淮北市采煤沉陷區(qū)現(xiàn)狀問(wèn)題與治理模式淺析

孔令健

煤炭在我國(guó)一次性能源結(jié)構(gòu)中處于主導(dǎo)地位，20世紀(jì)50年代煤炭消耗占全部能源的比例曾高達(dá)90%。近年來(lái)，在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、環(huán)保加強(qiáng)等因素的制約下，煤炭消費(fèi)增速明顯放緩。2018年中國(guó)煤炭占一次性能源消費(fèi)比例首次低于60%。由于淮北地區(qū)降水較為豐富，加之高潛水位的水文地質(zhì)條件，采煤沉陷區(qū)往往積水，形成人工沉陷水域。淮北市是典型的煤礦城市，沉陷區(qū)的治理，在淮北市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中一直起著舉足輕重的作用。

一、自然地理概況

淮北礦區(qū)位于安徽省西北部，地跨淮北、宿州、阜陽(yáng)和亳州四市。礦區(qū)范圍：東起京滬鐵路和符離集—四鋪—任橋一線附近，西止豫皖省界；南自板橋斷層，北至魯皖和蘇皖省界。東西長(zhǎng)40～150km，南北寬135km左右，礦區(qū)面積約12350km2。

淮北礦區(qū)煤炭開(kāi)采強(qiáng)度很大，且全部為地下開(kāi)采。無(wú)論是露天開(kāi)采還是地下開(kāi)采，煤炭開(kāi)采對(duì)礦區(qū)土壤、水資源、大氣循環(huán)等生態(tài)系統(tǒng)的破壞是不可避免的，而采煤沉陷區(qū)無(wú)疑是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的二次破壞。過(guò)度開(kāi)采現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，采煤過(guò)程中地下水大量疏排直接增加了大面積地面塌陷的可能性，繼而引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，破壞地下水系統(tǒng)的均衡，導(dǎo)致地下水位下降，形成大面積疏干漏斗，使地表水資源流失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，淮北煤田每采萬(wàn)噸煤，沉陷土地面積約3200m2。自20世紀(jì)80年代開(kāi)始，煤炭開(kāi)采量逐漸增大，沉陷區(qū)增長(zhǎng)速度也隨之加快。目前淮北煤田地面沉陷總面積已達(dá)171km2，部分沉陷區(qū)已積水成湖，連接成片，面積約51km2，沉陷中心最深為22m。

二、區(qū)域氣候條件

淮北市屬季風(fēng)溫暖帶半濕潤(rùn)氣候，四季分明，東冷夏熱。全年一般春秋季多東北風(fēng)，夏季多東～東南風(fēng)，冬季多北～西北風(fēng)，平均風(fēng)速2.0m/s，最大風(fēng)速18.0m/s；平均氣溫14.1℃，最高氣溫40.3℃，最低氣溫-10.9℃；年平均降雨量842.7mm，且多集中在7、8月份；年平均蒸發(fā)量為1045.2mm，全年無(wú)霜期平均210天，凍結(jié)期一般在十二月上旬至次年的二月中旬，最大凍土深可達(dá)19.0cm。

三、采煤沉陷區(qū)

淮北市經(jīng)濟(jì)以煤炭工業(yè)為主導(dǎo)，是國(guó)家煤炭基地，煤炭生產(chǎn)全部為地下開(kāi)采，煤層賦存情況以多層可采和中、厚煤層為主，礦區(qū)儲(chǔ)量豐富、煤種齊全，已經(jīng)探明煤炭?jī)?chǔ)量350億噸?；幢笔谐料輩^(qū)由采煤塌陷形成，形狀不規(guī)則，以水面蒸發(fā)為主要排泄途徑，地下水埋藏淺，采煤塌陷區(qū)積水率高?；幢笔芯硟?nèi)的煤炭開(kāi)采已經(jīng)有40多年歷史，先后建有十幾個(gè)礦區(qū)，分屬淮北礦業(yè)集團(tuán)和皖北煤電集團(tuán)?；幢笔忻磕暌虿擅撼料萃恋丶s5km2。隨著煤炭礦區(qū)新井的建立，以及生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，地表沉陷面積不斷延伸，沉陷深度不斷增加，降雨及埋藏較淺的地下水出露使沉陷區(qū)部分形成常年積水水域?；幢笔胁擅撼料輩^(qū)在平面分部形成了東（東湖片）、南（南湖片）、西（西湖片）、北（朔里片）和西南（臨海童片）五大片區(qū)，涉及十四個(gè)礦區(qū)。以臨渙礦為例，受煤炭開(kāi)采的影響，礦區(qū)形成多處塌陷，沉陷區(qū)區(qū)域平均水深3.45m左右，最大水深達(dá)9.0m。區(qū)內(nèi)采煤塌陷積水區(qū)面積累計(jì)約175.46hm2，其中較大積水區(qū)已被開(kāi)發(fā)成平原水庫(kù)（臨渙工業(yè)園水庫(kù)），而其他積水區(qū)則被當(dāng)?shù)剞r(nóng)民開(kāi)發(fā)成魚塘，進(jìn)行蓄水養(yǎng)魚。了解地區(qū)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量及因采煤產(chǎn)生的沉陷區(qū)面積，是各級(jí)政府做好采煤沉陷區(qū)治理工作的前提。只有掌握現(xiàn)有礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量才能為事前治理做好準(zhǔn)備，而把握采煤沉陷區(qū)的面積則使得接下來(lái)的工作有的放矢。

