徐兗兩淮地區采煤塌陷水域環境現狀和綜合利用調查

阮淑嫻+范廷玉

作者簡介：阮淑嫻（1989—），女，安徽宣城人,安徽理工大學地球與環境學院碩士研究生。

用“大井法”對涌水量進行計算。其中,西三采區涌水量最大為37560m3/h、最小為6093m3/h、平均為22513m3/h;1031工作面的涌水量最大為30016m3/h、最小為464m3/h、平均為1775m3/h;預算結果對西三采區及1031工作面在防治水具有指導意義。當進行煤層實際開采時,還是應堅持預測預報“有掘必探”先探后掘“先治后采'的原則［2］。進一步做好回采過程中的防治水設計及具體措施,加強風機巷道的排水能力、井上、下水量、水位(壓)及水溫的動態監測工作。此外開展測試同位素、常規水化學組分等測試與分析工作,以便查明其突水水源。

參考文獻：

［1］ 房佩賢,衛中鼎.專門水文地質學［M］.北京:地質出版社,1996.

［2］ 國家安全生產監督管理總局.煤礦防治水規定［M］.北京:煤炭工業出版社,2009.帶東南端,華北型煤田分布區南緣,東西長270km,南北寬15~25km,總面積7250km2,含煤面積3200km2。含煤一般38層,可采煤層13~18層,可采總厚度25~33m。淮南市［7］煤炭資源的遠景儲量達444×108t,已探明儲量153.6×108t,淮南礦區現年煤炭產量達到1×108t。由于煤炭開采引起的采煤塌陷區在不斷擴展,至今已有采煤塌陷區面積約 7262.17hm2,其中積水面積5083.52hm2,占塌陷面積的70%左右。

(1)淮河以南礦區塌陷現狀。孔集塌陷區、李郢孜礦至李嘴孜礦塌陷區,大通至九龍崗礦塌陷區、謝李塌陷區。總塌陷面積已達到34.734km2,采煤塌陷區長25.3km,寬度0.05~1.88km。其中大通礦、九龍崗礦區塌陷面積298.11hm2,謝家集區境內937hm2,八公山區1346hm2。淮河以南為急傾斜立槽煤,采煤塌陷深度大,塌陷率較低,開采萬噸煤塌陷率約為0.11hm2該地區最大塌陷深度為19.8m。大通礦形成的采煤塌陷水域面積為3.5hm2,最大深度10m超過,林場附近的塌陷水面積為2.4hm2,最大深度為8~10 m。謝二礦中南大塘塌陷水域面積為14hm2,最大深度為7m多,目前南大塘塌陷水域仍在繼續塌陷。

(2)淮河以北礦區塌陷現狀。淮河以北塌陷區有:潘集礦采空塌陷區、新集礦采空塌陷區、張集謝橋塌陷區。其中潘集區境內1544hm2,風臺境內390.9hm2。潘集煤礦塌陷區總面積達2746hm2,其中:潘一礦塌陷區面積964hm2,潘二礦塌陷區面積500hm2,潘三礦塌陷區面積1282hm2。在塌陷區內已形成水面697.33hm2,濕地面積579hm2,坡地1469.67hm2,新集塌陷區面積為3.6km2,最大塌陷深度為5.68m。淮河以北為平原地貌,地下煤層為緩傾斜平槽煤,采煤塌陷淺,塌陷率較高,開采萬噸煤塌陷率約為0.27hm2［5,6］。

2.1.3徐州采煤塌陷區

徐州市煤炭資源儲量大、層次多、煤層厚、質量好,是江蘇省主要煤炭基地,其煤田賦存面積達1400km2,煤炭資源25億t,現有煤礦36座,年產量約2500萬t。至目前全市歷年來采煤塌陷地累計總面積21600hm2,在各類采煤塌陷地中,不積水的坡耕地為8280.00hm2,季節性積水面積為4986.53hm2,常年積水面積為2076.80hm2塌陷地深度一般2m~6m,隨著煤礦采掘的不斷進行,每年仍以334.12hm2左右的速度塌陷,預計到2020年,徐州市因采煤造成塌陷地可達31919.33hm2［9］。

