史少卿，劉小松，楊星宇

（山西省煤炭地質(zhì)物探測繪院，山西 晉中 030600）

店坪煤礦位于山西省呂梁市方山縣大武鎮(zhèn)王家莊村一帶，地理坐標(biāo)為東經(jīng)111°04′17″～111°07′07″，北緯37°39′41″～37°41′54″。多年的煤礦開采產(chǎn)生了諸多生態(tài)環(huán)境問題，包括地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、煤矸石堆積、水資源漏失、水土流失、村莊搬遷等[1]。因此，筆者圍繞店坪煤礦環(huán)境地質(zhì)問題，探討開采活動引發(fā)的不同環(huán)境地質(zhì)問題的防治，為礦山山水林田湖草生態(tài)保護(hù)和生態(tài)治理修復(fù)提供支撐與保障。

1 礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件

本區(qū)位于鄂爾多斯聚煤盆地東緣的河?xùn)|煤田中部。區(qū)域出露地層由老至新順次為：太古界界河口群、呂梁山群，元古界野雞山群，震旦系，古生界寒武系中、上統(tǒng)，奧陶系下、中統(tǒng)，石炭系中、上統(tǒng)及二疊系下、上統(tǒng)，中生界三疊系下、中統(tǒng)，新生界新近系、第四系地層。老地層（結(jié)合口群—震旦系） 出露于勘探區(qū)東、東南及東北方位的棗林、漢高山、關(guān)帝山、峪口、張子山及起云山一帶，早古生代地層出露于煤田邊緣地帶，晚古生代含煤地層出露于離石煤盆及黃河?xùn)|緣臨縣—柳林一帶，中生代地層沿黃河分布于河?xùn)|煤田兩側(cè)，新生代地層廣泛出露。本區(qū)域上含煤地層主要為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。區(qū)域構(gòu)造中陽—離石向斜北端，總體為不對稱向斜（中陽—離石向斜），并伴生次級背斜。井田大部分地段地層平緩，傾角1°～13°，在井田西南角F1 斷層下盤地層較陡，傾角8°～16°。發(fā)育有5 m 以上的F1 和F2 斷層及數(shù)條層間小斷層，還發(fā)育有6 個陷落柱。

依據(jù)地質(zhì)、水文地質(zhì)、埋藏條件等，區(qū)內(nèi)自上而下分為4 個含水巖組，即二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層、二疊系山西組砂巖裂隙含水層、石炭系太原組巖溶裂隙含水層、奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層。主要礦層體位于地下水位以下（位于區(qū)域巖溶水水位之上，無突水危險）；礦坑進(jìn)水邊界條件中等，充水含水層和構(gòu)造破碎帶、巖溶裂隙發(fā)育等富水性中等，補(bǔ)給條件較好，與區(qū)域強(qiáng)含水層、地下水集中徑流帶或地表水有一定聯(lián)系。

現(xiàn)狀條件下，礦山地質(zhì)環(huán)境問題類型較多，采空影響范圍內(nèi)地面塌陷、地裂縫地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，對礦區(qū)道路、土地資源造成了嚴(yán)重破壞。

2 調(diào)查與研究方法

充分利用現(xiàn)有調(diào)查成果，對已有數(shù)據(jù)成果進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，采用當(dāng)前先進(jìn)、成熟的航天遙感、全球衛(wèi)星定位、地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，通過內(nèi)業(yè)解譯、外業(yè)調(diào)查核實(shí)、數(shù)據(jù)采集與處理的綜合調(diào)查手段，形成集信息獲取、處理、存儲、傳輸、分析和應(yīng)用服務(wù)為一體的調(diào)查技術(shù)流程，采用內(nèi)外業(yè)相結(jié)合的調(diào)查方法。

在第三次國土調(diào)查成果數(shù)據(jù)、煤礦儲量年報、煤炭資源開發(fā)利用、地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與土地復(fù)墾方案、礦業(yè)權(quán)實(shí)地核查數(shù)據(jù)庫等資料、影響村莊人口、歷年來沉陷區(qū)治理情況等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，2021年7—10月，通過RADARSAT-2 和Sentinel-1 數(shù)據(jù)，采用合成孔徑雷達(dá)干涉測量技術(shù)（InSAR） 進(jìn)行處理，形成采煤沉陷區(qū)遙感解譯圖斑。據(jù)已收集掌握資料和地面調(diào)查對遙感解譯圖斑進(jìn)行逐一核實(shí)遙感調(diào)查、地面調(diào)查，勘定了采煤沉陷區(qū)范圍（10 mm等深線），確定了沉陷區(qū)內(nèi)土地、道路、構(gòu)筑物等受損范圍。用Arcgis10.6 將采煤沉陷區(qū)范圍、礦界范圍、采空區(qū)范圍、耕地、村莊等矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析。查明了采空區(qū)范圍、塌陷坑、地裂縫、沉陷區(qū)土地沉陷程度、耕地受損面積以及受沉陷區(qū)影響的村莊人口等數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)分析

