煤矿生态环境影响评价分析

张宇峰

(中圣环境科技发展有限公司 陕西西安 710000 )

摘　要　以陕西省黄陵县南川二号煤矿为研究对象，分析了影响煤矿区生态环境的因素，运用概率积分法预测了采矿引起的地表移动的最大值、沉陷时间以及沉陷对区域生态环境的影响，采取类比法计算了工作面的水土流失量，并预测其对区域生态环境的影响，提出了减少煤矿山开采对生态环境影响的措施，这些结果对于煤矿山生态环境保护和矿区可持续发展具有重要意义。

关键词　煤矿　地表沉陷　水土流失　生态环境影响评价

我国的《环境影响评价技术导则———非污染生态影响》中对生态影响的定义为：“通过定量揭示和预测人类活动对生态影响及对人类健康和经济发展的作用，分析确定一个地区的生态负荷或环境容量”，其内涵体现了复合生态系统的特点^[1-2]。但是，由于自然、经济、社会三者的关系错综复杂，给评价带来了极大的难度。目前我国的环评实践中以对自然生态系统的评价为主，尤其是以对动植物和土壤的评价为主，这一点与国外相似。煤矿开采对环境的影响以地表沉陷、水土流失最为显著，所以煤矿建设项目生态环评除针对自然生态环境外，还应对地表沉陷和水土流失状况进行重点预测评价。本研究以陕西省南川二号煤矿为研究对象，具体地分析了矿山生态环境影响评价中的因素，对于推进生态环境影响评价的完善和发展具有应用价值。

1 煤矿基本情况

煤矿工业场地位于井田东部的石牛沟南沟，厂区总占地约5. 5 hm²，井田井田走向长最大约2.75km，倾向宽最大约3.0km，面积约为6.421km²。工业场地距石牛沟沟口的建（庄）—店（头）公路相距约3.5km，并与210国道及铜（川）—黄（陵）一级公路相连，至铜川市58km，至西安218km，公路运输条件方便。井田内主要含煤地层为侏罗系中统延安组。延安组砂岩裂隙承压水是矿井的直接充水含水层，是矿井水的主要来源。2号煤为井田内唯一可采煤层，煤层厚0～4.04m，平均厚度2.0m，煤层倾角2~5°。2号煤层结构简单，含夹矸少，整个井田局部有1~3层夹矸，夹矸最厚达0.40m。

2 生态环境评价因子筛选和生态现状调查

2. 1 生态环境影响评价因子

南川二号煤矿项目属改机械化改造项目，技改地面工程在原有工业场地内建设，不新征土地，矿井生产能力由0.21Mt/a提升至0.6Mt/a，项目建设对生态的影响主要表现为井下开采造成的地表沉陷，沉陷可能造成局部土地利用功能改变和土地生产力下降、对地面建构筑物的破坏以及加剧沉陷区的水土流失等。项目运行期间地表沉陷在一定程度上会加剧水土流失。根据以上分析，结合当地的生态环境特征，筛选的生态评价因子如下：

a土地利用：土地利用构成、分布等。

b植被：植被类型、组成、盖度、分布等。

c动植物资源：评价区内主要野生动植物种类、分布等。

d土壤：土壤类型、理化特性、养分含量、分布情况等。

e农作物：农作物种类、分布、产量等。

f建构筑物：村庄、人口分布、饮用水源。

g河流：井田内河流长度、水量、水质、水生生物种类及数量。

h道路：等级、路长宽、路况等。

2. 2 生态环境现状调查

2.2.1评价等级及范围确定

根据据HJ19-2011《环境影响评价技术导则 生态影响》的判定原则，详见表1，本次工程占地面积为0.0652km² ，为一般区域，因此，环评确定生态环境影响评价等级为三级。结合《环境评价技术导则 煤炭采选工程》要求，本次环评生态重点评价范围为井田边界向外延500m以内区域，面积12.63km²。

