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地下水环境影响预防措施
根据地质勘探及生产矿井资料,矿区范围内煤层瓦斯含量不大,均属低瓦斯矿井;随着生产矿井不断向井田深部推进,瓦斯含量有所增加,预计矿区深部区域可能是高瓦斯地区,尤其是下组煤的开采,由于埋藏相对较深、压力大,亦可能存在高瓦斯,应加强瓦斯勘探,进行煤与瓦斯突出危险性鉴定。同时,现行法律法规、产业政策、专项规划均提出了煤层气资源合理开发的相关要求。
矿区内东庞矿井由于瓦斯的增大,已于2017年初新建立了地面瓦斯抽采系统,并于2017年2月份投入运行。目前已经委托中国矿业大学对瓦斯利用进行综合评价,据初步资料表明,预计可以建设瓦斯电厂。但矿区总体规划中未针对矿区瓦斯气资源利用进行具体规划。应进一步加快建设瓦斯利用设施的步伐,使矿区瓦斯利用率达到相关技术政策的要求。
8.3.2
矿区开发活动对地下水影响的主要因素为煤炭开采和废水排放,其中煤炭开采对地下水的影响主要表现在含水层结构破坏和地下水资源流失,废水排放主要表现在污染物以下渗的形式进入地下而污染地下水水质。
8.3.2.1 地下水资源流失减缓与保护措施 为了有效保护区域地下水资源,减缓矿区煤炭开采对区域地下水含水层和水资源的不良环境影响,本评价提出从规划实施的设计阶段、矿井勘察阶段、项目建设阶段、规划实施阶段等全过程对矿区地下水资源进行保护,具体措施如下:
(1)规划设计阶段 ①在规划新建矿井设计阶段应根据整个矿区的地下水分布情况,补给、径流和排泄的特点,重点划分井田的“富水区”、“缺水区”、“水文地质复杂区”、“底板突水压力区”等,便于在规划实施阶段有针对性地进行保护。
②矿井开拓方案设计过程中,邢台市饮用水源一级保护区下禁止采煤,二级保护区内有条件的限制煤炭开采、实施煤炭保护性开采,以保证饮用水源地的供水安全;重要地表水体(南水北调总干渠、白马河、七里河、沙河、北澧河、滏阳河等)下留设保护煤柱或采取全采全充填的形式进行水下采煤。
(2)规划矿井勘查阶段
①在规划矿井或矿区后备区勘察、勘探阶段,钻孔封闭必须规范,同时建立技术档案,以备建井及生产利用。
②查清矿区水文地质情况(包括地层各岩层透水性、渗透系数、矿井水量,断层、陷落柱、封闭不良钻孔等的分布和导水性等),查明地方小煤矿采空区积水、老窑积水分布、水量等情况,绘制水文地质资料相关图件(矿井水文地质图、矿井具有供水意义的含水层等厚线图、矿井基岩等厚线图等),以备矿区后续开发中利用。
(3)项目建设阶段
新建4对矿井具体施工阶段,其井筒在穿透含水层时应及时进行封堵,并采用合理的施工方式和无毒无害材料,比如采用冻结法施工、使用高标号无毒水泥等,最大限度减缓施工阶段对地下水资源的破坏影响。
(4)规划实施阶段
规划实施阶段即各规划矿井生产阶段,该阶段是对地下水资源进行保护的重要阶段,由于邢台矿区今后以开采2号煤和9号煤为主,各井田开采深度加大、范围转移,故本评价提出以下减缓、保护措施: ①采煤过程中,探明各采掘工作面的水文地质情况、地质构造情况,如导水断层、导水陷落柱的分布、范围、大小等,并采取合理的开拓方案和采煤方法,按要求留设防水煤柱和采取其它防治突水的措施,确保采煤导水裂隙不对本区具有供水意义的含水层产生明显影响;
②在煤炭开采过程中,应严格按照设计开采边界开采,禁止越界开采;同时对重要地表水体或水源区按规范留设合理的保护煤柱;
