咸豐縣采煤沉陷區破壞現狀及綜合治理

楊 斌，袁 鑫，雷亞萍

（中國煤炭地質總局 第三水文地質隊，河北 邯鄲 056001）

0 引 言

煤炭是中國最常用的能源，在中國能源生產和消費結構中占重要地位，推動了我國的經濟發展，不僅改善了人民的生活質量，也提高了我國的就業率[1-2]。但是由于長期以來礦產資源過度化、粗放式的開采，我國各級國土空間出現了大規模的采煤沉陷區，在社會經濟、生態等方面產生了諸多安全隱患，不僅造成了國土空間結構失衡，還阻礙了區域的良性發展[3-4]。

煤炭作為咸豐縣儲量最大的自然資源之一，曾一度是咸豐縣積累初始財富的主要經濟支柱。開采歷史悠久，最盛時期全縣有多達200 多處煤窯，2018 年年底，根據湖北省“去產能”政策要求，咸豐縣煤礦全部關停，全面退出。早期的無序開采和歷史原因造成的管理缺失，形成了大范圍的采煤沉陷區，據調查，咸豐縣域內采煤沉陷區及影響范圍達199.59 km2。沉陷區內脆弱的地質環境及人居環境不斷遭到破壞并惡化，發生一系列地質環境問題，并誘發了地表沉陷、地裂縫、滑坡、崩塌等地質災害[5]。嚴重影響了當地居民的生產生活甚至危及生命。

咸豐縣目前對于沉陷區的治理僅對部分地區進行避險搬遷安置、基礎設施完善、土地復墾等，但都沒有從根本上解決問題。隨著采煤沉陷區的破壞現狀還在不斷的加劇演變，地表存在很多不穩定因素，對當地居民的生產生活威脅極大。鑒于此，在分析咸豐縣采煤沉陷區破壞現狀的基礎上，對咸豐縣采煤沉陷區治理思路進行探討，并提出相關對策和建議,為村莊搬遷安置、沉陷區綜合治理等提供參考[6]。

1 研究區概況

咸豐縣為湖北省恩施土家族苗族自治州下轄縣，湖北西大門。位于鄂、湘、黔、渝四省(市)邊區結合部，距州府所在地恩施98 km，距重慶市黔江區53 km。地處武陵山東部、鄂西南邊陲，扼楚蜀之腹心，為荊南之要地。

采煤沉陷區位于唐崖鎮、曲江鎮和坪壩營鎮，涉及16 個礦山。其中唐崖采煤沉陷區涉及2 個礦山，境內地勢北高南低，平均海拔800 m 左右，地表以石灰巖為主，山巒起伏，喀斯特地貌發育，溶洞洼地廣布，屬垂直差異較大而水平差異較小的中、低山地形。曲江、坪壩營采煤沉陷區涉及14個礦山，平均海拔標高1 000 m 左右，為丘陵地帶，顯巖溶地貌景觀。

礦區內出露地層有第四系（Q）、三疊系下統大冶組（T1d）、二疊系上統長興組（P2ch）、下窯組（P2x）、龍潭組（P1l）、及下二疊統茅口組（P1m）。咸豐縣煤炭資源主要分布在楊洞、甲馬池、丁寨、尖山喇叭槽等地，產于二疊系吳家坪組。16 個煤礦礦權范圍內面積38.48 km2，其下部形成的采空區面積20.13 km2。

咸豐縣采煤沉陷區煤礦礦山分布示意如圖1所示。

圖1 咸豐縣采煤沉陷區煤礦礦山分布示意Fig.1 Distribution of coal mines in mining subsidence area of Xianfeng County

2 采煤沉陷區破壞現狀

長期以來，由于煤炭資源的無序開采引起的環境問題日益凸顯惡化，主要為環境污染、資源破壞和地質災害3 大類[7-8]。

咸豐縣由于早期缺乏相關的煤礦資源開采管控政策，煤礦開采缺少保護措施，導致沉陷區遺留下煤矸石、礦渣等采煤副產品被隨意堆放、采空區未按規范留設保安煤柱等問題。煤礦關閉后，地面沉降和煤矸石的問題逐漸突顯出來，對區內地質、生態環境和基礎設施等造成了嚴重破壞，主要體現在以下5 個方面。

2.1 地質災害多發

采煤沉陷屬于漸進式的地質災害，具有發生比較緩慢、歷時長、不容易察覺、危害性大等特點[9]。目前采煤沉陷仍是世界性的難題，無論中外采礦區，均出現不同程度的沉陷，不僅破壞了土地資源，而且造成了嚴重的地質災害[10]。

經調查，咸豐縣重點采煤沉陷區內現仍存在地表沉陷坑86 處（其中唐崖鎮范圍內2 處，曲江鎮范圍內13 處，坪壩營鎮范圍內71 處），累計面積19 405 m2。區內水平移動明顯，引起崩塌、滑坡等地質災害13 處，其中滑坡8 處（坪壩營鎮6 處、唐崖鎮2 處）、崩塌5 處（坪壩營鎮4 處、曲江鎮1 處）。

