地下水开采方案

地下水开采方案（共11篇）

地下水开采方案 篇1

1 矿山情况简介

兰坪铅锌矿属于开采了几十年的老矿山,前期基本上是多家私人公司无序开采,收归国有后地方政府对矿山资源进行了全面整合所面临的问题就是处理以前无序开采所遗留的大大小小的采空区。本文将对跑马坪矿段2 240 m以上采空区的处理进行方案论证及方案选定。

2 空区处理方案

2.1 空区形态

该采空区围岩稳固,平均f系数为12,空区最大面积为3 000 m2,标高从2 240 m~2 280 m,呈穹型,最大跨度90 m,周围无太主要的巷道及装备设施。地表无构筑物、建筑物,允许陷落。

2.2 空区处理方案初选

根据矿山的实际情况,由于地表允许陷落,空区周围无重要的设备、设施。因此,选择崩落围岩处理采空区。但是,由于该采空区围岩属于比较坚固的类型,空区形成已经有一段时间,没出现落石、节理、裂斜等地质软弱现象,自然崩落的方法已经不可能实现,所以选择强制崩落的方法处理采空区。

强制崩落围岩处理采空区,一般使用中深孔爆破及药室爆破[1]的方法处理采空区。中深孔爆破处理采空区,钻孔工程量大,装药、堵塞、连线工作量大,过程复杂,但是爆破效果相对较好;药室爆破处理采空区,开挖工程量小,装药、连线、堵塞、起爆工作简单,但是爆破效果相对深孔爆破要差。

2 240 m以上采空区的处理,采用强制崩顶的方法处理采空区,崩落围岩的厚度一般应满足缓冲保护层的需要,达15 m~20 m以上为宜,这里选用20 m的厚度。

崩落围岩的体积计算如下:

a)需要崩落下的散体的体积:

Q1=3 000×20=60 000 m3;

b)实体的体积:

Q=60 000÷1.6=37 500 m3。

松散系数取1.6。

3 硐室爆破计算方案计算

3.1 装药量计算[2]

由于本次设计选择的安全距离为15 m,故最小抵抗线也为15 m,则按加强松动爆破及抛掷爆破装药量计算:

Q=eq W3 f(n)=12 880.688 kg,取12 881 kg。岩石硝氨炸药e=1;q为标准抛掷漏斗的单位体积耗药量,kg/m3,取1.7;W为最小抵抗线,m;f(n)为装药作用指数的函数,f(n)=0.4+0.6 n3,n取1.5。

式中,Q为装药量,kg;e为炸药换算系数,2号

3.2 药包间距的确定

3.2.1 药包间距对爆破漏斗的影响

多个药包齐爆时,合理确定药包间距对确保爆破效果有决定性的影响,同时布置相同埋深和相同药量的标准药包进行若干个进行试验,爆破结果表明:

a)当药包间距为3.5 W时,爆破后形成的漏斗是相互孤立的。两药包间的地面还有部分抛掷出来的土石堆成相当高度;缩短药包间距,则堆积的土石逐渐减少以至消失;继续逐渐减少间距,就能见到两个爆破漏斗连接起来,只在药包中间有隆起部分;

b)当药包间距为W时,爆破后形成的漏斗联成一个椭圆形状的爆坑,药包中间隆起的部分消失了;

c)如药包间距继续缩短到小于W时,则爆破漏斗的爆破作用指数便会增大,实际上等于过量爆破漏斗,标准药包也就变成过量药包。

这就说明,两个标准药包的间距等于药包的最小抵抗线为宜,即a=W。

3.2.2 药包间距的确定

合理的药包间距应既能使爆破时两药包间不留岩埂,又能充分利用炸药能量。

结合矿山的实际情况,选择:

式中,a为药包间距,m;W为最小抵抗线,m;f(n)为装药作用指数的函数,f(n)=0.4+0.6 n3,n取1.5。

3.3 导硐和药室

3.3.1 导硐和药室的形状[3]

药室的形状常有正方形、长方形、回字形、丁字形、十字形等。药室的形式以保证药包最大集中程度、掘进方便和顶板暴露面积小为原则。药室高度一般为1 m~3 m,以不超过2 m为宜。这里采用平硐加药室对称布置的形式。

本次设计拟用上下两层,每层4个硐室的布置方式进行爆破,则总药量为:

Q=12 881×4×2=103 048 kg。

每个药室装药量为:

Q1=103 048÷8=12 881 kg。

所需的药室容积按下式计算:

取18.2 m3。式中,V为药室容积,m3;Q为装药量,t;△为装药密度,t/m3,一般为0.58~0.9,这里取0.85;K为药室容积利用系数,一般为1.1~1.3,这里取1.2。

3.3.2 药室尺寸计算

根据上述,选择药室的高度为2 m,药室形状选择正方形,则:

3.3.3 爆破漏斗计算

a)压碎圈半径。

对集中药包:

式中,RY为压碎圈半径,m;Q为集中药包装药量,t;△为装药密度,t/m3,取0.85;μ为由岩石性质决定的压缩系数,取10;

b)爆破漏斗下破裂半径R:

c)爆破漏斗上破裂半径R′:

d)爆破土岩方量计算:

根据剖面图得剖面积为:

由于爆破距离为45 m,所以,爆破实方的体积V:

V=S×45=39 465 m3。

满足爆破量37 500 m3的要求。

3.3.4 爆破地震安全距离的计算[4]

爆破地震安全距离,可按下式计算:

,取446 m。式中,R为爆破地震安全允许距离,m;Q为炸药量,kg,齐发爆破为总药量,延期爆破为最大一段药量;V为保护对象所在地质振动安全允许速度,cm/s;m为药量指数,取1/3。

3.3.5 爆破网络

爆破使用2号岩石硝氨炸药,起爆药也是,起爆药量一般在装药量的5%以上,起爆药包重322 kg,每个药室都设置起爆药包。采用导爆索、非电毫秒雷管组成微差起爆网络,上层药室最先起爆,每层分两段起爆,整个网络使用两发火雷管引爆。

4 方案选定

硐室爆破处理空区,虽然爆破效果比不上深孔崩落,且大块率高,但是空区处理对崩落岩石的块度没具体的要求,且掘进工程量小,装药和连线起爆简单。通过参数选定,该方案选择硐室爆破崩落围岩处理采空区是可行的。

摘要：通过对某矿山2 240 m以上采空区的深入调查及对2 240 m以下矿体采矿方法的研究,为永久处理采空区和减少采空区处理后对后续采矿带来的不利影响,对比多种采空区处理方案后提出对该采空区进行崩落围岩充填进行处理,并选择计算了硐室爆破方案。

关键词：方案研究,硐室,深孔,爆破,崩落,采空区处理

参考文献

[1]采矿手册编辑委员会.采矿手册[M].北京:冶金工业出版社,1996.

[2]采矿设计手册编委会.采矿设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1987.

[3]周昌达.井巷工程[M].第二版.北京:冶金工业出版社,1994.

[4]解世俊.金属矿床地下开采[M].第二版.北京:冶金工业出版社,1986.

地下水开采方案 篇2

第一章

总则

第一条 为了加强地下水资源管理，规范我市机井建设市场秩序，实现地下水资源的合理开发、有效保护，依据《中华人民共和国水法》和《甘肃省取水许可制度实施细则》、《水利工程质量管理规定》、《甘肃省水资源费征收管理办法》等有关规定，结合我市实际，制定本办法。

第二条

本办法适用于在我市境内开采利用地下水资源的单位、个人（以下简称取水单位）和凿井施工的单位、个人（以下简称施工单位）。

第三条

开发利用地下水资源应当全面规划，合理开发，科学利用，有效保护，并坚持采补平衡的原则。

第四条

市水行政主管部门负责管理全市地下水资源的开发、利用和保护工作。县（区）水行政主管部门负责管理本行政区域内地下水资源的开发、利用和保护工作。

第五条 市水行政主管部门要组织好地下水资源水质、水量的勘察和评价，建设地下水资源管理系统和监测网络，掌握地下水水位、水质变化情况，确定禁止开采区、限制开采区和可开采区，为地下水资源的开发、利用和保护提供依据。

第六条 市水行政主管部门组织编制全市的地下水资 源开发利用规划和机井建设规划，县（区）水行政主管部门根据全市规划，审批本辖区内的地下水资源开采和机井建设计划，同时报市水行政主管部门备案。

第二章

开采审批

第七条 地下水资源是宝贵的经济战略储备资源。凡在我市凿井开采地下水资源的取水单位，必须遵循水行政主管部门的统一规划，合理开发，严格按计划取水，节约和保护地下水资源。

第八条 新建机井的取水单位必须向县级以上水行政主管部门提出申请，取水申请经水管（处）所审查后，逐级上报县（区）、市水行政主管部门按管理权限批准后方可建设，未经审批，不准擅自凿井取水。水行政主管部门要按照全市统一规划和计划，及时进行现场勘察核实，合理确定井位、井距。

第九条

机井的审批必须严格遵守《取水许可制度实施办法》、《取水许可监督管理办法》、《取水许可水质管理规定》、《甘肃省取水许可制度实施细则》、《取水许可申请审批程序规定》等有关规定审批。