2.1.4兗州采煤塌陷區

充州煤田位于山東省南部,地處充州、濟寧、鄒城三市境內。兗州煤田［10］北長30km,東西寬15.6km,總面積近500km2,煤炭地質儲量40.8億t,是全國重要煤炭基地之一。充州煤田含煤27層,可采煤層厚度13.5m;自開采以來,產煤量逐年增加,現年產量超過0.3億t。因采煤造成的塌陷總面積為23.901km2,積水面積近660余hm2,塌陷盆地積水深度2~6m,平均水深4m。

2.2不同地區采煤塌陷水域周圍污染源現狀

2.2.1淮北區采煤塌陷區

淮北礦區瓦斯和煤矸石以及“三廢”的排放,是塌陷水域的主要污染源。

2.2.2淮南區采煤塌陷區

淮南礦區大量工業廢水未經處理排放直接影響塌陷區水質狀況,因淮南市區為一個背向南、口向北呈簸箕形的封閉區域,不利于氣體擴散和稀釋作用從而導致工業廢氣對塌陷區水質產生一定的影響［8,11］。經過對淮南6大礦區的現場調查和資料收集,污染源狀況如下。

(1)礦業污染源。包括部分未經處理就排入河流和塌陷水域的礦井水、洗選廢水、煤矸石淋溶水等。

(2)農業面源污染源。包括施用化肥農藥及引用污水灌溉所帶來的面源污染。

(3)礦區生活、醫院污水和垃圾。礦區周圍排放的生活污水沒有只是經化糞池處理后直接排入地表水體,嚴重影響地表水體,從而污染塌陷水域水質。

2.2.3徐州采煤塌陷區

徐州采煤塌陷水域周圍主要污染源有礦業污染源包括［12］:徐州礦務集團外排的高礦化度、高硬度、高氟的礦井水、徐州礦務集團洗煤廠排放的含有大量煤泥懸浮物的洗煤水、露天堆放的煤矸石經雨水沖刷后的地表徑流以及周圍居民的生活污水產生的生活污染源和因施用農業化肥、農藥而產生的農業污染源。

2.2.4兗州采煤塌陷區

經過對兗州煤田區的調查和資料收集［13］,了解到兗州礦塌陷區鄉鎮密集、交通發達、人口稠密、土地肥沃、工農業經濟發達。塌陷區周圍有很多大小不一的工廠、學校、試驗田。因而兗州塌陷水域周圍污染源有:①工業污染源主要是由周圍的工廠排放的工業廢水;②生活污染源包括塌陷區周圍居民的少量生活污水以及礦區工業廣場排放的處理后達標的部分生活污水,無礦井水直接排放;③農業污染源主要是農業生產施用化肥、農藥而產生的農業面源污染。

2.3目前國內外對塌陷水域治理利用的研究現狀

隨著科學技術的發展,國外對塌陷區的治理研究取得了突破性的進展,利用新的研究技術創造出非常好的社會環境與經濟效益。國際上,從有關國際學術組織的活動到有關資料文獻的數量顯示,對于采煤礦區塌陷土地復墾的理論研究較為活躍。該研究領域取得的主要研究成果包括礦山開采對土地生態環境的影響機制與生態環境恢復研究、礦山復墾與礦區水源及其他環境因子的綜合考慮、清潔采礦工藝礦山生產的生態保護等［21］。比如,Darmody等人曾在伊利諾斯研究過開采沉陷對谷物產量的影響,Darmody的研究結果表明:Illinois州的Jefferson,Franklin和Williamson縣因開采塌陷使農田排水條件變差,土壤入滲減慢,土壤濕度過大而影響種子發芽,阻礙作物生長因而使谷物產量下降。另外,英國和美國礦業與環境委員會將塌陷洼地開發為林地、草地、農地、娛樂場所、野生動物棲息地。近年來,美國、澳大利亞的一些學者提出把多種自然境因素引進城市地域,城郊建水庫與河湖可以凈化空氣和吸收噪音;城郊建成大面積綠化帶,引來自然界的動物與人類共同生活于城市地域中得理念。

