防治的重要前提。

 

  d. 開(kāi)展以礦區為范圍的環(huán)境地質(zhì)評價(jià)

 

  由于我國地域遼闊, 50 余a 的礦業(yè)開(kāi)發(fā)積累的礦山環(huán)境問(wèn)題復雜而又嚴重, 僅進(jìn)行小范圍的礦山環(huán)境地質(zhì)調查評價(jià)工作, 很難滿(mǎn)足煤礦山環(huán)境規劃和恢復治理的需要, 應進(jìn)一步開(kāi)展以礦區為范圍的大比例尺的煤礦山環(huán)境地質(zhì)調查評價(jià)工作。

 

  e . 地質(zhì)災害調查與災害監測相結合

 

  地質(zhì)災害調查是了解過(guò)去發(fā)生過(guò)的災情, 掌握地質(zhì)災害的環(huán)境信息;災害監測是記錄現在地質(zhì)災害的發(fā)生—發(fā)展的動(dòng)態(tài)變化。兩者結合會(huì )大大提高地質(zhì)災害的預測、預報準確度, 更有利于災害的防治和地質(zhì)環(huán)境的保護。這在經(jīng)濟開(kāi)發(fā)區、城市區和大型工程建設地區(如煤礦區)尤為重要, 這是國內外水工環(huán)工作發(fā)展的又一趨勢。

 

  f . 多種先進(jìn)技術(shù)的綜合運用

 

  隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 水工環(huán)地質(zhì)工作普遍運用“3S”技術(shù), 從野外調查電子手簿, 到成果使用全程計算機化, 向調查成果成圖的數字化、調查信息傳輸的網(wǎng)絡(luò )化及地質(zhì)體空間三維分析可視化等先進(jìn)技術(shù)綜合運用方向發(fā)展。針對不同礦山環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題, 選擇不同方法和方案, 分單問(wèn)題評價(jià)和多問(wèn)題綜合評價(jià);另外從時(shí)間角度出發(fā), 包括過(guò)去演變歷史評價(jià)、現狀評價(jià)和演化趨勢預測評價(jià)等。

 

  5  結語(yǔ)

 

  根據我國煤炭工業(yè)發(fā)展規劃, 國土資源部和國家發(fā)改委公布了我國13 大煤炭基地和19 個(gè)首批煤炭國家規劃礦區。這些煤炭基地和規劃礦區大多數位于我國北方中、西部干旱、半干旱地區, 水資源貧乏, 生態(tài)環(huán)境脆弱?！拔鞑克? 東部水害”基本上是我國煤炭資源開(kāi)發(fā)的兩大水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題, 也是煤田水文地質(zhì)工作者需要著(zhù)力解決的兩大課題。在新時(shí)期, 為保證煤炭工業(yè)持續穩定健康發(fā)展, 保障國民經(jīng)濟發(fā)展需要, 煤田水文地質(zhì)工作作為基礎性、戰略性地質(zhì)工作亟待加強。

 

  《國務(wù)院關(guān)于促進(jìn)煤炭工業(yè)健康發(fā)展的若干意見(jiàn)》中指出:從2005 年起, 我國將利用3 ～ 5 a 時(shí)間形成若干個(gè)億t 級生產(chǎn)能力的大型煤炭企業(yè)和企業(yè)集團。我國煤炭工業(yè)的發(fā)展為煤田水文地質(zhì)工作的開(kāi)展提供了有利的機遇。隨著(zhù)新時(shí)期我國煤炭工業(yè)的快速發(fā)展, 煤礦區水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)的勘查、評價(jià)工作將進(jìn)一步深化和豐富, 煤田水文地質(zhì)工作也必將為我國的能源工業(yè)建設做出應有的貢獻。