第十条

在城市供水管网覆盖范围内禁止凿井取用地下水资源，并由水行政主管部门责令城区自备水源用水户限期关闭自备水源。

第十一条

禁止在泉域范围内凿井提取地下水资源。除生活用井外，在地下水超采区域不得再新增生产用井。超采区域和荒滩、荒地等范围内地下水资源的开采由市水行政主管部门审批。

第十二条

限制开采区，要通过评估鉴定，报废效益衰减、能耗高和已干涸的水井，逐年进行更新改造，严格控制水井布距，实现合理布局，防止采补失调。

第十三条

可开采区，确需新建机井或更新改造的，要严格按全市规划和计划审批，合理确定井点布局、井距、井深、取水层位等技术数据，新建机井与原有井井距一般保持在500米以上，井距不足500米影响他人利益时，需取得原取水单位的同意。

第十四条 工业和其他建设项目批准后，需要取用地下水资源的，必须向水行政主管部门申请取水许可。在办理取水许可申请时，项目建设单位要提供“项目审批文件”、“建设项目水资源论证评价报告”和取水许可申请应当提交的其他有关文件，具体按《取水许可申请审批程序规定》（1994年水利部4号令）第六条和第十一条规定执行。

第三章

建设管理

第十五条 为了保证成井质量，维护取水单位合法利益，实施凿井施工招投标制度。凡在我市境内承建机井的施工单位，必须通过所在地水行政主管部门的资质审查，经过审查同意后进行招投标，中标后按取水许可批准的井点布 局、取水层位等技术规定进行施工作业。

施工单位在投标时，须向水行政主管部门提供单位资格证、工商营业证、税务登记证、法人资格证、从业人员技术等级证等有关证件。取水单位凭取水许可申请审批文件与中标施工单位签订施工合同。

第十六条 施工单位要按核定的井位施工，如必须改变井位时，必须由取水单位和施工单位会同水行政主管部门复核同意；未经同意，不得更改。

第十七条

施工单位要确保成井质量，在施工中要严格按规范采取地层岩样，编录和描述。成井后，施工单位要及时进行抽水试验，测定水量，并提交下列资料：

㈠单井的实际井深、井径（内径）、井管类型、静水位、动水位、机泵型号、单井的测试水量和水质化验报告等有关资料；

㈡ 机井竣工图、机井钻进地层剖面图；

㈢ 机泵设备性能和其他有关资料。

第十八条

机井施工必须按照水利工程质量管理、建设管理等有关规定进行，施工由取水单位监督、水行政主管部门进行质量检查。

第十九条

机井完工后，水行政主管部门要会同施工单位和取水单位现场检查验收，测定静水位、动水位及机井出水量等资料，由三方会同签证。验收合格者发给取水许可 证，方可启用水井。验收不合格的，由施工单位负责处理。

第二十条 为了掌握地下水动态，加强水资源管理，凡在我市境内凿井提取地下水资源的，必须安装合格的计量仪表，其费用由取水单位承担。

第二十一条

因工程建设需要确需拆除或废弃的机井，由县（区）水行政主管部门批准，建设单位按单井造价对井权单位予以补偿。

第四章

工程管理

第二十二条

水行政主管部门要加强机井及设施的监督管理，明晰所有权，确定经营权，实行单井一表、一卡、一证、一牌制，建立机井管理档案，不断提高管理水平。

第二十三条

机井及设施的管理，实行取水单位自主管理和水行政主管部门依法监督管理相结合的管理制度。要建立健全规章制度和岗位责任制，推选责任心强、懂技术的人承包经营管理，强化经济技术指标考核，明确责任，落实管理任务，做到井井有人管，井井有制度。

第二十四条

成井要根据其特性进行合理配套，同时要井房、渠道、量水设备等配套齐全。

第二十五条

机井和配套设施要定期进行检查，发现问题，应及时组织力量进行维修，提高机井的完好率。

第二十六条

严禁破坏、盗窃、强抢机井机泵及附属设施。任何单位和个人不得收购盗窃、强抢的机井机泵及 其设备器材。

第二十七条 各县（区）水行政主管部门应定期对辖区内的机井进行普查登记，建立机井档案及数据库，并将普查情况汇总后，报市水行政主管部门备案。

第二十八条

建立机井报废鉴定和审批制度。确定损坏严重或无法修复使用的机井，必须经过县（区）水行政主管部门鉴定，由市水行政主管部门审批后，可列为报废。

第五章

用水管理

第二十九条

取用地下水资源实行县（区）总量控制和单井定额管理相结合的制度。

第三十条

各县（区）水行政主管部门要根据市政府批准的《水资源配置方案》核定的地下水可提取总量，结合各灌区地下水允许开采量和用水实际核定其提取总量。

灌区在控制总量的基础上，结合纯井灌溉和井河混灌溉的实际核定单井取水定额，核发取水许可证。要逐级分配，将水权配置到各用水户，并核发水权使用证。

第三十一条

用水计划必须坚持“水权集中，计划配水，统一调度”的原则。做到用水有申请，提水有计划，配水有秩序，供水有指标，灌水有标准。

第三十二条 严格规章制度，厉行节约用水，强化定额管理。确定水权要指标到户，分配给用户的水权，节约归己，浪费不补。

第三十三条

要按轮次实行“水量、面积、水（电）费”三公开，接受用水户的监督，规范民主管理，增强水务透明度。

第六章

水费征收管理

第三十四条

凡在本市行政区域内，提取地下水资源的单位和个人，都应当依照《甘肃省水资源征收管理办法》和全市农业用水成本价格核定及足额征收的相关规定缴纳水资源费和基本水费。纯井灌面积每亩每年征收4元的基本水费，井河混灌面积的基本水费按河灌面积标准征收。

用水实行计量收费和超定额（计划）累进加价制度。计划内执行标准水价和水资源费；超计划累进加价收取水费和水资源费。

第三十五条

水资源费按《甘肃省水资源费征收管理办法》第七条执行。其标准为：

㈠工业、经营（含建筑业）和城镇生活用水0.15元/m3；

㈡农业灌溉用水0.01元/m3。（农民灌溉用水，计划内暂缓执行，超计划实行累进加价制）超计划取水的，按下列标准累进加价征收水资源费：超计划10%～30%的，对其超取的水量加价1倍征收；超计划30%～50%的，对其超取的水量加价2倍征收；超计划50%的，对其超取的水量加价3倍征收。

第三十六条

水费由所属水管处（所）征收、管理。用于地下水资源的调查评价，地下水计量设施的配备以及机井运行管理等。

第七章

监督与处罚

第三十七条

市、县（区）水政监察大队依法监督、检查并查处违反水法规和本办法的行为。

第三十八条 单位和个人要积极配合水政监察人员的监督、检查工作，不得以任何理由拒绝或者阻碍其执行公务。

第三十九条

盗窃毁坏机井机泵及附属设施的，依照《中华人民共和国治安管理条例》、《甘肃省实施水法办法》等有关规定处理，情节严重构成犯罪的，由司法机关依法追究刑事责任。收购盗窃、强抢机井机泵及其设备器材的，由工商、公安、水利等部门依法查处。

第四十条 违反本办法第八条和第十四条的，由县（区）水行政主管部门责令停止违法行为，并依照《水法》第六十九条的规定给予处罚。

第四十一条 违反本办法第三十五条的，依照《水法》第七十条的规定给予处罚。

第八章

附则

地下水开采方案 篇3

【关键词】地下水；地下水超采; 环境地质;防治措施

1.我国目前对地下水开采情况概况

地下水资源在我国水资源中占有举足轻重的地位，由于其分布广、水质好、不易被污染、调蓄能力强、供水保证程度高，正被越来越广泛地开发利用。尤其在中国北方、干旱半干旱地区的许多地区和城市，地下水成为重要的甚至唯一的水源 。由于社会经济快速发展，人口大量增加，近50年来，我国地下水开采量呈现逐年增长趋势，但目前全社会水资源供需矛盾仍很尖锐。

目前，我国地下水开发利用主要是以孔隙水、岩溶水、裂隙水三类为主，其中以孔隙水的分布最广，资源量最大，开发利用的最多，岩溶水在分布，数量开发均居其次，而裂隙水则最小。依据相关数据显示，从目前的供水情况看，全国地下水的利用量占全国水资源利用总量的16%，其中地下水开发利用程度最高的是华北地区，其地下水供水量占全区总用水量的52%。预计在今后，我国淡水资源供水需矛盾突出的地区仍是华北、西北、辽中南地区及部分沿海城市。

我国地下水资源开发利用迅速增加。据中国地质调查局统计，上世纪70年代，我国地下水年均开采量为572亿立方米；80年代，增加到748亿立方米；到上世纪末的1999年已达1058亿立方米；近年来，这个数字一直在每年1000亿立方米以上。相对于逐年增长的地下水开采量，我国地下水资源十分有限。

2.地下水开采引起的环境地质问题

在许多地区和城市，虽然总体上地下水资源的开采量并未超过允许开采量，但由于地区间开采程度不平衡造成，导致局部开采强度分布不均，特别是城区及局部地段过量集中开采，开采强度过大，导致过量开采，形成地下水降落漏斗。例如，在北方地区虽然有37个地市处于严重超采。从而引起局部地区的地面沉降及水质污染问题。