表1 生态影响评价工作等级划分表

2.2.2井田范围内生态现状

评价区位于陕北中部偏西，延安地区南部，属渭北黄土高原的一部分，地势西北高、东南低。地处内陆，为半干旱地区，属暖温带大陆性季风气候，自然降水量呈明显的季节性和区域性，降水变率较大，雨量不足。由于地形复杂多样，高差较大，土地利用方式以林地为主，植被覆盖度较高，植被发育、自然条件和生态环境适宜中温带各种动植物生长和繁殖，并具有明显的区域差异，生态环境总体状况较好。

2.2.3工业场地周围生态环境现状。

工业场地依山体地势布置，周边山坡上分布有自然生长的杂草灌木及人工栽种的以柏树为主的疏林地等，石牛沟、乡村公路从工业场地外通过；工业场地绿化面积0.72hm²，分布在办公区前、厂内道路旁，栽种有冬青、柏树、杨树等。

2.2.4矸石场地生态环境现状。

现有排矸场位于工业场地南部约170m的沟道内，占地约0.1hm²，沟内植被较少，零星生长着一些野生杂草，地表为粘土覆盖机械化改造后现有排矸场将不再使用，矿方对已排入沟内的矸石采取了推平、压实、覆土再压实等措施。本次机械化改造新选排矸场一处。新选的排矸场位于工业场地东北的沟道内。沟道断面呈“V”形，沟长约401m，沟宽176m，沟深45m~65m，该沟道占地面积为0.46 hm²，地类为天然林草地，运距为1000m。

2.2.5矿区地表沉陷现状。

根据现状调查，目前煤矿形成的采空区形成的地面塌陷不明显，但下沉深度在20~50cm，塌陷面积约0.55km^2。塌陷区内无村庄住户。在开采过程中，矿区内的山坡上出现过裂缝，最长的延伸30多米，宽10~15 cm，矿方已及时组织人员填平压实，井田范围内无耕地，仅在评价的外扩区有农田3.0 hm²，当地农作物产量未受到明显影响。

3 地表沉陷对矿区生态环境影响分析

3. 1 地表沉陷预测模式及参数选取

3. 1. 1 地表沉陷预测模式

根据本井田的煤层赋存条件和井田开拓与井下开采方式等资料图件，本次预测采用国家煤炭局《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中推荐的概率积分法最大值预测方法^[3]，模式为：

最大下沉值： ， ；

最大倾斜值： ， ；

最大曲率值： ， ；

最大水平移动值： ， ；

最大水平变形值： ， 。

式中： ―煤层开采厚度， ； ―下沉系数； ―煤层倾角； ―水平移动系数； ―主要影响半径， ； －煤层埋深， 。

3.1.2有关系数的确定

在煤矿开采中对地表沉陷的预测，一般均参照原国家煤炭工业局制定《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中推荐的参数，这对采煤预测地表沉陷具有指导意义，但依此作为具体的井田预测参数的选取时，往往会与实际情况产生较大的差距^[4]。

本次评价参数的选取，根据本井田煤层覆存特点、井田开拓方式及采取的采煤方法，并类比与南川二号煤矿处于同一煤田（黄陇侏罗系煤田）的黄陵矿区黄陵一矿长期观测取得的实际数据作以修正^[5]，得出的相关参数值见表2。

表2 地表变形有关参数的确定

3. 2 开采完后沉陷状况预测

3.2.1地表下沉、移动与变形值的预测结果

根据开拓方式、煤层赋存特征，应用选定模式，根据上述参数，按极值计算方法确定地表沉陷、移动与变形值的大小见表3。

表3 煤层开采后地表移动与变形预测结果

由表2和表3可知，地表沉陷影响范围一般在井田开采区边界保护柱外侧145m范围内， 2号煤层开采后地表最大下沉值为2423.52mm，最大水平倾斜值为16.63mm/m，最大曲率为0.174×10^-3/mm，最大水平移动值为727.05mm，最大水平变形值为7.58mm/m。2号煤层开采结束后地表沉陷预测等值线见图1。