③本区水资源缺乏,煤炭开采应坚持“保水采煤”;在煤层上覆岩层变薄区域有可能对第四系潜水含水层产生较大影响时,应采取“保水采煤”措施;
④开展煤层开采模拟试验,并以试验结果、导水裂隙不沟通上覆隔水层为原则,严禁越界开采和超地质承载能力开采;
⑤开采技术层次上,应根据各井田煤层埋深、煤层厚度、地层结构、含水层性质等进行设计,必要时采取限采高、条带开采、充填开采等降低采煤导水裂隙带高度的采煤方法;
⑥下组煤开采过程中,充分总结矿区现有矿井开采9号煤的成功经验,各矿加大技术沟通与交流,严格执行《煤矿防水规定》,采用底板注浆、带压开采、全采全充填等技术,避免奥灰水突水事故的发生,确保区域奥灰水供水区的水位、水量不受明显影响;
⑦规划的白涧铁矿项目在开采过程中,应加强对地下水资源的保护,采取科学合理的开拓方式和保护措施,如采取帷幕注浆技术,阻隔矿井与
外围奥灰水的联系,减轻对区域地下水资源的不利影响。
8.3.2.2 矿区9号煤带压开采配套防治水措施
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矿区规划新建的邢台西井开采9号煤,现有的东庞北井、葛泉东井和章村三井以及显德汪矿井,均将在9号煤试采成功的基础上,继续往深水平延伸,面临的开采压力进一步加大。带压开采是一项技术难度大、需要严密组织并辅以相关配套措施的复杂的系统工程。为了保证这项工作的安全性,要求在基本查明各矿井水文地质条件的基础上,采取严格的技术措施,才能更有效地解放受水威胁的煤炭资源。根据邢台矿区现有矿井下组煤开采的实践经验,除了建筑防水闸门实行分区隔离开采、增加抗灾强排能力、建立专业的探放水和注浆技术队伍(包括仪器、设备)、健全奥灰含水层地下水位动态监测网、建立安全可靠的通信系统并制定避灾路线等措施外,还应加大防治水技术工作(包括技术管理工作)的力度,同时应贯彻“先探后掘,不探不掘不采”的防探水原则。为保证邢台矿区9号煤带压开采防治水安全,也为减缓矿区下组煤开采对奥灰水的影响,本评价提出具体的技术措施建议如下:
(1)水文地质异常带的探查及治理
在开拓掘进过程中,对巷道落差较大的断层,必须编制专门的探放水设计,岩巷超前距不小于20m,半岩巷和煤层中超前距不少于30m,探水孔一次不少于2个,遇导水断层和破碎带时,注浆加固。回采工作面或外围边界断层落差大于5.0m时,按规程要求留设防水煤柱。
工作面应采用各种综合物探手段,探测工作面内有无隐伏断层和陷落柱,探测工作面底板薄弱带,如发现异常则用钻探方法加以验证,并进行注浆加固,及时采取措施,防止突水。
物探方法的选择主要考虑对“探查体识别与定位”的“敏感性”:采用地面三维地震勘探手段,主要探查9号煤层及隔水层中断层和异常体;地面瞬变电磁探查煤层底板富水性,从宏观上把握含水层富水性特征;井下可采用直流电法长距离超前探测技术和三、四极结合的假异常排除技术探测掘进头前方富水构造;坑透探查煤层构造;直流电法和音频电透视结合探查工作面底板隔水层富水区。经冀中能源各矿开采实践,以上方法比较实用,且效果明显。
勘探钻孔尽量考虑“一孔多用”:探查孔、试验孔兼做注浆孔;后期补充注浆孔兼做前期注浆效果验证孔。
应加强垂向导水构造的探查,尤其是导水陷落柱的探查。在有垂向导水构造的地区,在预先处理或留设必要的防水煤柱后,才能进行安全采掘。