就河北石家庄而言，由于人口和工业企业的增多, 不得不大量开采地下水，由于长年过量开采地下水使降落漏斗逐年扩大，漏斗中心水位埋深89年为36.06m，99年已发展到为39.98m，并形成区域性水位下降。西峰市的十里湾水源地超采极为严重，其允许开采量为24.7′104m3/a，而实际开采量达到206′104m3/a，是可采资源量的7倍，其开采是不断清耗静储量的疏干式开采，如不控制，含水层面临疏干的危险。

过量开采地下水引起的环境地质问题：

2.1地面沉降

地面沉降是由于超量集中开采地下水，造成地下水水位的大幅度下降，含水介质压密所至，在我国地面沉降比较严重的有北方的天津、沧州、西安、太原、南方有上海、阜阳市以及苏锡常地区。大同城市地质勘察研究表明,大同市地面沉降始于70年代,进入80年,地面沉降面积逐年增大,形变加剧。市区平原区约400km2范围内出现了区域性地形变,形变速率为7～10mm/a。目前,平原区出现两个地面沉降中心区,位置分布在时庄—西韩岭和陈庄—梓家村一带。1988～2000年年累计形变分析表明,由形变区边缘至中心的形变程度增加,形变扩散范围增大。尤其是南郊区,以西韩岭为中心约160km2范围内,表现出垂直形变显著,形变量加速发展的趋势。地面沉降区,最大累积沉积量124mm,平均沉降速率为24.8mm/a;一般累积沉降量为40～50mm,平均年沉降速率为8～10mm/a,远大于大同盆地区域性自然沉降速率3mm/a。

2.2地面塌陷

地面塌陷主要发生在岩溶水分布地区，特别是城市地下水集中开采局部地段较为多见。地面塌陷问题在我国分布较广，但受岩溶水分布的控制，南方的发生率高于北方，在南方地面塌陷问题比较严重的地区有水城、遵义、咸宁、黄石、湘潭等地,北方有临沂、泰安、枣庄等。

2.3海水入侵

海水入侵主要发生在我国沿海城市地区，主要是由于大量开采地下水以后，引起海入回灌，问题比较严重的地区主要有辽宁的大连市、河北的秦始岛市，山东的青岛市、福建的厦门市以及广西的北海等。

此外，由于不合理开发利用地下水造成的环境地质问题还有地裂缝、矿区地质灾害等。

3.防治措施

3.1采取综合措施,控制地下水开采量

在行政措施方面,应建立一整套严密、科学、统一、有效的工作方法和审批手续,保证地下水合理开采。在经济制约的措施方面,可参照国外经验制定合理水费价格,并对利用余水回灌地下的用水户实行优惠政策,运用经济杠杆确保各用水户节约用水,建立合理的用水结构。

在技术措施方面,依据大同市地下水资源开发利用规划,调整开采结构,合理布设井群、提高地表水利用率,积极开发新水源,将地下水开采量控制在规划开采量范围内。

3.2从源头上防治污染

各用水户对其排放的废水首先要进行内部处理。对城市生活污水等要进入污水处理厂进行处理,对这些处理过的水进行二次利用,对难以处理或处理后仍无法利用的污水要有专用排水渠道,不准随时随地排放,以减少对河道主要供水段的污染。

3.3加强地形变及水位、水质动态监测工作

结合大同市水资委于1988年委托山西省地矿局工程勘察院在全市约400km2范围内,已建立了地形变Ⅰ等水准监测网,布设网点80个。这项工作为“大同市平原区地形变初步研究”及“大同城市地质勘察研究”报告的完成提供了详实的基础监测资料。地形变监测工作应坚持开展下去,并且放到重要工作位置上。另外,继续加强地下水水位、水质的动态监测工作,为合理开发利用地下水资源提供科学依据。

总之,我国地下水超采造成的环境地质问题影响面大,危害程度深,且难以短期内治理的灾害已越来越显著,我们必须从现在做起,采取切实可行的办法控制和减弱其自身扩展给我们带来的影响。

【参考文献】

［１］章至洁，韩宝平，张月华.水文地质学基础.中国矿业大学出版社.1995.

［２］房佩贤等.专门水文地质学.地质出版社.1987.

浅析煤矿开采对地下水的影响 篇4

关键词：煤矿开采,地下水,影响

0 引言

我国煤矿开采技术落后, 大多煤矿采用粗放式开采技术。粗放式开采不但浪费煤矿资源, 而且对地下水资源的影响巨大。贵州是我国南方煤炭资源最丰富的省区, 素来有“西南煤海”的称誉。贵州86个县中有76个产煤, 因为贵州产煤的地方鳞次栉比对地下水的破坏尤其严重。

1 煤矿开采对地下水的影响

1.1 煤矿开采沉陷对地下导水的影响

煤矿开采对地下水的影响与地质构造特征有关, 地下水是靠地质构造控制和引导的。地质构造的复杂程度和断层的次数是煤矿开采对地下水影响程度的主要因素, 地质构造越加复杂断层越多, 煤矿开采的煤层离地下断层就越近, 煤矿开采对地下水的破坏也就越大, 反之, 则越远。煤矿开采挖空后, 导致地底沉陷顶板垮落。顶板垮落后, 在地底形成导水裂缝带 (由于顶板垮落形成的垮落带和裂隙带两者的合称) 。贯通其中的地下水层通过导水裂缝带时, 一部分地下水会漏失导致地下水位下降破坏导水裂缝带的含水层。含水层被破坏漏失后, 会导致与破坏的含水层有关联的其他含水层受到影响。煤矿开采造成的沉陷对煤矿开采地带地下水的影响程度, 主要由开采地带覆岩被破坏后产生的导水裂缝带的高度是否会波及此处地下含水层的水体以及波及的程度。贵州地下水资源丰富, 地质构造复杂断层较多, 特别是贵州六枝等地方煤矿开采比较集中而地下水又比较丰富, 这样煤矿开采对地下水的影响就比较大。

1.2 煤矿开采对地下水层的影响

水文地质条件是煤矿开采对地下水影响的主要因素。隔水层和含水层的裂隙、流向分支、厚度和岩溶构造、地下水的补给水源、富水程度是煤矿开采影响地下水流失的主要因素。由于煤层形成的时代不同后又经长久变迁, 使地下煤层上下连接的地下水理特征前后的变化很大, 含水层和隔水层交错。煤层本身属于地下弱含水层, 离地下含水层比较近。因此煤矿开采将直接影响地下含水层的结构, 改变煤矿开采地带的地下含水层与地下隔水层的相对关系, 影响地下水层的形成和规律。

煤矿的开采方法也是影响地下含水层程度的重要因素之一, 煤矿开采方法影响地下含水层结构主要体现在煤矿采煤的回采率、工作面宽度和采煤顶板的管理办法。煤矿开采的顶板管理办法有两种, 一种是支护, 另一种是全陷。如果煤矿开采采用全陷管理采煤顶板, 煤矿开采就会破坏采煤顶板岩层的结构使其失去自然平衡状态, 这样采煤顶板岩层就会产生沉陷、裂缝或者移动的情况。如果采煤顶板岩层遭到这些破坏, 它的隔水性就会降低, 地下含水层的水资源会透过采煤顶板岩层渗进采煤区, 这时采煤工作已经破坏了含水层的结构, 对地下含水层造成影响。而采用全陷的煤矿采煤工作面比较宽, 回采率大, 对地下含水层的影响也会比较大。

采用支护管理采煤顶板岩层, 限制采煤工作面的宽度, 回采率相对也比较小, 对地下水层的影响也比较小。另外, 采煤顶板岩层结构特征也是决定采煤工作对地下含水层影响的决定因素。如果顶板岩层连续性好厚度大, 顶板岩层的隔水性能会比较好其承受破坏的能力比较大, 那么煤矿采煤对地下含水层的影响就比较小。

1.3 煤矿开采对地下水资源水位水量的影响

煤矿开采破坏采煤顶板岩层, 顶板岩层塌陷、裂缝等会造成含水层的水顺着裂缝流进采煤空区, 影响采煤工作的进行。这样, 煤矿会对采煤区的地下水进行疏排。煤矿对地下水资源的疏排, 减少地下含水层的厚度影响地下含水层的结构甚至严重者造成地下水资源枯竭。煤矿开采对地下水的疏排, 降低了地下水的水位减少地下水的水流量, 破坏岩溶结构造成岩溶地面塌陷的连锁反应, 破坏地下水的环境。最终影响城市居民用水和我国采煤地区的农业用水, 不利于我国经济的发展影响城乡市民的生活。

1.4 煤矿开采对地下水水质的影响

煤矿开采破坏了地下含水层和隔水层, 使地下水与地下岩层亲密接触。岩石与地下水长久接触后, 会被侵蚀加剧岩石的氧化作用。这样, 煤矿开采就破坏了地下水的化学环境, 使化学环境失衡, 地下微生物和生物作用加强, 岩石侵蚀氧化后的化学成分融入地下水中, 使地下水含有较多的有机无机悬浮固体物质, 破坏地下水的水质。另外, 地下水流进煤矿矿坑融进很多煤矿物质, 地下水资源在疏排之前已经被煤矿污染, 排出后流进附近的河流造成附近水资源的污染。