2.2 水田變旱地

由于煤礦開采，大氣降水和煤層頂板巖溶水通過巖溶和采動裂隙流進采空區，導致采空區域內泉水干涸，水源斷流，百畝水田被迫改為旱田，只能種植玉米等旱地作物，嚴重影響了百姓的正常生活。

2.3 重金屬和酸性廢水污染

采煤沉陷區土地受沉陷威脅及污染損毀，難以得到高效利用[11]。咸豐縣采煤沉陷區因長期的煤礦開采、洗煤，導致區域內重金屬污染嚴重。目前，采煤沉陷區內大量煤矸石和礦渣堆積，雖然多數已自然復綠，但雨季在雨水淋濾下，仍形成大量酸性廢水，導致區域內土壤重金屬污染加劇。經統計采煤沉陷區內土壤存在較高污染風險耕地面積74.34公頃，占全縣嚴格管控類耕地總面積的60.79%

2.4 房屋、道路、水利設施破壞嚴重

采煤沉陷區對于周圍居民的居住環境破壞程度較為嚴重[12]。道路破壞主要呈現路面裂縫、路基坍塌和邊坡滑坍，水渠破壞表現為渠壁裂縫、渠底坍塌以及由地面沉降和滑坡引起的擠壓和變形，導致輸水功能喪失。蓄水池和水庫破壞主要表現為池底裂隙和池壁墻體破壞，從而無法蓄水。經過調查與收集，確認采煤沉陷區需整修的道路共計227.85 km，需修復溝渠31.18 km。

采煤導致的地面沉降較嚴重地區危及地面建筑物，使區內居民的住宅變成“危房”，直接影響居民的生活甚至危及生命[13]。經過調查收集，采煤沉陷區內房屋出現損壞、損毀的共1 350 戶。

3 治理方法

3.1 地質環境問題治理

（1） 采空區關鍵區域治理。通過遙感解譯、現場調查、勘查、監測、預測模擬等綜合手段，確定采空區殘余變形區域和關鍵部位，實施采空區域治理，采用注漿充填，結合煤矸石回填，采用“以廢治廢”的方法，將煤矸石處置與塌陷區修復相結合[15]。

（2） 地面塌陷治理。對地面塌陷采取就地充填、碾壓、平整等工程措施進行處理，填入黃土夯實平整。根據沉陷地周圍地形，將沉陷地塊整修成平地、臺田、梯田等。

（3） 崩塌、滑坡勘查、治理和監測。對各地質災害點開展逐一勘查，進行變形預測，有序開展治理，并構建監測預警系統，實現實時的監測預警。

3.2 煤矸石“隱形污染”源頭治理

（1） 查明煤矸石等采煤副產品的堆積分布情況，通過取樣檢測、動態監測查明污染程度，進行分類分級。

（2） 評估煤矸石堆體周邊地下水和地表水受污染程度，并在治理過程中堅持動態監測。

（3） 根據采空區治理需要就近部分或全部挖除作為充填廢料，剩余和其他堆積體補充防滲和阻斷措施后復綠。

3.3 農田改造和土壤污染治理

（1） 開展農田破壞和污染情況調查，查明破壞和污染范圍、程度。

（2） 進行土壤污染治理。原位與異位處理相結合，對集中連片污染土地采取原位治理，打造高標準農田，小型污染地塊實施土壤重構。

（3） 實施農田“旱改水”工程。修建配套蓄水池、修復灌溉水渠。

3.4 酸性廢水污染治理（1） 在豐水季開展酸性廢水污染調查。

（2） 根據酸性廢水污染濃度和排放量大小，采取管道收集+人工濕地集中處理的治理方式。

（3） 實施必要的溝渠和河道修復工程。

3.5 基礎設施修復

（1） 對于損壞嚴重的危房，建議當地政府實行搬遷安置處理；損壞較輕的房屋，可進行加固處理；建設房屋采用抗采動變形的框架結構。

（2） 對于路面開裂、路基坍塌、水渠受損等問題，可將受損地方挖開，采用鋼筋等穩固的材料構建支撐體系，并使用水泥漿進行澆注。

3.6 跟蹤監測

根據塌陷區功能建設、農業生態、煤矸石堆場等分區進行生態修復跟蹤監測，突出地表變形、地質災害點穩定性、地表水水質、土壤和水體質量等的變化監測。

3.7 實現生態環境導向開發

根據咸豐縣國土空間規劃和沉陷區接續產業規劃，開展富硒產品種植試點，同時深入挖掘文化、生態資源，積極吸引社會資本產業投入，打造沉陷區“生態環境治理+產業開發”的咸豐模式。

4 結 語

采煤沉陷嚴重破壞了礦區生態和地質環境，制約了礦區經濟、生態和社會的可持續發展[16]。采煤沉陷區的治理是咸豐縣十四五規劃的重點工程，必須堅持系統生態治理，從源頭上解決采空區殘余變形、煤矸石、酸性廢水污染問題，進而實施地質隱患治理、農田改造、土壤污染治理，同時進行基礎設施修復，并導入產業，實現可持續發展。治理工程力爭2 ～3 a 內完成，切實保障人民群眾生命財產安全，從根本上改善礦區群眾的生活條件和質量，促進區域協調發展、建設環境友好型和諧社會。