江 静

(贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心，贵州 贵阳 550007)

2021年6月，桐梓县某矿堆渣场拦渣坝坝底涌出一股黄色水流，经溪沟流入下游自然水体，引起了下游河水轻度污染。为保证当地人民群众生产生活用水安全，特对该出水点进行水文地质调查，查清出水原因及水质成分，根据水质化验结果提出治理方案。

1 当地研究区地形地貌概况

区域内岩层主要为碳酸盐岩和碎屑岩两大类，碳酸盐岩主要包括二叠系上统长兴组、中统茅口组、三叠系下统夜郎组玉龙山段、茅草铺组碳酸盐岩分布面积广，分布区多属裸露及半裸露的基岩山区，地表岩溶洼地、落水洞、溶斗、岩溶潭、岩溶大泉等较发育，地下局部发育溶洞、暗河，大气降水容易通过地表大量的负地形渗入岩溶裂隙、管道、暗河之中，岩层中赋存着丰富的岩溶水，富水性强，这些岩溶水长途径流，最后以岩溶大泉、岩溶泉群或暗河等形式集中排泄于当地河谷中。当地的侵蚀基准面为附近的桐梓河河床，海拔标高+475 m，为当地最低侵蚀基准面。

碎屑岩分布面积相对较小，主要为二叠系上统龙潭组、三叠系下统夜郎组一段、三段的粉砂岩、粘土岩。碎屑岩靠近地表时风化作用较强烈，风化裂隙较发育，含风化裂隙水，深部可能发育构造裂隙地段，含构造裂隙水为主，碎屑岩区地下水运动受地形、地貌、岩性、构造控制，富水性总体较弱，主要依靠大气降水补给，受地势影响，一般为近源补给、就近排泄。

2 研究区水文地质条件

区域内主要为桐梓河汇水型水文地质单元。

2.1 地下水补给

区域内地下水补给以大气降水为主，地表水补给为辅。在碳酸盐岩分布区，地下水补给来源主要为大气降水，由于地貌上多属于中切垄脊中山地貌，两翼斜坡坡角35°～40°，坡度较缓，大气降水通过落水洞、漏斗、洼地等岩溶负地形集中灌入地下，补给强度较大。在非可溶岩分布区，地下水的补给来源主要为大气降水，其次为地表水。大气降水沿孔隙及基岩裂隙渗入地下补给地下水；地表水来源于碳酸岩中地下水的出露，它们在向桐梓河运动的过程中，途径碎屑岩分布区，通过孔隙、裂隙渗入地下补给地下水，分布局限，补给量微弱。地表水与地下水存在互补关系，表现为非可溶岩地层中的溪沟水，流经可溶岩地层时常潜入地下补给地下水，经一段暗流后又以岩溶大泉或暗河的形式于河谷及可溶岩与非可溶岩接触处排出地表补给地表水。

2.2 地下水迳流条件

地下水的局部迳流方向各异，但总体由北西向南东流向。在可溶岩地层中，以管道流为主，脉状流为辅；在非可溶岩地层中，以隙流为主。

2.3 地下水排泄

地下水的排泄在非可溶岩层中多以下降泉的形式近源排泄于地形低凹处；而在可溶岩层中地下水多以岩溶大泉及暗河的形式沿地形低洼的河谷地带或可溶岩与非可溶岩接触处及断层带上以暗河、岩溶大泉的形式集中排泄于地表，经排沙坝河流入高桥河，汇入桐梓河。桐梓河谷在花秋勘查区南西部边缘茅口组(P2m)出露处稳定标高480 m，为本区排泄基准面。

区域内岩溶水和碎屑岩裂隙水均以大气降水作为主要补给来源，地下水动态随季节变化明显，一般每年5月地下水流量、水位开始回升，6-9月为最高值，其间出现1～3次峰值，10-12月份进入平水期，水位、流量开始逐渐递减，到次年三、四月份降为最低值。

3 研究区地形地貌及断面概况

3.1 工业广场(堆渣场)的地形地貌

工业广场堆渣场拦渣坝出水点周围四面环山，山高坡陡，沟谷纵横，坡度10°～40°。龙潭组含煤地层沿槽谷延伸，上覆地层呈陡坎或陡坡。季节性冲沟水穿过工业广场和经过污水处理厂处理过的矿井水汇入下游的排沙坝河。堆渣场拦渣坝出水点处冲沟发育方向271°，冲沟旁地层产状为：倾向126°、倾角18°，工业广场现平均海拔约为844.5 m，堆渣场拦渣坝出水点处高程为818.585 m。详情见图1。

图1 堆渣场地形地貌

3.2 堆渣场断面特征

根据水文地质图重点调查区内剖面及堆渣场断面绘制，了解到堆渣场的坡度、厚度、规模。堆渣场顶部标高由北至南随地势逐渐降低，面积18 403.46 m2，标高844.5～824 m之间，平均厚度约21 m。堆渣场所处冲沟两侧山体坡度34°～45°不等，堆渣场平均坡度约9°，两侧植被较发育，详见图2。

图2 堆渣场断面图

4 出水点周边采矿区地层状况调查

通过访问调查，该矿堆渣场拦渣坝出水点上游的污水处理厂出口有老窑和含高硫分的水塘，老窑深度距目前工业广场地表约20 m，沿煤层露头向深部开采，挖掘长度约200 m，该老窑有积水。

