岩溶水资源合理开发利用和保护对策
王通国1 陈松2 周绍智2
（1.青岛地质工程勘察院，青岛266071；2.山东省鲁北地质工程勘察院，德州253015）
作者简介：王通国（1956—），山东临沭人，高级工程师，从事水工环地质勘查评价工作。
摘要：双村岩溶水系统位于鲁中南岩溶区的西南部，是一个较为完整的开放的岩溶单斜蓄水构造，边界条件较为清楚。系统内建有全国最大的煤炭企业兖矿集团和全国目前最大的火力发电厂——邹县发电厂，采煤矿井星罗棋布，工业企业十分发达。伴随而来的主要问题就是强化开采地下水资源，工业三废排放量增加，而要保持地下水资源的可持续开发利用，首先应该弄清水资源的环境状况。本文在水环境评价的基础上，提出了实现该系统水资源可持续利用的建议。
关键词：水环境；评价；开发利用；岩溶水系统；邹城市双村
1 地下水类型、分布及含水岩组的富水性
双村岩溶水系统内分布着松散岩类孔隙水、基岩裂隙水（包括层状类裂隙水和块状类裂隙水）、岩溶水3种。
1.1 松散岩类孔隙水
该类型水赋存于第四系晚期及近期的冲洪积及坡洪积松散沉积物孔隙中，分布于系统内中北部、西部及山前地带。东北部及西北部沿泗河地带有冲洪积扇及古河道分布，含水层以中粗砂、中砂、中细砂为主，砂层累计厚度20～30m，井孔单位出水量一般100～300m3/（d·m）；南部及东部山前地带，以含钙质结核的粘质砂土为主，无含水砂层，富水性较差。
该类型水的补给来源以大气降水为主，次为地表水渗漏补给、灌溉回渗补给。排泄方式有人工开采、地面蒸发、侧向径流和向下层岩溶水越流排泄。在孔隙水与岩溶水联系密地区，水位年变幅大于5m，其他地区一般1～3m。本类型水的化学类型主要是HCO3—Ca、HCO3—Ca·Na型，矿化度0.5～0.7g/L，西部地区的矿化度高于东部。
1.2 基岩裂隙水
（1）块状岩类裂隙水：分布于东部太古界变质岩及零星出露的各期岩浆岩的风化裂隙中，风化带发育深度一般小于10m，裂隙发育程度较低，富水性差，水位、水量随季节变化明显，井孔单位出水量一般小于50m3/（d·m）。水质优良，化学类型为HCO3—Ca型，矿化度低于0.5g/L。
（2）层状岩类裂隙水：系统内层状岩类为石炭系—侏罗系砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、夹少量碳酸盐岩，隐伏于北部和西部第四系松散层之下，顶板埋深自东向西由20m至200m，富水性较差，除东部埋藏较浅地区井孔单位出水量10～50m3/（d·m）外，其他均小于10m3/（d·m），化学类型为HCO3—Ca或HCO3—Ca·Na型，矿化度小于1.0g/L。
1.3 岩溶水
岩溶水为系统内重点开发的地下水。含水层为寒武系、奥陶系灰岩、结晶灰岩、白云岩、白云质灰岩、豹皮灰岩，分布面积达553.25km2，其中补给区（裸露、半裸露区）面积246.75km2，以寒武系岩层为主；径流排泄区（隐伏区）面积306.5km2，主要是奥陶系岩层。在寒武系分布区，除两城南北泉隐伏地段井孔单位出水量大于1000m3/（d·m）外，其他地段均小于100m3/（d·m），富水性较差。奥陶系碳酸盐岩岩层是系统内的主要含水介质，为岩溶水的赋存和运移提供了庞大的调蓄空间，岩溶发育深度自顶板向下可达300m以下，岩溶形态以溶隙、溶蚀孔洞、溶洞及大的岩溶裂隙为主，岩溶之间连通性好，导水性强，因而水量十分丰富。现已发现的富水地段有双村、两城、北亢阜、黄路屯、夹道、泉上等多处，其单位出水量均在1000m3/（d·m）以上，单井出水量可达104m3/d以上。目前，前三地已成为工业及城市供水的主要水源地，其他几处将是今后进行勘探的重点工作对象。在中部的面坊—谢庄—石里—纸坊头一带为较富水地段，单位出水量为 500～1000m3/（d·m），在其外围地区井孔单位出水量一般在 100～500m3/（d·m）之间。
