论矿区地表沉陷影响和生态恢复治理

李姝蕊

(煤炭工业太原设计研究院，山西太原 030001)

1 概述

矿区开发的生态影响主要产生于两个方面规划内容，一方面是工程占地，另一方面是采煤区塌陷，其他生态影响主要是由这两个影响因素诱发产生的。

工程占地会直接导致自然系统生物量降低，影响自然系统的稳定状况，使区域生态系统完整性受损。煤矿运行后，这些影响持续时间较短，在采取必要的生态保护和水土保持措施后，影响会比较有限。

煤矿生产过程中将出现地表塌陷，这不仅会改变评价区的土地利用格局，导致塌陷区上方村庄被迫搬迁，还影响农业生产。这些影响是长期的，伴随着矿井整个生产期间，甚至在矿井服务期满关闭后仍然存在。对此，应实施塌陷地煤矸石填充土地复垦，可根据土地利用需要直接复垦，或利用该区煤矸石填充复垦为原有生态用地。对于废弃的工业场地和矸石场应及时进行复垦和生态恢复。

2 矿区地表沉陷特征及规律

煤矿井下采煤采用长壁式综采或者综采放顶采煤法，全部垮落式管理顶板，不可避免的造成地表塌陷现象，而地表移动变形在黄土高原的山区不易觉察，通过仪器观测才能观察到地表移动变形情况。本矿区的地表移动变形显现的主要破坏特征有地表裂缝，次要的破坏特征为塌陷坑、塌方及滑坡，这些都是可以直接观察到的。

地表裂缝一般分布在开采边界附近，这是由于各种地表变形在开采边界上方变化较大，且煤柱上方地表岩层受较大拉伸力作用，产生张口裂缝，而采空地表岩层受压缩力作用，产生压密裂缝。所以，在开采边界边缘常可以看到有裂缝，而在采空区范围看不见裂缝或裂缝较少。此外，地表黄土层较薄的地方裂缝也较易显现，反之则不易显现。地表裂缝深度一般为几米至十几米。

塌方及小滑坡，主要发生在黄土较厚、地表坡度较大或陡峭的地方，受地表移动变形影响“未稳”造成，原有的古滑坡受采动影响有再次滑坡的可能。

3 矿区地表沉陷影响

煤矿生产过程中由于井下采煤破坏了地层中原有的应力平衡而引起地表塌陷，可能产生如下影响:

1)开采产生的即时型突发性切冒塌陷，在地表产生裂缝，破坏原始地貌的完整性，局部小区域内造成与周围自然景观的不协调;2)塌陷区边缘，特别是地表下沉引起的倾斜和原始地形本身倾斜方向一致时，该区域内较高大的树木会产生歪斜甚至倒伏，耕地生产力有所降低;3)由于本矿原地貌植被覆盖率相对较低，塌陷后造成了一定程度的景观破碎化，但矿区开采对区域自然体系中组分自身的异质化程度影响不大。

矿区的地表沉陷变形预测方法采用概率积分法进行地表移动变形的预测。该方法在国内已经广泛应用，获得了较成熟的经验和参数。

以大同矿区为例，大同矿区为老矿区，地表移动参数的选取类比过去调查研究的已有参数，根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(以下简称《开采规程》)，再根据矿区的详细地质资料和覆岩岩层的岩性测试资料，各煤层的顶板属于坚硬～中硬顶板。大同矿区长壁综采沉陷区地表移动计算参数选取如下:

下沉系数(q):0.3～0.69之间;水平移动系数:b=0.30。

主要影响角正切:tgβ取值在1.6～2.0之间。

开采影响传播角:θ=90°-0.8α;拐点偏距:S在(0.2～0.18)H之间。

石炭二叠系主采煤层开采后地表最大移动变形值预测见表1。

结合大同矿区的地质条件及石炭二叠系的煤层覆存条件，采用概率积分法对整个大同矿区的地表沉陷趋势进行了预测，石炭二叠系的可采煤层全部开采后引起的地表最大下沉值为10 924 mm，叠加上侏罗纪的下沉影响值7 889 mm，最后整个矿区的最大下沉值为18 813 mm，最大水平移动变形值28.34 mm/m，最大倾斜值为62.15 mm/m，最大曲率为0.32×10-3/m，最大水平移动值为5 644 mm，本矿区内根据现有地质资料，局部煤层埋深为1 020 m，最大影响半径为510 m。

