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(fèi)比例中, 煤炭占70 %以上。隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展, 近年來,煤炭勘探和開采進(jìn)入高位運(yùn)行。值此我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)跨入“十一五”規(guī)劃期間, 對我國煤礦區(qū)水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)勘查和評價現(xiàn)狀及存在問題作一分析、總結(jié), 并對其專業(yè)發(fā)展趨勢進(jìn)行論述, 以便于進(jìn)一步認(rèn)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(qū)水文地質(zhì)勘查現(xiàn)狀

 

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

 

  東勝礦區(qū) 包括內(nèi)蒙東勝北部區(qū)和東勝南部區(qū)。規(guī)劃生產(chǎn)能力6 000萬t a , 礦區(qū)規(guī)劃用水量23 .25 萬m3 a 。該區(qū)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(jì)80 年代末在該區(qū)進(jìn)行了水文地質(zhì)普查, 現(xiàn)缺水5 .0 萬m3 d 。根據(jù)煤炭工業(yè)發(fā)展規(guī)劃, 急需開展水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)工作。

 

  準(zhǔn)格爾礦區(qū) 礦區(qū)含煤面積878 .8 km2 ;探明各級煤炭儲量264 .55 億t ;一期規(guī)劃目標(biāo)年產(chǎn)15 Mt ,二期為40 Mt 。按礦區(qū)發(fā)展規(guī)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(zhì)總局第二水文地質(zhì)隊于20 世紀(jì)80 年代后期曾在該區(qū)進(jìn)行長達(dá)數(shù)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,開采量分別為4 .1 萬m3 d 和3 .4 萬m3 d , 現(xiàn)缺水3 .64 萬m3 d 。隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展, 缺水矛盾將會更為突出。

 

  新民礦區(qū) 該區(qū)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(yè)的發(fā)展,水的供需矛盾將會凸現(xiàn), 應(yīng)及時開展水文地質(zhì)普查工作。

 

  2 .1 .2  陜北煤炭基地

 

  榆神礦區(qū) 設(shè)計生產(chǎn)能力83 .3 Mt a ;需水量39 .98 萬m3 d ;總?cè)彼考s4 .13 萬m3 d 。該區(qū)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采破壞, 保水采煤問題嚴(yán)重。主要環(huán)境地質(zhì)問題有土地沙化、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(jì)90 年代末曾組織開展了專項課題研究。

 

  榆橫礦區(qū) 為陜北煤炭基地規(guī)劃區(qū), 尚未進(jìn)行

 

  過專門的水文地質(zhì)勘查工作, 為煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要, 應(yīng)及時開展煤田水文地質(zhì)勘查工作。

 

  2 .1 .3  陜西黃陵煤炭基地

 

  黃陵礦區(qū) 礦區(qū)東部煤田勘查程度較高。黃陵縣城西部尚有數(shù)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。由于長期治理投入不足, 誘發(fā)了多期較大規(guī)模的地面塌陷和地裂縫等環(huán)境地質(zhì)問題。

 

  彬長礦區(qū) 處于建設(shè)規(guī)劃階段。煤礦開發(fā)尚未建配套供水工程。據(jù)以往資料研究, 區(qū)內(nèi)具供水意義的主要含水層為白堊系下統(tǒng)裂隙孔隙含水巖組。

 

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

 

  銅川礦區(qū) 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(chǎn)能力580萬t a ;改擴(kuò)建礦井6 個, 增加生產(chǎn)能力370 萬t a 。

 

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

 

  2 .1 .4  晉北煤炭基地

 

  大同礦區(qū) 為北方嚴(yán)重缺水礦區(qū)之一。中國煤炭地質(zhì)總局第三水文地質(zhì)隊曾于20 世紀(jì)90 年代初在該區(qū)口泉溝南進(jìn)行過專門供水水文地質(zhì)勘查, 進(jìn)一步找水方向可在開發(fā)口泉溝南巖溶水的基礎(chǔ)上,開展礦區(qū)西部巖溶地下水補(bǔ)給、徑流條件勘查, 以進(jìn)一步查明水文地質(zhì)條件和評價地下水資源量。

 

  2 .1 .5  晉中煤炭基地

 

  霍州礦區(qū) 礦區(qū)西部7 對礦井, 總設(shè)計能力650萬t a , 急需生產(chǎn)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(zhì)總局第四水文地質(zhì)隊承擔(dān)水文地質(zhì)供水勘查。離石、柳林礦區(qū)屬晉中煤炭基地新建礦區(qū)。20 世紀(jì)90 年代初山西煤田地質(zhì)局229 隊曾在該區(qū)開展過區(qū)域水文地質(zhì)勘查工作。為適應(yīng)煤炭工業(yè)發(fā)展需要, 保證煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展, 需進(jìn)一步開展水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘查工作。

 

  鄉(xiāng)寧礦區(qū) 煤炭資源豐富, 屬新開發(fā)礦區(qū)。20世紀(jì)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(qū)河底———黑龍關(guān)一帶開展過水文地質(zhì)普查工作。隨著煤炭工業(yè)建設(shè)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)境評價工作。