我國對開采沉陷區的研究相對較晚,近年來,不少學者從景觀生態和可持續生態環境管理等方面對采煤沉陷區進行環境影響評價,利用多種評價方法如人工神經BP網絡、模糊綜合評價、多層加權綜合評價等對沉陷區的環境進行綜合評價、治理和利用。王振紅、桂和榮等通過對淮南礦區不同塌陷年齡的采煤塌陷塘的水生態環境監測,分析了不同塌陷年齡塌陷塘的主要限制性因子和塘內浮游植物種類組成及其生長的限制性因子,結果表明:不同塌陷年齡的塌陷塘中主要限制因子各不相同,但TP在各塘中均占據主要的限制性因子地位,塌陷塘主要為P限制型;浮游植物組成方面綠藻和藍藻均占據優勢地位,但各塌陷塘浮游植物組成與主成分因子間的關系并不一致,其受限因子也有所不同。

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2014年5月綠色科技第5期3不同地區采煤塌陷水域的管理及綜合利用現狀

3.1目前非官方的塌陷水域利用現狀

目前,大部分塌陷水域是作為漁業養殖水域,也大多是粗放經營,沒有形成系統的養殖區。因此,塌陷區水面呈荒蕪、半荒蕪狀態,沒有充分地發揮出塌陷區水資源利用的潛能。另外,對于一些水質比較好的塌陷塘,周圍的農民把它們用來灌溉農田。

3.2環保部門對塌陷水域的功能劃分

大部分地區政府環保部門并未對塌陷水域作出明確的功能劃分,其中一些能源城市政府環保部門對塌陷水域作了明確的功能劃分,比如淮北市政府環保部門以中華人民共和國《環境保護法》、中華人民共和國《水污染防治法》、中華人民共和國地表水環境質量標準及安徽省環境保護局環控(2002)69號文件等為依據對于淮北礦區采煤塌陷水域作出了詳細明確的功能劃分,具體見表1。

表1淮北礦區采煤塌陷水域功能劃分

河流名稱塌陷區名稱區域面積/km2水域單元/個規劃功能水質目標濉河支流袁莊塌陷區3.3881農業用水區Ⅳ類礦山集塌陷區8.8751農業用水區Ⅳ類岱河塌陷區5.9561農業用水區Ⅳ類楊莊礦塌陷區3.031飲用水源保護地Ⅲ類沈莊塌陷區2.181農業用水區Ⅳ類朔里塌陷區4.131農業用水區Ⅳ類石臺塌陷區2.901農業用水區Ⅳ類沱河支流劉橋塌陷區2.01農業用水區Ⅳ類百善塌陷區1.3331農業用水區Ⅳ類澮河支流臨渙塌陷區1.5131農業用水區Ⅳ類海孜塌陷區0.5781農業用水區Ⅳ類

3.3兩淮地區政府對塌陷水域的綜合治理與利用

3.2.1淮北市政府對塌陷水域的規劃治理與利用

對于采煤塌陷區水域的環境治理,淮北市政府逐步探索出具有淮北特色的發展模式——多層采煤的深層塌陷區水產養殖復墾模式。多層采煤形成的深層塌陷區范圍較廣深度大,適于建立機械化網箱、圍網和攔網漁場［3,16］。機械化網箱的成本較高,要求分布在較大的水域中央,平均每350畝的水面可建1畝面積的網箱。網箱利用太陽能作為能源,定時投放餌料,分層飼養,一般可分5層,不同魚種搭配投放,畝產可達7萬kg(1年多茬捕撈和投放魚苗)。圍網和攔網同樣是在較大的水域內進行人工設網圍成漁場,此種方式成本較網箱低,年均畝產600~800kg。采用這種模式不僅可以在治理環境污染的同時充分利用可利用的資源,而且還能創造巨大的經濟價值。同時應切實關注環境承受力,保證做到治理與可持續發展相結合。在積極發展塌陷區漁業同時,應根據資源和環境的容量,制訂規劃和開發規模,并采取切實可行的措施把資源的開發利用與保護緊密地結合起來,納入可持續發展的軌道,使漁業生產穩步增長,以減少環境代價,使資源再利用。

