魏焕奇，王思爽

(贵州省煤矿设计研究院，贵州 贵阳550025)

0 前言

生态影响是指经济社会活动对生态系统及其生物因子、非生物因子所产生的任何有害或者有益的作用，影响可划分为不利影响和有利影响，直接影响、间接影响和积累影响，可逆影响和不可逆影响［1］。我国的环评实践参考国际研究经验，主要对自然生态系统的动植物和土壤等资源评价为主，由于煤矿开采对环境的影响以地表沉陷最为显著，所以煤矿建设生态环评除针对自然生态环境影响外，还应针对地表沉陷状况进行重点预测评价。

目前，我国矿产开采地表沉陷预测方法主要分为4类:基于实测资料的经验方法(典型曲线法、剖面函数法)、理论模拟法、影响函数法、地表移动和变形预计法［2］。其中，地表移动和变形预计法根据概率积分原则进行地表沉陷预测得到了广泛应用，该方法能够反映地表移动的动态特征，解释采动现象，对指导“三下”开采设计具有较大的实用价值［3］。同时，中国矿业大学基于地表移动和变形预计法，开发矿区沉陷预测系统(hpMSPS)［4］，对开采沉陷的理论研究与生产实践具有重要意义。

贵州有“江南煤海”之称，煤炭资源储量丰富，煤炭开发对贵州省经济发展具有重要作用，但是随着资源开发力度的加大，地表沉陷所引发的生态问题日益凸现。所以，在贵州省煤矿生态环评过程中开展地表沉陷预测具有重要意义。本文选取位于贵州省煤炭生产重地的盘县封家营煤矿为案例进行生态环评，应用矿区沉陷预测系统(hpMSPS)进行地表沉陷预测，从而为贵州省矿区环境综合治理以及生态环境保护提供参考。

1 区域概况与现状调查

1.1 研究区域概况

封家营煤矿位于贵州省六盘水市盘县盘江镇，行业隶盘县煤炭管理局管辖。矿区井田由6个拐点坐标圈定，形状呈不规则六边形，东西长约为1.54 km，南北宽约为0.4 km，面积0.542 3 km2。矿区地处云贵高原中段的过度性斜坡地带，由于受北盘江及支流的强烈切割，出露地层破碎、地势高低不一，形成以高原山地为主、坡度较大的地形地貌格局。属于构造剥蚀、侵蚀地貌、岩溶地貌类型。

1.2 评价区现状调查

封家营煤矿属改扩建项目，技改前后井田范围无变化(含开采标高)，工业场地为在原场地上扩建而成，可采煤层共7层，首采煤层为9号煤层，矿井生产能力为150 000 t/a。项目建成对生态环境的影响主要表现为新增占地对土地利用功能的改变;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、对地面建筑物的破坏以及加剧沉陷区土壤流失等。基于以上分析，结合当地的生态环境特征，确定生态调查对象。

依据《环境影响评价技术导则生态影响》，封家营煤矿生态影响评价区为井田边界外扩500 m，面积3.506 9 km2，工业场地、矸石场均位于该范围内。根据当地国土部门提供的土地利用现状数据与现场调查，评价区植被类型以旱地作物为主，属典型的农业生态区;森林植被以针阔叶混交林为主;土壤类型主要为山地黄棕壤、黄壤、水稻土、石灰土等。评价区内的土地利用现状见表1。

表1 评价区土地利用现状统计表

野生动物调查要采取资料查阅和调查访问的方式，近年来偶见的兽类主要有野兔、黄鼬、长吻松鼠、竹鼠等，它们主要分布于有林区;爬行类主要有蛇类和蛙类等，均为贵州省重点保护动物;鸟类主要有麻雀、喜鹊、普通翠鸟等。基本多为贵州省常见的动物物种。

2 地表沉陷影响预测与分析

2.1 hpMSPS模式概述

矿区沉陷预测系统(hpMSPS)基于地表移动和变形预计法，采用修正后的概率积分模型，对任意开采引起的地表沉陷作动态和最终稳定态的预测，并绘制有关图形［4］。模型中，倾斜煤层(缓倾斜)中开采某单元i，按概率积分法的基本原理，单元开采引起地表任意点(x，y)的下沉如图1所示。