山西省礦產(chǎn)資源豐富，礦業(yè)開發(fā)已有數(shù)百年的歷史，尤其是近20年來，礦業(yè)開發(fā)飛速發(fā)展[2]。人類在開發(fā)利用礦產(chǎn)資源以滿足自身需要的同時，由于不斷改變和破壞礦區(qū)的自然環(huán)境，產(chǎn)生了眾多的礦山環(huán)境地質(zhì)問題[3]。作為煤炭主產(chǎn)區(qū)的呂梁市方山縣也面臨眾多的環(huán)境地質(zhì)問題，其中，店坪煤礦現(xiàn)有環(huán)境地質(zhì)問題較為突出。

3.1 采空區(qū)

經(jīng)過多年開采，評估區(qū)內(nèi)主要開采了2 號、3號、5 號、8 號、9 號和10 號煤層。該礦建礦至1998年改擴(kuò)建前采用房柱式炮采，木支柱支護(hù)，1998年改擴(kuò)建后又在原來已形成的巷道采用房柱式開采。2002年由霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司購并后，2003年10月1 日正式投產(chǎn)，采用走向長壁式開采。在礦界北部開采2，3 號煤層；采用走向長壁式開采。自2003年底至2008年底，在礦界北部開采3，5 號煤層；2008年150 萬t/a 改擴(kuò)建后至今，采用走向長壁式綜采布置采煤方法，頂板采用綜采支架進(jìn)行支護(hù)，工作面使用的液壓支架均為掩護(hù)式支架。2009 后至2020年底礦井主要開采3，5，8，9 和10 號煤層。

2 號煤層采空區(qū)面積35.35 hm2，主要位于礦區(qū)東北部；3 號煤層采空區(qū)面積89.41 hm2，主要位于礦區(qū)北部工業(yè)廣場周邊；5 號煤層采空區(qū)面積約282.74 hm2，主要位于高速公路以北工業(yè)廣場周邊；8 號煤層采空區(qū)面積48.79 hm2，位于礦區(qū)東北角；9 號煤層采空區(qū)面積79.59 hm2，位于礦區(qū)北部礦界處一帶；10 號煤層采空區(qū)面積56.65 hm2，位于礦區(qū)東北角一帶。2 號、3 號、5 號、8 號、9 號和10 號煤層采空區(qū)水平投影面積累計432.53 hm2。

3.2 地裂縫與地面塌陷地質(zhì)

地面塌陷呈階梯狀塌陷為主，深度最大為0.55 m。面積90.06 hm2，輕度損毀面積為48.41 hm2，中度損毀面積為41.65 hm2。其中耕地?fù)p毀面積44.67 hm2。

地裂縫位于采空塌陷區(qū)邊緣地帶，位于店坪村周邊和礦區(qū)東北部2019—2020年采空區(qū)影響范圍內(nèi)，近南北走向，可見長度介于10～100 m 之間，最大可見寬度約0.35 m，平面最大可見深度約1.0 m，在一些黃土陡壁上可見到貫通性的裂縫，見圖1。

圖1 地裂縫圖

現(xiàn)狀調(diào)查和訪問搬遷村民：麻塔村原戶籍共有52 戶156 人187 間房，村莊北部煤層開采后，造成了麻塔村北部6 戶21 間房屋受到采煤影響而出現(xiàn)了裂縫，裂縫寬度0.02～0.05 m，造成了不同程度的損害，為了保障村民生命財產(chǎn)安全，同時煤礦為了釋放產(chǎn)能（村莊下部分布有2 號、3 號、4 號、5號、8 號、9 號和10 號等多層煤，煤質(zhì)較好），按照新農(nóng)村建設(shè)和煤炭開采移民搬遷框架協(xié)議，由方山縣大武鎮(zhèn)人民政府組織，店坪煤礦出資，對麻塔村整個村莊進(jìn)行了搬遷。水源村緊靠3 號煤層采空區(qū)，開采時間較為久遠(yuǎn)，多2003年前開采，距離王家莊最近50 m，開采時間為1998年前。王家莊距離2 號煤層采空區(qū)最近100 m，由于距離采空區(qū)較遠(yuǎn)，多年來村莊內(nèi)及周邊未出現(xiàn)采空塌陷引起的地表變形，現(xiàn)狀調(diào)查村莊房屋完好，現(xiàn)狀較穩(wěn)定，地質(zhì)災(zāi)害危險性小。其余村莊距離采空區(qū)均大于500 m，受采煤影響較輕。在高速公路南部有采空區(qū)進(jìn)入到保護(hù)區(qū)內(nèi)20 m，面積0.01 hm2，為2012年開采5 號煤層形成的采空區(qū)。高速公路其他地段距離現(xiàn)狀采空區(qū)較遠(yuǎn)，大于200 m，現(xiàn)狀調(diào)查高速公路兩側(cè)150 m 地面完好，無地面塌陷和地裂縫地質(zhì)災(zāi)害，現(xiàn)狀較穩(wěn)定，地質(zhì)災(zāi)害危險性小。