發展休閑觀光漁業。以增加漁民收入為目的,大力開發休閑觀光漁業,充分發揮塌陷區資源優勢,將塌陷區建成休閑、旅游的好去處,形成一條以“垂釣、觀景、游樂、餐飲”為特色的旅游熱線,并以漁村文化為載體開發旅游項目,逐步形成產業優勢,拓展漁業經濟渠道。

3.2.2淮南市政府對塌陷水域的規劃治理與利用

淮南市政府對采煤塌陷區將分別采取如下措施:加大淺層塌陷且已穩定區域的土地復墾力度,實行深層塌陷且已形成大面積水域的區域在開展養殖、種植、旅游的同時,注意防止富營養化,避免造成新的污染。控制礦區風景名勝區一切開發建設活動,恢復自然景觀和植被。

考慮淮南市污染源特點,地形條件和農業環境條件建立農業生態管理和控制工程,在防治污染破壞的同時實現農業的經濟效益。另外,圍繞塌陷水域順勢而建天然濕地生態公園,在人工協助下,恢復生境環境,開辟新的旅游休閑區。

4對塌陷水域綜合治理與利用的思考

據調查了解,雖然各個資源型城市煤礦塌陷區政府對各個礦區的采煤塌陷區都制定了一些綜合治理利用的措施并且取得了一些成效,但是各環保部門對于大多數的塌陷水域并沒有做出環境功能規劃。這極大的限制了塌陷水域水資源的治理和有效利用。

目前對于采煤塌陷區進行綜合治理的基本模式主要是等到采煤塌陷穩沉以后再進行復墾治理,即即采煤塌陷-補償損失-塌陷地閑置-治理。采用這樣的治理模式的話,在塌陷地未穩沉的過程中土地資源始終處于閑置狀態,不能得到有效利用。而且塌陷地表深度積水后,治理時無法取土,浪費了大量的土壤資源。等到塌陷地穩沉后治理費用和過程也相當高。

據了解,歐美地區采用的土地復墾技術部分彌補了我們的基本復墾技術所帶來的資源浪費。所以我們應該引進新的技術,對于正在沉降的塌陷地進行提前復墾,著手進行取土等前期治理工作,最大限度地減少土地資源的浪費和閑置,提高塌陷地治理的實效性;同時要做好塌陷前的村莊搬遷工作,為塌陷地治理工作做好鋪墊;預先劃定采煤區的范圍和預測塌陷區范圍,建立采煤塌陷地區動態監測系統。強化煤礦開采及采空的監測工作,正把“預防為主,防治結合”的原則落到實處。根據平原地區地下煤層的賦存厚度,科學預測出某一地塊各個部位的塌陷深度,然后在地下尚未開采或其他煤層二次開采之前就結合實際采取矸石或粉煤灰回填進行超前治理。變被動治理為主動治理,實現在利用中保護、在保護中開發。既最大限度地獲取利用土地資源效益,減少了對地表的破壞程度,又實現了礦區土地資源的可持續利用。

5結語

(1)不同城市的采煤礦區的塌陷積水面積不同,塌陷區的擴張速度各不相同,呈增長趨勢。塌陷水域水資源量豐富,塌陷的水域面積越來越大。

(2)采煤塌陷水域周圍污染源類似,主要為礦業污染源、工業污染源、生活污染源、農業面源污染源。

(3)盡管塌陷水域水資源量十分豐富,但是水資源利用不充分,且缺乏管理。如果加以科學的規劃,進行綜合治理與利用,不僅可以解決失去耕地農民的生活來源問題,還可以改善礦業城市的生態環境。

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