采煤对岩溶水环境的影响
山西省碳酸盐岩出露面积约2.6万km2，占全省总面积的17.5%，如果加上埋藏及覆盖区，碳酸盐岩分布总面积达11.3万km2，占全省总面积的5.2%，是我国北方碳酸盐岩分布最多的省，岩溶水在山西省的工农业及城市生活供水中占有非常重要的位置。
深层岩溶水位于煤系底部奥陶系（O2）灰岩中，分布于各大煤田边缘和底部，是山西省岩溶大泉的主要含水层位。它下伏于煤系地层中，在有断裂构造导水或底部隔水层厚度薄，不能抵御水压或矿山压力对其的破坏时，无论煤层是否带压，都会对岩溶水造成破坏。如果煤层带压可造成煤矿突水，不仅威胁安全生产，且造成水资源破坏；如果不带压，煤系地层中由于开采所形成的污水渗入到灰岩中造成岩溶水质污染。
据现有资料，各煤田太原组底部煤层底板与奥灰顶板间距离一般为30～70m，最大达100m，最小为15m左右，岩性以铝土泥岩、砂质泥岩为主，局部含有透镜体砂岩和石灰岩，为煤系底部主要隔水层。
关于煤炭开采对岩溶水资源量的影响山西省未进行过专题研究，故资料不丰富，特别是动态资料不全，地下水位及泉水流量记录不连续或无记录。致使无法进行细致的研究，下面列举一些实例来定性说明采煤对岩溶水资源的破坏。
（一）矿区突水实例
1.东山煤矿六斜坡突水
（1）概况。东山煤矿位于东山岩溶水系统中，东西宽约2.9km，南北长约10km，面积29.6km2，主采煤层为太原组的15号煤，二水平底板标高在300～700m，最西北角，15号煤底板标高220m。岩溶水位标高为800～786m，西北角O2水位标高798m，煤层底板承受水压平均达4MPa，最大5.7MPa。
矿区内构造发育，在开采15号煤过程中，发现大小断层332条，断距大于5m的有51条，皆为正断层，大多呈东西向排列。
根据矿区内35个钻孔资料，15号煤层底板至顶面间距离最薄为63.53m，最厚为101.53m，平均为79.42m，15号煤底至C2b顶岩性以砂岩、泥岩、石灰岩相向出现为特征，中间夹薄煤层，本溪组以粘土泥岩、砂质泥岩及细砂岩互层，含薄层石灰岩。
矿区内主要含水层为奥陶系上马家沟组岩溶裂隙含水岩组，平均厚度250m左右，单位涌水量一般为5～20L/（s·m），最大达77.73L/（s·m）。
（2）突水机理。该突水点位于东观煤矿六斜坡下山一采区，根据突水探巷的实测资料和在突水点附近20m处施工的Ts-9钻孔揭露的F11断层上、下盘的资料，可以断定，探巷掘进工作面已遇上了F11断层，断层面实测倾角31°，断层带水平宽大于20m，是一个断距为70～80m的正断层（见图8-8），它使太原组15号煤层与奥陶系峰峰组灰岩对接，因断层带宽且由于刚揭露导水性不是很好，所以探巷掘到断层面时未立即突水。本次突水的根本原因就是F11断层使15号煤层直接接触了奥灰含水层，探巷掘到断层带内5m，并且打了超前钻孔，起到了加速突水的作用，使本来就很破碎，强度不足的断层带，进一步遭到破坏，大大地降低了断层带抗水压的强度。这样，在奥灰水1.76MPa的水压作用下发生了突水。经对水质的分析测定，矿化度为643mg/L，水化学类型为H·S—C·M型水，属于奥陶系岩溶水。
（3）突水量动态。自1982年10月19日突水以来，从19日16时～25日3时，不到6天时间，水就淹没了整个采区，水位从699m上升到760m，进入运输大巷，下山采区共积水7万余m3。经测算，当初突水量达540m3/h，日出水量约达13000m3，前4年，涌水量一直稳定在近500m3/h左右，后来由于枣沟水源地的建立及观孟前水源地的开采，使水量逐渐下降，见图8-9。