(2)开展与减少9号煤底板破坏深度相适应的采煤工艺的研究
不同的采煤工艺对隔水层底板有不同的采动破坏作用,改进采煤工艺,减少开采引起的底板破坏深度,无疑增加了底板隔水层的有效厚度,有利于9号煤的安全开采。
影响底板破坏深度的因素较多,其中的人工因素主要为工作面斜长,工作面斜长越大,底板破坏深度越大。此外,工作面的推进速度也与底板突水有一定关系,工作面的推进速度越快,越不容易突水,工作面的推进速度越慢,越容易突水。
改进采煤工艺,就是采用工作面斜长较小的、工作面推进速度较快的采煤工艺方法,以此减小底板破坏深度,增大底板的安全性。改进采煤工艺的优点是可以通过人工控制有效减少底板的破坏深度,缺点是有可能制约矿井的生产能力,降低下组煤的生产效益。
同时,应进行矿压观测,掌握矿压显现规律,为预防工作面煤层底板突水提供科学依据。
(3)以本溪灰岩作为中间指示层,捕捉奥灰水源突水信息
本溪灰岩含水层是矿井主采9号煤间接充水含水层,与奥灰含水层分属两个独立的含水系统。一般情况下,二者之间没有水力联系,无论从总矿化度、硬度、典型特征离子含量上均有一定的差异。但是,当两者通过断层或裂隙带发生水力联系时,在水位、水质、水温等方面具有十分相似的特征。据此,可以间接地指示奥灰水导入本灰含水层的信息。通过在井下施工本灰钻孔,能够达到预测煤层底板突水的目的。
(4)加强煤层底板突水监测工作
在9号煤试采期间,对于经过注浆改造的各类薄弱带或者其它认为有可能突水的地段安装应力、应变、水温及水压监测装置,通过井下通信系统将采集到的信息及时传递到井上,以便对工作面煤层底板突水做出适时预报,从而为避灾应急预案的启动提供依据。
在技术、经济效益合理对比确定试采9号煤煤炭资源的条件下,尚应在目前已经取得的勘探成果的基础上开展如下补充勘探工作:
①开展奥灰、本灰含水层井下放水试验工作,查清试采区范围内断层水文地质条件,进一步研究奥灰、本灰含水层的富水性特征;同时,通过地下水流场的数值模拟对试验区水文地质参数进行分区,预测其正常和最大涌水量,论证疏水降压和带压开采结合方案的可行性,探讨扩大试采范围的可能性。
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②在井下施工各类钻孔(放水孔、观测孔、探水孔)过程中,应注意观察奥灰、本灰含水层原始导高发育情况,总结其发育规律;同时,应统计各类钻孔奥灰八段充填情况,研究其作为隔水层厚度的可利用性和可靠性。
③有关采煤活动影响下9号煤煤层底板破坏深度的测试工作,要求在试采期间安排一定数量的代表性工作面进行测试研究,为9号煤安全试采提供可靠依据。
8.3.2.3 地下水污染预防措施 地下水水质一经污染,其治理需要时间长,治理成本较高。因此,矿区开发过程中应以保护地下水水质作为重点之一。地下水污染防治与保护建议采取如下措施:
(1)采煤过程中,对地下水造成污染的主要是工作面,因此在条件具备时,应将大巷水和工作面涌水分开,采用不同的水仓和疏排管道,可分阶段施行;实行超前疏干,以利矿井水回用;矿井水应长期观测、建档。
(2)按照“用污排净”的原则,地面生产生活污水全部回用不外排;矿井井下排水采用混凝、沉淀、过滤、消毒等设施进行处理,处理后的废水用于井下消防洒水、地面生产用水、洗浴用水、绿化用水等,也可用于矿区内电厂或其它工业企业生产补充水以及用作农田灌溉用水等,提高矿井水回用率。