2 煤矿开采对地下水破坏的控制对策

煤矿开采对地下水破坏的控制对策是尽量采用分层采煤法、填充采煤法和部分开采法。分层采煤法是对煤层采用分层开采, 尽量减小接近顶板岩层的第一二层煤层的开采, 控制采煤顶板暴露的面积, 煤矿对煤层分层开采时采用间歇式开采。根据煤矿地带的地质结构和地下水质结构, 确定对地下水含水层和地质结构破坏最小的开采方式。充填开采法是一种煤矿顶板岩层的管理办法, 开采过后对顶板岩层破坏严重的地方进行材料填充, 这样可以较小采煤对含水层覆岩的破坏程度, 进而减小煤矿开采对地下含水层的破坏。部分开采是指分条开采, 煤矿开采前做好规划把需开采的煤层分成若干调带, 开采时采一层留一层, 使留下的煤层可以支撑覆岩层的压力, 从而较小对覆岩层的破坏, 继而较小对含水层的破坏。

3 结论

贵州煤矿开采地区比较多, 连年连续开采已经对贵州地下水造成严重破坏。再开采时, 更需注意煤矿开采对地下水的保护。文章通过对煤矿开采对地下水的影响的详尽阐述, 提出了相应的保护对策。

参考文献

[1]牛仁亮.山西省煤炭开采对水资源的破坏影响及评价[M].北京:中国科学技术出版社, 2003, 9.

地下水开采方案 篇5

在对毕节地区煤矿开采现状调查的.基础上,探讨煤炭开采对地下水环境的影响,分别从水资源量减少、水质污染、含水层水位变化三个方面进行论述,并指出由此引发的相关的问题,最后提出了煤矿开采区保护水环境、防止水环境恶化的建议.

作 者：杨绍萍 丁坚平曹兴民 YANG Shao-ping DING Jian-ping CAO Xing-min  作者单位：贵州大学资源与环境学院,贵州,贵阳,550003 刊 名：地下水 英文刊名：UNDERGROUND WATER 年，卷(期)： 31(6) 分类号：X523 关键词：煤矿开采   地下水环境   影响   毕节  

地下水开采方案 篇6

【关键词】地下矿山；开采技术；问题；策略

目前，国内外地下矿山采矿技术的发展往往体现在该企业采用各种采矿方法的比重和回采工艺，从而使得采场生产能力和劳动生产率有了较大的提高，为企业带来了可观的经济效益。然而，随着地下矿山开采新技术、新方法的不断涌现，新的问题也日益突出，因为，开采技术往往都会存在某些不足或将要面临某些问题。因此，相关矿山企业必须深入探讨地下矿山开采技术，详细分析其所面临的问题，并找出相应的解决策略，为最终提高我国地下矿山开采技术水平提供可靠保障。

1.地下矿山开采技术分析

1.1地下矿山无废开采技术

地下矿山无废开采技术是近些年才发展起来的，但是很快就得到推广与应用，因为改技术符合国家产业政策和发展方向。此外。地下矿山无废开采技术不仅可以充分利用矿产资源，为企业创造更多的经济效益，而且可以避免废弃物对自然环境造成污染和危害，是今后矿山开采技术发展的首选。该技术主要包括：高浓度尾矿料的制备与输送技术、全尾矿充填技术等。目前，地下矿山无废开采技术在俄罗斯、美国、德国、印度、加拿大等国家得以广泛应用。

1.2崩落采矿技术

1.2.1自然崩落法

自然崩落法在地下矿山开采中应用较广泛，其优点在于采矿成本低、生产能力大、开采速度快等，尤其是对于那些矿化均匀、矿体厚大，并且容易于自然崩落的低品位矿床开采，特别适用。自然崩落法的应用原理是，在通过在地下矿山中破坏矿块内的应力平衡，使得矿块大面积拉底后，进而引起应力不均匀分布或应力集中，形成新的自然平衡拱，拱内矿石因受重力作用而周期性冒落，最终达到矿山开采的目的。

1.2.2无底柱分段崩落法

无底柱分段崩落法是近些年才在我国应用的，至于如何加大和优化结构参数的问题仍然是阻碍该方法在我国进一步推广的主要因素。其中，结构参数优化的目的就是为了增大进路间距，从而极大地减少采掘工程量。由于增大进路间距可操作性强，易于实现，目前在我国的桃冲、程潮、板石沟以及北铭河等矿山都应用了该技术，并呈现出诱人的应用前景。特别是那些低贫化放矿或无贫化放矿工序，为了保持矿石界面的完整性，正常情况下在放矿过程中当矿岩界面正常到达出矿口时便停止放出，从而最大程度地减少矿岩的混杂性，提高矿岩的纯度。随着无底柱分段崩落技术的应用，能够极大地减少岩石混入，降低贫化，并将为相关企业带来巨大的经济效益。

1.3承压开采技术

承压开采是在有效保护地下水环境前提下的开采技术，并且开采效率也比较高。随着矿井开采速度、开采深度、开采规模进一步加大，一些矿区来自底部的灰岩裂隙岩溶高承压水的威胁E1趋严重，对接下来矿区的开采造成一定的难度，底板岩层在采动的影响下的破坏程度也日趋加剧承压开采技术能够很好地克服以上问题。承压开采技术指的是在不疏降地下水位的情况下，回采工作面底板含水层有较高的承压水作用时，通过底板封堵、加固等手段来从而防止水害事故的发生，确保开采工作的顺利、有效进行。一般情况下，承压开采的三种途径：合理选择开采区域、当留设防水（砂）矿（岩）柱、取合理的采矿方法和工程措施。

2.地下矿山开采技术所面临的问题

2.1开采成本增加，开采难度增大

随着矿山开采项目的不断增多，我国矿产资源日益枯竭，后期剩余储量一般位于矿床的底部及边缘地带，开采难度不断加大，从而无形中使得相关矿山企业增加了开采成本。因为，深部矿床受地压影响大，同时，矿体埋藏较深，现有技术条件难以开采，矿石及围岩软弱破碎，提升运输环节较多，矿体分散，矿体倾角厚度变化大，矿床边缘的矿体夹层多，从而使得采矿工程位置不断下移。最终将会出现新采区不断开拓，而原有的老采区不能及时密闭的现象，使得整个地下采矿活动范围越来越大，通风越来越困难，采矿生产受到制约，矿井涌水量不断增加，采矿难度越来越大，开采成本不断增加。

2.2可开采资源储备不足

依照现有的开采速度，我国的地下矿产资源将会越来越少，并在未来数十年枯竭，使得矿山开采面临着一些列生产危机。随着我国经济社会的快速发展，对能源的需求也在El益增多，现有的资源储备难以满足其基本需求，进而转向国外进口，将会增加我国能源风险。

2.3开采量下降，开采人员富余

随着矿山开采行业的不断发展，以往的开采模式将会发生改变，矿体将会向着深部及边缘地带集中，使得矿山开采的范围不断缩小，矿体变小变薄，采矿作业点越来越集中，矿产资源年产量也会逐年降低。最终，矿山生产所需的相关技术人员量不断下降，使得以往的人员出现大量失业，人员闲置和人员过剩的现实，这样，将会带来一系列社会问题，不利于我国社会主义和谐社会的建设。

3.地下矿山采矿技术的发展趋势

3.1矿设备大型化、高效化、自动化

随着科学技术的不断发展，地下矿山采矿技术也在不断转型，其开采设备将会出现大型化、高效化和自动化发展。各国将会加大科研投入经费，研制高效率大孔穿爆设备、井巷钻进机械、振动出矿和连续采矿及与之配套的辅助机械、中深孔全液压凿岩机具以及铲运机为主体的装运设备等，逐步实现高效化、无轨化、半自动化和自动化，以便于更好地满足当今社会发展的需求。同时，还需要研制出可自动清除车厢内粘结物的高效连续式装载的采矿激光测位装置，实现微机控制的凿岩台车等。

3.2地下残留矿新工艺的发展

在地下矿山开采中，采矿工艺是提高开采效率和确保采矿质量的必要条件，对于矿山开采具有重要的作用。在今后的发展中，人们将围绕提高采矿生产能力这个主目标，重点研究地下残留矿新工艺技术。因为，随着民采企业和非常采矿现象不断增多，无序开采的情况相当严重，不仅抢占大量的国家矿产资源，还造成浪费严重，遗留了大量的残留矿体。然而，该类矿床在开采过程中存在采矿方法、地压灾害、巷道维护、岩层控制、采空区处理等技术问题，需要通过系统的研究加以解决，通过加大对地下残留矿新工艺的研究，充分回收有限的矿产资源，对我国地下矿山行业的良性发展具有重要意义。

【参考文献】

[1]李红零，吴仲雄.我国金属矿开采技术发展趋势[J].有色金属（矿山部分），2009（01）.

[2]刘春波，孙光华，李富平.我国地下矿山采矿技术发展及趋势[J].河北理工大学学报（自然科学版），2009（02）.

[3]田显高，田渡.鸡冠嘴矿区通风系统技术改造[J].金属矿山，2006（12）.