岩溶水矿化度一般在0.5g/L左右，化学类型多为HCO3—Ca型，个别地段HCO3·SO4—Ca·Mg型。
2 岩溶水资源量
双村岩溶水系统的勘察研究随着位于山东省邹城市的邹县发电厂建设规模的扩大而逐步深入，资源量的计算精度也随着提高。在以往几次勘查工作中，评价的补给量、储存量和可开采量均随着约束条件的变化而增大。
2.1 补给量
采用均衡法求得的多年平均补给量为Q补＝28.57×104m3/d。多年平均补给量是由降水入渗补给量（Q降）、孔隙水（包括地表水转化部分）越流补给量（Q越）和灌溉回渗补给量（Q灌）三部分组成的。其中，Q降占41.2%，Q越占56.8%，Q灌占2%。越流补给量超过降水补给量的原因是在卧牛山至两城沿白马河两岸为孔隙水与岩溶水联系密切区，并有岩溶天窗存在，在开采状态下，岩溶水位下降，致使地表水、孔隙水能够较快地转化为岩溶水，成为开采激化补给增量。而在自然状态下，越流补给量是不存在的。
2.2 储存量
岩溶水储存量依据含水层在标高30～13 m范围内的体积及其贮水系数计算求得。在该范围内的可调蓄储存量为0.68×108m3。
2.3 可开采量
该系统岩溶水可开采量的计算主要是通过建立数学模型和数值模拟实现的，辅以比拟法、干扰井群法加以验证，最新计算结果为28.57×104m3/d，也就是多年平均补给量。目前，系统内岩溶水实际最大年开采量为9749×104m3/a（即25×104m3/d），在可开采量中已有87.5%得到验证。根据多年不间断的观测，随着开采量逐年增加，岩溶水位并未出现连续下降和水源地开采降落漏斗继续扩展趋势，证明所计算的结果是可靠的。
3 水环境质量评价
3.1 地表水环境质量
因系统内岩溶水与地表水有着密切的水力联系，所以，应首先考虑评价地表水的质量状况。在系统内与岩溶水关系密切的主要是白马河水和湖水。根据《地表水环境质量标准》（GHZB1—1999），选取23项水质测试指标，采用单项组分、单样品法，对白马河水和湖水进行比较评判，结果白马河水均为超Ⅴ类水，污染较为严重，主要污染指标有： 湖水为Ⅲ类水，水质较好。
3.2 浅层孔隙水质量
系统内孔隙水在较大范围内与岩溶水联系密切，是岩溶水的主要补给项。根据《地下水质量标准》（GB/T14848—93），选取总硬度、 等10项指标，采用模糊数学法进行评价。评价结果反映南部山区山前地带水质优良，属Ⅰ类水；沿白马河两岸附近颜庄—两城为Ⅴ类水，水质极差，已遭受污染；其他地带浅层孔隙水为Ⅲ类水，水质较好。
3.3 岩溶水质量状况
系统内岩溶水质量状况良好，大都属于Ⅰ、Ⅱ类水，仅在第四系松散层较薄，引河水灌溉地段有所变差，属Ⅲ类水，基本适用于各种用途。
4 岩溶水开发中存在的主要问题
（1）对岩溶水的开发缺乏统一规划，无序开采现象较严重。该系统岩溶水自80年代初开始大规模开采利用以来，开采量呈现逐年上升趋势，至1994年总开采量已超过20×104m3/d，1997年达到最大为26.7×104m3/d。随着当地工业经济发展和城市规模扩大，对地下水需求量增加迅猛，需水的企业、工厂和农村乡镇从本部门利益考虑就地就近自行开采，导致布井不合理、水资源浪费或开采过于集中，致使部分地段产生程度不同的环境水文地质问题。
（2）降落漏斗已经形成并有扩展趋势。在双村—侯庄一带已有10余家企业建井开采岩溶水，2000年合计开采量达到18.3×104m3/d，占全区岩溶水总开采量（25×104m3/d）的73.2%，由此使双村水源地降落漏斗面积超过100km2，在较枯水的1992年枯水期，漏斗面积达到220km2。对此倘若不加控制，必然会使岩溶水位持续下降，引起一系列的环境地质问题。
