貴州省煤礦生態環境影響評價分析

魏煥奇，王思爽

(貴州省煤礦設計研究院，貴州 貴陽550025)

0 前言

生態影響是指經濟社會活動對生態系統及其生物因子、非生物因子所產生的任何有害或者有益的作用，影響可劃分為不利影響和有利影響，直接影響、間接影響和積累影響，可逆影響和不可逆影響［1］。我國的環評實踐參考國際研究經驗，主要對自然生態系統的動植物和土壤等資源評價為主，由于煤礦開采對環境的影響以地表沉陷最為顯著，所以煤礦建設生態環評除針對自然生態環境影響外，還應針對地表沉陷狀況進行重點預測評價。

目前，我國礦產開采地表沉陷預測方法主要分為4類:基于實測資料的經驗方法(典型曲線法、剖面函數法)、理論模擬法、影響函數法、地表移動和變形預計法［2］。其中，地表移動和變形預計法根據概率積分原則進行地表沉陷預測得到了廣泛應用，該方法能夠反映地表移動的動態特征，解釋采動現象，對指導“三下”開采設計具有較大的實用價值［3］。同時，中國礦業大學基于地表移動和變形預計法，開發礦區沉陷預測系統(hpMSPS)［4］，對開采沉陷的理論研究與生產實踐具有重要意義。

貴州有“江南煤?！敝Q，煤炭資源儲量豐富，煤炭開發對貴州省經濟發展具有重要作用，但是隨著資源開發力度的加大，地表沉陷所引發的生態問題日益凸現。所以，在貴州省煤礦生態環評過程中開展地表沉陷預測具有重要意義。本文選取位于貴州省煤炭生產重地的盤縣封家營煤礦為案例進行生態環評，應用礦區沉陷預測系統(hpMSPS)進行地表沉陷預測，從而為貴州省礦區環境綜合治理以及生態環境保護提供參考。

1 區域概況與現狀調查

1.1 研究區域概況

封家營煤礦位于貴州省六盤水市盤縣盤江鎮，行業隸盤縣煤炭管理局管轄。礦區井田由6個拐點坐標圈定，形狀呈不規則六邊形，東西長約為1.54 km，南北寬約為0.4 km，面積0.542 3 km2。礦區地處云貴高原中段的過度性斜坡地帶，由于受北盤江及支流的強烈切割，出露地層破碎、地勢高低不一，形成以高原山地為主、坡度較大的地形地貌格局。屬于構造剝蝕、侵蝕地貌、巖溶地貌類型。

1.2 評價區現狀調查

封家營煤礦屬改擴建項目，技改前后井田范圍無變化(含開采標高)，工業場地為在原場地上擴建而成，可采煤層共7層，首采煤層為9號煤層，礦井生產能力為150 000 t/a。項目建成對生態環境的影響主要表現為新增占地對土地利用功能的改變;井下開采造成的地表沉陷，沉陷可能造成局部土地利用功能改變和土地生產力下降、對地面建筑物的破壞以及加劇沉陷區土壤流失等?；谝陨戏治觯Y合當地的生態環境特征，確定生態調查對象。

依據《環境影響評價技術導則生態影響》，封家營煤礦生態影響評價區為井田邊界外擴500 m，面積3.506 9 km2，工業場地、矸石場均位于該范圍內。根據當地國土部門提供的土地利用現狀數據與現場調查，評價區植被類型以旱地作物為主，屬典型的農業生態區;森林植被以針闊葉混交林為主;土壤類型主要為山地黃棕壤、黃壤、水稻土、石灰土等。評價區內的土地利用現狀見表1。

表1 評價區土地利用現狀統計表

野生動物調查要采取資料查閱和調查訪問的方式，近年來偶見的獸類主要有野兔、黃鼬、長吻松鼠、竹鼠等，它們主要分布于有林區;爬行類主要有蛇類和蛙類等，均為貴州省重點保護動物;鳥類主要有麻雀、喜鵲、普通翠鳥等。基本多為貴州省常見的動物物種。

2 地表沉陷影響預測與分析

2.1 hpMSPS模式概述

礦區沉陷預測系統(hpMSPS)基于地表移動和變形預計法，采用修正后的概率積分模型，對任意開采引起的地表沉陷作動態和最終穩定態的預測，并繪制有關圖形［4］。模型中，傾斜煤層(緩傾斜)中開采某單元i，按概率積分法的基本原理，單元開采引起地表任意點(x，y)的下沉如圖1所示。

