論礦區地表沉陷影響和生態恢復治理

李姝蕊

(煤炭工業太原設計研究院，山西太原 030001)

1 概述

礦區開發的生態影響主要產生于兩個方面規劃內容，一方面是工程占地，另一方面是采煤區塌陷，其他生態影響主要是由這兩個影響因素誘發產生的。

工程占地會直接導致自然系統生物量降低，影響自然系統的穩定狀況，使區域生態系統完整性受損。煤礦運行后，這些影響持續時間較短，在采取必要的生態保護和水土保持措施后，影響會比較有限。

煤礦生產過程中將出現地表塌陷，這不僅會改變評價區的土地利用格局，導致塌陷區上方村莊被迫搬遷，還影響農業生產。這些影響是長期的，伴隨著礦井整個生產期間，甚至在礦井服務期滿關閉后仍然存在。對此，應實施塌陷地煤矸石填充土地復墾，可根據土地利用需要直接復墾，或利用該區煤矸石填充復墾為原有生態用地。對于廢棄的工業場地和矸石場應及時進行復墾和生態恢復。

2 礦區地表沉陷特征及規律

煤礦井下采煤采用長壁式綜采或者綜采放頂采煤法，全部垮落式管理頂板，不可避免的造成地表塌陷現象，而地表移動變形在黃土高原的山區不易覺察，通過儀器觀測才能觀察到地表移動變形情況。本礦區的地表移動變形顯現的主要破壞特征有地表裂縫，次要的破壞特征為塌陷坑、塌方及滑坡，這些都是可以直接觀察到的。

地表裂縫一般分布在開采邊界附近，這是由于各種地表變形在開采邊界上方變化較大，且煤柱上方地表巖層受較大拉伸力作用，產生張口裂縫，而采空地表巖層受壓縮力作用，產生壓密裂縫。所以，在開采邊界邊緣?？梢钥吹接辛芽p，而在采空區范圍看不見裂縫或裂縫較少。此外，地表黃土層較薄的地方裂縫也較易顯現，反之則不易顯現。地表裂縫深度一般為幾米至十幾米。

塌方及小滑坡，主要發生在黃土較厚、地表坡度較大或陡峭的地方，受地表移動變形影響“未穩”造成，原有的古滑坡受采動影響有再次滑坡的可能。

3 礦區地表沉陷影響

煤礦生產過程中由于井下采煤破壞了地層中原有的應力平衡而引起地表塌陷，可能產生如下影響:

1)開采產生的即時型突發性切冒塌陷，在地表產生裂縫，破壞原始地貌的完整性，局部小區域內造成與周圍自然景觀的不協調;2)塌陷區邊緣，特別是地表下沉引起的傾斜和原始地形本身傾斜方向一致時，該區域內較高大的樹木會產生歪斜甚至倒伏，耕地生產力有所降低;3)由于本礦原地貌植被覆蓋率相對較低，塌陷后造成了一定程度的景觀破碎化，但礦區開采對區域自然體系中組分自身的異質化程度影響不大。

礦區的地表沉陷變形預測方法采用概率積分法進行地表移動變形的預測。該方法在國內已經廣泛應用，獲得了較成熟的經驗和參數。

以大同礦區為例，大同礦區為老礦區，地表移動參數的選取類比過去調查研究的已有參數，根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》(以下簡稱《開采規程》)，再根據礦區的詳細地質資料和覆巖巖層的巖性測試資料，各煤層的頂板屬于堅硬～中硬頂板。大同礦區長壁綜采沉陷區地表移動計算參數選取如下:

下沉系數(q):0.3～0.69之間;水平移動系數:b=0.30。

主要影響角正切:tgβ取值在1.6～2.0之間。

開采影響傳播角:θ=90°-0.8α;拐點偏距:S在(0.2～0.18)H之間。

石炭二疊系主采煤層開采后地表最大移動變形值預測見表1。

結合大同礦區的地質條件及石炭二疊系的煤層覆存條件，采用概率積分法對整個大同礦區的地表沉陷趨勢進行了預測，石炭二疊系的可采煤層全部開采后引起的地表最大下沉值為10 924 mm，疊加上侏羅紀的下沉影響值7 889 mm，最后整個礦區的最大下沉值為18 813 mm，最大水平移動變形值28.34 mm/m，最大傾斜值為62.15 mm/m，最大曲率為0.32×10-3/m，最大水平移動值為5 644 mm，本礦區內根據現有地質資料，局部煤層埋深為1 020 m，最大影響半徑為510 m。

