冯美生1，2 张红珠2 王来贵1
（1辽宁工程技术大学工程力学研究所，辽宁 阜新 123000，2山西大同大学土木建筑工程系，山西 大同 037003）
摘要：废弃煤矿井是工程活动留在地表以下深部的垃圾场。矿山关闭后，水动力状态由疏干型转为补给型，提供了矿坑水对地下水体污染的条件。针对已闭井的洪山、寨里矿区存在的地下水被污染的事实，探讨采动造成的含水层变化；基于闭井后的水文地质条件，建立了三维水流和水质仿真模型，预测某老窖污染发生的范围、污染物浓度变化以及SO42-离子的迁移路径。结果表明：矿区东北部的某老窖以串层方式污染奥灰水的最大污染半径是3.8km，有效污染面积可达38.46km2，约是初始污染面积2.54km2的40倍，SO42-最高峰值浓度可近879.86mg/L。
关键词：矿井关闭 含水介质 矿坑水 地下水污染.空隙分类
0引言：中国北方约7Gm3/a的地下水径流系统中，有约2.7Gm3/a的地下水系统处于人类各种采矿活动的范围内[1]。受采矿活动影响，这些地区的地下水系统及水资源的天然平衡和补径排条件发生了一定程度的破坏或者重大变化。矿山开采期间，与整个矿区有水力联系的各个含水层都维持一种疏干型的动力状态，但矿山闭坑以后，停止疏排矿坑水，势必导致矿坑水的大量蓄积，水位大幅上升，原有的水动力条件被破坏，当矿坑水位升高到一定程度，高于与之有水力联系的其它含水层，即会对这些含水层产生反向补给，进而造成这些含水层水质的变化，导致含水层水体污染的发生。同时采矿活动及井下灾害（突水、冲击地压、瓦斯爆炸等）造成了岩层的大面积位移、变形、岩体裂隙的扩展，这些外在动力因素为水体污染提供了水力联系条件。英国在20世纪80年代后期就开始在达勒姆群矿区开始大规模试验研究，分析该地区矿坑水的污染范围及水质变化[2]。20世纪80年代中期，美国的阿巴拉契亚地区因废弃矿井造成4000km2的地下水流域受到污染，水文地质和环境学家开始有针对性的试验、监控、治理研究。俄罗斯基泽尔煤田矿井闭坑后对喀斯特水的污染监测资料表明，该地地下水的污染深度可达1000m，平面污染半径大于25km。如今，这类环境地质灾害正在华北地区的一些老矿区变为现实[3,4]。在山东的淄博、枣庄等矿区，由于大量废弃的煤矿矿井没有采取及时封堵措施，从煤层以下透出的水源，经煤矿坑道后受到污染，水质中含有的硫酸钙等矿物质增加，渗透进饮用水井后带来水源污染，致使这些矿区的人畜吃水困难。
1废弃矿井地下水运动特征
1.1含水介质分类
废弃矿井与自然状况下的含水介质具有不同的水动力学特征[5,6,7]，其含水空隙不仅包含孔隙和裂隙（原生裂隙、采矿工程扰动形成的裂隙区域），还包含管道（巷道网）；其水流不仅存在层流流态（含水层、采动区），还存在紊流流态（管道水流）。各种级次的空隙组合、连通，构成了矿区复杂的含水层介质。总的来说，按水流形态及水动力特征将空隙分为3类，见表1。
介质分类 组成 特征
储水介质 煤层顶底板砂岩、第四系松散层及其它含水介质 流速小、孔隙发育
导水介质 原生及采矿次生的各种构造裂隙、破裂带 流速较快、张开度大
控水介质 巷道网、大空隙、断层带 流速快、控制水流方向
因此，刻画废弃矿井含水介质的地下水运动，应反映其三重介质特征及各种介质之间联系，反映人为形成的巷道及采动区域的水体运动形态。总之，地表水、地下不同含水层、采矿扰动带的水体形成复杂的补给排关系，并最终形成不同于开采阶段的地下水动态平衡。
1.2地下水运动规律