（3）水质污染。由于城市工业的发展，“三废”的排放量不断增加，使系统内的地表水不同程度地受到污染，进而影响到第四系潜水，继而在“三水”水力联系密切区影响到深部的岩溶水。目前在黄路屯、两城等地段岩溶水已经出现水质变差的现象。如果岩溶水一旦受到污染，其范围将较广且短期内不易治理，所以，其潜在的污染决不可忽视。
（4）工农业争水矛盾。在两城水源地因“三水”联系密切，相互转化快速，在枯水期若增大岩溶水开采量就会造成农村浅层水井水位急剧下降，取水困难。为此，邹县电厂与当地农民已发生多次用水纠纷。
5 实现水资源可持续开发利用的对策研究
双村岩溶水系统赋存着丰富的优质岩溶水资源，为开发利用提供了前提条件，但如何开发利用和保护好宝贵的地下水资源，保持良好的水资源环境，实现地下水资源的可持续开发利用，是我们面临的一大课题。鉴于此，提出以下对策和建议。
（1）做好地下水的开发规划，实行按规划有组织、有计划地开发，在已集中开采区限制继续打井取水，同时，优先考虑开发具有潜在远景、且不易发生环境和工程地质问题的埋藏型岩溶水。
（2）在“三水”联系密切区，大力发展引地表水灌溉工程，一方面预防工农业争水矛盾产生，另一方面可以增加岩溶水的补给量，起到增源增采、涵养水源的作用。
（3）开展地下水与地表水联合调蓄工作。将地面水与岩溶水联网，实行科学调度，达到以丰补歉的目的。
（4）对系统内已发现的富水地段及北部有硬岩覆盖的地区进行更进一步的水文地质工作，投入一定的资金，运用新技术、新方法在覆盖型岩溶水分布区寻找富水区，开辟新的水源地。
（5）加强对白马河水的治理工作，避免因河水污染造成岩溶水的污染。
（6）在岩溶水的补给区设立一级保护区，严格控制新上工业企业，尤其是对环境污染严重的工业，保护好岩溶水的源头。
（7）做好地下水的动态监测和动态管理。建立地下水、地表水监测网络，并逐步实现自动化监测。在大量资料和实践的基础上，建立该系统的管理模型，以适应大系统、多目标、多级优化的综合管理趋势，获得最大的经济效益，促进当地国民经济的可持续发展。
由于岩溶水循环及赋存条件的复杂和多变性。因此，必须通过水文地质调查研究，查明岩溶流域及水文地质单元的水文地质条件，岩溶水循环过程及富集规律，岩溶水源地类型，开发技术条件及脆弱性，评价岩溶水资源。按岩溶流域编制岩溶水开发利用规划，纳入整个流域水资源开发规划中，在规划的指导下进行岩溶水开发工程建设，使各个水源地能够联合调度，合理开采，相互调节，避免相互过度干扰，降低开发效益，引发环境地质问题，达到合理有效地开发岩溶水的目的。对于各个岩溶水源地的开发工程建设，必须先行开展进一步的水文地质、工程地质及环境地质勘查评价，进行开发技术方案的可行性论证，之后通过工程地质勘察和工程技术及施工设计，才能开工建设，避免盲目性，消除各种风险。总之，岩溶水开发工程的建设也必须符合水利工程建设的基本程序，遵循相关的技术标准要求。
岩溶水资源调查，一般可分为岩溶流域调查和岩溶水源地勘查两大阶段(表5-1)。岩溶流域调查的目的是为了查明岩溶流域的地质环境及水文地质条件，评价岩溶水天然资源潜力与开发技术条件和脆弱性，为区域开发利用规划以及大、中型岩溶水源地开发的可行性研究提供水资源依据。调查研究的重点是：查明地质环境条件、岩溶流域边界、水文地质单元边界条件及其水文地质特性，岩溶水的补给、径流与排泄条件，岩溶水循环过程及富集规律，初步圈定岩溶水源地，分析评价其开发技术条件及脆弱性，系统地计算补给量、储存量，初步评价允许开采量，并对拟建岩溶水源地的可行性做出论证。岩溶水源地勘查的目的在于查明岩溶水的赋存特征、岩溶水资源、岩溶水开发技术条件及脆弱性，为岩溶水源地开发工程建设提供技术和施工设计依据。