[4]姚香.中国岩金矿山采空区处理技术综述（一）[J].现代矿业，2009（04）.

地下水可持续开采量评价方法综述 篇7

关键词：地下水资源,可持续开采,更新能力

在社会生产技术的发展下, 人们对地下水资源的开采日益加大, 造成巨大的地下水资源隐患。同时由于不合理、不科学的地下水开采, 在全球范围内引发了地下水水位下降、地面沉降、地下水水质恶化、地面塌陷和海水入侵等地质问题, 对社会经济发展和人民生活带来严重的影响, 同时也造成严重的环境破坏。在新世纪, 如何合理的制定出地下水安全开采和合理的开发与利用地下水资源, 维持生态环境健康发展与地质环境的稳定是现阶段水利部门的工作重点。

1 地下水可持续开采量概念

目前, 在许多国家都采用水预算方法来确定安全开采量和可持续开采量。一些国家采用的地下水管理方法表明, 即使在发达国家, 也只是采用了最基本的方法, 使用的概念要么简化要么存在歧义。

关于“补给”就存在不同的理解。在“安全开采量”的定义中, 特别强调补给是“天然补给”;而在定义“可持续开采量”时, 认为“补给”包括由于抽取地下水造成的补给。河流耗竭造成的补给具有极为重要的作用。成功的水资源管理政策显然需要将地下水和地表水相结合进行管理。

总之, 政府和社会已经认识到需要正确地使用地下水, 在抽取地下水时不应对生态系统造成破坏, 而且不能危及后代的使用。因此, 关于“可持续发展”的含义和如何将地下水的可持续利用概念化引起了许多争议。

2 采用地下水可持续开采量研究重点

地下水可持续开采量是通过地下水的开采储量和允许开采量的基础上演变形成的。在20世纪个世纪70年代, 苏联首次在地下水开采工作中提出了可持续开采量概念, 这个时候地下水可持续开采量主要指的是在取水工作中造成的地下水整体系统的影响问题。而在20世纪90年代, 美国提出了将节约用水和约束用水扩展到维持地下水正常运行的过程, 这种说法在提出之后迅速的扩展到世界各个国家。但是随着社会生产技术的不断发展, 世界地下水资源的供需矛盾日益加剧, 造成这种地下水可持续开采逐步无法满足社会变化需求。基于这种情况, 在20世纪末, 国内外学者和研究人员提出了用地下水可持续开采量来代替允许开采量的说法。这也是现代化水资源开采中常用的理论。在现代化社会发展中, 地下水可持续开采两是一个含水系统在其环境承载能力的条件允许下进行可持续、循环的开采水量, 是确保能够在开采工作条件下做到永续开采和录用的过程。这种地下水可持续开采量的应用主要是确保在现代化用水的同时满足后世子孙的发展需要。因此采用地下水可持续开采的主要研究重点在于以下几点:

原因如下:a.目前的概念和定义不明确, 不能加以定量化应用;b.需要排除不同的解释和误解, 为其应用提供良好的理论基础;c.“所有的地下水系统都可以进行可持续产出”的观念是错误的;d.难以定量化的定义中存在许多不确定因素;e.通常会混淆最佳产量和可持续开采量;f.在许多半干旱和干旱地区, 不能采用可持续开采量策略。

3 地下水可持续开采量遵循原则

3.1 开采量的定义和方法都是以合理的水文地质规律和地下

水流动原理 (如质量守恒原理) 为基础, 这样可以防止含义不清, 从而可以定量地确定可开采量;

3.2 可持续开采量必须保证地下水系统能够及时达到新的平衡;

3.3 允许数学模型 (和模拟者) 在评价可持续性时, 提供定量化的

开采量, 譬如可以利用流域的质量平衡 (水预算) 对其可持续性进行评价;如果需要的话, 可以根据开采量对水井进行优化开采;

3.4 在根据其它的一些标准或约束 (如水资源管理机构对地表

水和地下水利用的限制、公众需求、法律制度、经济问题、生态需求、水质和地面沉降等) 建立的模型中, 确定可持续 (或非可持续) 开采量。

4 具体开采方法

20世纪60年代以来, 由于驱动地下水资源变化的开采和拦蓄等人类活动日益增强以及连续多年气候干旱等多重作用, 海河平原地下水资源日益匮乏和衰减, 并引发了严重的环境地质问题, 如地面沉降、地下水水位降落漏斗和地裂缝等, 生态功能和社会功能也严重削弱。

4.1 水均衡法

水均衡法的原理是质量和能量的守恒定律, 原理简单、方法灵活、计算简便和使用空间范围广。是集计算和论证于一体的方法, 目前仍是地下水可持续开采量评价的最主要方法之一。为实现地下水可持续开采量评价, Brown LJ将水均衡法与地下水同位素法结合提高了可持续开采资源量可更新能力评价的精度, Hugo A.Loaiciga基于水平衡法和费用一效益分析法建立地下水系统的优化模型较好地解决了可持续开采量在经济、制度等方面的约束。另外, 水均衡法同样也是评价依赖于地下水生态系统 (Groundwater Dependent E-cosystem, GDE) 需水量的基本方法, 但其评价精度不高。然而, 均衡并不等于平衡, 目前水均衡法在可持续性评价中存在的最大问题是随着人类活动影响的增大, 地下水系统的天然平衡早已被打破, 即使用多年水均衡分析也难以找到一个多年的平衡期, 而我们在评价时往往忽视了地下水系统的演变过程和平衡状态分析。

4.2 流域可持续开采

在长期未开发的天然条件下, 流域有平衡的流入量In和流出量On, 也就是说, 这种情况下流域处于水均衡状态。在流域被开发条件下, 由于人工开采量 (如抽水) 的加大, 流出量会降低。在给定时间范围内, 由于抽水造成了地下水位降低, 一些额外的水会流入含水层, 例如, 河流/湖泊渗漏等。在一定的时间内, 这些过程会一直持续, 直到采用新的抽水率达到新的平衡才会改变。达到均衡所需的时间取决于抽水率、含水层特征以及补给边界的距离。

结束语

地下水开采方案 篇8

黄岩汇煤矿井田位于昔阳县西南大寨镇寺家庄至洪水村一带。矿井生产规模90万t/a, 批准开采8~15号煤层。15号煤层划分为一采区和二采区, 矿井服务年限为59.8 a。

1 研究区地质与水文地质概况

研究区位于太行山西麓, 地处黄土丘陵、侵蚀剥蚀中山区, 属海河流域, 为松溪河的上游水系。流域内多年平均降水量为542.4 mm, 多年平均蒸发量1 834.2 mm。在地层上, 按由下到上分别为:奥陶系中统 (O2) 、石炭系中统本溪组 (C2b) 、石炭系上统太原组 (C3t) 、二叠系下统山西组 (P1s) 、二叠系下统下石盒子组 (P1x) 、二叠系上统上石盒子组 (P2s) 、第四系 (Q) 。在构造上, 研究区位于太行山隆起带之西翼, 基本构造形态为走向北东, 倾向北西的单斜[2]。

研究区内地下水大致可分为五个含水层, 分别是奥陶系中统岩溶含水层、石炭系上统太原组灰岩岩溶含水层、山西组砂岩裂隙含水层、上下石盒子组砂岩裂隙含水组以及全新统砂砾含水层。15号煤层开采破坏的主要含水层为石炭系上统太原组灰岩岩溶含水层。该含水层平均厚度33 m, 岩性主要是灰岩。该含水层由东向西倾斜, 越往西埋深越大。

2 模型的建立

2.1 概念模型

本次模拟计算石炭系上统太原组灰岩岩溶含水层。根据本地区实测目标含水层水位等值线流向和大小, 取流场上游895 m等水位线作为东部边界, 距黄岩汇煤矿井田边界最小距离约4.1km;取流场下游855 m等水位线作为西部边界, 距井田边界最小距离约6.2 km。这两个边界均为二类流量边界[3]。研究区南、北边界均取垂直于等水位线的流线。其中南侧距井田边界最小距离约6.3 km, 北侧距井田边界最小距离约5.5 km, 南、北边界均为流量零通量的隔水边界。

目标含水层上部有6~7 m厚的石炭系上统太原组砂质泥岩层, 下部有9~12 m厚的砂质泥岩层, 具有良好的隔水能力, 属于隔水层, 阻断了目标含水层与其上、下部含水层的水力联系, 构成了稳定的隔水顶、底板。

从空间上看, 研究区目标含水层地下水流以水平运动为主, 地下水系统符合质量守恒定律和能量守恒定律。一般情况下, 地下水流速矢量在x, y方向有分量, 为二维流;参数随空间变化, 体现了系统的非均质性;地下水系统的输入输出随时间、空间变化, 地下水流为非稳定流。综上所述, 研究区目标含水层概化为非均质各向同性二维非稳定地下水渗流系统[4]。

2.2 数学模型

系统水均衡要素的补给项主要是东部流量边界的补给量;排泄项主要是西部流量边界的排泄量。在不考虑水密度变化条件下, 研究区目标含水层地下水的流动可用偏微分方程来表示[5]。

式中:Γ———平面计算域;

K———沿x, y坐标轴方向的渗透系数, m/d;

H———点 (x, y) 在t时刻水头值, m;

h0———含水层的初始水头, m;