图1 地表沉陷预测模型的坐标系统

设工作面范围为:0～p，0～a组成的矩形，则地表任一点(x，y)相关变形值为:

(1)地表任一点的下沉w(x，y)

(2)沿φ方向的倾斜i(x，y，φ)

(3)沿φ方向的曲率k(x，y，φ)

(4)沿φ方向的水平移动U(x，y，φ)

(5)沿φ方向的水平变形ε(x，y，φ)

预测模式中参数选取如下:

(1)地表最大下沉值:W0=m×q×cos α

(2)最大倾斜值:i0=W0/r

(4)最大水平移动:U0=b×W0

(5)最大水平变形值:ε0=1.52×b×W0/r式中:m为煤层开采厚度(m);r为主要影响半径(m);b为水平移动系数;α为煤层倾角，(°);q为下沉系数。

2.2 hpMSPS模式参数选取

本文根据封家营煤矿井田地质、煤层赋存条件、采煤方法等开采技术条件，以及原煤炭工业部制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》［5］中所列预计方法，对封家营煤矿所选取的参数进行本地化，确定hpMSPS模式中模型参数见表2。

表2 hpMSPS模式参数

2.3 地表移动变形最大值预测

地表沉陷范围受煤层厚度、上覆岩层的厚度、岩性、移动角和边界角的影响。根据井田的地质特征及开采条件选取相关参数，全井田开采后地表沉陷预测等值图如图2。同时，为了准确评价开采沉陷的动态过程，本文选取首采9号煤层作一个典型工作面，根据该煤层开采厚度、采深及有关参数进行预测，预测结果见表3。

图2 地表沉陷等值线图

井田内煤层赋存较稳定，预测全井田主要煤层开采后地表主要移动和变形值统计如下:最大下沉值为6.6 m，地表最大倾斜值为59.01 mm/m，最大曲率值为3.14 mm/m，最大水平移动值为539.5 mm，最大水平移动变形为28.7 mm/m。

2.4 开采结束后沉陷状况预测

由于本井田地处山区，地形最大高差达314 m，属剥蚀－溶蚀中山地貌。矿山煤层采煤工艺为炮采，矿井方法采用倾向长壁式采煤法，后退式回采，单体支柱加绞接顶梁支护，一次采全高，全部垮落法管理顶板。结合矿区地形地貌和采煤方法可知，井下开采引起的地表变形主要是裂缝、滑坡和崩塌等，出现地表大面积下沉的可能性小。

表3 首采煤层典型工作面开采后地表动态移动变形最大值

2.5 地表沉陷对生态环境影响分析

井下开采对矿区环境的综合影响主要表现为:局部土地利用现状改变，地表水、地下水资源破坏，道路受损，建筑物破坏，地表生态环境改变等。矿区开采后，地质环境条件会发生一定的改变，矿区地貌景观、土地资源及地表生态环境受到一定影响，如不进行防治和采取治理措施，矿区生态环境会逐渐恶化。

2.5.1 对地表形态的影响 根据预测结果，煤层开采后地表最终最大下沉值为6.6 m，地表变形影响范围为0.39 km2。根据地表下沉等值线图以及类比附近井田采空区地形地貌变化情况分析，预计开采造成的地表沉陷表现形式，主要还是以地表裂缝、局部塌陷、崩塌和滑坡等现象为主［6］。不会形成大面积明显的下沉盆地，地表也不会形成大面积的积水区。地表沉陷对区域地表形态和自然景观影响主要表现在采空区边界上方的局部区域内。矿井煤炭开采对井田地表的地形地貌影响较小，不会改变原来的地貌单元类型。

2.5.2 对土地利用的影响 通过矿井煤炭开采引起的地表沉陷等值线图与土地利用现状图叠加分析，全井田开采后，约16.85 hm2耕地受到轻度破坏，1.55 hm2耕地受到中度破坏，重度破坏面积为0.32 hm2。由于受影响区大部分耕地为轻度影响，仅少部分由于灌溉条件改变而受到中度影响与重度影响，本矿井下采煤对地表耕地影响相对较弱。

