王冠儒，胡海峰

（太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西太原030024）

1 煤礦開采沉陷對(duì)地表破壞的規(guī)律性分析

煤礦開采對(duì)地表的破壞與礦區(qū)地形、地質(zhì)、覆巖性質(zhì)、煤層賦存特征以及采煤方法等因素密切相關(guān)[1～3]。

1.1 采煤方法（采空區(qū)面積、回采率、頂板管理）

不同的采煤方法其工作面、采區(qū)面積和煤炭資源回收率不同，頂板管理方法也不同，因而其覆巖和地表的塌陷范圍及破壞程度也不同。山西省國(guó)有煤礦多采用長(zhǎng)壁式大冒頂采煤法，采區(qū)煤炭回采率為70%～85%，地表塌陷速度快，地表的最大下沉量可達(dá)到采厚的60%～80%。鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦大多采用刀柱式、巷柱式、冒落式采煤法，采區(qū)不規(guī)則，采空區(qū)面積小，因而地表塌陷面積多數(shù)都小于開采面積（塌采比小于1）。

1.2 開采深度與厚度

地表塌陷是由于采空區(qū)煤層頂板冒落和上覆巖層由下而上的塌陷所致，因而開采深度（H）愈小、開采厚度（M）愈大，地表塌陷愈劇烈；采深愈大、采厚愈小，地表塌陷愈輕微。故一般用開采的深厚比（H∶M）評(píng)價(jià)地表塌陷的破壞程度。在長(zhǎng)壁大冒頂?shù)拈_采中，硬覆巖條件下，一般以H∶M＜30為嚴(yán)重塌陷；H∶M在30～80之間為中度塌陷；H∶M＞80為輕度塌陷。在一定開采深厚比的條件下，若采深較大，地表塌陷面積也較大（圖1）。

1.3 地形地貌與煤層傾角

煤礦地表移動(dòng)觀測(cè)和研究表明，在平地、水平煤層開采條件下，地表移動(dòng)形成盆地并對(duì)稱于采空區(qū)（圖1），當(dāng)?shù)匦蔚孛埠兔簩觾A角發(fā)生變化時(shí)，將會(huì)影響地表塌陷區(qū)的對(duì)稱性和形態(tài)。如圖2所示，當(dāng)煤層傾角(α)較大時(shí)，地表塌陷盆地將偏向煤層的下山方向。當(dāng)?shù)乇頌榍鹆昊蛏絽^(qū)時(shí)，地表不會(huì)出現(xiàn)塌陷盆地，但此時(shí)塌陷區(qū)能見到采 動(dòng)裂縫崩塌和滑坡等破壞現(xiàn)象。

1.4 覆巖性質(zhì)與地質(zhì)構(gòu)造

如果開采煤層的上覆巖層堅(jiān)硬且整體性好，則開采之后難于冒落，即地表下沉系數(shù)偏小，塌陷破壞程度較輕微；反之如果覆巖較松散、軟弱，則開采之后容易冒落，且冒落的巖體塊度和碎脹系數(shù)小，因而地表下沉系數(shù)較大，破壞程度也較嚴(yán)重。如果采動(dòng)覆巖內(nèi)存在貫通性斷裂構(gòu)造，則斷裂部位的塌陷區(qū)地表容易形成較大的裂縫和臺(tái)階狀塌陷，同時(shí)因斷層位置的不同會(huì)影響地表塌陷的范圍和面積。

1.5 水文地質(zhì)條件

如果礦區(qū)地下水位較高，潛水埋藏較淺，則當(dāng)平坦地區(qū)塌陷盆地的下沉量大于潛水位的埋深時(shí)，塌陷盆地就會(huì)積水，形成積水塌陷區(qū)。反之，如礦區(qū)地下水位較低，潛水埋深大于塌陷盆地的最大下沉量時(shí)，則塌陷區(qū)一般就不會(huì)積水。

