1  引言

 

  我國煤炭資源總量位居世界第二, 產量位居世界第一, 在我國一次性能源消費比例中, 煤炭占70 %以上。隨著國民經濟的持續快速發展, 近年來,煤炭勘探和開采進入高位運行。值此我國國民經濟建設跨入“十一五”規劃期間, 對我國煤礦區水文地質、環境地質勘查和評價現狀及存在問題作一分析、總結, 并對其專業發展趨勢進行論述, 以便于進一步認識我國煤田水文地質和環境地質工作的重要性和緊迫性, 也有利于了解煤田水文地質工作的需求和發展方向。

 

  2  煤礦區水文地質勘查現狀

 

  2 .1  我國主要煤炭基地水文地質勘查及供需水現狀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。規劃生產能力6 000萬t a , 礦區規劃用水量23 .25 萬m3 a 。該區地處沙漠邊緣, 丘陵地貌, 地下水資源貧乏, 生態環境脆弱。中國煤炭地質總局第二水文地質隊和水文物測隊于20 世紀80 年代末在該區進行了水文地質普查, 現缺水5 .0 萬m3 d 。根據煤炭工業發展規劃, 急需開展水文地質環境地質工作。

 

  準格爾礦區 礦區含煤面積878 .8 km2 ;探明各級煤炭儲量264 .55 億t ;一期規劃目標年產15 Mt ,二期為40 Mt 。按礦區發展規劃, 一、二期總用水量分別為9 .23 萬m3 d 和20 .04 萬m3 d 。中國煤炭地質總局第二水文地質隊于20 世紀80 年代后期曾在該區進行長達數年的供水水文地質勘查。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,開采量分別為4 .1 萬m3 d 和3 .4 萬m3 d , 現缺水3 .64 萬m3 d 。隨著煤炭工業的發展, 缺水矛盾將會更為突出。

 

  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。隨著煤炭工業的發展,水的供需矛盾將會凸現, 應及時開展水文地質普查工作。

 

  2 .1 .2  陜北煤炭基地

 

  榆神礦區 設計生產能力83 .3 Mt a ;需水量39 .98 萬m3 d ;總缺水量約4 .13 萬m3 d 。該區生態環境脆弱, 水文地質工作程度低。第四系主要含水層易受下伏煤層開采破壞, 保水采煤問題嚴重。主要環境地質問題有土地沙化、地下水位下降及采煤引發的地面塌陷、地裂縫等。中國煤炭地質總局于20 世紀90 年代末曾組織開展了專項課題研究。

 

  榆橫礦區 為陜北煤炭基地規劃區, 尚未進行

 

  過專門的水文地質勘查工作, 為煤炭工業可持續發展需要, 應及時開展煤田水文地質勘查工作。

 

  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 未進行煤田地質、水文地質勘查工作, 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。由于長期治理投入不足, 誘發了多期較大規模的地面塌陷和地裂縫等環境地質問題。

 

  彬長礦區 處于建設規劃階段。煤礦開發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, 水質好, 呈自流狀態。

 

  銅川礦區 分銅川、焦坪兩部分開采。2003 —2010 年期間計劃新建礦井5 處, 新增生產能力580萬t a ;改擴建礦井6 個, 增加生產能力370 萬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m3 d 。主要環境問題有空氣污染、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。中國煤炭地質總局第三水文地質隊曾于20 世紀90 年代初在該區口泉溝南進行過專門供水水文地質勘查, 進一步找水方向可在開發口泉溝南巖溶水的基礎上,開展礦區西部巖溶地下水補給、徑流條件勘查, 以進一步查明水文地質條件和評價地下水資源量。

 

  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t a , 急需生產生活用水3 .0 萬m3 d 。1999 年曾作為國家計劃Ⅱ類地勘項目, 由中國煤炭地質總局第四水文地質隊承擔水文地質供水勘查。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局229 隊曾在該區開展過區域水文地質勘查工作。為適應煤炭工業發展需要, 保證煤炭工業可持續發展, 需進一步開展水文地質環境地質勘查工作。

 

  鄉寧礦區 煤炭資源豐富, 屬新開發礦區。20世紀80 年代末, 中國煤炭地質總局第四水文地質隊曾在該區河底———黑龍關一帶開展過水文地質普查工作。隨著煤炭工業建設的發展, 急需進一步做好水文地質勘查和水資源及環境評價工作。