四、主要問(wèn)題

煤礦開(kāi)采活動(dòng)對(duì)礦區(qū)水資源環(huán)境影響以及如何保護(hù)水資源的研究始于20世紀(jì)80年代，煤礦開(kāi)采活動(dòng)對(duì)區(qū)域水資源水質(zhì)、地形地貌等產(chǎn)生嚴(yán)重影響。眾多研究結(jié)果認(rèn)為，礦區(qū)固廢礦物是采煤沉陷區(qū)水資源環(huán)境最主要的污染源。由于煤礦開(kāi)采活動(dòng)，在我國(guó)86個(gè)重點(diǎn)煤礦區(qū)中有71%面臨缺水，其中40%的礦區(qū)屬嚴(yán)重缺水區(qū)，尤其在我國(guó)北方，礦區(qū)能源開(kāi)發(fā)與水資源緊張的矛盾已嚴(yán)重制約了煤炭工業(yè)的發(fā)展，也制約了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的總體發(fā)展。

據(jù)現(xiàn)有資料，區(qū)域內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)跡象，構(gòu)造穩(wěn)定性較好，發(fā)生大面積崩塌、滑坡、泥石流、不穩(wěn)定邊坡等地質(zhì)災(zāi)害的可能性較小。因而，現(xiàn)狀條件下區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害類型主要為采空塌陷、礦坑疏排水造成的地面沉降和矸石山小型崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

1.采空塌陷

由于開(kāi)采井下煤炭資源，在巖體中形成了一定的采空空間，使巖體內(nèi)原應(yīng)力平衡遭到破壞，在重力作用下，上覆巖層由下而上依次發(fā)生冒落、斷裂、離層、裂隙、彎曲等各種不同的移動(dòng)與破壞形式，并向下充填采空空間，從而引起上覆巖層移動(dòng)，巖層移動(dòng)逐漸波及地表，進(jìn)而引起采空塌陷。

2.面沉降

由于礦井不斷地疏排礦坑水，導(dǎo)致松散層第四承壓含水層水位持續(xù)下降，使降水漏斗范圍越來(lái)越大，在地層上覆荷載作用下，誘發(fā)地表產(chǎn)生比采動(dòng)影響范圍大得多的地面沉降地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)臨渙礦區(qū)基巖標(biāo)、沉降觀測(cè)孔觀測(cè)資料，對(duì)礦區(qū)地面沉降起關(guān)鍵作用的是第四含水層。究其原因，主要是第四含水層上覆的荷載為兩部分平衡：一是第四含水層中土顆粒的骨架對(duì)它的反力，二是第四含水層的承壓水本身作用于土顆粒骨架間孔隙和隔水層底板上的浮托力。由于第四含水層的水位持續(xù)下降，即意味著對(duì)上覆土體的浮力減少，加之第四含水層的土顆粒因隨著水的流動(dòng)而進(jìn)行重新排列組合相互密實(shí)，于是第四含水層的多孔隙土顆粒被壓縮密實(shí)，使第四含水層的土顆粒的孔隙率變小，厚度變薄。

3.煤矸石小型崩塌

由于裝卸煤矸石時(shí)，在矸石山的坡腳形成高陡邊坡，破壞了矸石山原來(lái)相對(duì)穩(wěn)定的邊坡，在雨水、重力和人工機(jī)械擾動(dòng)作用下，松散堆積的煤矸石可能會(huì)形成崩塌災(zāi)害，其規(guī)模是隨著裝卸矸石的工作面大小而變化的，多數(shù)為小型規(guī)模，其威脅對(duì)象主要是操作工人和裝卸設(shè)備。

五、綜合治理模式

根據(jù)淮北市國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，結(jié)合淮北市市情和待開(kāi)發(fā)復(fù)墾土地資源的現(xiàn)狀，經(jīng)過(guò)綜合分析，淮北礦區(qū)塌陷地復(fù)墾規(guī)劃的指導(dǎo)思想是：認(rèn)真貫徹落實(shí)十分珍惜和合理利用每一寸土地，切實(shí)保護(hù)耕地的基本國(guó)策，科學(xué)安排農(nóng)、林、牧、漁、建設(shè)、交通、文娛等用地，一般情況下，采煤沉陷區(qū)的規(guī)劃，應(yīng)根據(jù)區(qū)域地理位置和積水深度進(jìn)行。在城市郊區(qū)無(wú)積水地區(qū)，以農(nóng)業(yè)復(fù)墾為主；采煤沉陷積水區(qū)，以發(fā)展?jié)O業(yè)為主，達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。在實(shí)施中，堅(jiān)持因地制宜，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，先易后難，多造耕地，以達(dá)到城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)配套協(xié)調(diào)發(fā)展，工農(nóng)關(guān)系融洽的目的。多年來(lái)，淮北市按照“宜水則水、宜農(nóng)則農(nóng)、宜林則林”的原則治理沉陷區(qū)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。

