楊 斌，袁 鑫，雷亞萍

（中國(guó)煤炭地質(zhì)總局 第三水文地質(zhì)隊(duì)，河北 邯鄲 056001）

0 引 言

煤炭是中國(guó)最常用的能源，在中國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占重要地位，推動(dòng)了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，不僅改善了人民的生活質(zhì)量，也提高了我國(guó)的就業(yè)率[1-2]。但是由于長(zhǎng)期以來(lái)礦產(chǎn)資源過(guò)度化、粗放式的開(kāi)采，我國(guó)各級(jí)國(guó)土空間出現(xiàn)了大規(guī)模的采煤沉陷區(qū)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等方面產(chǎn)生了諸多安全隱患，不僅造成了國(guó)土空間結(jié)構(gòu)失衡，還阻礙了區(qū)域的良性發(fā)展[3-4]。

煤炭作為咸豐縣儲(chǔ)量最大的自然資源之一，曾一度是咸豐縣積累初始財(cái)富的主要經(jīng)濟(jì)支柱。開(kāi)采歷史悠久，最盛時(shí)期全縣有多達(dá)200 多處煤窯，2018 年年底，根據(jù)湖北省“去產(chǎn)能”政策要求，咸豐縣煤礦全部關(guān)停，全面退出。早期的無(wú)序開(kāi)采和歷史原因造成的管理缺失，形成了大范圍的采煤沉陷區(qū)，據(jù)調(diào)查，咸豐縣域內(nèi)采煤沉陷區(qū)及影響范圍達(dá)199.59 km2。沉陷區(qū)內(nèi)脆弱的地質(zhì)環(huán)境及人居環(huán)境不斷遭到破壞并惡化，發(fā)生一系列地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，并誘發(fā)了地表沉陷、地裂縫、滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害[5]。嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活甚至危及生命。

咸豐縣目前對(duì)于沉陷區(qū)的治理僅對(duì)部分地區(qū)進(jìn)行避險(xiǎn)搬遷安置、基礎(chǔ)設(shè)施完善、土地復(fù)墾等，但都沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題。隨著采煤沉陷區(qū)的破壞現(xiàn)狀還在不斷的加劇演變，地表存在很多不穩(wěn)定因素，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活威脅極大。鑒于此，在分析咸豐縣采煤沉陷區(qū)破壞現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)咸豐縣采煤沉陷區(qū)治理思路進(jìn)行探討，并提出相關(guān)對(duì)策和建議,為村莊搬遷安置、沉陷區(qū)綜合治理等提供參考[6]。

1 研究區(qū)概況

咸豐縣為湖北省恩施土家族苗族自治州下轄縣，湖北西大門(mén)。位于鄂、湘、黔、渝四省(市)邊區(qū)結(jié)合部，距州府所在地恩施98 km，距重慶市黔江區(qū)53 km。地處武陵山東部、鄂西南邊陲，扼楚蜀之腹心，為荊南之要地。

采煤沉陷區(qū)位于唐崖鎮(zhèn)、曲江鎮(zhèn)和坪壩營(yíng)鎮(zhèn)，涉及16 個(gè)礦山。其中唐崖采煤沉陷區(qū)涉及2 個(gè)礦山，境內(nèi)地勢(shì)北高南低，平均海拔800 m 左右，地表以石灰?guī)r為主，山巒起伏，喀斯特地貌發(fā)育，溶洞洼地廣布，屬垂直差異較大而水平差異較小的中、低山地形。曲江、坪壩營(yíng)采煤沉陷區(qū)涉及14個(gè)礦山，平均海拔標(biāo)高1 000 m 左右，為丘陵地帶，顯巖溶地貌景觀。

礦區(qū)內(nèi)出露地層有第四系（Q）、三疊系下統(tǒng)大冶組（T1d）、二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組（P2ch）、下窯組（P2x）、龍?zhí)督M（P1l）、及下二疊統(tǒng)茅口組（P1m）。咸豐縣煤炭資源主要分布在楊洞、甲馬池、丁寨、尖山喇叭槽等地，產(chǎn)于二疊系吳家坪組。16 個(gè)煤礦礦權(quán)范圍內(nèi)面積38.48 km2，其下部形成的采空區(qū)面積20.13 km2。

咸豐縣采煤沉陷區(qū)煤礦礦山分布示意如圖1所示。

圖1 咸豐縣采煤沉陷區(qū)煤礦礦山分布示意Fig.1 Distribution of coal mines in mining subsidence area of Xianfeng County

2 采煤沉陷區(qū)破壞現(xiàn)狀

長(zhǎng)期以來(lái)，由于煤炭資源的無(wú)序開(kāi)采引起的環(huán)境問(wèn)題日益凸顯惡化，主要為環(huán)境污染、資源破壞和地質(zhì)災(zāi)害3 大類(lèi)[7-8]。