 

  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質煤炭重要接替區, 設計年產原煤3 .3 Mt , 需水量2 .5 萬m3 d , 供水目的層為奧陶系灰巖。中國煤炭地質總局第四水文地質隊曾于2001 —2002 年在當地開展水文地質普查工作, 根據煤炭工業發展形勢, 急需開展水文地質和環境地質工作。

 

  陽泉礦區 陽泉礦區的壽陽北區, 年產煤炭600 萬t a , 需水量1 .7 萬m3 d , 供水目的層為深部奧陶系灰巖含水層。中國煤炭地質總局第三水文地質隊曾于20 世紀末在該區開展水文地質普查。隨著煤炭深部開拓延伸, 礦井水文地質問題凸顯, 現正開展礦井水文地質勘查工作。

 

  潞安礦區 20 世紀80 年代和90 年代, 中國煤炭地質總局第一水文地質隊曾在礦區開展過水文地質勘查工作。目前礦區南部新建和規劃礦井水源尚未解決, 北部發展需要增加需水量。本著就近供水原則, 應進行進一步水文地質勘查工作, 找出富水地段, 解決礦區發展的用水問題。

 

  晉城新礦區 20 世紀80 年代, 中國煤炭地質總局水文物測隊和山西煤田地質局229 隊曾分別在該區進行了區域水文地質勘查工作。目前, 晉城新礦區的五龍溝、湟川、成莊礦正在建設中, 但供水問題并未最終解決。根據礦井建設進度, 應進一步開展水文地質勘查工作。

 

  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, 開發潛力較大。

 

  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總局第一水文地質隊于20 世紀末提交的供水水文地質普查報告外, 巨野煤田尚未進行專門水文地質勘查, 水源問題一直未解決。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, 急需開展煤田供水水文地質工作。

 

  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, 中國煤炭地質總局第三、第四水文地質隊曾分別在上述礦區進行過水文地質勘查工作。目前據調查, 僅義馬礦區尚缺水3 .87 萬m3 d 。

 

  據不完全統計, 各大煤炭基地總需(缺)水量約118 萬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勘查的主要問題

 

  上述工作大多是在20 世紀80 年代和90 年代進行的水文地質勘查工作, 且大多數屬于礦區供水水文地質勘查, 礦區環境地質問題尚未重視。進入新世紀以來, “西部水荒, 東部水害”和礦區環境地質問題仍然是影響我國煤炭工業健康穩定持續發展的主要問題, 也是煤田水文地質工作的主要課題。

 

  2 .2 .1  水文地質勘查工作滯后

 

  占我國煤炭資源90 %的北方地區, 地下水資源量僅占全國的30 %, 煤炭資源量占全國總量68 %的晉、陜、蒙、寧四省(區), 地下水資源量僅占全國的6 .87 %。由于種種原因, 自20 世紀90 年代中期以后, 煤礦區專門水文地質工作基本中止。水文地質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發及經濟發展的突出問題。

 

  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 煤炭儲量受“突水”威脅, 難以開采。隨著礦井開采深度的增加, 水害事故頻繁發生, 僅2005 年全國煤礦已發生7 起以上特大透水事故, 給國家和人民帶來了巨大的生命、財產損失。另外, 由于煤礦開采歷史較長以及小煤窯的無序開采,老窯積水已成為不容忽視的突水水源。

 

  2 .2 .3  礦區水環境問題

 

  煤礦區由于生產生活用水的提取和井下排水,使得礦區水文地質環境發生較大的變化。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” , 并引發一系列生態環境問題。特別是處于生態環境十分脆弱的我國西部煤炭基地, 水和環境成為制約煤炭工業持續發展的“瓶頸” 。

 

  2 .2 .4  亟待加強的煤田水文地質勘查工作

 

  地下水資源的重要性眾所周知, 遠見卓識者已把地下水提到了戰略性資源的高度。可目前我國對于地下水勘查基礎性投入嚴重不足, 煤田水文地質工作嚴重滯后于煤炭工業可持續發展需要。煤田水文地質勘查作為基礎性、戰略性地質工作亟待加強。

 

  3  煤礦區環境地質問題及評價現狀

 

  3 .1  煤礦區主要環境地質問題

 

  3 .1 .1  占用和破壞大量土地

 

  據有關資料顯示, 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hm2 左右。煤礦采空塌陷面積8 .7 萬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環境。

