煤矿采空塌陷对地下水的影响
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摘要：在煤炭开采过程中，煤炭被采出后其所在地下煤层会形成一定区域的采空区，并使煤层上方的顶板岩层失去支撑，由于顶板岩层的抗拉强度比较有限，因此在其顶板岩层自身重力与上覆岩层压力的影响下，很容易因顶板断裂、破碎而出现采空塌陷问题，这不仅会影响煤矿所在区域的生态安全，同时还会使地下水受到较大的负面影响。为此，本文结合煤矿采空塌陷的特点，围绕采空塌陷对地下水的影响展开了分析，并在此基础上提出了一些较为可行的采空塌陷区域地下水治理保护建议。
关键词：煤矿;采空塌陷;地下水
中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）02-0-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.02.135
Abstract：In the process of coal mining， after the coal is mined， a certain area of goaf will be formed in the coal seam below its location， and the roof rock layer above the coal seam will lose support.Due to the relatively limited tensile strength of the roof rock layer， it is on its roof. Under the influence of the gravity of the rock layer and the pressure of the overlying rock layer，the problem of goaf collapse is likely to occur due to roof fracture and fragmentation. This will not only affect the ecological safety of the area where the coal mine is located， but also cause large negative impacts on groundwater.To this end， this article combines the characteristics of coal mine goaf collapse， analyzes the impact of goaf collapse on groundwater， and puts forward some feasible suggestions for groundwater treatment and protection in the area of goaf collapse.
Key words：Coal mine;Goaf;Groundwater
近年来我国煤炭开采技术虽然有了较大的提升，但在井工开采模式下，采空塌陷问题仍然很难避免，而采空塌陷的负面影响一直得不到有效消除，据有关数据统计显示，我国因煤炭开采采空塌陷问题所造成的累计经济损失已经超过了500亿元，矿区的人均采空塌陷面积也在超过1.8hm2，同时随着煤炭开采规模的不断扩大，这一数据未來还将继续增加。由此可见，煤矿采空塌陷的负面影响非常之大，而对于煤矿采空塌陷在地下水方面影响的研究也同样是十分必要的。
1 煤矿采空塌陷对地下水的影响
1.1 地下水补给方式改变
地下水的补给方式虽然比较多，但除了地下水径流的补充外，其他补给方式都与岩石地层结构存在着直接的关系，因此在采空塌陷破坏了岩层结构的情况下，其补给方式也会发生较大的改变。一方面，煤矿矿区大多都位于山地区域，这类区域的地下水通常为基岩缝隙水，补给方式也以大气降水下渗为主，如当地降水较多，超出了地表的下渗能力，则会形成地表径流并对矿区地下水进行持续补充。然而在煤矿采空塌陷出现后，由于地表形成了较大规模的塌陷区。而地下岩层结构也被破坏，因此地面与地下的基岩阻隔会大大减少，地表土层的下渗能力则会随之增加，部分区域甚至会形成直接连通地面与地下含水层的“天窗”，并使得地面大气降水会迅速渗入或“汇入”到地下水径流中，这意味着矿区很难形成地表径流，大气降水下渗将成为该区域地下水最为主要的补给方式[1]。另一方面，对煤炭的大规模开采会使得矿区采空面积不断增加，导水缝隙带与地面塌陷范围也会随之持续扩大，在这些缝隙带的影响下，地下含水层底部岩层也会出现不同程度的断裂情况，形成的裂缝则会成为地下水下渗的主要通道。这意味着随着矿坑排水与地下水下渗的持续，地下水径流很难对矿区地下水进行补给，甚至可能会导致周围的地下水径流分支枯竭，使矿区地下水的这一补给途径完全丧失。
1.2 地下水径流分流