勘查重点是：圈定水源地范围；探明含水层(带)的埋藏分布情况，富水性及均匀性；含水层(带)与隔水层(体)的空间组合形式，以及含水层中导、储水空隙的形态、空间分布和联系，研究岩溶水的赋存特征及富集规律；水源地的边界条件及内外水力联系、径流场特征，掌握岩溶水的循环途径及“三水”转化过程；进行岩溶水动态观测，掌握流量、水位、水温及水质动态特征及变化规律；通过岩溶水动态观测及钻探试验、取样分析测试，确定水文地质参数，建立数学模型，评价岩溶水的允许开采量和水质；评价岩溶水开发技术条件及防污性能，研究与相邻水源地的关系，分析预测水源地开采后可能产生的环境地质问题，提出岩溶水资源合理开发利用与地质环境保护的措施建议，论证岩溶水有效开发技术方案。
表5-1 岩溶水资源调查方法简表
岩溶水开发利用规划是以资源与环境科学及系统科学理论为指导，在岩溶流域调查的基础上，针对各类供水需求目标，应用工程与管理科学技术方法编制的较为全面和长远的岩溶水资源合理开发及保护计划。它是实现岩溶水资源因地制宜、综合开发、合理利用、积极保护、科学管理，可持续地开发利用的基础。作为一个完整的规划，主要内容包括：流域自然环境、社会经济现状、岩溶水资源及开发技术条件、水资源开发利用现状及需求；规划指导思想、原则及目标、规划分区；岩溶水资源开发工程部署(方案)、实施计划、投资估算、实施效益预测评价；监测与管理措施、制度保障。规划应特别注意贯彻下列原则：遵循势能优先准则，充分发挥岩溶水分布的区位优势，分别选择不同区段的主要水源地类型，就地开发就地供水，减少输水和水处理投资；紧密结合不同的地质环境条件和岩溶水源地类型特征，因地制宜地采用不同的有效勘查和开发的技术方案；多源取水，综合利用，统筹解决资源性缺水、工程性缺水和水质性缺水等不同类型的缺水困难，满足不同的供水需求，实现经济有效地开发利用岩溶水资源。要积极借鉴本书岩溶盆地流域岩溶水有效开发模式的岩溶水开发工程科学布局方案，沿着流域岩溶水循环的全过程，应用常规技术与先进技术相结合，遵循势能优先准则，与地质环境条件及其变化相适应，针对流域不同地质环境分区内主要的岩溶水源地类型和岩溶水的赋存特征及开发技术条件，结合需水特点规划部署岩溶水开发工程。同时，还要与地表水的开发利用规划相衔接，统一管理，实行地表水和地下水的联合调度，做到全面、协调、可持续地开发利用水资源。
一、矿井水资源化利用及途径
1.矿井水利用现状
矿井排水来源于孔隙水、砂岩裂隙水和灰岩岩溶水，其中岩溶水占75%。岩溶水是焦作市城市供水的重要水源，合理开发利用和保护岩溶水关系到居民供水安全。在全球化水资源越来越紧张的大背景下，将矿井排水进行资源化利用是非常有必要的。焦作矿区年排放矿井水量为1.5亿m3，目前利用量约为3700万m3/a，占整个矿区排水总量的23%，其余被排入周边河流，白白流失。矿井水利用途径主要是：焦作市环境用水量为360万m3/a，煤矿生产用水量为340万m3/a左右，煤矿周边农田灌溉利用量为3000万m3/a。根据焦作市用水规划，2030年需水量为4.72亿m3，供水量仅为0.70亿m3，水资源缺口4.01亿m3。因此，对矿井排水进行资源化利用是解决焦作市不足的便利途径。
焦作矿区产生的矿井水的水质符合含一般悬浮物矿井水的特征。悬浮物SS通常小于400mg/L，COD通常小于70mg/L，毒理学和放射性指标完全符合饮用水要求。从低附加值的矿井水利用角度，矿井水经过初次沉池的沉淀，基本可满足农业灌溉用水要求；从高附加值的矿井水利用角度，矿井水经过“混凝+沉淀+过滤”，完全能够达到工业（主要是电厂）用水的要求；再经过“消毒”等深度处理，处理后的矿井水也可以达到生活饮用水的水质要求。我国矿井水处理已有成熟的技术和经验，焦作矿区排水量大，水量稳定，水质简单易于处理，矿井水的资源化利用是可行的。