2.5.3 对村庄建筑的影响 井田范围内有村庄2个，分别为小王家铺子、大青梁子。由于小王家铺子居民点预留保护煤柱，可通过预测的地表沉陷等值线图与村庄分布图叠加分析，该居民点基本不受开采影响;由于封家营煤矿已组织大青梁子全部居民搬迁安置于井田外，搬迁后该居民点也将不受影响。

2.5.4 对铁路、道路、河流的影响 矿区附近主要公路为盘水公路，位于井田外，有矿井运煤道路与该公路相连，运煤道路位于井田外;内昆铁路从评价区西侧边缘穿过;拖长江也位于评价区西侧边缘，自南向北流经评价区。盘水公路、内昆铁路、拖长江距井田边界均约400～500 m。可通过预测的地表沉陷等值线图与道路、河流区位图叠加分析，地表沉陷对盘水公路、运煤道路、内昆铁路、拖长江基本无影响。由于炸药库连接道路位于矿区内且无防护措施，将受到地表沉陷影响。

3 生态影响与地表沉陷防治对策

3.1 生态防护措施

煤矿开采过程中采取条带开采、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。同时，密切关注井田范围内滑坡、地裂缝、塌陷及崩塌体的动态，对地表出现的裂缝、漏斗等，及时组织人员回填，并采取堵、排、截等措施。严格按照规范留设工业场地、村庄、井田边界等保安煤柱，不得越界开采，避免对井田边界外村庄和广场造成影响。

3.2 生态治理措施

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，对地表塌陷造成的植被破坏，应组织人员及时恢复或更新植被，防止水土流失。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。若道路出现影响通行，应及时维修。

3.3 矸石场地的生态治理

矸石的利用途径包括用于土地平整、制砖和积水沉陷区复垦等。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)，采取逐段、分层压实、覆土、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，矿区生态环境将得到有效保护。

3.4 经济补偿措施

对于采煤过程中造成的耕地破坏应采取措施进行复垦，破坏严重无法复垦的耕地应进行必要经济补偿，对遭受中度破坏的耕地，应及时开展沉陷区的治理与土地复垦。经济补偿的时间从受到破坏的当年起到土地复垦后恢复原有生产能力为止。对于采煤过程中造成的林地破坏也应采取措施进行复垦，破坏严重无法复垦的林地应进行必要补偿。沉陷区土地复垦和生态综合整治工作，可由煤矿所在地县土地和林业部门进行组织实施，为保证该资金能够专款专用，建设单位应设立专用帐户，根据有关政策规定，按年或按实进行支付。

4 结论

本文以贵州省盘县封家营煤矿为案例进行生态环评，采用目前较为适用的hpMSPS模式进行地表沉陷预测，预测结果表明:地表沉陷最大值为6.6 m，由于矿区范围内地表坡度较大，因此地表变形煤炭开采所造成的地表沉陷表现形式主要以地表裂缝、局部塌陷、崩塌和滑坡等现象为主。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。只要加强对井田区域进行适时的生态恢复、土地复垦与水土保持措施后，对生态环境影响可以得到有效控制。

由于目前尚未能对本矿地表沉陷预测结果进行验证，在今后工作中，应着重积累沉陷观测数据，对hpMSPS模式参数优化，更好的服务于贵州省煤矿生态恢复与地表沉陷治理。

［1］ 国家环保局.环境影响评价技术导则-生态影响［M］.北京:中国环境科学出版社，2011.

［2］ 孙贵梅，吴 侃，王 欣.煤矿建设项目开采沉陷对环境影响评价研究［J］.四川环境，2007，26(5):107－110.

［3］ 宁永香，崔建国.动态地表移动和变形预计方法［D］.上海:中国科学院上海冶金研所，2000.

［4］ 吴 侃，周 鸣.矿区沉陷预测预报系统［M］.徐州:中国矿业大学出版社，1999.

［5］ 国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程［M］.北京:煤炭工业出版社，2000.

［6］ 王世东.河南省煤矿塌陷地复垦模式研究［J］.矿业研究与开发，2010，30(4):81－83.