在正常条件下，地下水会从高水位向低水位保持稳定运动，径流基本不会出现太大的变化，但在煤矿采空塌陷问题出现后，径流则会出现不同程度的分流变化。煤矿采空塌陷后会形成一定的陷空区，受重力影响，地下水径流在流动过程中会向这些陷空区持续下渗，如陷空区与下方含水层或其他地下水径流相连接，那么就会逐渐形成新的连通通道，并导致矿区地下水的分流，即便陷空区的矿坑未与其他径流及下方含水层连通，也会从坑口排出，这同样会产生分流的效果。另外，在采空塌陷区的底层，部分矿坑内汇集的地下水通常都无法立即排出，长期下来就会出现比较严重的积水，这意味着加大地下水的储水空间会进一步增加，如果这样的积水矿坑较多，那么矿区地下水的水位就会严重下降，一旦地下水标高低于矿坑的高度，那么地下水径流的流线就必然会出现变化。
1.3 地下水排泄方式增加
不同矿区在地质条件、水文条件、地势地貌等诸多因素的影响，其地下水径流的排泄方式于排泄途径会存在较大的差异，但在煤矿采空塌陷区的影响下，矿区地下水无论是以何种途径完成排泄，其排泄形式都会逐渐增加。例如在山地区域，矿区地下水通常会沿着山间岩石缝隙或是部分溪流汇入到山下的河流中，在汇入河流的过程中，地下水的蒸发也属于一种特殊的排泄形式，而在采空塌陷区形成后，地下水径流则会增加下渗、汇入矿坑、矿井排泄、缝隙带涌水等其他的排泄方式，原有的地下水排泄方式虽然依旧存在，但其排泄量却会大大降低。 1.4 地下水污染加剧
在煤炭开采过程中，虽然各种污染物质通常不会与地下水直接接触，但在矿区形成了采空塌陷后，各种污染物就会沿着采空区的塌陷裂缝与塌陷洞来进入到包气带与含水层，最终融入到地下水中，使地下水受到严重污染。例如煤炭开采所形成的矿井水中会含有大量的酸性物质、悬浮物，这些矿井水虽然会从其他渠道被直接抽取出来，但在抽取过程中，部分矿井水却会深入到每层下方的岩土层，如果岩土层与地下含水层间存在塌陷裂缝，那么含有污染物质的矿井水就会继续渗入地下水，对地下水造成污染。
2 煤矿采空塌陷区域地下水治理保护措施
2.1 采空塌陷区勘察
采空塌陷区在井工开采的煤矿中很难避免，为降低煤矿采空塌陷对矿区地下水的负面影响，煤矿还需严格遵守国家的相关水资源管理条例，对煤矿的采空塌陷区展开全面的地质勘察工作，查明采空塌陷区内的矿坑分布位置、矿坑积水情况、矿井涌水量情况、构造破碎带分布情况、蚀变带分布情况、节理裂隙等重要信息，之后据此对采空塌陷区的地下水相关隐患进行深入分析，制定科学的治理方案。例如地下水补给方式改变、水位不断降低的情况下，矿区很容易出现地下水枯竭问题，对此就需要通过清理矿区煤矸石、调整矿区地表径流流线等方式来进行处理，以避免地表径流消失、地面下渗能力不足等问题[2]。
2.2 建立地下水观测系统
煤矿采空塌陷对于矿区地下水的影响是持续性的，很多问题并不会在采空塌陷形成后立即显现出来，而是会随着地下水径流、地下岩土层结构的变化而出现成圣。因此对于煤矿来说，除了要根据采空塌陷去的地质勘察结果来制定矿区地下水治理方案，同时也要建立信息化的地下水观测系统，通过相关监测设备与传感器来对矿区地下水径流的实时动态观察来对水患进行准确预测，一旦发现矿坑积水之间由采空通道形成连通，就应立即通过排空积水、截断通道等方式来进行治理，避免采空塌陷对地下水的影响进一步加大。
2.3 填充处理
对于煤矿采空塌陷问题，最直接的处理方式就是根据采空区的地质条件来选择合适的填充材料，之后对采空区进行及时填充，这样采空区在填空材料的支撑下不会再出现塌陷，其对于地下水的影响自然也会大大降低。另外，在采空塌陷区形成后，煤矿也同样可以通过填充处理来降低煤矿采空塌陷的影响，例如在通过地质勘察确定矿坑位置与分布情况后，就可以先将矿坑处的积水排出，之后选择合适的填充材料对矿坑进行填充，这样既可以避免矿区地下水水位降低，也能够避免地下水径流流线出现太大的变化。
2.4 矿井污水处理
针对采空塌陷区地下水的污染问题，煤矿一方面需要坚持清洁生产理念，对煤炭开采技术工艺进行持续性的改进，减少煤炭开采过程中形成的污水与悬浮物，从而降低矿井水下渗后对地下水的污染程度。另一方面则需要对矿井水进行针对性的处理，利用多层沉淀过滤、矿井水水质检测、水处理剂等技术方法来对矿井污水进行处理。
3 结束语
总而言之，煤矿采空塌陷区的形成会使区域内地下水出现径流分流、水位降低、水质恶化、补给方式改变等变化，对于地下水环境的保护与地下水资源利用都非常不利，而要想解决这一问题，则需要针对影响原因采取合理的地下水保护治理措施。
参考文献
[1]李沛.万正成.刘沂轩.煤矿塌陷区浅层地下水水质现状评价与保护对策[J].能源技术与管理，2019，44（05）：159-160+163.
[2]徐社美.采空塌陷對矿区地下水补径排条件的影响分析——以粤西某钨锡多金属矿区为例[J].地下水，2012，34（03）：47-49.
收稿日期：2019-12-12
作者简介：鲁钊（1987-），男，汉族，硕士研究生，研究方向为水文地质、工程地质、环境地质。
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