图8-8 东山六斜坡突水示意图
2.轩岗矿区刘家梁矿
轩岗矿区位于下马圈泉上游，奥陶系灰岩水位标高1142～1272m。太原组9号煤底板标高大部分900～1200m，低于奥陶系水位70～240m，为带压开采，具有奥陶系岩溶水突水条件。
图8-9 东山六斜坡突水动态曲线图
刘家梁矿自1973～1988年，在965水平掘进中，先后发生16次突水事故，水量较大有7次，1986年5月29日突水量最大达8366m3/d，矿井总排水量达1.32～1.56万m3/d，其主要原因是断裂带勾通了奥灰水。黄家堡54112工作面开采5号煤层，于1992年7月23日1时突水，初始突水量108m3/h，水柱高0.6m，稳定后达85m3/h。其突水原因也是断裂导通了奥灰岩溶水所致。
3.其他
（1）临汾地区翼城县牢寨煤矿：牢寨煤矿属临汾翼城县县营煤矿，设计生产能力60万t/a，在基建过程中于1997年4月17日中午12时30分发生突水。标高550m，初始突水量380m3/h，致使基建工作无法进行，1997年6月开始在突水点处堵水，经过近1年的工作，未彻底堵住。目前涌水量仍达50m3/h。经分析为奥陶系岩溶水。
（2）晋中地区灵石县南王中煤矿，建于1974年，自1980年断层突水以来，使奥陶系岩溶水导入矿井，形成了长期排水，目前日排水量达1500余m3。
（二）煤矿开采对岩溶大泉的影响
山西省岩溶大泉其成因、补给来源及排泄方式互不相同，泉域内煤系地层组成比例大小不等，有的泉域内煤矿分布多，有的分布少，有的岩溶泉水流量变化大，有的变化小，有的干枯而有的泉水流量基本上保持十几年不变，通过本次调查及分析研究，岩溶水流量的变化与煤矿开采有一定的关系。分3种情况分述如下。
1.泉域内无煤系地层分布，泉流量基本保持不变
【例1】 坪上泉
该泉位于山西省东部五台县境内。泉域面积2817km2，其中灰岩出露面积约860km2，变质岩分布面积1957km2，泉域内几乎无含煤地层分布。
岩溶水盆地呈北东—南西向展布，其补给主要是大气降水入渗，其次为河流入渗补给。泉水多年平均总流量4.94m3/s，多年枯季平均流量为3.92m3/s，1989年最大6.39m3/s，1999年4.03m3/s，1984年以来流量变化见图8-10。
2.泉域内有煤系地层分布，但未大规模开采，对泉水影响较小(https://www.daowen.com)
【例1】 延河泉
图8-10 五台坪上泉1984～1999年流量过程曲线图
延河泉（又名马山泉），出露于山西省阳城县东冶乡延河村北约1km沁河西岸，以股状流出，沁河自阳城县润城至河南省济源县五龙口间长40km，出露泉水多处，以延河泉最大，其次有八甲口泉、下河泉、晋圪坨泉、赵良泉、磨滩泉、黑水泉等，形成一个排泄带，总排泄量达11.9m3/s。延河泉多年平均流量3.39m3/s，出露标高463.33m，泉口处出露地层为O2 S中段下部。
泉域包括阳城县全镜，沁水、晋城、高平一部分，总面积2990km2。
泉域以东、南、西部出露奥陶系石灰岩，面积988km2，为泉域的主要补给区，其次为西部的董村水库及沁河在润城以上灰岩出露段的补给，石炭二叠系在区内广泛分布。晋城新矿区潘庄、大宁、寺河、成庄等特大型矿井分布于该泉域内，设计能力2000万t/a，但目前未建成投产。泉域内仅有地方小煤矿开采，据不完全统计，共有煤矿255座，排水量994.62万m3/a，开采能力654.96万t。
岩溶地下水的流向在东部以北东向南西流，西部由西向东流，北部由北向南流，南部由南西向北东流，最终在延河泉汇集，以泉的形式排泄。
