高 静 远

(山西省煤炭地质水文勘查研究院,山西 太原　030006)

晋祠泉是“三晋第一名泉”，分布于太原西山一带，具有丰厚的人文历史积淀和旅游观赏价值。泉域岩溶水是满足太原市居民生活用水和工农业生产用水的主要供水水源，对太原市经济社会发展具有重要作用。自20世纪50年代以来，由于太原市工农业生产对地下岩溶水的大量开采，泉域内地下水水位开始逐年下降；到80年代后，泉域内煤矿开采规模逐年扩大，采煤排水量持续增大，地下水水位下降速度随之加快。1994年4月30日，晋祠泉首次出现断流，之后泉口地下水水位持续下降，直至2008年，泉口地下水水位已下降至泉口以下27.76 m处。为修复和保护晋祠泉域，山西省委省政府先后采取了引黄入晋、汾河复流、煤矿兼并重组、地下水关井压采、高耗水企业搬迁等一系列措施[1]，扭转了泉域水环境继续恶化的趋势，2008年晋祠泉地下水位首次出现回升，2014年水位回升至泉口以下7.71 m处[2]。采煤排水是影响晋祠泉域水资源水环境变化的重要因素，因此有必要对其进行深入分析，为晋祠泉域修复治理工作提供帮助。本文以晋祠泉域水资源为研究对象，分析了采煤排水对泉域地表水、地下水和泉域水质的影响，以期为晋祠泉域修复保护工作提供有价值的参考。

1　采煤排水对地表水的影响

采煤对地表水的影响主要体现在对地表基流的影响，当采空区形成后，其冒落带或裂缝带会到达地表，使地表水与矿坑形成水力联系，致使矿坑附近用于补给地表基流的基岩裂隙水沿裂缝流入矿坑，从而减少了地表基流补给量。此外，随着采空区裂隙的进一步扩展，地表水向地下水的转化速度也会随之加快，造成地表基流快速减少甚至断流。

晋祠泉域属黄河流域汾河水系，区内河流水系较为发育，汾河为区内最大河流，此外还有屯兰川、狮子河、原平川、天池河等11条汾河一级支流。20世纪70年代以前，晋祠泉域范围内采煤规模较小，因此，泉域内河流受人为因素影响相对较小。但80年代后，随着采煤规模的扩大，矿坑排水量快速增大，泉域地下水水位呈现快速下降趋势，直接导致泉域内部分泉眼断流，地表径流量减少，极大地削弱了流域水资源的调蓄作用。以太原西山矿区南部的风峪沟店头为例，20世纪80年代以前，该地区流域环境和水文下垫面条件处于天然状态。1976年—1984年的降水量与径流深呈现为良好的线性相关，相关系数为0.968 6，完全符合自然状态下流域水文下垫面的产流特征。但随着1986年—1999年，煤炭开采规模的扩大，降水产流量与原有产流规律不再相符，反映出地下水调蓄作用失调。另外，以冶峪沟中游的官地、西峪煤矿为例，20世纪60年代初，该地区煤矿开采初具规模，到80年代后，煤矿开采逐渐达到高峰。据当地水文监测资料显示：1958年该地区降水量为532.8 mm，地表径流深为31.7 mm，1983年降水量为564.5 mm，地表径流深减少为5.8 mm，上述变化表明采煤排水对地表水水量变化具有显著影响。

2　采煤排水对地下水的影响

2.1　对上覆含水层的影响

在自然状态下，煤系含水层与其上覆含水层之间存在有隔水层，上下含水层之间并无水力联系。但随着采煤活动的进行，地下含水层和隔水层逐渐遭到破坏，特别是井筒开挖要穿越多个含水层和隔水层，对各含水层的原有赋水状态产生了较大破坏。此外，随着采空区面积的扩大，煤层顶板会发生垮落，在多个上覆含水层之间形成导水裂隙带，使各含水层之间产生水力联系。导水裂隙带一旦形成，上覆松散岩类孔隙水将沿裂隙向矿井快速渗透，并转化为矿井水排出矿坑，最终导致地下水位持续下降，形成以开采点为中心的降落漏斗。

晋祠泉域采煤排水对上覆含水层的影响主要表现在对矿区上覆河谷孔隙水的影响。受采煤活动影响，晋祠泉域上覆河谷孔隙含水层与煤系地层的原有隔水层遭到破坏，造成了采空区上游河谷地区孔隙水严重下漏，最终导致泉域内多条汾河支流漏失。此外，由于泉域内部分煤矿矿井建在河谷地带，在建井时，大量孔隙水进入井筒，造成了矿井周围孔隙水水位出现大范围下降，以至于周围农业和农村水井全部报废。

2.2　对煤系含水层的影响

自然条件下，煤系含水层中的水和煤共处于同一地质体中，各有自身的赋存条件和变化规律。但随着采煤排水的进行，地下水原有自然平衡状态被打破，矿井周围地下水开始向矿坑汇流，形成以矿井为中心的降落漏斗，导致其半径内的地下水流速加快、水位下降、贮存量减少、局部承压水转为无压水，并对煤系地层裂隙水和煤系顶部裂隙水产生显著影响。

采煤排水对晋祠泉域内煤系含水层的影响，主要体现为煤矿开采和矿井排水疏干了煤系地层裂隙水，破坏了原有的含水层和隔水层赋水状态，使地下水直接涌入矿坑，形成以矿井为中心的降落漏斗，最终改变了地下水的补、径、排关系。

2.3　对下伏含水层的影响

采煤排水对下伏含水层的影响主要体现在开采下组煤层排放深层裂隙水对深部岩溶水产生的影响，开采上组煤对其产生的影响相对较小。当开采煤层标高低于深部岩溶水位标高时，通常地层中的断裂构造和裂隙普遍较为发育，随着采空区的持续扩大，煤层周围应力分布必然发生改变，加之煤层裂隙水逐渐疏干，将导致裂隙水和岩溶水之间的天然水动力平衡状态被打破，从而造成局部有利地段发生岩溶水向上越流现象[3]。此外，煤系含水层及其上覆含水层的疏干，会削弱深部岩溶水的渗漏补给量，从而对下伏含水层产生显著影响。

晋祠泉域古交煤层普遍低于奥陶系水位，尤其在汾河沿线的西曲、镇城底、马兰矿等采煤区的煤层以下赋存有丰富的岩溶地下水，随着采空区的扩大，大量岩溶水向上越流进入矿井，然后被疏排，造成了岩溶地下水资源的大量流失。

3　采煤排水对水质的影响

4　结语

晋祠泉域大部分区域被煤田覆盖，采煤排水是影响晋祠泉域水资源变化的重要因素。首先，采煤过程大量疏排矿坑水会导致地下水水位下降。其次，受采煤活动影响会导致隔水层失去作用，各含水层之间发生水力联系，地下水的补、径、排关系发生变化，地下水水资源量减少。最后，矿坑水的下渗和直排以及煤矸石、尾矿的淋滤入渗会造成区域水资源的污染。