1.土地復(fù)墾

調(diào)查表明，淮北市礦區(qū)待復(fù)墾開(kāi)發(fā)的土地面積大，類型多，分布廣。采煤塌陷不僅引起了土地肥力、水文狀況的改變，使得土地質(zhì)量下降，塌陷區(qū)土地類型產(chǎn)生較大變化，給傳統(tǒng)的土地利用方式帶來(lái)了很大困難。因此，塌陷區(qū)的土地復(fù)墾應(yīng)因地制宜地開(kāi)展?；幢笔胁擅撼料輩^(qū)地表耕地和農(nóng)田面積較大。由于采煤活動(dòng)過(guò)程帶來(lái)采煤沉陷，破壞耕地，導(dǎo)致大面積土地?zé)o法耕種，因此，采煤沉陷區(qū)旱地綜合治理應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮保護(hù)和恢復(fù)耕地農(nóng)業(yè)種植。常用的復(fù)墾方法有疏排法、就地取土法、挖深墊淺法等。其中充填復(fù)墾主要是利用矸石回填、粉煤灰回填及其他固體廢棄物或客土回填，平整土地然后進(jìn)行農(nóng)業(yè)種植。農(nóng)業(yè)耕種條件不好的地段，也可以發(fā)展林業(yè)種植。這樣既避免了矸石山占地和污染環(huán)境，也可有效治理采煤沉陷。

2.水產(chǎn)養(yǎng)殖

淮北市采煤沉陷區(qū)內(nèi)原有水域主要是河流，區(qū)域內(nèi)基本無(wú)人工養(yǎng)殖，隨著地表下沉形成了大小不一的多處封閉湖泊，近幾年水面大面積開(kāi)發(fā)利用，漁業(yè)經(jīng)濟(jì)得到了迅速發(fā)展。采煤沉陷積水區(qū)，多為水源充足、水質(zhì)良好的封閉水域，可發(fā)展養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨、魚鴨混養(yǎng)或者水產(chǎn)加工等養(yǎng)殖業(yè)，合理配置，綜合開(kāi)發(fā)。既改善了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，也安置了農(nóng)村富余勞動(dòng)力，還增加了農(nóng)民收入，經(jīng)濟(jì)效益顯著。塌陷區(qū)的復(fù)墾利用，使畜牧業(yè)得到了較快發(fā)展，目前已建立了多座動(dòng)物飼養(yǎng)場(chǎng)。

3.交通設(shè)施

采煤活動(dòng)帶來(lái)的沉陷區(qū)將會(huì)使礦區(qū)內(nèi)的公路、鐵路等交通基礎(chǔ)設(shè)施受到一定程度的破壞，破壞程度與地表下沉深度和變形程度密切相關(guān)。道路塌陷影響交通運(yùn)輸和出行，對(duì)于不可避免的道路塌陷，應(yīng)及時(shí)做好應(yīng)對(duì)措施，可采取修建臨時(shí)通道的方法，待塌陷穩(wěn)沉后，填充墊高路基，重新修整路面。對(duì)于難以修建臨時(shí)通道的路面，可采取隨塌隨治的辦法，根據(jù)塌陷情況，隨時(shí)加固路基，保證路面高度的壓實(shí)度。

4.平原水庫(kù)

近幾年，為配合國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)和安徽省生態(tài)強(qiáng)省戰(zhàn)略的實(shí)施，有研究者提出將采煤沉陷區(qū)打造為“平原水庫(kù)”的設(shè)想。這樣不僅可以提高地處淮河中段的兩淮地區(qū)的防洪能力，還能解決周邊地區(qū)因降水時(shí)間分配不均造成的干旱缺水問(wèn)題，同時(shí)還能建設(shè)人工濕地公園，發(fā)揮其生態(tài)功能。

六、結(jié)語(yǔ)

采煤沉陷區(qū)的綜合治理，對(duì)淮北市的水資源、土地資源的充分利用具有十分重要的意義。根據(jù)淮北市的地理位置及氣候條件，因地制宜地開(kāi)發(fā)利用土地，以土地復(fù)墾為主，實(shí)行農(nóng)作物種植，采煤沉陷積水區(qū)實(shí)行水產(chǎn)養(yǎng)殖。將沉陷區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)、種植業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)等有機(jī)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行沉陷區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)，是實(shí)現(xiàn)煤礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，對(duì)于實(shí)現(xiàn)采煤沉陷區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)所在區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義