 

  3 .1 .2  誘發地質災害

 

  因地下采空、地面及邊坡開挖導致開裂、崩塌和滑坡等地質災害。煤礦山排出的大量廢渣堆積于山坡或溝谷, 在暴雨誘發下極易發生塌方、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、工業用水和農業用水。

 

  3 .1 .4  產生大氣污染和酸雨

 

  我國煤炭采礦行業工業廢氣排放量占全國工業廢氣排放量的5 .7 %, 位居第5 位。其中, 有害物排放量73 .13 萬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  礦區環境地質調查評價現狀

 

  在中國地質調查局的安排下, 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 個省礦山地質環境現狀調查以及晉陜蒙(陜北地區)、山西省、江西省3個重點地區礦山生態環境地質調查, 西北地區不同類型礦產開發環境地質研究等4 個試點項目驗收工作。2004 年又安排了其余19 個省(區、市)礦山地質環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境地質問題專題調查3 個試點項目。

 

  4  煤礦區水文地質勘查與環境地質評價發展趨勢a . 加強調查與研究相結合世界各國都非常重視資源環境地質調查工作。

 

  在?  查明工程—經濟活動與地質環境質量之間相互作用的基礎上, 研究其發展趨勢與作用程度, 從而能大大增強水工環地質工作在礦區建設中的作用。

 

  b . 水資源管理與水環境調查相結合

 

  水文地質、環境地質綜合勘查 調查評價是煤炭持續穩定發展的需要, 也是技術發展之趨勢。既要考慮資源的充分利用, 也要考慮開發后可能產生的環境后果。礦井水資源化及地表 地下水聯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、環境脆弱的礦區尤其重要。

 

  c . 進一步加強煤礦防治水研究

 

  隨著中、東部煤礦上組煤炭資源的減少, 開發利用儲量豐富的下組煤已成為很現實的問題, 而下組煤的開采除了其他的礦井工程地質問題以外, 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、制定礦井水防治的重要前提。

 

  d. 開展以礦區為范圍的環境地質評價

 

  由于我國地域遼闊, 50 余a 的礦業開發積累的礦山環境問題復雜而又嚴重, 僅進行小范圍的礦山環境地質調查評價工作, 很難滿足煤礦山環境規劃和恢復治理的需要, 應進一步開展以礦區為范圍的大比例尺的煤礦山環境地質調查評價工作。

 

  e . 地質災害調查與災害監測相結合

 

  地質災害調查是了解過去發生過的災情, 掌握地質災害的環境信息;災害監測是記錄現在地質災害的發生—發展的動態變化。兩者結合會大大提高地質災害的預測、預報準確度, 更有利于災害的防治和地質環境的保護。這在經濟開發區、城市區和大型工程建設地區(如煤礦區)尤為重要, 這是國內外水工環工作發展的又一趨勢。

 

  f . 多種先進技術的綜合運用

 

  隨著科學技術的不斷發展, 水工環地質工作普遍運用“3S”技術, 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、調查信息傳輸的網絡化及地質體空間三維分析可視化等先進技術綜合運用方向發展。針對不同礦山環境地質問題, 選擇不同方法和方案, 分單問題評價和多問題綜合評價;另外從時間角度出發, 包括過去演變歷史評價、現狀評價和演化趨勢預測評價等。

 

  5  結語

 

  根據我國煤炭工業發展規劃, 國土資源部和國家發改委公布了我國13 大煤炭基地和19 個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, 生態環境脆弱。“西部水荒, 東部水害”基本上是我國煤炭資源開發的兩大水文地質和環境地質問題, 也是煤田水文地質工作者需要著力解決的兩大課題。在新時期, 為保證煤炭工業持續穩定健康發展, 保障國民經濟發展需要, 煤田水文地質工作作為基礎性、戰略性地質工作亟待加強。

 

  《國務院關于促進煤炭工業健康發展的若干意見》中指出:從2005 年起, 我國將利用3 ～ 5 a 時間形成若干個億t 級生產能力的大型煤炭企業和企業集團。我國煤炭工業的發展為煤田水文地質工作的開展提供了有利的機遇。隨著新時期我國煤炭工業的快速發展, 煤礦區水文地質、環境地質的勘查、評價工作將進一步深化和豐富, 煤田水文地質工作也必將為我國的能源工業建設做出應有的貢獻。