 

  2 .1 .6  晉東煤炭基地

 

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

 

  陽泉礦區(qū) 陽泉礦區(qū)的壽陽北區(qū), 年產(chǎn)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?guī)r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(jì)末在該區(qū)開展水文地質(zhì)普查。隨著煤炭深部開拓延伸, 礦井水文地質(zhì)問題凸顯, 現(xiàn)正開展礦井水文地質(zhì)勘查工作。

 

  潞安礦區(qū) 20 世紀(jì)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(qū)開展過水文地質(zhì)勘查工作。目前礦區(qū)南部新建和規(guī)劃礦井水源尚未解決, 北部發(fā)展需要增加需水量。本著就近供水原則, 應(yīng)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(qū)發(fā)展的用水問題。

 

  晉城新礦區(qū) 20 世紀(jì)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(qū)進(jìn)行了區(qū)域水文地質(zhì)勘查工作。目前, 晉城新礦區(qū)的五龍溝、湟川、成莊礦正在建設(shè)中, 但供水問題并未最終解決。根據(jù)礦井建設(shè)進(jìn)度, 應(yīng)進(jìn)一步開展水文地質(zhì)勘查工作。

 

  2 .1 .7  魯西煤炭基地

 

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

 

  各礦井正在建設(shè)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(jì)末提交的供水水文地質(zhì)普查報告外, 巨野煤田尚未進(jìn)行專門水文地質(zhì)勘查, 水源問題一直未解決。因當(dāng)?shù)?a href="http://www.rijz.cn/t/淺層.html" >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(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(qū)。既有焦作這樣的巖溶大水礦區(qū), 又有義馬這樣的缺水礦區(qū)。20 世紀(jì)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(qū)進(jìn)行過水文地質(zhì)勘查工作。目前據(jù)調(diào)查, 僅義馬礦區(qū)尚缺水3 .87 萬m3 d 。

 

  據(jù)不完全統(tǒng)計, 各大煤炭基地總需(缺)水量約118 萬m3 d(其中, 云貴、內(nèi)蒙古東北煤炭基地因資料缺乏, 未作統(tǒng)計)。

 

  2 .2  我國煤礦區(qū)水文地質(zhì)勘查的主要問題

 

  上述工作大多是在20 世紀(jì)80 年代和90 年代進(jìn)行的水文地質(zhì)勘查工作, 且大多數(shù)屬于礦區(qū)供水水文地質(zhì)勘查, 礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題尚未重視。進(jìn)入新世紀(jì)以來, “西部水荒, 東部水害”和礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題仍然是影響我國煤炭工業(yè)健康穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展的主要問題, 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(qū), 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(qū)), 地下水資源量僅占全國的6 .87 %。由于種種原因, 自20 世紀(jì)90 年代中期以后, 煤礦區(qū)專門水文地質(zhì)工作基本中止。水文地質(zhì)勘查工作的嚴(yán)重滯后及研究程度相對較低, 已成為制約這些地區(qū)煤炭開發(fā)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突出問題。

 

  2 .2 .2  礦井水害威脅

 

  我國中、東部煤礦區(qū)大都是石炭—二疊紀(jì)含煤地層, 上覆第四系巨厚松散層含水層, 下伏富水性極強(qiáng)的奧陶系灰?guī)r含水層。據(jù)不完全統(tǒng)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(fā)生, 僅2005 年全國煤礦已發(fā)生7 起以上特大透水事故, 給國家和人民帶來了巨大的生命、財產(chǎn)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(qū)水環(huán)境問題

 

  煤礦區(qū)由于生產(chǎn)生活用水的提取和井下排水,使得礦區(qū)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(qū)“雪上加霜” , 并引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問題。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(xù)發(fā)展的“瓶頸” 。

 

  2 .2 .4  亟待加強(qiáng)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(yuǎn)見卓識者已把地下水提到了戰(zhàn)略性資源的高度?？赡壳拔覈鴮τ?a href="http://www.rijz.cn/t/地下水勘查.html" >地下水勘查基礎(chǔ)性投入嚴(yán)重不足, 煤田水文地質(zhì)工作嚴(yán)重滯后于煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要。煤田水文地質(zhì)勘查作為基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性地質(zhì)工作亟待加強(qiáng)。

 

  3  煤礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題及評價現(xiàn)狀

 

  3 .1  煤礦區(qū)主要環(huán)境地質(zhì)問題

 

  3 .1 .1  占用和破壞大量土地

 

  據(jù)有關(guān)資料顯示, 全國現(xiàn)有煤矸石山1 500 余座, 堆積量達(dá)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(qū)地面大面積積水、受淹和鹽堿化;西部礦區(qū)水土流失和土地荒漠化加速, 嚴(yán)重破壞礦區(qū)的土地資源和生態(tài)環(huán)境。

 

  3 .1 .2  誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害

 