3.3 采礦已損毀土地情況

1） 已壓占損毀土地。該礦工業(yè)場地位于井田北部，分為3 個功能分區(qū)：主生產(chǎn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、行政辦公區(qū)，占地面積18.88 hm2；廢棄采礦用地為工業(yè)場地周邊等區(qū)域存在受采礦活動或人為活動影響造成的次生裸地區(qū)，占地面積8.44 hm2。店坪煤礦壓占土地面積見表1。

表1 店坪煤礦壓占土地面積表 （hm2））

現(xiàn)狀排矸場位于工業(yè)場地北部荒溝，為矸石周轉(zhuǎn)場，占地面積0.21 hm2。該處為“V”字形沖溝，排矸場地所在荒溝為南北走向，利用區(qū)域位于荒溝南側(cè)，長約115 m，寬約20 m，深約30 m。

2） 已沉陷損毀土地。采煤沉陷區(qū)是因煤礦開采造成土地塌陷的區(qū)域，又叫采煤塌陷區(qū)，是由于長時間煤炭開采，形成了大量采空區(qū)，受采空及采礦活動的影響，原來巖層的應(yīng)力平衡發(fā)生改變，導(dǎo)致地面塌陷、地裂縫的區(qū)域[4]。采煤沉陷區(qū)會對土地產(chǎn)生損毀。礦區(qū)西北部采空區(qū)多形成于2019年前，采空區(qū)裂縫和地表塌陷由于形成時間較長，已經(jīng)經(jīng)過地表彌合自然恢復(fù)和礦方根據(jù)上期復(fù)墾方案進(jìn)行處理，地表植被長勢已恢復(fù)到良好。

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，2020年采空區(qū)上方有沉陷損毀土地暫未治理，初現(xiàn)于2021年3月15 日，位于礦區(qū)東北部，下莊村村南，發(fā)現(xiàn)地裂縫4 條，裂縫寬10～210 mm，可見深0.2～1 m，延伸長6～43 m，下錯0.2～0.8 m，間距20～25 m。僅裂縫處發(fā)生變形，未發(fā)生大面積沉陷坡地、塌陷區(qū)等損毀形式。因地處黃土溝壑區(qū)，地形復(fù)雜，未發(fā)現(xiàn)明顯陷落坑，根據(jù)煤層深度可能發(fā)生最大下沉量2～3 m，實(shí)際調(diào)查下錯量最大值0.8 m。沿裂縫發(fā)育邊緣圈定沉陷區(qū)面積，采空區(qū)影響范圍內(nèi)，在一些黃土陡壁上可見到貫通性的裂縫，沿發(fā)現(xiàn)裂縫外緣圈定已沉陷區(qū)面積90.06 hm2。店坪煤礦已沉陷損壞土地面積見表2。

表2 店坪煤礦已沉陷損壞土地面積表 （hm）2）

綜上所述，該礦已損毀土地面積共117.59 hm2，其中已壓占損毀土地面積27.53 hm2，包括工業(yè)場地18.88 hm2、廢棄采礦用地8.44 hm2、排矸場0.21 hm2，已沉陷損毀土地面積90.06 hm2。

4 討論與結(jié)論

一是本次店坪煤礦環(huán)境地質(zhì)問題調(diào)查，查明了采空區(qū)范圍、主要地質(zhì)災(zāi)害、已沉陷影響的耕地、村莊、人口等數(shù)據(jù)。二是2 號、3 號、5 號、8 號、9 號、10 號煤層采空區(qū)水平投影面積432.53 hm2。三是地面塌陷呈階梯狀塌陷為主，深度最大為0.55 m。地裂縫位于采空塌陷區(qū)邊緣地帶，位于店坪村周邊和礦區(qū)東北部2019-2020年采空區(qū)影響范圍內(nèi)，走向近南北向，一般可見長度介于10～100 m 之間，最大可見寬度約0.35 m，平面最大可見深度約1.0 m，在一些黃土陡壁上可見到貫通性的裂縫。四是造成了麻塔村北部6 戶21 間房屋受到采煤影響而出現(xiàn)了裂縫，裂縫寬度0.02～0.05 m，造成不同程度的損害。五是該礦已損毀土地面積共計117.59 hm2，其中，已壓占損毀土地面積27.53 hm2，包括工業(yè)場地18.88 hm2、廢棄采礦用地8.44 hm2、排矸場0.21 hm2，已沉陷損毀土地面積90.06 hm2。

總之，店坪煤礦環(huán)境地質(zhì)問題現(xiàn)狀較復(fù)雜，治理時既要掌握沉陷區(qū)的區(qū)域特征，做到統(tǒng)籌規(guī)劃；又要掌握不同沉陷區(qū)特點(diǎn)，做到宜耕則耕、宜林則林，實(shí)現(xiàn)礦山山水林田湖草生態(tài)保護(hù)和生態(tài)治理修復(fù)綜合治理[5]。