2.矿井水资源化利用的途径
目前，国内矿井水资源化的方式主要有：①井下实行清水污水分流，清水经过简单处理后直接利用；②农业灌溉；③矿井水净化处理后利用；④矿井水回灌补源。其中方式①～③应用较为广泛，方式④仅限于特定条件下。
华北石炭-二叠岩溶型煤田煤层底板岩溶水是矿井水的重要来源，发生岩溶水突水或从疏放钻孔、泄水巷流入矿坑的岩溶水，未在采煤巷道或采空区长距离流动并且没有与其他矿井水混合时，其水质保持天然水质，可以直接作为生产和生活用水。煤矿可将直接从含水层中流出并未受污染的地下水，与从采空区或工作面流出的被污染矿井水分开排放，将清水排至地面简单处理后加以利用。
华北石炭-二叠岩溶型煤田各煤矿涌水量都较大，水质较简单，多属于含一般悬浮物的矿井水，悬浮物浓度通常为300mg/L，这为煤矿周边农田灌溉提供了水源条件。焦作矿区在20世纪70～80年代，利用矿井水灌溉农田近10万亩，取得较好的社会效益。
从空间角度，矿井水净化处理工程主要分为两类：地面处理工程和井下处理工程。前者是井下各处产生的矿井水经巷道汇集到矿井的中央水仓，由中央泵房将混合的矿井水提升至地面，在地面建净化站处理，达标后再分别输送到各用水部门使用；后者是在矿井水进入中央水仓前，经过井下净化站处理，达标后进入中央水仓，中央泵房再将清水输送到各用水部门使用。
3.矿井水处理工艺
（1）矿井水的地面处理
目前，对于含一般悬浮物矿井水，地面处理工程的工艺相对成熟单一，基本沿用“混凝—沉淀—过滤—消毒”的流程进行，出水可达到生活饮用水水质要求。常用的构筑物有：调节池、澄清池、无阀重力双层滤池、污泥浓缩池、加氯消毒车间。该工艺关键问题是：
1）混凝药剂的选择与复配，以降低药剂费用，提高出水水质。聚合氯化铝（PAC）+聚丙烯酰胺（PAM-）是常用的药剂组合。PAC适宜处理含浊水质，PAM-分子量大，助凝性能优良，两者组合处理效果远远优于单独使用的效果。
2）集澄清和过滤作用一体的净化器。澄清池集混合絮凝沉淀于一体，减少了构筑物的数量，因而获得广泛的应用；部分厂矿开发的高效矿井水净化设备集澄清池和过滤池于一体的一体化净化器，已普遍用于中小规模矿井水处理厂。
（2）矿井水的井下处理
井下处理工程，形式多样。主要形式亦有两类：一类是在各矿井水涌出口，未经巷道就地建立简易井下处理站，处理后输送到各用水部门。另一类是矿井水在经过巷道进入中心水仓前增加净化处理站，中心水仓变成清水仓，从而解决了定期清理中心水仓的难题，中心泵房再将处理后的清水输送到各用水工作断面。如兖州东滩煤矿开发的“格栅-沉砂-混合-漩流反应及斜管沉淀-混凝-过滤吸附以及污泥压滤”工艺的井下处理工程，徐州权台煤矿则是将中心水仓改造成混凝反应的主要设备，对矿井水进行预处理后，再由中心泵房提升至地面净化站进行二级处理。
4.焦作矿区矿井水处理工艺设计
焦作矿区矿井排水量大，宜采用地面处理工程统一处理，达到相应水质标准后，再输送到各用水部门。焦作矿区矿井水除浊度、悬浮物、大肠杆菌超标外，其余指标均符合饮用水标准，处理工艺相对简单。根据焦作矿区矿井水的水质、水量和处理后的用途，处理工艺可分两段：基础处理工段和深度处理工段。经过基础处理工段的处理，矿井水应能满足工业用水要求；经深度处理工段的处理，矿井水应达到生活饮用水水质要求。
基础处理工段去除的主要污染物包括：悬浮物、有机物和油类。悬浮物主要是煤粉和岩粉，此外还有少量的煤层中的古生物残体、细菌等物。处理工艺流程见图10-13。
图10-13 矿井水基础处理工段工艺流程
深度处理工段去除的污染物主要是菌类和微量有机物，处理工艺流程见图10-14。