  因地下采空、地面及邊坡開挖導(dǎo)致開裂、崩塌和滑坡等地質(zhì)災(zāi)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(qū)水均衡系統(tǒng)遭受破壞

 

  礦區(qū)疏水降壓、礦坑排水, 導(dǎo)致區(qū)域性地下水位大幅下降, 破壞了整個地區(qū)的地下水均衡系統(tǒng), 使水資源短缺, 泉水干枯, 河水?dāng)嗔? 影響了生活用水、工業(yè)用水和農(nóng)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t/a 。因二氧化硫污染導(dǎo)致的我國酸雨區(qū)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(qū)。此外, 矸石自燃、爆炸、結(jié)構(gòu)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(qū)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評價現(xiàn)狀

 

  在中國地質(zhì)調(diào)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(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查以及晉陜蒙(陜北地區(qū))、山西省、江西省3個重點(diǎn)地區(qū)礦山生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查, 西北地區(qū)不同類型礦產(chǎn)開發(fā)環(huán)境地質(zhì)研究等4 個試點(diǎn)項目驗(yàn)收工作。2004 年又安排了其余19 個省(區(qū)、市)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與評估工作和晉陜蒙(東勝-準(zhǔn)格爾地區(qū))、遼寧阜新煤礦區(qū)、陜西大柳塔煤礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題專題調(diào)查3 個試點(diǎn)項目。

 

  4  煤礦區(qū)水文地質(zhì)勘查與環(huán)境地質(zhì)評價發(fā)展趨勢a . 加強(qiáng)調(diào)查與研究相結(jié)合世界各國都非常重視資源環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作。

 

  在?  查明工程—經(jīng)濟(jì)活動與地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量之間相互作用的基礎(chǔ)上, 研究其發(fā)展趨勢與作用程度, 從而能大大增強(qiáng)水工環(huán)地質(zhì)工作在礦區(qū)建設(shè)中的作用。

 

  b . 水資源管理與水環(huán)境調(diào)查相結(jié)合

 

  水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)綜合勘查 調(diào)查評價是煤炭持續(xù)穩(wěn)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(diào)度是解決或緩解煤礦區(qū)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(qū)尤其重要。

 

  c . 進(jìn)一步加強(qiáng)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(fā)利用儲量豐富的下組煤已成為很現(xiàn)實(shí)的問題, 而下組煤的開采除了其他的礦井工程地質(zhì)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(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(xù)安全生產(chǎn)、制定礦井水防治的重要前提。

 

  d. 開展以礦區(qū)為范圍的環(huán)境地質(zhì)評價

 

  由于我國地域遼闊, 50 余a 的礦業(yè)開發(fā)積累的礦山環(huán)境問題復(fù)雜而又嚴(yán)重, 僅進(jìn)行小范圍的礦山環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評價工作, 很難滿足煤礦山環(huán)境規(guī)劃和恢復(fù)治理的需要, 應(yīng)進(jìn)一步開展以礦區(qū)為范圍的大比例尺的煤礦山環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評價工作。

 

  e . 地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與災(zāi)害監(jiān)測相結(jié)合

 

  地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查是了解過去發(fā)生過的災(zāi)情, 掌握地質(zhì)災(zāi)害的環(huán)境信息;災(zāi)害監(jiān)測是記錄現(xiàn)在地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生—發(fā)展的動態(tài)變化。兩者結(jié)合會大大提高地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測、預(yù)報準(zhǔn)確度, 更有利于災(zāi)害的防治和地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)。這在經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、城市區(qū)和大型工程建設(shè)地區(qū)(如煤礦區(qū))尤為重要, 這是國內(nèi)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(yùn)用

 

  隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 水工環(huán)地質(zhì)工作普遍運(yùn)用“3S”技術(shù), 從野外調(diào)查電子手簿, 到成果使用全程計算機(jī)化, 向調(diào)查成果成圖的數(shù)字化、調(diào)查信息傳輸?shù)木W(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(yùn)用方向發(fā)展。針對不同礦山環(huán)境地質(zhì)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(fā), 包括過去演變歷史評價、現(xiàn)狀評價和演化趨勢預(yù)測評價等。

 

  5  結(jié)語

 

  根據(jù)我國煤炭工業(yè)發(fā)展規(guī)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 個首批煤炭國家規(guī)劃礦區(qū)。這些煤炭基地和規(guī)劃礦區(qū)大多數(shù)位于我國北方中、西部干旱、半干旱地區(qū), 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發(fā)的兩大水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)問題, 也是煤田水文地質(zhì)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(yè)持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展, 保障國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要, 煤田水文地質(zhì)工作作為基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性地質(zhì)工作亟待加強(qiáng)。

 

  《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》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(chǎn)能力的大型煤炭企業(yè)和企業(yè)集團(tuán)。我國煤炭工業(yè)的發(fā)展為煤田水文地質(zhì)工作的開展提供了有利的機(jī)遇。隨著新時期我國煤炭工業(yè)的快速發(fā)展, 煤礦區(qū)水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)的勘查、評價工作將進(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(shè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。