表1 石炭二叠系主采煤层最大移动变形值

4 生态恢复治理

煤矿生产过程中将出现地表塌陷，这不仅会改变评价区的土地利用格局，导致塌陷区上方村庄被迫搬迁，还影响农业生产，这些影响是长期的，伴随着矿井整个生产期间，甚至在矿井服务期满后仍然存在。对此，必须给予严格控制和治理。矿区开发潜在的主要生态影响及特征见表2。

采取的生态恢复治理如下:

按照“坚持‘不欠新账，渐还旧账’的原则;坚持突出重点，统筹兼顾，分步实施的原则;坚持前瞻性与可操作性有机统一的原则”，各建设单位应组织专门队伍，结合开采进度，对采区上方出现的地表裂缝或其他现象及时平整、填充、复垦;

坚决执行“谁开发谁保护、谁破坏谁治理”的政策，做到边采矿、边整治、边复垦。各大矿井在制定采矿计划的同时，同步做好塌陷区治理规划设计。建设单位应组织专门队伍，掌握不同开采时段采区地表出现的裂缝情况或塌陷台阶、井田地表移动变形规律和岩层移动参数，按照塌陷区整治原则，及时对裂缝、塌陷区进行整平、填充，为制定地表塌陷综合防治措施提供科学依据，指导矿方采取相应的保护措施，实现矿区可持续发展。

表2 矿区开发潜在的主要生态影响及特征表

对采煤过程中造成的耕地损失应采取措施进行复垦，破坏严重无法复垦的耕地应进行必要补偿，根据耕地破坏的程度进行经济补偿，补偿金额按照山西省国土资源局制定的补偿标准进行，保证受损农民的生活质量不会降低。经济补偿的时间从受到破坏的当年起到土地复垦后恢复有生产能力为止。

对林地，以封谷、禁牧为主，人工造林为辅，充分利用植被的自我修复能力，基本恢复自然植被景观;对于农业开发区，宜农则农，宜林则林，宜草则草，适宜耕作的地区，通过土地平整恢复土地功能，合理调整土地利用结构，求得最大的生态效益和社会效益。本区应按照“退耕还林”等有关要求，针对区内宜林地的分布情况，对于宜自然恢复的区段封禁保护，促进植被自然恢复。

对草地，采取填补裂缝、修筑梯田等措施，土地整理后，选择优良草种，改良草地，发展畜牧业。

结合当地生态功能区划对该地区的要求，从矿区开发、地表塌陷实际情况、生态环境以及人口分布特点，全方位对塌陷区进行合理规划，根据所在的县土地利用规划，确定封山育林区、退耕还林区、植树造林区和复垦恢复区。

永久占地区、矸石场地及新建公路、铁路等区域实施绿化，以补偿项目建设的植被损失。工业场地、公路建设等工程的建设，将直接造成施工区域地表植被的完全破坏，施工区域一定范围内的植被也会遭到不同程度的破坏。为了补偿项目建设的植被损失，在建设初期将绿化设计与工业场地美化相结合，选择适应本区气候特点的耐干旱、防风能力强的树种，采用草灌乔植物相搭配的方式对各类型占地区域进行绿化美化。

5 结论与建议

矿区的地表沉陷影响和生态恢复治理是一项涉及面广、覆盖范围广、部门协调工作量大的复杂工程，因此矿区开发应加强矿区开发的环境管理工作。

成立专门矿区开发环境管理机构，负责矿区跟踪评价与监测任务，制订矿区环境目标;协调环境保护与生产的各种关系，如生态补偿、移民搬迁、土地征用等，将各项工作落实、完善。

［1］ 屠世浩，陈宜先.煤矿开采对环境的影响及其对策研究［J］.矿业研究与开发，2003，22(4):123-124.

［2］ 环境保护影响评价公司.战略环境影响评价案例环评［M］.北京:中国环境科学出版社，2006:11.