表1 石炭二疊系主采煤層最大移動變形值

4 生態恢復治理

煤礦生產過程中將出現地表塌陷，這不僅會改變評價區的土地利用格局，導致塌陷區上方村莊被迫搬遷，還影響農業生產，這些影響是長期的，伴隨著礦井整個生產期間，甚至在礦井服務期滿后仍然存在。對此，必須給予嚴格控制和治理。礦區開發潛在的主要生態影響及特征見表2。

采取的生態恢復治理如下:

按照“堅持‘不欠新賬，漸還舊賬’的原則;堅持突出重點，統籌兼顧，分步實施的原則;堅持前瞻性與可操作性有機統一的原則”，各建設單位應組織專門隊伍，結合開采進度，對采區上方出現的地表裂縫或其他現象及時平整、填充、復墾;

堅決執行“誰開發誰保護、誰破壞誰治理”的政策，做到邊采礦、邊整治、邊復墾。各大礦井在制定采礦計劃的同時，同步做好塌陷區治理規劃設計。建設單位應組織專門隊伍，掌握不同開采時段采區地表出現的裂縫情況或塌陷臺階、井田地表移動變形規律和巖層移動參數，按照塌陷區整治原則，及時對裂縫、塌陷區進行整平、填充，為制定地表塌陷綜合防治措施提供科學依據，指導礦方采取相應的保護措施，實現礦區可持續發展。

表2 礦區開發潛在的主要生態影響及特征表

對采煤過程中造成的耕地損失應采取措施進行復墾，破壞嚴重無法復墾的耕地應進行必要補償，根據耕地破壞的程度進行經濟補償，補償金額按照山西省國土資源局制定的補償標準進行，保證受損農民的生活質量不會降低。經濟補償的時間從受到破壞的當年起到土地復墾后恢復有生產能力為止。

對林地，以封谷、禁牧為主，人工造林為輔，充分利用植被的自我修復能力，基本恢復自然植被景觀;對于農業開發區，宜農則農，宜林則林，宜草則草，適宜耕作的地區，通過土地平整恢復土地功能，合理調整土地利用結構，求得最大的生態效益和社會效益。本區應按照“退耕還林”等有關要求，針對區內宜林地的分布情況，對于宜自然恢復的區段封禁保護，促進植被自然恢復。

對草地，采取填補裂縫、修筑梯田等措施，土地整理后，選擇優良草種，改良草地，發展畜牧業。

結合當地生態功能區劃對該地區的要求，從礦區開發、地表塌陷實際情況、生態環境以及人口分布特點，全方位對塌陷區進行合理規劃，根據所在的縣土地利用規劃，確定封山育林區、退耕還林區、植樹造林區和復墾恢復區。

永久占地區、矸石場地及新建公路、鐵路等區域實施綠化，以補償項目建設的植被損失。工業場地、公路建設等工程的建設，將直接造成施工區域地表植被的完全破壞，施工區域一定范圍內的植被也會遭到不同程度的破壞。為了補償項目建設的植被損失，在建設初期將綠化設計與工業場地美化相結合，選擇適應本區氣候特點的耐干旱、防風能力強的樹種，采用草灌喬植物相搭配的方式對各類型占地區域進行綠化美化。

5 結論與建議

礦區的地表沉陷影響和生態恢復治理是一項涉及面廣、覆蓋范圍廣、部門協調工作量大的復雜工程，因此礦區開發應加強礦區開發的環境管理工作。

成立專門礦區開發環境管理機構，負責礦區跟蹤評價與監測任務，制訂礦區環境目標;協調環境保護與生產的各種關系，如生態補償、移民搬遷、土地征用等，將各項工作落實、完善。

［1］ 屠世浩，陳宜先.煤礦開采對環境的影響及其對策研究［J］.礦業研究與開發，2003，22(4):123-124.

［2］ 環境保護影響評價公司.戰略環境影響評價案例環評［M］.北京:中國環境科學出版社，2006:11.