自有观测资料以来，该泉域流量在减少，但减少幅度不大，有时有回升现象。如1987年平均流量2.85m3/s，1988年上升为3.32m3/s，1995年2.35m3/s，1996年上升为3.16m3/s。自1982年以来，该泉动态流量见图8-11。
图8-11 延河泉1982～1999年流量过程曲线图
3.泉域内煤系地层分布较广，且大规模开采，对泉流量影响较大
【例1】 郭庄泉
该泉位于山西省霍州市南7km处东湾村至郭庄村的汾河谷中，大部分出露于河漫滩上，少部分出露在一级阶地上，南北出露长度约1.2km。
郭庄泉岩溶水盆地的范围主要受汾西大向斜的控制，该向斜位于吕梁大背斜和霍山大背斜之间，是一个复向斜，轴向近南北，南北两端终止于临汾盆地北缘和晋中盆地南缘。
泉域的西边界为吕梁山分水岭；东边界北起汾、孝大断层，南至霍山山前大断裂；北边界基本沿晋中盆地南缘到将军山以南的变质岩区；南界终止于射姑山、团柏一线。总面积5000km2，其中寒武奥陶系裸露面积1400余km2，石炭、二叠系分布广泛。
泉域内分布有霍西煤田，汾西矿区及霍州矿区就处于该泉域中，另外集体个体煤矿较多，据不完全统计，分布于该泉域内的煤矿共有580座，开采能力2106.44万t/a，排水量1554.99 m3/d。
该泉群共有6个泉组，大小泉眼60个。1991年以前，泉流量较大，最大年平均流量9.14m3/s（1968年），最小年平均流量6.20 m3/s（1990年）；但从1992年开始，泉流量急骤下降，至1999年减小至2.23m3/s，与1968年相比减少了6.31m3/s，与1991年前的最小流量相比较亦减小了3.37m3/s。根据本次调查，地表基本无泉水流出，仅在千佛崖底见有涓涓细流，详见图8-12。
图8-12 郭庄泉域1984～1999年流量过程曲线图
【例2】 晋祠泉
晋祠泉位于山西省省会太原市晋源镇，是山西省一大旅游胜地，由于圣母殿脚下难老泉的泉水清澈透明，致使旅游者络绎不绝。
晋祠泉的泉域范围基本上包括了整个西山煤田。泉域的东北部边界与兰村泉为共同边界，此边界为可变边界；北部及西北部边界以变质岩系为边界，西边界位于狐堰山、寨儿坡、岭底村至山前大断裂；东部与南部以山前大断层为边界，为排泄边界。
晋祠泉的补给主要是接受大气降水的入渗及汾河地表径流的漏失。晋祠泉岩溶地下水主要由西北方向径流而来，流经西山煤田大部，在山前排泄。泉水流量早在1933年实测为70立方英尺（约2.0m3/s），1942年10月1日每昼夜17万m3（约2.0m3/s），新中国成立后1954～1958年实测资料，泉水最小流量1.715m3/s，最大2.18m3/s。近20年来，泉水流量逐渐减少，于1994年5月断流（见图8-13）。
图8-13 晋祠泉1954～1994年流量过程曲线图
在泉域内，煤炭开采具有悠久的历史，以西山煤电集团公司为主在规模地进行开采。据不完全统计，在泉域内分布的煤矿共有392座，开采能力3822.75万t/a，总排水量达2068.17万m3/d。
山西省由于奥陶系岩溶含水层与石炭、二叠系含煤地层间隔较小，在构造作用下使奥陶系水位高于可采煤层底板，形成带压开采，如果在有外因作用下，使奥陶系含水层中的水向上进入矿井，则形成矿坑涌水。表8-27计算了山西省各煤田带压开采矿区内矿压水压对底板的破坏深度，对这些矿区应做进一步的工作，详细研究其排供结合问题，既有利于开采又造福于社会。
表8-27 各煤田“下三带”破坏深度计算结果