μ*———含水层贮水系数;

W———源汇项 (一个单位面积的垂直方向上渗入和排出水量的和) , m/d;

———边界的外法线方向;

Kn———边界法线方向的渗透系数, m/d;

q———渗流区二类边界上的单位面积流量, m3/d;

D1———第二类边界。

2.3 计算域剖分

将比例尺为1∶50000的研究区地形图进行扫描, 导入计算机作为计算模拟区的剖分底图。采用等间距有限差分的离散方法进行自动剖分, 计算模拟区水平面积为260 km2, 共剖分出2 655个矩形单元体。

2.4 二类流量边界处理

在一个连续水文年的枯、平、丰时期, 地下水水位各不相同, 在计算边界流量时应分别计算。一年中枯水期为3-6月, 丰水期为7-10月, 平水期为11-2月。2013年8月实测的初始水位等值线见图1, 下面以丰水期为例进行计算。

根据边界条件概化结果, 模拟区南北两侧的边界为零流量边界, 可视为隔水边界。上、下游边界为二类流量边界, 上游 (东部) 边界为侧向补给边界, 下游 (西部) 为排泄边界, 其对流量边界的影响最终表现在通过边界的流量上。考虑到在边界处缺乏流量观测资料, 采用迭代逼近方法预测通过边界的流量, 初始流量用达西公式计算得:

式中:Q———侧向补给/排泄量, m3/d;

K———渗透系数, m/d;

D———剖面宽度, m;

M———含水层厚度, m;

I———垂直于剖面的水力坡度, %。

模拟区东部边界长约17 km, 西部边界长约16.8 km;根据模拟区的水文地质参数, 东部边界的渗透系数K为0.28 m/d, 西部边界的渗透系数K为0.24 m/d。含水层厚度D取33 m;依据初始流场推算出垂直于剖面的水力坡度, 东部边界处水力坡度约为0.44%, 西部边界处水力坡度约为0.46%。

将以上数据代入式 (2) 得, 东部边界流量约为691.2 m3/d, 西部边界流量约为612.1 m3/d。将侧向补给边界的流量看成是往注水井中注水, 排泄边界的流量看成从抽水井中抽水;分别在东西部边界布设10个注水井和10个抽水井, 将通过补给边界的流量平分到注水井, 通过排泄边界的流量平分到抽水井。

3 模型识别

本次计算所选的参数有渗透系数K、贮水系数μ*。根据已有水文地质调查资料及研究阶段进行的抽水试验, 确定其初值。根据渗流场的特征, 将计算区划分为6个参数分区。

选择丰水期7-10月作为模型的识别阶段, 以1个月为一个时间段, 将注水井、抽水井参数输入模型, 作为模型的初始值, 然后运行预报模型, 并对注水井和抽水井的流量进行迭代运算, 直到前后相邻两次迭代中流量差值的绝对值小于预先给定的允许误差为止。

4 预测分析

矿井开采15号煤层一、二采区, 总服务年限为59.8 a, 矿井正常涌水量为2 400 m3/d。模拟时将煤矿正常涌水量平摊到一、二采区面积上, 排泄出去。确定模拟预测时间后, 分枯、平、丰水期输入上、下游边界处注水井、抽水井迭代后的流量。服务年限后, 漏斗中心的水位降深约为60 m, 往上、下游水位降深逐渐变小。上游的最大影响距离约3.6 km, 下游的最大影响距离约3.9 km, 漏斗左侧的最大影响距离约3.0km, 右侧的最大影响距离约3.2 km, 影响面积约为54.4 km2, 详见图1。

5 结语

Visual MODFLOW在黄岩汇煤矿地下水数值模拟中的应用研究表明, 该系统操作方便, 功能强劲, 将其应用在煤矿开采对上覆含水层的影响分析中是可行的。

参考文献

[1]薛禹群.中国地下水数值模拟的现状与展望[J].高校地质学报, 2011 (1) :1-6.

[2]卢海彦.国投昔阳能源有限责任公司黄岩汇煤矿生产矿井地质报告[R].阳泉新宇岩土工程有限责任公司, 2011.

[3]卢文喜.地下水运动数值模拟过程中边界条件问题探讨[J].水利学报, 2003 (3) :33-36.

[4]陈崇希, 林敏.地下水动力学[M].北京:中国地质大学出版社, 2011.

地下水开采方案 篇9

关键词：分析,开采潜力,地下水资源,汕头市

一、水文地质概况

1、水文地质条件。

汕头市位于广东省东部, 地表水系发育, 加之雨量充沛, 补给来源充足, 给地下水的赋存具备了较好条件;地下水类型包括松散岩类孔隙水和基岩裂隙水, 以松散岩类孔隙水为主。松散岩类孔隙水包括孔隙潜水和孔隙承压水两种。

孔隙潜水主要分布在丘陵前缘斜地、丘间谷地、滨海砂堤砂地和部分河谷地带, 以淡水为主;山前水质较好, 主要为弱酸性—中性淡水。

孔隙承压水分布于韩江河口平原、榕江河口及练江河口一带。孔隙承压水的富水性变化较大, 以韩江口较丰富, 单井淡水涌水量158~2322m3/d, 富水性中等为主、局部丰富;在榕江、练江河口平原一带, 富水性贫乏~中等, 单井涌水量11~530m3/d。承压水水质总体上按层次分为上咸下淡, 上下咸、中间淡, 上中淡、下咸及咸水等, 以上咸下淡为主, 咸水分布范围占承压水含水层50%以上, 特别是榕江和练江河口、除少量靠近山前地带外几乎都为咸水;淡水的化学类型为Cl·HCO3—Na·Ca型、HCO3·Cl—Na或HCO3—Cl—Mg·Na型。

基岩裂隙水分布于南部和西部的丘陵地区, 含水层主要为燕山期花岗岩类的裂隙带, 地下水枯季地下迳流模数1.12~10.69L/ (s·km2) , 泉流量0.014~0.794l/s, 地下水富水性以贫乏为主。水质良好, 部分为矿泉水, 可见热矿水;水化学类型以HCO3—Na (或Ca) 、HCO3·Cl—Na (或Ca) 型为主, 属弱酸性淡水。

2、地下水补给、迳流、排泄条件。

地下水主要接受大气降雨和地表水体的补给, 山前和平原的松散岩类孔隙水还接受基岩裂隙水的侧向补给。由于花岗岩丘陵和孤丘地形起伏大、切割强烈、切割深度大, 导致地下水径流途迳短、排泄迅速和充分, 形成侧向潜流十分微弱的迳流特点, 因而山前和平原的松散岩类孔隙水获得基岩裂隙水的补给量仅占大气降雨补给量的0.3%。受地形地貌的影响, 基岩裂隙水的流向与地形一致, 水力坡度陡;平原区水力坡度平缓, 地下水大体由北、北西向南东排泄入海。

二、地下水资源

1、地下水资源量。

经计算, 汕头市地下水天然资源量为11635万m3/a (即31.88万m3/d) , 允许开采量为4931万m3/a (即13.51万m3/d) 。

2、地下水资源评价。

由于枯水年大气降雨渗入补给量占整个补给量93%以上, 侧向补给量占降雨渗入补给量不足1%, 计算天然资源量的砂性土渗入系数为实测值 (0.1692) 、粘性土为经验值 (0.02) , 因而计算的天然资源量是有保证的, 符合汕头市地下水资源实际情况。

汕头市松散岩类孔隙水赋存于第四系堆积物中, 以浅层水为主, 含水层厚度不大, 水力坡度小, 表1中松散岩类孔隙水的允许开采量采用均匀布井法计算, 计算过程中采用的单孔涌水量均为勘探孔实测统计资料, 且孔隙潜水布设井距为500~600m、孔隙承压水布设井距为1200~1500m, 拟开采井间具有足够远的距离;经计算, 松散岩类孔隙水的允许开采量为4931m3/a, 为天然资源量的42.4%。因而, 松散岩类孔隙水允许开采量的计算结果基本符合实际情况, 开采资源是有保证的。

三、地下水资源开采现状

汕头市在20世纪80年代以前多以民井和田头井开采地下水。80年代中期, 随着经济发展的需要, 部分工厂和企业利用钻井开采深层地下水, 虽然开采的地下水水质比较复杂, 但对养殖业和其它农业用水都能发挥其特有的效能, 收到很好的效益;至80年代末, 地方工厂、企业施工钻井8口、开采水量53万m3/a, 水产养殖部门施工钻井12口、开采水量263万m3/a。由于汕头市地下水大多以分散式开采, 且开采量不大、未达到过量开采现象, 因而目前尚未出现因开采地下水引发的环境地质问题。

四、地下水开采潜力分析

1、开采潜力判定标准。

不同块段不同含水类型的地下水开采潜力可根据地下水开采潜力指数 (P) 作为判定标准。P为地下水允许开采量 (Q允) 与已开采量的比值 (Q采) 。当P>1.2, 判定为有开采潜力, 可扩大开采;当P=0.8~1.2, 判定为采补平衡, 应控制开采;当P<0.8, 判定为为开采潜力不足, 已超采, 应调整开采。