圖1 地表沉陷預測模型的坐標系統

設工作面范圍為:0～p，0～a組成的矩形，則地表任一點(x，y)相關變形值為:

(1)地表任一點的下沉w(x，y)

(2)沿φ方向的傾斜i(x，y，φ)

(3)沿φ方向的曲率k(x，y，φ)

(4)沿φ方向的水平移動U(x，y，φ)

(5)沿φ方向的水平變形ε(x，y，φ)

預測模式中參數選取如下:

(1)地表最大下沉值:W0=m×q×cos α

(2)最大傾斜值:i0=W0/r

(4)最大水平移動:U0=b×W0

(5)最大水平變形值:ε0=1.52×b×W0/r式中:m為煤層開采厚度(m);r為主要影響半徑(m);b為水平移動系數;α為煤層傾角，(°);q為下沉系數。

2.2 hpMSPS模式參數選取

本文根據封家營煤礦井田地質、煤層賦存條件、采煤方法等開采技術條件，以及原煤炭工業部制定的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》［5］中所列預計方法，對封家營煤礦所選取的參數進行本地化，確定hpMSPS模式中模型參數見表2。

表2 hpMSPS模式參數

2.3 地表移動變形最大值預測

地表沉陷范圍受煤層厚度、上覆巖層的厚度、巖性、移動角和邊界角的影響。根據井田的地質特征及開采條件選取相關參數，全井田開采后地表沉陷預測等值圖如圖2。同時，為了準確評價開采沉陷的動態過程，本文選取首采9號煤層作一個典型工作面，根據該煤層開采厚度、采深及有關參數進行預測，預測結果見表3。

圖2 地表沉陷等值線圖

井田內煤層賦存較穩定，預測全井田主要煤層開采后地表主要移動和變形值統計如下:最大下沉值為6.6 m，地表最大傾斜值為59.01 mm/m，最大曲率值為3.14 mm/m，最大水平移動值為539.5 mm，最大水平移動變形為28.7 mm/m。

2.4 開采結束后沉陷狀況預測

由于本井田地處山區，地形最大高差達314 m，屬剝蝕－溶蝕中山地貌。礦山煤層采煤工藝為炮采，礦井方法采用傾向長壁式采煤法，后退式回采，單體支柱加絞接頂梁支護，一次采全高，全部垮落法管理頂板。結合礦區地形地貌和采煤方法可知，井下開采引起的地表變形主要是裂縫、滑坡和崩塌等，出現地表大面積下沉的可能性小。

表3 首采煤層典型工作面開采后地表動態移動變形最大值

2.5 地表沉陷對生態環境影響分析

井下開采對礦區環境的綜合影響主要表現為:局部土地利用現狀改變，地表水、地下水資源破壞，道路受損，建筑物破壞，地表生態環境改變等。礦區開采后，地質環境條件會發生一定的改變，礦區地貌景觀、土地資源及地表生態環境受到一定影響，如不進行防治和采取治理措施，礦區生態環境會逐漸惡化。

2.5.1 對地表形態的影響 根據預測結果，煤層開采后地表最終最大下沉值為6.6 m，地表變形影響范圍為0.39 km2。根據地表下沉等值線圖以及類比附近井田采空區地形地貌變化情況分析，預計開采造成的地表沉陷表現形式，主要還是以地表裂縫、局部塌陷、崩塌和滑坡等現象為主［6］。不會形成大面積明顯的下沉盆地，地表也不會形成大面積的積水區。地表沉陷對區域地表形態和自然景觀影響主要表現在采空區邊界上方的局部區域內。礦井煤炭開采對井田地表的地形地貌影響較小，不會改變原來的地貌單元類型。

2.5.2 對土地利用的影響 通過礦井煤炭開采引起的地表沉陷等值線圖與土地利用現狀圖疊加分析，全井田開采后，約16.85 hm2耕地受到輕度破壞，1.55 hm2耕地受到中度破壞，重度破壞面積為0.32 hm2。由于受影響區大部分耕地為輕度影響，僅少部分由于灌溉條件改變而受到中度影響與重度影響，本礦井下采煤對地表耕地影響相對較弱。

2.5.3 對村莊建筑的影響 井田范圍內有村莊2個，分別為小王家鋪子、大青梁子。由于小王家鋪子居民點預留保護煤柱，可通過預測的地表沉陷等值線圖與村莊分布圖疊加分析，該居民點基本不受開采影響;由于封家營煤礦已組織大青梁子全部居民搬遷安置于井田外，搬遷后該居民點也將不受影響。

