淮南潘謝礦區(qū)采煤沉陷對水利工程體系影響分析

李澤青， 劉 錦， 吳永生， 劉福田

（1.安徽省水利水電勘測設計院，合肥 230088；2.煤礦生態(tài)環(huán)境保護國家工程實驗室，淮南 232001）

1 淮南潘謝礦區(qū)采煤沉陷概況

淮南潘謝礦區(qū)位于淮河中游淮河以北地區(qū)，從西到東，分布了謝橋礦、張集礦、顧北礦、顧橋礦、丁集礦、朱集礦、潘四礦、潘三礦、潘一礦、潘二礦和后備資源區(qū)。潘謝礦區(qū)總體規(guī)劃煤炭資源儲量為273.55億t，礦井和后備區(qū)面積為1256.37km2。

潘謝礦區(qū)煤炭資源儲量豐富，埋藏較深，屬煤層群開采，可采煤層厚，均采用井工開采，采煤方法采用全部冒落法。由于該區(qū)域屬平原地區(qū)，地勢平坦，煤炭地下開采必然形成地表沉陷，現(xiàn)已形成相當規(guī)模的沉陷水域。據(jù)統(tǒng)計［1～3］，2010年采煤沉陷面積為108.3km2（指沉陷大于0.1m，下同）、地面最大下沉值為7.5m。預計2020年潘謝礦區(qū)采煤沉陷面積為243.7km2、地面最大下沉值為12.0m，預計2030年采煤沉陷面積為339.3km2、地面最大下沉值為15.2m。

2 潘謝礦區(qū)水利工程體系現(xiàn)狀［2～4］

潘謝礦區(qū)采煤沉陷涉及水系有西淝河下游、永幸河、架河和泥河等，流域總面積2562km2。該區(qū)域目前已基本形成了以河道、堤防、溝渠、閘站等組成的防洪、排澇、灌溉工程體系。

西淝河下游河道長72.4km，流域面積1621km2，兩岸修筑了左、右堤，長分別為56.02km和12.5km。河口建有老、新西淝閘，設計流量分別為300m3／s和320m3／s。西淝河沿岸有圩區(qū) 47處，圩堤長 191.9km，保 護面 積169.8km2，興建涵閘78座、排澇站33座。主要支流有蘇溝、濟河、港河等。蘇溝長45.2km，有圩區(qū)3處，保護面積13.7km2，圩堤長26.9km，興建泵站3座；濟河長63km，有圩區(qū)3處，保護面積9.9km2，圩堤長18.3km，河道上建有引水、蓄水閘5座；港河長32km，入淝口建有港河閘，設計流量212m3／s，有圩區(qū)7處，保護面積21.1km2，圩堤長29.5km，興建泵站3座。

永幸河是1974年開挖的一條排灌兩用的人工河道，長43km，流域面積180km2。永幸河水系所在的永幸河灌區(qū)是有灌溉面積55萬畝的大型灌區(qū)，區(qū)內有總長約150km的14條大溝，以及引水閘、節(jié)制閘、渡槽、跌水、倒虹吸和泵站等約480處建筑物，組成能排能灌的排灌體系。永幸河樞紐由抽水站、節(jié)制閘、防洪排澇閘等建筑物組成，永幸河站，設計排澇流量80m3／s、灌溉流量40m3／s。

架河流域總面積205km2，其中架河下游城北湖和戴家湖兩處洼地，集水面積分別為154km2和51km2。架河出口建有架河閘和架河站，設計流量分別為67m3／s和23.4m3／s，城北湖靠淮河處正在建設城北湖站，設計流量100m3／s。城北湖匯水區(qū)內有3條大溝，圩區(qū)4處，圩堤長11.82km，保護面積5.03km2。戴家湖匯水區(qū)內有2條大溝，圩區(qū)2處，圩堤長11.9km，保護面積12.8km2。

泥河流域總面積為556km2，其中泥河干流388km2，黑河168km2。泥河干流55.65km，黑河長24km。泥河流域有圩區(qū)7處及潘一礦封閉堤、潘集區(qū)政府防洪堤，堤防總長73km，保護面積121km2。泥河流域出口有青年閘和蘆溝大站，設計流量分別為153m3／s和120m3／s，區(qū)內有10條排澇大溝，總長37.1km。

3 采煤沉陷影響水利設施情況［1～4］

3.1 西淝河下游水系

西淝河下游流域范圍內煤炭資源豐富，淮南煤電基地大部分位于西淝河下游及其支流范圍內。采煤沉陷影響的主要水利工程設施包括西淝河左堤、生產圩堤、河道和大溝。具體見表1：

表1 采煤沉陷影響西淝河水系主要水利設施統(tǒng)計表

3.2 永幸河灌區(qū)

根據(jù)采煤沉陷預計分析［1～4］，采煤沉陷范圍和程度隨著地下煤炭資源的大規(guī)模開采，將不斷加大，對永幸河灌區(qū)干支渠、主要建筑物等灌溉工程設施將產生較大影響?，F(xiàn)狀（2010年）采煤沉陷影響永幸河總干渠長度為2.3km，累計最大下沉值為1.5m；預計2020年、2030年永幸河灌區(qū)輸水總干渠采煤沉陷影響長度分別為3.4km和9.6km，累計最大下沉值分別為5m和9m，幸福溝、友誼溝、鳳蒙溝等主要輸水渠道也受采煤沉陷影響。具體見表2。