2 煤炭開采沉陷對(duì)土地及農(nóng)作物的影響分析

2.1 煤炭開采對(duì)土地資源的影響和破壞

開采沉陷對(duì)土地的影響主要表現(xiàn)在以下幾方面。

2.1.1 土地的標(biāo)高、坡度和地形發(fā)生變化[4]原來(lái)大面積的平坦耕地，在開采沉陷影響下可變?yōu)閮A斜洼地。山西大多礦區(qū)由于地處黃土高原和山嶺地帶，地面坡度和地形變化本來(lái)就很大，因而開采沉陷引起的地面標(biāo)高、坡度變化對(duì)地形的影響不明顯，不會(huì)出現(xiàn)平地那樣的沉陷洼地；而且該地區(qū)由于潛水位低、地面降水量小，一般也不會(huì)出現(xiàn)地面積水問題。

2.1.2 土地出現(xiàn)水平或臺(tái)階狀塌陷裂縫與塌陷槽[5～7]這是山區(qū)煤炭生產(chǎn)普遍存在的沉陷損害之一。地表裂縫和塌陷主要影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和基本建設(shè)對(duì)土地的利用，加大了土地耕作、水土保持和地基處理的費(fèi)用與難度。山西大部分礦區(qū)的采動(dòng)裂縫和槽形塌陷非常發(fā)育，特別在開采深厚比小于80的厚表土層地區(qū)和深厚比小于50的薄表土層淺部采區(qū)，塌陷和裂縫對(duì)土地造成的破壞更為嚴(yán)重。

2.1.3 土地出現(xiàn)采動(dòng)坍塌和滑坡 這是山區(qū)開采沉陷產(chǎn)生的特殊環(huán)境問題。采動(dòng)坍塌與滑坡不僅會(huì)改變?cè)械牡匦闻c地貌，還會(huì)直接損害土地的利用價(jià)值，威脅人身和財(cái)產(chǎn)安全，是一種災(zāi)害性的沉陷環(huán)境問題。如西山煤電公司西曲礦懸?guī)r溝滑坡使下方小煤窯的工房被壓塌，儲(chǔ)煤場(chǎng)和運(yùn)輸?shù)缆繁欢氯?，上方大片耕地因發(fā)生大寬度、大落差的密集裂縫群而遭到破壞。幸虧滑坡發(fā)生在凌晨3時(shí)左右，工地?zé)o人作業(yè)，新建工房尚無(wú)人居住，且小窯坑口在滑坡的另一側(cè)，否則將造成嚴(yán)重的人身傷亡。

2.2 開采沉陷對(duì)植物與農(nóng)作物的影響分析

開采沉陷對(duì)植物與農(nóng)作物的影響可概括為直接影響與間接影響2個(gè)方面。

2.2.1 直接影響 開采沉陷對(duì)植物與農(nóng)作物的直接影響是位于采動(dòng)裂縫、坍塌和滑坡上的植物與農(nóng)作物的根系被暴露或拉斷，有的甚至直接被埋沒或跌落在裂縫與塌陷坑中。這種影響可直接造成農(nóng)作物如玉米、小麥、谷子等枯死，影響樹木的正常生長(zhǎng)以及果實(shí)的產(chǎn)量，嚴(yán)重的可致枯死。

2.2.2 間接影響 由于采動(dòng)地表的沉陷和裂縫，使土壤的結(jié)構(gòu)、濕度和溫度發(fā)生了變化，水土與肥料可沿裂縫流失，從而導(dǎo)致植物與農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境惡化，并在一定時(shí)期內(nèi)不同程度地影響植物的生長(zhǎng)和農(nóng)作物的產(chǎn)量。

根據(jù)西山礦區(qū)地表沉陷的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，開采沉陷對(duì)耕地和農(nóng)作物（包括果樹）的影響大致可分為4級(jí)[8]（表1）。