咸豐縣由于早期缺乏相關(guān)的煤礦資源開(kāi)采管控政策，煤礦開(kāi)采缺少保護(hù)措施，導(dǎo)致沉陷區(qū)遺留下煤矸石、礦渣等采煤副產(chǎn)品被隨意堆放、采空區(qū)未按規(guī)范留設(shè)保安煤柱等問(wèn)題。煤礦關(guān)閉后，地面沉降和煤矸石的問(wèn)題逐漸突顯出來(lái)，對(duì)區(qū)內(nèi)地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施等造成了嚴(yán)重破壞，主要體現(xiàn)在以下5 個(gè)方面。

2.1 地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)

采煤沉陷屬于漸進(jìn)式的地質(zhì)災(zāi)害，具有發(fā)生比較緩慢、歷時(shí)長(zhǎng)、不容易察覺(jué)、危害性大等特點(diǎn)[9]。目前采煤沉陷仍是世界性的難題，無(wú)論中外采礦區(qū)，均出現(xiàn)不同程度的沉陷，不僅破壞了土地資源，而且造成了嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害[10]。

經(jīng)調(diào)查，咸豐縣重點(diǎn)采煤沉陷區(qū)內(nèi)現(xiàn)仍存在地表沉陷坑86 處（其中唐崖鎮(zhèn)范圍內(nèi)2 處，曲江鎮(zhèn)范圍內(nèi)13 處，坪壩營(yíng)鎮(zhèn)范圍內(nèi)71 處），累計(jì)面積19 405 m2。區(qū)內(nèi)水平移動(dòng)明顯，引起崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害13 處，其中滑坡8 處（坪壩營(yíng)鎮(zhèn)6 處、唐崖鎮(zhèn)2 處）、崩塌5 處（坪壩營(yíng)鎮(zhèn)4 處、曲江鎮(zhèn)1 處）。

2.2 水田變旱地

由于煤礦開(kāi)采，大氣降水和煤層頂板巖溶水通過(guò)巖溶和采動(dòng)裂隙流進(jìn)采空區(qū)，導(dǎo)致采空區(qū)域內(nèi)泉水干涸，水源斷流，百畝水田被迫改為旱田，只能種植玉米等旱地作物，嚴(yán)重影響了百姓的正常生活。

2.3 重金屬和酸性廢水污染

采煤沉陷區(qū)土地受沉陷威脅及污染損毀，難以得到高效利用[11]。咸豐縣采煤沉陷區(qū)因長(zhǎng)期的煤礦開(kāi)采、洗煤，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)重金屬污染嚴(yán)重。目前，采煤沉陷區(qū)內(nèi)大量煤矸石和礦渣堆積，雖然多數(shù)已自然復(fù)綠，但雨季在雨水淋濾下，仍形成大量酸性廢水，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)土壤重金屬污染加劇。經(jīng)統(tǒng)計(jì)采煤沉陷區(qū)內(nèi)土壤存在較高污染風(fēng)險(xiǎn)耕地面積74.34公頃，占全縣嚴(yán)格管控類(lèi)耕地總面積的60.79%

2.4 房屋、道路、水利設(shè)施破壞嚴(yán)重

采煤沉陷區(qū)對(duì)于周?chē)用竦木幼…h(huán)境破壞程度較為嚴(yán)重[12]。道路破壞主要呈現(xiàn)路面裂縫、路基坍塌和邊坡滑坍，水渠破壞表現(xiàn)為渠壁裂縫、渠底坍塌以及由地面沉降和滑坡引起的擠壓和變形，導(dǎo)致輸水功能喪失。蓄水池和水庫(kù)破壞主要表現(xiàn)為池底裂隙和池壁墻體破壞，從而無(wú)法蓄水。經(jīng)過(guò)調(diào)查與收集，確認(rèn)采煤沉陷區(qū)需整修的道路共計(jì)227.85 km，需修復(fù)溝渠31.18 km。

采煤導(dǎo)致的地面沉降較嚴(yán)重地區(qū)危及地面建筑物，使區(qū)內(nèi)居民的住宅變成“危房”，直接影響居民的生活甚至危及生命[13]。經(jīng)過(guò)調(diào)查收集，采煤沉陷區(qū)內(nèi)房屋出現(xiàn)損壞、損毀的共1 350 戶。