井田内老窑分布在蒲家场至黄干田含煤地层露头一带，共计37个，开采煤层多为9、16煤层，少数为5煤层，平硐开拓或斜井沿煤层露头向深部开采，巷道约80～200 m，垂直深度20～60 m，采用坑道架厢，单巷道作业为主，开采面积一般不大，多数有积水现象，从调查访问情况看无伤亡事故。

采矿区内西北部煤系浅部一带分布有部分老窑，老窑采空区可能有积水，由于废弃多年，有些老窑已经复垦种田，遗迹已经不复存在，本次在矿上实际调查及经矿上工作人员介绍，这些老窑均有积水。本次调查采用老窑破坏区域下推60 m作为可能充水地带，同时也是浅部老窑破坏区域。根据经验公式V=CAM/cosα(A为淹没采空区平面投影面积、M为已开采煤层厚度、C为积水系数取0.10，煤层倾角取16°)，首采区16煤露头附近主要有4处老窑采空破坏区域，16煤平均厚度为1.39 m；平均倾角均取16°。采空破坏面积分别为11 068 m2、10 903 m2、5 003 m2及4 840 m2，通过经验公式计算得出各采空区积水量分别为1 600 m3、1 576 m3、723 m3及700 m3。

5 出水点出水量调查计算

5.1 工业广场的地表水

广场内有一条季节性冲沟穿过，流入排水沟。排水沟入口采用上下两层设计，下部排水沟下游为堆渣场拦渣坝出水点，上部为汛期水量过大时满流部分通过排洪沟与污水处理厂处理后矿井水汇合入下游排沙坝河，最终流入桐梓河；朵包河流量大小受季节性影响明显，丰水期流量较大，枯水期较小，此次调查期间无水流入排水沟。本次调查期间工业广场排洪沟至上游河道无水，上游水流全部流入地下水；此处用三角堰测量水位高度8.5 cm，计算出流量2.97 L/s(10.40 m3/h)，计算见表1。

Q=Ch5/2

(1)

式中：Q为流量，L/s；C为随h变化的系数，其值见表1；H为过堰高度，cm。

表1 流量计算参数表

5.2 工业广场的地下水

副斜井旁有溶洞出水口，洞口呈正方形，边长约为0.8 m。出水口据矿上职工介绍，雨季暴雨后3 h左右有大量水从洞口冒出，最大喷水直径约1 m，高10 m以上。

副斜井大棚(污水处理厂旁边)旁的竖井深10 m，井口呈正方形，边长为1.5 m，现场观察有水流声响，此处水为防止跌落，平时用钢板盖住。井下水流至排水沟，流到堆渣场拦渣坝出水点。

5.3 堆渣场拦渣坝出水点流量

根据调查人员现场用三角堰测量，水位高6.1 cm，得出该出水点流量为4.67 m3/h(1.30 L/s,111.96 m3/d)，水量大小随季节性变化。

6 出水来源及水质超标成因分析

6.1 出水点水源分析

6.1.1 大气降水

大气降水入渗补给原冲沟低洼地带集中排泄，冲沟底部汇水后集中排水。加之植被根系水汇集，沿坡面形成坡面流，在冲沟底部低洼地带汇聚，集中排泄汇入冲沟底部。

6.1.2 地表水

地表积水向深部入渗补给地下水形成冲沟底部集中排泄形成排泄点。

6.1.3 老煤窑采空区积水

据调查，工业广场下部存在早期村民私采老窑，煤系水汇聚于老窑采空区，地下水逐渐充满，煤窑水溢出，并顺着地势入渗排泄至冲沟。

6.2 水质超标原因

(1)工业广场下部老煤窑采空区积水受2021年09月16日四川省泸州市泸县发生6.0级地震影响(震源深度10 km，震中北纬29.20°，东经105.34°)。导致部分岩体开裂，地下水入渗补给老窑水顺裂隙流动，部分通过堆渣场拦渣坝出水点流出，由于老窑采空区积水受溶滤作用导致铁、锰离子等严重超标。

(2)由于大气降水和地表对煤矸石的淋滤，使煤矸石中的铁离子还原出来，进入地下水集中排泄而形成。

(3)由于整条冲沟切割了全部煤系地层，在煤的露头处地下水对煤层的溶滤作用，使煤层中的铁、锰离子还原出来随地下水下移，集中排泄，造成铁、锰离子含量严重超标。

7 对策建议

(1)根据现场水文地质调查分析该矿堆渣场出水点岩溶发育情况，发现场地区域内钻孔见溶洞率极高，该区域岩溶及其发育，存在大面积的岩溶空洞，岩溶管道四通八达，多处岩溶管道均与溶洞相连并补给该泉点，建议矿方在生产运营中，应避免在岩溶管道正上方区域进行施工作业，防止污水进入地下岩溶管道，污染地下水资源。

(2)全部清除煤矸石，对冲沟切割的煤炭露头进行全封闭，防止地表水、大气降水的冲刷和淋滤。

在集中出水点下方修建污水收集池，用泵抽到矿方污水处理厂处理达标后排放。

对堆渣场表面进行硬化全封闭处理，防止大气降水、地表水下渗，对矸石产生林滤作用。

建议岩土工程勘察工作中，在花秋二矿堆渣场出水点的影响半径及预留安全范围内(即泉点半径100 m)不要进行钻探工作，避免造成对花秋二矿堆渣场出水点的影响。

(3)建议贵州赤天化花秋矿业有限责任公司堆渣场出水点处设置专业值班人员，随时监测水质变化情况，一旦发生水体变浑的情况，立即采取相关措施，避免影响下游人民用水安全。同时应严格监测水质，确保水质达标，满足相关排水标准的要求，杜绝影响广大人民群众和生活用水。