表1 西山礦區(qū)開采沉陷對(duì)耕地和農(nóng)作物的影響等級(jí)劃分

3 煤炭開采沉陷對(duì)地表植被的破壞性

山西石炭二迭系煤田大多位于山區(qū)丘陵地帶，山地和丘陵區(qū)地下煤層開采沉陷使地表產(chǎn)生了裂縫，個(gè)別較陡的坡體還可能發(fā)生滑坡[9]，因而位于裂縫和滑坡部位的植被將直接受到破壞。另外，地表開采沉陷裂縫可加速雨水和地表徑流的滲漏，使地下水位降低，從而影響植被對(duì)水分和養(yǎng)分的吸取。特別是在某些裸巖區(qū)土層較薄的地區(qū)，由于補(bǔ)給條件和保水性能都很差，地表裂縫和地下水位的降低會(huì)導(dǎo)致植被的枯萎甚至死亡。

山地丘陵區(qū)地表開采沉陷將引起原有地表坡度的改變。另外，對(duì)沉陷裂縫如不及時(shí)填堵治理，經(jīng)多年雨水沖刷后，可能會(huì)形成沖溝、雨裂等地貌，使地貌變得更加支離破碎。這樣會(huì)加劇水土流失，加速土壤的貧化，使土壤肥力下降，使本來(lái)貧瘠的土地更加貧瘠，對(duì)植被和農(nóng)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生潛在性和長(zhǎng)期性的影響。

對(duì)較平坦的礦區(qū)，如潞安礦區(qū)，采煤塌陷區(qū)出現(xiàn)明顯的地表塌陷盆地，盆地內(nèi)一般不會(huì)發(fā)生積水，個(gè)別潛水位較高的地區(qū)，可能產(chǎn)生積水塌陷地和季節(jié)性積水塌陷地。礦區(qū)上組煤層平均開采厚度達(dá)6 m，開采深度250 m以上，深厚比一般大于40，地面第四系黃土層厚達(dá)30～60 m，底部有較好的黏土隔水層，年降雨量可達(dá)500 mm以上，水土保持條件較好。采煤塌陷雖然使地表出現(xiàn)起伏不平的凹陷和裂縫，地下水位也有所降低，對(duì)植被和農(nóng)作物的生長(zhǎng)影響不大，但是地表塌陷對(duì)農(nóng)田水利灌溉設(shè)施和灌溉條件破壞嚴(yán)重，必須重新平整土地，修復(fù)水利設(shè)施才可恢復(fù)灌溉，因而采煤塌陷對(duì)水澆地的農(nóng)作物影響較大。

4 結(jié)論及建議

為了保護(hù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境和土地資源，最大限度地充分合理開采地下煤炭資源，保證礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，必須采取有效的措施解決開采土地沉陷問題及煤礦生態(tài)環(huán)境問題。首先要進(jìn)一步深入研究開采沉陷對(duì)土地資源和生態(tài)環(huán)境的影響規(guī)律，積極推行“三下”采煤新技術(shù)，為治理采動(dòng)損害提供科學(xué)依據(jù)。其次要加大土地復(fù)墾力度，結(jié)合礦區(qū)土地破壞規(guī)律，合理規(guī)劃，開展土地復(fù)墾，同時(shí)結(jié)合土壤改良措施，推廣先進(jìn)的種植技術(shù)，提高礦區(qū)復(fù)墾土地的生產(chǎn)效益。另外，針對(duì)礦區(qū)出現(xiàn)的和可能出現(xiàn)的環(huán)境問題，需要積極開展礦區(qū)的生態(tài)重建工作，加強(qiáng)礦區(qū)水資源的保護(hù)，防止水土流失和土壤惡化，從而使礦區(qū)的土地、水及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境得到進(jìn)一步的改善。

土地和水資源是地球上一切生命的源泉，是人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。如果土地和水資源遭到破壞，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)都將受到影響，人的生活和生存就要受到威脅，更談不上經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的持續(xù)發(fā)展。因此，必須采取有效的措施解決開采土地沉陷問題及煤礦生態(tài)環(huán)境問題。

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