(3)本区第四系浅层地下水对区域生态环境具有供水意义,区域第四系浅层地下水主要靠区域侧向径流下渗及大气降水补给。污水漫排或纳污地表水体水质受到污染或水质较差时,会直接影响第四系浅层地下水水质,所以控制地表水体水质不受污染是保护地下水质量的最佳途径。
主要措施是消除地下水污染源和切断污染物渗入地下含水层的途径。一般多采取改进工艺,减少污染物排放量,严格污染物排放标准;提高废水回用率,减少废水排放量;加大污水处理力度,使废水处理率达到100%,同时污水处理站集水池底部应作防渗处理;加强管理,确保污水处理设施运行良好,制定应急预案;妥善处置工业废渣和生活垃圾;禁止用渗坑、渗井方式排放废水,严格控制污水灌溉水质;采煤过程中注意矸石排放点的选择,酸性矿井水、高矿化度矿井水经治理后方可外排;建立地下水动态监测网,为地下水污染防治提供依据。
8.3.2.4 水源地保护措施
(1)邢台市水源地保护措施
邢台市区集中式饮用水水源地保护区位于矿区中部,覆盖了整个邢台市区,北至白马河,南至沙河,西至朱庄水库、东至京珠高速公路。邢台矿及规划新建的邢台西井均位于邢台市饮用水水源保护区的二级保护区内,其一级保护区为市区的3处集中供水的水井群,位于邢台市区,不在矿区井田范围内。一级保护区内禁止采煤,二级保护区和准保护区内应实行有条件的采煤,以不影响邢台市饮用水水源安全为优先原则,煤炭开采过程中应积极采取相应措施防止对奥灰水造成明显不良影响。
从百泉水文地质单元的奥灰水的补给、径流和排泄途径来分析,邢台矿区大部分井田虽然处于相对较缓的弱径流带上,但井田内水文地质构造的复杂性,使得一部分奥灰水以矿井水的形式排泄出来,对整个奥灰水的径流有一定的扰动影响,在各井田西部煤层露头区或埋藏较浅区域,在各井田导水断层、导水陷落柱等分布区域,是奥灰水容易受影响的区域,应加大这些区域的水文地质勘探和防水煤柱的留设,以减少以矿井水形式排出的奥灰水资源量,从而整体上减轻矿区开发对奥灰水的影响。
邢台矿区还应加大煤炭开采过程中奥灰水水位的变化情况,建立起从补给区、经径流区到排泄区的全过程的奥灰水监测体系,如实记录并定期整理,以跟踪评价矿区煤炭开采对邢台市饮用水源地、百泉泉群、达活泉泉群的影响。
根据煤炭开采对地下水的环境影响分析结果,邢台矿和邢台西井的煤炭正常开采产生的矿井水主要来自煤层上方的含水层,这些含水层的水量
大多以静储量为主;另外,邢台西井开采下组煤采用“带压开采”、“底板注浆”等“保水采煤”技术,降低了奥灰水透水的可能性,同时对位于邢台市区下的部分井田范围内的煤炭暂缓开采,在不发生奥灰水透水事故的情况下,可使邢台西井的煤炭开采对邢台市饮用水水源保护区影响降到最低。
(2)居民分散供水水源的保护措施
根据调查,矿区内居民-主要水源为第四系承压水和奥陶系承压水。本评价建议对居民分散供水水源采取以下保护措施: ①对区内城镇或大型村庄、居民点均留设保护煤柱或进行建筑物下充填采煤,同时对其供水水源进行保护;
②对矿区内分散居民进行搬迁,搬迁的同时采取打井、集中供水等方式解决搬迁居民生活用水;
③采煤过程中一旦对居民生活、生产用水水源产生明显影响,建设方应采取补偿或寻找新的水源,确保居民正常的生活用水;
④对矿井水进行深度处理,达到生活饮用水水质标准,作为矿区内受煤炭开采影响较严重村庄的备用水源。
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