图10-14 矿井水深度处理工段工艺流程
根据焦作矿区矿井水的水质水量特征，PAC的工程投加量为10～15mg/L，PAM-的工程投加量为0.2～0.25mg/L。采用“微絮凝-过滤”工艺时，PAC的工程投加量改为5～7mg/L。2006年11月，取演马矿矿井水，投加工业试剂聚合氯化铝（PAC）15mg/L与聚丙烯酰胺（PAM-）0.2mg/L，采用实验室模拟工程设计工艺：“混凝-砂滤-活性炭过滤”，各工段处理效果见表10-12。
表10-12 实验室模拟工艺处理演马矿矿井水效果
二、加强煤矿水害综合防治，减少矿井水的排放
1.岩溶水突水是煤矿安全生产的隐患
焦作矿区受水威胁煤矿资源储量约60132.6万t，目前仅解放储量4685.0万t，尚有92.2%约55447.6万t的储量等待解放（表10-13）。特别是石炭系太原组一5煤（储量9462万t）和一2煤（储量27909万t），因受煤层底板高承压岩溶水的严重威胁，不能正常开采。矿井排水不仅造成大量水资源被浪费，而且企业每年要付出大量的排水费，2003年焦作煤业集团公司共有的8对生产矿井（表10-14），总排水量达282m3/min，总排水费用高达8000万元，吨煤排水电费高达20～30元。
表10-13 焦作矿区受岩溶承压水威胁的储量及被解放的储量 单位：万t
表10-14 焦作矿区2003年生产矿井排水经济技术指标统计表
2.岩溶承压水突水危险性评价
焦作矿区石炭二叠系共含煤11～14层，总厚9～14m，其中可采煤层三层，包括二叠系山西组二1煤（大煤）、石炭系太原组一5煤（二煤）和石炭系太原组一2煤（三煤）。二1煤为稳定煤层，全区可采，一般厚6m，是各矿主采煤层。一5煤距二1煤6～80m，一般厚1～1.5m，矿区西部普遍可采，东部夹1～2层矸，部分可采。一2煤距二1煤85～105m，一般厚度1.5～2.0m，普遍可采。石炭系太原组一5煤和一2煤统称下组煤，煤层底板距二灰和奥灰强含水层近，开采下组煤受煤层底板岩溶承压水的突水威胁，矿区内仅马村矿、中马村矿和朱村矿开采一5煤，而一2煤没有开采。
“特殊水量脆弱性”的矿坑突水在九里山泉域表现得非常突出，其原因主要有以下几点：
1）最下层煤（三煤）距奥陶系岩溶含水层的厚度薄，一般为10～20m（图10-15）。
2）煤系地层中发育数层碳酸盐岩夹层，且直接分布在每层顶板，特别以“二灰”和“八灰”最为典型（图10-15），这些夹层式碳酸盐岩含水层水不仅是矿坑突水的补给源，而且由于其发育稳定、分布广，往往又成为沟通下伏奥陶系含水层的导水层。
3）矿区位于太行山前且由东线向北东的转折部位，东西及北东向构造断裂交错发育，特别是一些大型断裂构造成为岩溶地下水径流的良好通道，同时巨大的断距使得下伏岩溶含水层与煤层及其煤系地层中碳酸盐岩夹层对接，为岩溶水向矿井涌水提供了条件。
4）煤层总体由北向南东倾斜，多位于区域岩溶水位以下，南部地区煤层的岩溶水带压水头在数百米以上，高压状态下的底鼓突水成为巨大隐患。
煤层底板承压水突水危险评价方法有：斯列萨列夫公式法、突水系数法、多源地学信息复合叠加法、脆弱性指数法、五图双系数法等。突水系数法因公式简单，便于应用，自20世纪60年代提出以来，至今一直是煤矿评价和预测底板突水的重要方法。突水系数是指煤层底板单位厚度隔水层所能够承受的静水压力，表达式为
中国北方岩溶地下水环境问题与保护
图10-15 焦作矿区地层柱状图
式中：T为突水系数（MPa/m）；P为底板隔水层承受的水压（MPa）；M为底板隔水层厚度（m）。