图1 南川二号煤矿地表沉陷等值线图

3.2.2地表移动延续时间预测

单层煤开采后，地表移动延续时间按下式预计：T=t1+t2+t3

式中：t1—移动初始期的时间；t2—移动活跃期的时间；t3—移动衰退期的时间。在无实测资料的情况下，地表移动的延续时间（T）可根据下式计算：

T = 2.5H(d) H—工作面可采煤层的平均埋深（m）。

本井田只开采2号煤层，经计算，煤层开采后地表移动变形时间为：2.47a。

3.3地表沉陷对生态环境影响分析

本矿井地表沉陷影响的主要对象为采区内的地表形态、土地资源、地表植被及地表水体等。

3.3.1采煤沉陷对地表形态的影响分析

本井田地处陕北黄土高原南部低山丘陵区，地表大部分被第四系黄土所覆盖。由地表沉陷预测可知，煤层开采后，地表出现不同程度的下沉，最大下沉值约为2.4m，在局部地段（主要为沉陷边缘或裂缝区）开采会对地表形态和地形标高会产生一定的影响，地表将出现与采空区位置基本相同而略大于采区面积的沉陷盆地，在盆地边缘等其它地点会出现一些下沉台阶，并出现一些地裂缝。这些现象虽会引起局部地形地貌变化，但由于整个井田区域都会相继下沉，且沉陷值远小于井田内地形高差335m，因此从总体来讲，对原井田地表的地形地貌影响不大，不会改变区域总体地貌类型。

3.3.2采煤地表沉陷对土地资源的影响评价

据调查，井田内的土地类型以有林地为主，旱坡地次之，因受井下采动影响，会使土壤结构变松，涵水抗蚀性降低，增加土壤侵蚀程度，降低土地生产能力，对耕地而言则表现为耕作困难、农作物减产。这种影响的时间受开采时序制约，开采过后由于受地表土层吸收、缓冲作用，地表裂缝等会重新变窄或闭合并逐步趋于稳定，如再加以必要的整治措施，对土地耕作和地表植被的影响程度将有所降低。总体来讲，南川二号煤矿采煤地表沉陷变形对区域土地资源影响不大。

3.3.3沉陷对地表植被及“天保工程”的影响

煤炭开采后形成地表沉陷，会使地表潜水沿裂缝下渗漏，同时地表会出现更多的土沙移动，加速水土流失和土壤沙化，不利于地表植被的生长，这种破坏影响对于不同的植被类型，其受影响的程度也有较大差别，对于靠地下潜水生长的高大乔木受影响的程度较大，而对于靠凝结水生长的低矮草灌等受影响的程度则明显较低。

地表沉陷在陡坡区还有可能产生滑坡、崩塌，这些地表土地损害特征对低矮植被影响表现在裂缝区植被根系可能被拉断，裂缝上方原植被陷入裂缝内被掩埋、滑坡崩塌区植被被掩埋等，从而影响评价区植被生产力；对于根系较深的乔灌而言，沉陷对其损害主要表现在林木倾斜，从而影响其正常生长；另外，地表裂缝产生后，表土水分及理化指标会发生变化（如加大土壤水分蒸发流失等），这也是影响植被生长的因素之一。

本项目开采范围位于“天保工程”范围内，“天保工程”地表植被多以中低矮灌木林地为主，采煤沉陷不会导致区域植被种类减少，但在裂缝和地质灾害多发区会导致植被生产力下降，因此，矿井采煤过程中，要加强土地复垦工作，及时充填裂缝和治理滑坡等，沉陷稳定后，随着复垦措施的实施，评价区植被生产力会得到基本恢复。

3.3.4沉陷对地表水体的影响分析

南川二号井田属于半干旱缺水地区。井田南部边界处仅有一条石牛南沟河流，流量甚微，石牛沟南沟位于开采边界，由地表沉陷预测影响范围可知，煤层开采部分沉陷范围将会影响到石牛南沟，因此，环评要求在采掘过程中应加强对石牛南沟地面沉陷进行处理，及时填补裂缝。

3.3.5地表沉陷对交通设施影响分析

乡间公路由于地表被拉伸变形，形成有规律近乎平行的大小和长短不等的地表裂缝。应采取“采后修复、维护和重修相结合”的综合防治措施加以治理。

4　煤炭开采对矿区地表水土流失的影响

本井田多为黄土梁峁区，井田的地下开采和随之产生的地表沉陷，使地表黄土沙层变松、产生裂缝，甚至在个别区域产生滑坡、陡坡坍塌，增加了水土流失程度，特别是在汛期受降雨的影响，水土流失的程度会大大增加。

