东部草原区露天煤矿开采对地下水系统影响与帷幕保护分析

赵春虎^1,2,3，王强民^1,2,3，王皓^1,3，杨建^1,2,3，刘基^1,3，张雁^1,3

1. 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室2. 中国煤炭科工集团西安研究院有限公司3. 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室

摘 要：我国东部呼伦贝尔草原地区是以露天开采为主的重要煤电基地,但是针对草原区露天煤矿开采对地下水系统影响及其水资源保护等问题研究较为不足。以呼伦贝尔草原宝日希勒露天矿区为研究对象,根据矿区煤炭资源开发与疏排水特征,将矿区露天矿开采历史划分为初期、剧增期与稳定期3个阶段。应用地下水系统数值仿真技术,系统分析了露天矿区疏排水对地下水系统的影响规律。结果显示:第1阶段（初期）,由于宝日希勒露天煤矿首采区疏排水影响(疏排水强度2.3×10⁴ m³/d),矿区范围内平均水位降深小于5 m;第2阶段（剧增期）,宝日希勒露天矿西侧的东明露天矿相继开发,由于东明露天井田富水性好的松散含水层（渗透系数大于35 m/d）接受莫日格勒河地表水体补给充分,导致矿区疏排水强度增加至19.47×10⁴ m³/d,矿区范围内平均水位降深大于10 m;第3阶段（稳定期）,宝日希勒露天矿首采区闭坑后2采区相继开采,矿区疏排水量趋于稳定(14.93×10⁴ m³/d),莫日格勒河地表水体渗漏补给松散层地下水强度约为11.02×10⁴ m³/d,约占东明露天矿疏排水量的80%,平均水位降深大于15 m。最后,根据矿区水文地质条件、帷幕减渗条件下地下水流场以及露天矿剥离开采条件下含水层涌水特征,构建了受强富水强补给露天矿在帷幕墙减渗条件下地下水系统仿真模型,评价了帷幕墙构建对疏排水的影响程度,模拟得出帷幕墙长度为4 km的条件下,疏排水量减少至6.65×10⁴ m³/d,降幅约为51.81%,总结提出帷幕墙阻水减渗方案是矿区针对强富水、强补给含水层地下水保护性开采与露天矿减少疏排水量的有效手段。

关键词：地下水;东部草原区;露天煤矿;帷幕墙;