一般来说，突水系数越大，底板突水危险性越高。临界突水系数是指单位隔水层厚度所能承受的最大水压或极限水压。当突水系数超过临界突水系数时，底板具有突水危险；当突水系数小于临界突水系数时，底板基本无突水危险。临界突水系数受矿区水文地质条件、矿井充水条件、开采条件和开采方法等因素的影响，不同矿区或同一矿区的不同矿井往往有不同的临界突水系数值。因此，很多矿区或矿井通过对历史实际突水资料的总结，建立了适用于本矿区的临界突水系数值（表10-15）。就全国实际资料看，受构造破坏块段临界突水系数为0.06MPa/m，正常构造块段临界突水系数为0.1MPa/m。
表10-15 我国一些矿区临界突水系数值
焦作矿区主要生产矿井当前采掘深度二1煤底板八灰岩溶水突水系数值见表10-16，各矿突水系数均超过临界突水系数，各矿在带压开采二1煤时，八灰水突水危险很大。
表10-16 焦作矿区二1煤底板八灰突水系数
一5煤底板直接充水含水层是二灰（L2），一5煤和二灰间的隔水层厚度20m，一2煤底板直接充水含水层为奥灰，隔水层厚度10～20m。二灰和奥灰水力联系密切，二者水位相同，可以视为一个含水层组。奥灰水位按当前75m、一5煤隔水层厚度按20m、一2煤隔水层厚度按10m，根据各井田煤层赋存最大标高，求得一5煤和一2煤的最小突水系数，如表10-17所示。由此可见，开采一5煤和一2煤，底板二灰和奥水突水危险很大。
表10-17 焦作矿区各井田太原组最低突水系数
下面将采用突水系数对矿区“二煤（一5煤）”岩溶突水的风险性进行初步评价。评价中按照突水系数大小分为以下Ⅳ级：
Ⅰ级，无岩溶水突水危害区，“二煤（一5煤）”处于岩溶地下水位以上，不存在下伏岩溶含水层突水的风险。
Ⅱ级，岩溶水轻度突水危害区，下组煤处于岩溶地下水位以下，突水系数介于0～0.06MPa/m之间的地区。
Ⅲ级，岩溶水中等突水危害区，突水系数介于0.06～0.1MPa/m之间的地区，这类区的突水系数已接近煤炭部制定的《矿井水文地质规程》中的突水危险区的临界值0.6。
Ⅳ级，岩溶水严重突水危害区，值突水系数＞0.1MPa/m地区。
根据以上计算标准，得到泉域下组煤岩溶突水的风险性评价结果见图10-16。
从图10-16中可以看出，从北西向南东煤矿岩溶水突水的风险性增加，与地层埋深、岩溶地下水流向相一致。Ⅰ级、Ⅱ级区主要分布在系统西北部山区和朱村断层及凤凰山底层以北地区；Ⅲ级区呈条带平行分布在李庄断层与九里山断层的煤系地层翘起段；Ⅳ级区分布在岩溶水系统的东南部。
系统内各区的分布面积分别为：
无岩溶水突水危害区（Ⅰ级）面积90km2。
岩溶水轻度突水危害区（Ⅱ级）面积23km2。
岩溶水中等突水危害区（Ⅲ级）面积18km2。
岩溶水严重突水危害区（Ⅳ级）面积326km2。
3.矿区水害防治的建议
1）Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级区不宜开采“三煤”。
2）沿区域性断层留一定厚度的保安煤柱，厚度不小于300m。这些断层包括凤凰山断层、九里山断层、方庄断层、马坊断层、峪河断层等，沿一般断层保安煤柱厚度不小于50m。
3）在Ⅲ级、Ⅳ级区采煤，对开采过程中可能出现的未探明断层、岩溶陷落柱等应引起足够重视，执行“有疑必探、先探后掘”的原则，防止突水事故的发生。
4）在Ⅲ级、Ⅳ级区采煤，在充分查明矿区水文地质条件基础上，针对下伏岩溶水突水问题，可因地制宜地采用煤矿石炭系灰岩隐伏露头注浆截流工程，对突水点的地面钻孔注浆封堵突水点工程，矿井分翼（区）隔离技术和强排技术应用、疏水降压工程与煤层底板含水层注浆改造，工作面煤层底板注浆加固和含水层改造技术等。
三、减少固体废弃物堆存与利用