表2 采煤沉陷影響永幸河灌區(qū)主要渠道統(tǒng)計表

3.3 架河水系

架河水系包括架河和依溝，現(xiàn)狀（2010年）采煤沉陷影響架河河道長度為1.9km、累計最大下沉值為1.5m，影響依溝長度1.7km、累計最大下沉值0.1m。預計2020年、2030年，采煤沉陷影響架河河道長度分別為4.1km和6.6km，累計最大下沉值分別為4m和7m；采煤沉陷影響依溝長度分別為2.83km和5.4km，累計最大下沉值分別為3m和8m。

3.4 泥河水系

根據(jù)采煤沉陷預計［1～4］，泥河流域采煤沉陷范圍主要沿泥河干流偏北位置分布，包括：泥河和黑河干流，利民新河、東南干渠、架河北干渠、顧高新河、蘆溝、柳溝等17條主要大溝，泥南圩、謝街圩、潘一礦封閉堤等5條圩堤。沉陷影響具體見表3。

表3 采煤沉陷影響泥河水系主要水利設施統(tǒng)計表

4 采煤沉陷對水利工程體系影響分析

根據(jù)《淮南潘謝礦區(qū)采煤沉陷預測報告》［1］及現(xiàn)場調查分析［2～4］，采煤沉陷2010年影響河道33.3km、堤防 33.7km，2020年預計影響河道50.7km、堤防 65.5km，2030年預計影響河道62.9km、堤防75.7km?；茨吓酥x礦區(qū)采煤沉陷對所涉及水系的防洪、除澇、灌溉等均有影響。

（1）采煤沉陷對防洪的影響。潘謝礦區(qū)煤炭的開采［5，6］，將導致西淝河左堤及圩區(qū)堤防發(fā)生沉陷。西淝河左堤［4］作為淮北大堤渦西堤圈的內隔堤，是超標準洪水確保茨南淝左區(qū)的防洪屏障，是淮河流域防洪體系的重要組成部分，也是防御西淝河下游流域洪水的重要屏障，而圩區(qū)堤防也是每個圩區(qū)防洪安全的保障。采煤沉陷將導致堤防發(fā)生開裂、沉陷，對流域防洪安全是不利的，影響較大。

（2）采煤沉陷對除澇的影響。采煤沉陷區(qū)的形成，擴大了流域承泄?jié)乘娜莘e，有利于區(qū)域內澇水的自排，一方面可以降低汛期沉陷區(qū)所在區(qū)域干支流水位，為內澇水自排創(chuàng)造一定的有利條件；另一方面部分澇水可以直接排入采煤沉陷區(qū)，擴大區(qū)域澇水自排的途徑，縮短澇水面上的滯留時間，增加了自排搶排的機會。采煤沉陷對流域除澇有一定的有利作用［7，8］。

（3）采煤沉陷對灌溉的影響。采煤沉陷將導致大量溝渠、閘涵、泵站遭到破壞，溝渠、泵站因采煤沉陷使其輸水、抽水的功能喪失，閘涵因采煤沉陷使其喪失蓄水、輸水、節(jié)制的功能［9，10］。采煤沉陷導致灌溉設施的破壞，對灌溉是不利的，但采煤沉陷區(qū)的客觀存在增加了對當?shù)氐乇硭恼{蓄能力，輔助工程措施可新增供水量，對緩解采煤沉陷區(qū)周邊供水區(qū)域的水資源供需矛盾有利。

5 結 論

煤炭資源的開采必然會影響現(xiàn)有水利工程體系的功能，建議對采煤沉陷影響水利設施分類提出加固、改建、廢棄或重新調整水系的對策措施。只有科學合理的調整水系，才能為煤炭資源的開采創(chuàng)造條件，才能解放煤炭資源，實現(xiàn)煤炭資源高強度和高回采率的開采，促進國民經濟和地方經濟的發(fā)展。

1 淮南礦業(yè)集團，中國礦業(yè)大學.淮南潘謝礦區(qū)采煤沉陷預測報告［R］.2013.5.

2 安徽省水利水電勘測設計院.淮南礦區(qū)采煤沉陷對淮河中游水系影響及治理對策研究［R］.2014.3.

3 淮委水利水電工程技術研究中心.淮河中段治理與淮南采煤沉陷區(qū)綜合治理關系研究報告［R］.2011.5.

4 安徽省水利水電勘測設計院.淮南礦業(yè)集團采煤影響區(qū)西淝河左堤白塘至高莊段堤線調整建設工程可行性研究報告［R］.2013.6.

5 陳曉輝.鳳臺縣沉陷區(qū)現(xiàn)狀分析［J］.山東煤炭科技，2009（4）：115－117.

6 吳志紅.淮南礦業(yè)集團采煤沉陷治理工程現(xiàn)狀分析［J］.淮南職業(yè)技術學院學報，2010（3）：7－8＋15.

7 李金明.淮河中游采煤沉陷區(qū)防洪除澇作用研究［D］.中國水利水電科學研究院，2013.

8 李金明，周祖昊，嚴子奇，等.淮南采煤沉陷區(qū)蓄洪除澇潛力分析［J］.水利水電技術，2014，45（2）：43－44.

9 王曉波，曹貴昌.淮南礦區(qū)采煤沉陷特征與治理對策［J］.淮南職業(yè)技術學院學報，2006（3）：13－14.

10 姜富華，結合治淮開展兩淮礦區(qū)采煤沉陷區(qū)綜合治理探討［J］.中國水利，2010（22）：61－63.