(1)井工开采占地对水土保持的影响。由于对地表的扰动，将引起水士流失程度的增加。采取类比法(水土流失侵蚀量=水土流失侵蚀模数×水土流失面积)计算工作面水土流失量^[6-7]。矿山项目确定的土壤侵蚀模数为8500 t/(km²·a)，工作面水土流失量为6608m³/a。评价区内有林地12.46 km²，占98.65%，耕地0. 03 km²，占0.24%左右，其影响是很小的；矿井占用的山地为陕西省最主要的林区之一，林地面积在评价区低中山地貌范围内广泛分布，以油松、侧柏、辽东栎，山杨、白桦树为主。工业场地0. 0652 km²，约占1. 1%，其它为村庄、道路、河流。由此可以推测，矿井占地对生态环境影响只是局部的，对区域生态环境基本没有影响。

(2)固体废物排弃对水土保持的影响。地面选矸矿井生产每年将产生14000t煤矸石，其中掘进矸石6000t全部充填井下废弃巷道，不出井；地面选矸8000t，建设单位已与黄陵县店头镇河腰砖厂签定了煤矸石、锅炉炉渣及脱硫渣综合利用协议，矸石可完全综合利用。本矿锅炉房炉渣总量为486.58t/a，炉渣中未燃尽碳含量较高，是生产砖瓦窑厂的理想原料。锅炉炉渣也可销售至附近水泥厂作添加剂，或用于当地村民作为建筑材料。此外每年还有183.3t生活垃圾，。固体废弃物对水土保持的影响主要表现为占地造成土地资源的直接损失。

(3)地表沉陷对水土保持的影响。受地表移动变形影响，部分地表的坡度会增加，从而引起水土流失程度的增加。

5　结　论

煤矿机械化改造之后，预测地表沉陷最大值为2.42 m，由于矿区范围内地表坡度较大，局部为黄土覆盖，因此地表变形煤炭开采造成的地表沉陷表现形式主要是出现程度不等的暂时或永久性裂缝、台阶状下沉和小面积滑坡^[8]。地表变形主要造成土地利用系数下降，土壤水分、肥分流失，最终导致地表植被生产力下降^[9]。建议采用以下措施减少对生态环境的负面影响。

(1)地表沉陷防护措施。采取条带开采、协调开采，消除开采边界影响等技术措施来减小地表下沉和变形。矿方要建立地面定期巡查制度，对井田及周边影响范围内的地表变形进行巡查，一旦发现沉陷和裂缝必须及时回填、密实、平整。严格按照规范留设工业场地、村庄、井田边界安全煤柱，不得越界开采，避免对界外村庄和广场造成影响。

(2)地表沉陷治理措施。对井田内及周边出现的地表裂缝要及时进行填充、密实并整平修复，恢复地貌原状，以避免雨季径流和石牛沟河水直接漏入地下，减轻水土流失。对沉陷区，用矸石或粘土进行填实覆土，恢复地形地貌。在采动影响活动期，对塌方或滑坡的地方沿边缘做排水沟，减少降水进入塌方或滑坡处，以防止水土流失，同时可减缓塌方或滑坡的加剧，降低泥石流发生的概率。待影响停止稳定后，在塌方体修建护坡工程，对滑坡采取滑坡治理工程，以植物护坡为主，工程护坡为辅的综合治理措施。发现公路弯曲变形、凸起时应及时组织力量平整，裂缝要及时填实、整平，如公路两侧有陡峭的岩壁，要采取削坡措施，防止危岩滑坡，危及公路运输安全。植树造林，开展绿化，补偿生态资源。

(3)矸石场地水土保持。矸石的利用途径包括用于修路、土地平整、制砖和沉陷区复垦等。剩余矸石部分用于井下回填，最后采取运往矸石场填埋处置措施，矸石场矸石堆放应按相关填埋规定《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599—2001)，采取分层堆放、碾压、覆土、复垦绿化的填埋措施，能够有效地防尘防燃。随着矸石山绿化和土地复垦，矿区生态环境定能日新月异。

参考文献

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