对于潜力不足区, 按程度分为潜力轻度不足区 (P=0.6~0.8) 、潜力中度不足区 (P=0.4~0.6) 、潜力严重不足区 (P<0.4) ;对于有开采潜力区, 根据可增允许开采量作进一步划分, 当可增允许开采量<10万m3/ (a·km2) 、划分为潜力较小区, 当可增允许开采量10~20万m3/ (a·km2) 、划分为潜力中等区, 当可增允许开采量>20万m3/ (a·km2) 、划分为潜力较大区。

2、地下水的开采潜力分析。

这里主要对松散岩类孔隙水进行开采潜力分析。汕头市松散岩类孔隙水允许开采量4931万m3/a, 已开采439万m3/a, 可增允许开采4492万m3/a;减去咸水可增开采量2943万m3/a后, 淡水可增允许开采量为1548.8万m3/a;淡水资源中, 潜水为822.8万m3/a, 承压水为726万m3/a。经计算, 潜淡水的平均可增开采模数为2.76万m3/ (a·km2) , 潜力较小;承压淡水的平均可增开采模数为1.80万m3/ (a·km2) , 潜力也较小。由于各地已开采量不大, 各计算区都没出现超采现象, 因而汕头市淡水资源属有开采潜力区、开采潜力较小。汕头市咸水资源对养鳗等养殖有独到的用途, 故也对其资源进行计算和潜力分析, 松散岩类咸水资源可增允许开采量2943万m3/a (潜咸水203万m3/a、承压咸水2740万m3/a) , 富水性较淡水强, 汕头市咸水资源属有开采潜力区、开采潜力中等。

五、结论

地下水开采方案 篇10

地面沉降作为环境地质问题中比较常见的一种, 不容忽视。我国的地面沉降问题十分突出, 危害严重, 并造成了极其巨大的经济损失及其他损失, 因此, 深入开展地面沉降问题的研究具有重要的现实意义和理论意义。

1 我国地面沉降现状

据初步统计, 20世纪90年代初, 上海、天津、北京、江苏、浙江、河北等16省 (区、市) 地面沉降面积约为48, 700平方千米, 到2003年已达到93, 855平方千米, 形成了长江三角洲、华北平原及汾渭断陷盆地等地面沉降灾害严重区, 主要有下列6个区 (带) 。

(1) 下辽河平原的沈阳-营口地面沉降区。

(2) 北部黄淮海平原的天津-沧州-衡水-德州-滨州-东瀛-潍坊地面沉降区, 为我国沉降范围最广, 沉降幅度最大的地区。

(3) 南部黄淮海平原的徐州-滨州-东瀛-潍坊地面沉降区。

(4) 长江三角洲的上海-苏州-无锡-常州-镇江-南通地面沉降区。

(5) 汾渭河谷平原的太原-侯马-运城-西安地面沉降带。

(6) 台湾山地边缘的宜兰-台北-台中-云林-嘉义-屏东地面沉降带[1]。

2 地面沉降的影响因素

地面沉降的影响因素主要有两种:人为因素和自然因素, 其中人为因素的影响远远大于自然因素。自然因素主要包括:地壳构造运动、海平面上升、土层的自然固结等等。人为因素有:抽取地下流体、开采地下固体矿藏、各种地下工程以及地表施加荷载等等。由于自然因素所引起的地面沉降量较为微小、地面沉降速率小、沉降过程缓慢, 所以目前对地面沉降的研究工作主要是围绕人类过量开采地下水展开的。

3 地面沉降的危害

地面沉降是一种累进性的缓变地质灾害, 其发展过程是不可逆的, 一旦形成便难以恢复。地面沉降区大多属于湖沼低洼和沿海低标高平原, 高程资源极其有限。这些地区多为社会经济相对发达区, 造成了严重的地质灾害。

3.1 破坏城市设施

地面沉降诱发地裂和塌陷。主要表现为:建筑物地基下沉, 房屋和桥梁开裂、倾斜或倒塌等。

3.2 妨碍城市建设

地面沉降使大范围内水准点高程产生不同程度的下沉, 导致以水准点为依据的水文资料严重失真, 使城市规划和建设失去依据, 需要重新校核, 给城市埋下不可预见的隐患。

3.3 积水滞洪, 水患和潮灾加剧

地面沉降造成城市防洪能力下降, 普遍存在着比较严重的滞积洪水问题, 不仅影响城市交通和环境, 而且常使地下室和低层建筑物在汛期被水淹没, 造成比较严重的经济损失。

3.4 加剧了农业渍害, 土质趋于恶化

地面沉降造成了局部农田低洼, 常年积水, 土壤的墒情改变, 原有渍害治理难度加大, 农作物产量下降, 对农业的潜在威胁十分严重。

4 地面沉降机理

地面沉降是粘性土层的压缩变形和含水砂层弹性变形共同作用的结果[1]。

在土体释水压密的过程中, 砂性土组成的含水层和粘性土组成的隔水层其差别是很大的, 但都可用太沙基的有效应力原理来解释, 含水层 (砂性土) 的渗透性好, 并且其土颗粒是不可压缩的, 因此压密主要是弹性的, 并且在较短的时间内完成, 是可逆的。粘性土的弱透水性, 释水是缓慢的, 所以压密也是与时间相关的。在土层的压密中, 粘性土的压缩量远大于砂性土的压缩量, 对地面的沉降量起决定性的作用。

5 地面沉降的预测

预测地面沉降的方法有很多种, 主要集中在建立预测模型上。

5.1 土力学计算方法

根据泰斯理论, 如果略去水体的膨胀, 则弹性储水系数主要反应土的压缩性[2]。即有

根据土力学理论单位土体的压缩量还可以写成式中

式中:ρ0—压缩前土的孔隙比;

ρ1—压缩后土的孔隙比。

根据曲线在前期固结压力以后, 相当长一段呈直线的一般规律有:

式中:P0, P1—分别为土体在压缩前后所承受的压力;

再计算中关于P0的确定应按含水层初始土压力, 即:

式中:rsi, rsj—分别为第I层, j层土的容重 (吨/m3) ;

M i, M j—分别为第I层, j层土的厚度 (m3) 。

N, L—分别为自开采层向上计算的地下水位以及地下水位埋藏深度以上土的总层数;

S1—为测定S时的水位下降值 (m) ;

S—为预计所计算层的水位下降值 (m) 。

5.2 预测模型法

以地下流体开采为主因的地面沉降过程包含了影响其变化的各种确定性因素和随机因素的信息, 因此, 可将模型分为确定性机理模型和随机统计模型两类。

5.2.1 确定性模型

(1) 地下水渗流模型

地下水渗流模型要求能再现地下水结构和流动特征的能力, 能真实地刻画实际地下水系统中发生的物理过程。地面沉降计算中采用的渗流模型常用的是主要有下列几种:

(1) 二维模型[3]。含水层中的地下水在水平面内作二维平面流动, 含水层之间的粘土、亚粘土层则视做不透水层。

(2) 改进的二维模型。含水层中的地下水作水平方向流动, 并将粘土、亚粘土层中的压密释水概化为水流模型的源汇项。如Rolando Bravo等采用的含水层水流模型。

(3) 准三维模型, 即含水层中的地下水作水平渗流, 粘土、亚粘土层中的水流作一维垂向渗流处理。如宫辉力等建立的郑州地下水数值模型[4]。

(4) 全三维模型, 即含水层和弱透水层中的地下水流均作三维渗流处理。如骆祖江等建立的盐城市地下水资源数值模型。三维地下水渗流模型能较好地刻画地下水系统内真实的水流状态, 特别是针对粘土、亚粘土等弱透水层因相邻含水层抽水而导致的压密释水状况

(2) 土体变形模型

土体是松散的多孔介质, 其组成特点和结构形式决定了他具有不同于一般固体材料的特性。因此, 土体变形特征不同, 即应力一应变关系不同, 对应的土体变形模型也就不同。根据土体的应力应变关系, 地面沉降计算中土体变形模型主要有线弹性模型、非线弹性模型和流变模型。

(1) 线弹性模型[5]。即认为土的应力应变关系符合虎克定律, 土层厚度的变化与有效应力的变化成正比。这一模型主要用于含水层的变形, 即将含水层的变形作为弹性的、可恢复的。

(2) 非线弹性模型。即考虑到土体变形的非弹性特性, 当地下水位恢复时, 土体要产生回弹, 但不可能完全恢复, 且恢复的程度与土质条件、土体所处的应力状态有关。另外土体的变形与土体经历的应力历史有关。因此在计算土体变形时按土体的前期固结应力的大小, 需要进行分段处理。如Rolando Bravo等考虑到土体变形与应力历史的关系, 提出预固结水位的概念。[6]

(3) 流变模型。即认为由于在土体骨架应力作用下土体表面所吸附的水的粘滞性, 土体颗粒的重新排列和骨架体的错动将具有明显的时间效应。吴林高等用高压渗透固结仪进行了抽水压密、回灌膨胀的室内模拟试验。试验结果表明抽灌水作用下土层的应力应变具粘弹性特征。D C.Helm假设饱和粘性土为理想的粘性材料得出了当上下相邻含水层孔隙水压力变化时粘土层一维固结方程解江苏沿江开发带地下水开采三维渗流场一地面沉降耦合数值模拟析解。顾小芸等提出了考虑流变的土体流固耦合计算模型[12]