2.5.4 對鐵路、道路、河流的影響 礦區附近主要公路為盤水公路，位于井田外，有礦井運煤道路與該公路相連，運煤道路位于井田外;內昆鐵路從評價區西側邊緣穿過;拖長江也位于評價區西側邊緣，自南向北流經評價區。盤水公路、內昆鐵路、拖長江距井田邊界均約400～500 m。可通過預測的地表沉陷等值線圖與道路、河流區位圖疊加分析，地表沉陷對盤水公路、運煤道路、內昆鐵路、拖長江基本無影響。由于炸藥庫連接道路位于礦區內且無防護措施，將受到地表沉陷影響。

3 生態影響與地表沉陷防治對策

3.1 生態防護措施

煤礦開采過程中采取條帶開采、協調開采，消除開采邊界影響等技術措施來減小地表下沉和變形。同時，密切關注井田范圍內滑坡、地裂縫、塌陷及崩塌體的動態，對地表出現的裂縫、漏斗等，及時組織人員回填，并采取堵、排、截等措施。嚴格按照規范留設工業場地、村莊、井田邊界等保安煤柱，不得越界開采，避免對井田邊界外村莊和廣場造成影響。

3.2 生態治理措施

對井田內及周邊出現的地表裂縫要及時進行填充、密實并整平修復，對地表塌陷造成的植被破壞，應組織人員及時恢復或更新植被，防止水土流失。在采動影響活動期，對塌方或滑坡的地方沿邊緣做排水溝，減少降水進入塌方或滑坡處，以防止水土流失，同時可減緩塌方或滑坡的加劇，降低泥石流發生的概率。待影響停止穩定后，在塌方體修建護坡工程，對滑坡采取滑坡治理工程，以植物護坡為主，工程護坡為輔的綜合治理措施。若道路出現影響通行，應及時維修。

3.3 矸石場地的生態治理

矸石的利用途徑包括用于土地平整、制磚和積水沉陷區復墾等。剩余矸石部分用于井下回填，最后采取運往矸石場填埋處置措施。矸石場矸石堆放應按相關填埋規定《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準》(GB18599-2001)，采取逐段、分層壓實、覆土、綠化的填埋措施，能夠有效地防塵防燃。隨著矸石山綠化和土地復墾，礦區生態環境將得到有效保護。

3.4 經濟補償措施

對于采煤過程中造成的耕地破壞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經濟補償，對遭受中度破壞的耕地，應及時開展沉陷區的治理與土地復墾。經濟補償的時間從受到破壞的當年起到土地復墾后恢復原有生產能力為止。對于采煤過程中造成的林地破壞也應采取措施進行復墾，破壞嚴重無法復墾的林地應進行必要補償。沉陷區土地復墾和生態綜合整治工作，可由煤礦所在地縣土地和林業部門進行組織實施，為保證該資金能夠專款專用，建設單位應設立專用帳戶，根據有關政策規定，按年或按實進行支付。

4 結論

本文以貴州省盤縣封家營煤礦為案例進行生態環評，采用目前較為適用的hpMSPS模式進行地表沉陷預測，預測結果表明:地表沉陷最大值為6.6 m，由于礦區范圍內地表坡度較大，因此地表變形煤炭開采所造成的地表沉陷表現形式主要以地表裂縫、局部塌陷、崩塌和滑坡等現象為主。地表變形主要造成土地利用系數下降，土壤水分、肥分流失，最終導致地表植被生產力下降。只要加強對井田區域進行適時的生態恢復、土地復墾與水土保持措施后，對生態環境影響可以得到有效控制。

由于目前尚未能對本礦地表沉陷預測結果進行驗證，在今后工作中，應著重積累沉陷觀測數據，對hpMSPS模式參數優化，更好的服務于貴州省煤礦生態恢復與地表沉陷治理。

［1］ 國家環保局.環境影響評價技術導則-生態影響［M］.北京:中國環境科學出版社，2011.

［2］ 孫貴梅，吳 侃，王 欣.煤礦建設項目開采沉陷對環境影響評價研究［J］.四川環境，2007，26(5):107－110.

［3］ 寧永香，崔建國.動態地表移動和變形預計方法［D］.上海:中國科學院上海冶金研所，2000.

［4］ 吳 侃，周 鳴.礦區沉陷預測預報系統［M］.徐州:中國礦業大學出版社，1999.

［5］ 國家煤炭工業局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程［M］.北京:煤炭工業出版社，2000.

［6］ 王世東.河南省煤礦塌陷地復墾模式研究［J］.礦業研究與開發，2010，30(4):81－83.