3 治理方法

3.1 地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題治理

（1） 采空區(qū)關(guān)鍵區(qū)域治理。通過(guò)遙感解譯、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、勘查、監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)模擬等綜合手段，確定采空區(qū)殘余變形區(qū)域和關(guān)鍵部位，實(shí)施采空區(qū)域治理，采用注漿充填，結(jié)合煤矸石回填，采用“以廢治廢”的方法，將煤矸石處置與塌陷區(qū)修復(fù)相結(jié)合[15]。

（2） 地面塌陷治理。對(duì)地面塌陷采取就地充填、碾壓、平整等工程措施進(jìn)行處理，填入黃土夯實(shí)平整。根據(jù)沉陷地周?chē)匦?，將沉陷地塊整修成平地、臺(tái)田、梯田等。

（3） 崩塌、滑坡勘查、治理和監(jiān)測(cè)。對(duì)各地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)開(kāi)展逐一勘查，進(jìn)行變形預(yù)測(cè)，有序開(kāi)展治理，并構(gòu)建監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)預(yù)警。

3.2 煤矸石“隱形污染”源頭治理

（1） 查明煤矸石等采煤副產(chǎn)品的堆積分布情況，通過(guò)取樣檢測(cè)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)查明污染程度，進(jìn)行分類(lèi)分級(jí)。

（2） 評(píng)估煤矸石堆體周邊地下水和地表水受污染程度，并在治理過(guò)程中堅(jiān)持動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

（3） 根據(jù)采空區(qū)治理需要就近部分或全部挖除作為充填廢料，剩余和其他堆積體補(bǔ)充防滲和阻斷措施后復(fù)綠。

3.3 農(nóng)田改造和土壤污染治理

（1） 開(kāi)展農(nóng)田破壞和污染情況調(diào)查，查明破壞和污染范圍、程度。

（2） 進(jìn)行土壤污染治理。原位與異位處理相結(jié)合，對(duì)集中連片污染土地采取原位治理，打造高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田，小型污染地塊實(shí)施土壤重構(gòu)。

（3） 實(shí)施農(nóng)田“旱改水”工程。修建配套蓄水池、修復(fù)灌溉水渠。

3.4 酸性廢水污染治理（1） 在豐水季開(kāi)展酸性廢水污染調(diào)查。

（2） 根據(jù)酸性廢水污染濃度和排放量大小，采取管道收集+人工濕地集中處理的治理方式。

（3） 實(shí)施必要的溝渠和河道修復(fù)工程。

3.5 基礎(chǔ)設(shè)施修復(fù)

（1） 對(duì)于損壞嚴(yán)重的危房，建議當(dāng)?shù)卣畬?shí)行搬遷安置處理；損壞較輕的房屋，可進(jìn)行加固處理；建設(shè)房屋采用抗采動(dòng)變形的框架結(jié)構(gòu)。

（2） 對(duì)于路面開(kāi)裂、路基坍塌、水渠受損等問(wèn)題，可將受損地方挖開(kāi)，采用鋼筋等穩(wěn)固的材料構(gòu)建支撐體系，并使用水泥漿進(jìn)行澆注。

3.6 跟蹤監(jiān)測(cè)

根據(jù)塌陷區(qū)功能建設(shè)、農(nóng)業(yè)生態(tài)、煤矸石堆場(chǎng)等分區(qū)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)跟蹤監(jiān)測(cè)，突出地表變形、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)穩(wěn)定性、地表水水質(zhì)、土壤和水體質(zhì)量等的變化監(jiān)測(cè)。

3.7 實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境導(dǎo)向開(kāi)發(fā)

根據(jù)咸豐縣國(guó)土空間規(guī)劃和沉陷區(qū)接續(xù)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，開(kāi)展富硒產(chǎn)品種植試點(diǎn)，同時(shí)深入挖掘文化、生態(tài)資源，積極吸引社會(huì)資本產(chǎn)業(yè)投入，打造沉陷區(qū)“生態(tài)環(huán)境治理+產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)”的咸豐模式。

4 結(jié) 語(yǔ)

采煤沉陷嚴(yán)重破壞了礦區(qū)生態(tài)和地質(zhì)環(huán)境，制約了礦區(qū)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[16]。采煤沉陷區(qū)的治理是咸豐縣十四五規(guī)劃的重點(diǎn)工程，必須堅(jiān)持系統(tǒng)生態(tài)治理，從源頭上解決采空區(qū)殘余變形、煤矸石、酸性廢水污染問(wèn)題，進(jìn)而實(shí)施地質(zhì)隱患治理、農(nóng)田改造、土壤污染治理，同時(shí)進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施修復(fù)，并導(dǎo)入產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。治理工程力爭(zhēng)2 ～3 a 內(nèi)完成，切實(shí)保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，從根本上改善礦區(qū)群眾的生活條件和質(zhì)量，促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展、建設(shè)環(huán)境友好型和諧社會(huì)。