(3) 沉降计算模型

目前, 根据渗流模型与土体变形模型不同的结合形式, 沉降模型大体可分为3类:即两步计算模型、部分耦合模型和完全耦合模型。

(1) 两步计算模型。两步计算模型首先由G.Gambolati和R.A Freeze[6]在研究威尼斯由地下水系统开采引起的地面沉降问题时提出。主要根据含水层和弱透水层的水位变化来计算有效应力的变化, 从而计算各土层的变形量, 即完全分成各自独立的两步完成, 进而求出地面沉降量。

(2) 部分耦合模型。近数十年来发现, 由抽水引起的地面沉降的同时常伴有地裂缝, 表明了地面沉降带有沉降不均匀性和引起土层水平运动的可能性, 因此有必要进行三维渗流和三维固结的耦合计算。此类模型也就是祸合的两步模型, 它一般的表现特征是水位和变形既分步计算又互相影响。

(3) 完全耦合模型[7]。1941年Biot所提出的固结理论可以弥补上述模型的不足, 它考虑了土体的变形和地下水运动的相互作用, 即孔隙水压力的变化对土体变形的影响以及土体变形对孔隙水压力的影响, 将土的变形模型和地下水流动模型统一于相同的物理空间。孔隙水压力和变形同时算出, 且地下水流和变形都是三维的。

5.2.2 随机统计模型

地面沉降受到一系列复杂的自然和人为因素影响, 这就决定了地面沉降的动态过程具有周期性、趋势性和随机性的特点。随机统计模型主要包括:

(1) 回归模型, 回归分析法也被称为解释性预测, 它假设一个系统的输入变量和输出变量之间存在着某种因果关系, 认为输入变量的变化会引起系统输出的变化。通过研究输入变量与输出变量的关系, 用拟合数学关系式表示模型。通常, 回归模型预测的准确度与样本的含量有关。多元回归和逐步回归方法常见于开采条件下的长期和中短期地下水系统预测, 能反映实际的地下水水位变化规律[8];

(2) 时间序列模型, 时间序列分析法是概率统计学的一个重要分支, 将某一现象所发生的数量变化依时间的先后顺序排列, 以揭示这一现象随时间变化的发展规律, 从而用以预测现象发展的方向和数量。它简便易行, 不必考虑影响因素对预测对象的影响, 单纯从被预测量的历史数据来推求其变化趋势, 基本上是一种历史数据引申的方法;

(3) 灰色模型, 灰色理论建模根据各类系统的行为特征数据, 找出因素之间或因素本身的数学关系。相对于其他数理统计方法, 灰色模型只需要较少样本量, 从一个时间序列自身出发, 采用依次累加的方法实现由非线性到线性的转化, 从而弱化序列的随机性, 揭示原始数据内在规律, 适合进行趋势预测[9]。

6 结语

大约从20世纪初, 世界工业迅速发展, 各国都出现了因大量开发利用地下水而陆续发现地面沉降现象, 中国也不例外, 至目前为止, 我国已经有数十个城市出现了地面沉降问题, 并已经严重威胁到地区经济和社会的发展。为了满足日益增加的人口和工业的发展的需要, 地下水资源的利用量将会迅速增加, 地面沉降也会扩散到许多别的地区。因此, 深化地面沉降机理和预测方法研究刻不容缓。另外, 预防预防地面沉降和把灾害损失最小化将会成为政府、地质工程师长期面临的一项挑战性任务。

摘要：文章针对我国因地下水过度开采而引起地面沉降的现状, 对我国地面沉降分布状况、成因以及危害都给予了简要说明, 分析了地面沉降的机理, 并总结了地面沉降的预测方法。

关键词：地面沉降,影响因素,机理,预测,防治

参考文献

[1]陈占成, 魏加华, 王金凯等.济宁市地面沉降初步分析.中国地质灾害与防治学报.1998, 9 (2) :167-172

[2]地质部水文地质技术方法研究队.水文地质手册.北京:地质出版社, 1980

[3]Rolando Bravo, ARivera等.地质矿产部地质环境管理司组织翻译.地面沉降—第四届地面沉降国际讨论会译文选集.北京:地震出版社, 1994

[4]宫辉力.郑州市地下水渗流场的数值模拟和优化管理.北京大学学报 (自然科学版) .1998, 34 (6) :827-835

[5]张廉钧.超采深层地下水引起地面沉降规律的探讨.海河水利.1999, 4:8-9

[6]G Gambolati, R Allan Frezze.Mathematical simulation of the subsidence of Venice.Theory Water Resource Research, 1973, 9 (3) :721-733

[7]R W Lewis, B.Schrefler.A fully coupled consolidation model of the subsidence of Venice.Water Resource Research, 1978, 14 (2)

[8]陈志宏.多元线性回归方法在地下水水位预测中的应用.北京地质.1999, (3) :20-26

浅议对过度开采地下水的法律规制 篇11

一、过度开采地下水的含义及危害

(一) 过度开采地下水的含义

地下水是水资源的重要组成部分, 指在一定期限内, 能提供给人类使用的, 且能逐年得到恢复的地下淡水量。根据1979年颁布试行的《供水水文地质勘察规范TJ27-78 (试行) 》, 我国把地下水资源分成补给量、储存量和允许开采量。过度开采地下水即是开发利用地下水超出本区域地下现有储存量, 大于开采条件下的补给量, 远超出允许开采量, 是非经济、不科学、不合理的开发利用水资源。

(二) 过度开采地下水的危害

第一, 地下水资源减少, 微生物和化学物质大量增加, 加重地下水质污染状况;第二, 地下水位降低, 沿海地区海水倒灌;第三, 地表下沉, 地面塌陷, 地上建筑物倒塌;第四, 地表植被枯亡、衰退, 进而土地沙化, 土壤资源破坏;第五, 地表河流流量减少, 湖泊沼泽干涸, 泉群消失;最终, 由于地表水体萎缩, 土壤湿度降低, 区域气候呈现干旱化的趋势, 从而整个生态环境严重恶化, 威胁人类生存和经济社会可持续发展。

二、我国对地下水过度开采的现有法律规定及存在的问题

我国现行相关法律法规, 如《环境保护法》 (2015) 、《取水许可制度实施办法》 (1993) 、《水污染防治法》 (2008) 、《水污染防治法实施细则》 (2000) 、《水法》 (2002) 、《水土保持法》 (2010) 、《城市地下水开发利用保护管理规定》 (1994) 等都有保护地下水资源的内容, 但涉及地下水超采问题的规定极少, 仅有一些原则性的条款, 各个法规之间缺乏有效衔接, 不能形成具体有效的法律效果。

地方立法上, 目前仅有《山西省地下水资源管理暂行办法》 (1982) 、《辽宁省地下水资源保护条例》 (2011) , 《新疆维吾尔自治区地下水资源管理条例》 (2013) , 另外包括南京市、徐州市、昆明市、西安市等制定了地下水资源保护管理办法。这些专门的地下水资源保护地方性法规和规章, 有关地下水超采的规定也很少, 仅有的相关规定既缺乏明确性和完整性, 又缺失实践性和操作性, 同时因管理体制不顺、监管不力, 最终也没有达到依法保护利用地下水资源的预期目的和效果。

三、完善我国过度开采地下水的法律规制

(一) 建立健全我国水资源保护制度

防治地下水过度开采首先要完善水资源保护制度。国家及各地方政府不能因发展经济的需要而掠夺式地开采地下水, 相反, 应科学合理开发利用地下水资源, 提高利用率, 鼓励新能源和可再生资源的替代使用, 追究过度开采地下水并造成损失的企业和个人。

(二) 制定《地下水资源保护法》

制定统一、有针对性的《地下水资源保护法》是解决地下水保护和地下水过度开采的最为关键的方法。首先从国家层面制定统一的法律法规, 对地下水资源的开发利用和保护, 特别是过度开采具体规定, 地方则应结合本地区地下水资源状况, 制定地方地下水资源保护法, 形成健全的地下水资源保护法律体系和水资源管理体制。

(三) 合理开采地下水规划制度 (环境影响评价制度)

为了合理、长期、科学的使用地下水资源, 在开发利用之前, 应当对总量和水质状况进行科学评价, 制定完善的开发利用和保护管理规划, 纳入环境影响评价制度体系, 如超出地下水开采总量或者不当开采, 就“一票否决”, 禁止开发利用行为。

(四) 取水许可证制度

建立取水许可证制度, 加强对地下水开发利用管理, 明确地下水资源有偿使用的原则, 征收水资源税和相关费, 对于浪费水资源、超量开采等行为可以重税及处罚。

(五) 加大惩罚力度

对于过度开采地下水的地区可以区域限批, 严格限制地下水资源的开发利用;对于过度开采利用地下水的企业和个人根据其行为性质予以行政处罚;因地下水超采, 造成路面塌陷, 因此造成重大人员伤亡, 财产重大损失, 除依法追究其民事赔偿责任外, 构成犯罪的, 要追究其刑事责任。

参考文献

[1]楚学涛, 李海峰.浅谈过度开采地下水的危害与防治[J].西部资源, 2014 (3) .