煤矸石的利用途径主要有三种。一是用煤矸石生产无煤烧结砖。具体做法是，采用成熟的制砖技术，将煤矸石粉碎后添加20%的粉煤灰，利用原煤矸石中的黏土矿物和残余的发热量，烧结成煤矸石砖。焦作现已建成5座煤矸石砖厂，有14条隧道窑生产线。2005年生产煤矸砖1.2亿块，实现了销售收入1437万元，年消耗煤矸石30万t。二是用煤矸石发电。现已建成四座煤矸石发电厂，综合利用电站锅炉8台，总装机容量194MW。2005年矸石发电12.5亿kW·h，实现销售收入2.5亿元，年消耗煤炭洗选加工所产生的煤矸石70余万t。三是用煤矸石充填塌陷区，每年消耗煤矸石1万t以上。煤矸石堆放场
图10-16 九里山泉域下组煤煤矿岩溶水系突水风险性评价分区图
四周应修建集水沟和沉淀池，用于收集矸石山坡面的雨水，沉淀后的雨水用于运矸道路和矸石山的洒水降尘，改善矿区地面环境。对煤矸石堆要采取覆土防渗处理，并种植树木或花草。
岩溶水资源合理开发利用和保护对策
答：从低附加值的矿井水利用角度,矿井水经过初次沉池的沉淀,基本可满足农业灌溉用水要求;从高附加值的矿井水利用角度,矿井水经过“混凝+沉淀+过滤”,完全能够达到工业(主要是电厂)用水的要求;再经过“消毒”等深度处理,处理后的矿井水也可...
岩溶含水层保护区划分及保护对策
答：1）充分利用现有水源，合理开发新水源，适当引用客水资源。以开发地表水为主，适度开采地下水。按照水资源的实际供应能力，引导和调控水资源需求，建设节水型城市。坚持把城市供水安全放在首位。统筹考虑水资源保护、开发等各项措...
怎样合理利用合保护水资源?
答：合理的利用水资源就是节约用水，农业方面采用滴灌、喷灌等节水灌溉措施；工业方面一方面要节约用水另一方面要做到水资源的循环利用；生活方面就是节约用水一水多用等。当外界温度高或体内产热多时，水的蒸发及出汗可帮助散热。
岩溶水保护的原则
答：岩溶水资源保护要从岩溶基础水文地质条件出发,根据岩溶水环境问题的成因,有重点地开展诸如水量、水质、泉水排泄区环境的保护工作。 1.水量保护 水量保护要遵循水量均衡的原则。针对北方岩溶水多以泉水形式集中排泄,在不增加岩溶水资源补给情...
岩溶水资源调查与规划
答：它是实现岩溶水资源因地制宜、综合开发、合理利用、积极保护、科学管理，可持续地开发利用的基础。作为一个完整的规划，主要内容包括：流域自然环境、社会经济现状、岩溶水资源及开发技术条件、水资源开发利用现状及需求；规划...
水资源的利用与保护的发展方向有哪些
答：1. 提高水资源利用效率：有效利用现有的水资源是保护水资源的关键。通过提高农业、工业和城市用水的效率，减少浪费和损失，可以在不增加用水总量的情况下满足需求。采用先进的节水技术、推广灌溉和供水系统的现代化，以及改进...
不同保护区的保护措施建议
答：一、系统岩溶含水层整体保护措施 1）开发利用泉域水资源，须优先满足城乡居民生活用水，统筹兼顾农业、工业用水和其他用水需要，兼顾地区之间的利益，保护岩溶水系统生态环境，发挥水资源的综合效益，不得损害公共利益和他人的...
合理利用水资源而采取的措施是
答：通过以上措施的综合应用，可以实现对水资源的合理利用和可持续发展，保障人类的生活需求和生态环境的健康。同时，也需要加强国际合作，共同应对全球水资源挑战，推动水资源的可持续利用和保护。
黔南岩溶地区表层带岩溶水资源开发利用模式
答：因此,如何合理、有效地利用区内表层带岩溶水资源就显得尤为重要。本文着重分析了区内表层带岩溶水出露的条件,并总结了几种表层带岩溶水与“三小工程”相结合来开发利用表层岩溶水资源的模式,这对解决黔南地区干旱缺水具有一定的实际意义...
开发利用节约,保护水资源和防治水害应当怎样?
答：开发利用节约，保护水资源和防治水害的处理方法有加强水资源管理，推广节水理念，加强水生态保护。1、加强水资源管理：加强水资源管理，建立完善的水资源监测和管理机制，控制水资源的开发和利用，确保水资源的可持续利用。2、...