榆神府区煤炭开采强度与地质灾害研究＊

范立民

（1.陕西省地质调查院，陕西省西安市，710065；2.陕西省地质环境监测总站，陕西省西安市，710054）

榆神府区煤炭开采强度与地质灾害研究＊

范立民1，2

（1.陕西省地质调查院，陕西省西安市，710065；2.陕西省地质环境监测总站，陕西省西安市，710054）

煤炭资源开采强度与地质灾害发育程度具有明显的关系，调查了高强度开采区地质灾害发育现状，提出了煤炭资源开采强度的概念、开采强度划分标准，以平面上开采面积占比大、空间上开采尺寸大、时间上开采速度快 （推进速度）为特点的开采区域和开采方式定义为高强度开采。按照单位面积范围内开采区占比，可划分为极高、高、中、低强度开采区。划分了榆神府区煤炭资源开采强度分区，认为神东、神南、新民矿区及榆神矿区一、二期规划区开采强度过大，榆神矿区三期规划区开发强度过大，提出了适度开发的建议，对于区域内未开工的井田，暂缓开发建设，调查了高强度开采区地质灾害发育规律。

煤炭开采 开采强度 高强度采煤 地质灾害 榆神府区

1 前言

基于煤炭资源集中连片开采导致的地面塌陷、泉水干涸及河流断流的实际监测资料，2003年作者曾经提出统一规划、合理布局、适度规模、分散开发、保水采煤的陕北煤炭资源适度开发建议。近年来，高强度开采逐渐受到关注，并形成了一定的研究基础。研究人员从不同角度研究了高强度开采诱发的地面变形和巷道围岩控制技术及绿色矿区评价标准。另外，一些文献还报道了高强度开采区地下水或瓦斯运移规律、铁路及村庄下高强度开采试验与房屋破坏规律等，主要是对单个井田 （煤矿）范围内连续分布的综采工作面大采高条件下进行的研究，并提出了防治对策。

以上研究多将综采视为高强度开采，研究了综采条件下采动损害特点及规律，没有界定开采强度的定义及定量划分指标，未开展开采强度分区及与地质灾害发育关系的研究。因此，定义开采强度及量化指标体系，分析其与地质灾害发育的关系，有针对性地采取措施减轻地质灾害发育程度具有重要意义。

2 煤炭开采强度

缪协兴教授将高强度开采表述为开采工作面具有大采高、大采面和快速推进为主要特征的开采。大采高一般采高大于4.50 m，神东、神南矿区已经达到7 m。大采面工作面长度一般大于200 m，多数300～450 m，推进长度2000～7500 m。工作面之间煤柱间隔20 m左右。高强度开采生产效率大幅度提高，全部实现机械化开采，但对于开采强度没有统一的概念和分类方法与指标。

本文将高强度开采定义为以平面上开采面积占比大、空间上工作面开采尺寸大、时间上开采速度（推进速度）快为特点的开采区域和开采方式。按照单位面积范围内开采区 （采空区）占比，可划分为高强度开采区、中强度开采区和低强度开采区；按照采煤工作面规格划分，大采高、大规格采煤工作面分布区属于高强度开采区，相应的采高小、采煤工作面规格小的区域为低强度开采区。

2.1 面积开采强度

开采强度是指单位面积范围内煤炭资源开采量与总量的占比，或表述为单位面积范围内的开采面积与总面积之比。根据此定义，开采面积与规划区面积之比为开采强度的定量划分标准。将开采强度划分为极高、高、中、低4个级别，其极高开采强度开采区的开采面积与总面积之比大于0.6，高强度开采区的开采面积与总面积之比介于0.6～0.3之间，中强度开采区的开采面积与总面积之比介于0.3～0.1之间，低强度开采区的开采面积与总面积之比小于0.1。

高强度开发区。将拟规划区含煤区域全部或大部分割成待开发的井田，如榆神矿区三期规划区，划分的井田占规划区的80%，属于极高强度规划开发区，没有预留任何环境保护的缓冲区域，几乎全部含煤区均规划开发，不符合陕北生态环境特征。

高强度开采区。神府新民矿区含煤面积2324 km2，已经设置采矿权的开采面积2300 km2，属于极高强度开采区。矿区是目前正在进行的高强度开采典范区，采矿权面积与规划区面积之比高达90%以上，目前采空区面积约600 km2，每年以100 km2左右的速度扩展，开采强度之大，远远超过了地质环境承载力，不可逆转的地质环境破坏在所难免。

2.2 空间开采强度

空间开采强度主要考核采高和采煤工作面规格两个指标。将采高大于4.50 m、采煤工作面长度大于200 m、推进长度大于2000 m的大规格采煤工作面称为空间高强度开采区。将采高介于1.30～4.50 m之间、采煤工作面长度100～200 m、推进长度1000～2000 m的区域界定为中强度开采区。采高小于1.30 m的区域，无论工作面长度与推进长度多大，其对于地面地质灾害发育程度影响都较低，称为低强度开采区。

也有不少工作面根据井田规格设置，最大推进长度可达7000 m。工作面之间留设20 m以下的安全煤柱，单个工作面连续平行排列，最终形成大范围的采空区，一旦煤柱失稳，会造成大范围顶板冒落和地面塌陷、裂缝发育，在沟谷地形区可导致边坡滑动与崩塌等地质灾害的发生。

目前榆神府区设计能力为10 Mt／a的矿井，采高均大于4.50 m，工作面长度200～450 m，推进长度2000～6700 m，均属于空间高强度开采类型，部分矿井鉴于生态水位保护目标，采用了限高开采。如榆树湾煤矿 （设计能力8 Mt／a）2-2煤层厚11 m，开采高度5.50 m，开采上分层。而大柳塔（设计能力20 Mt／a）、哈拉沟 （设计能力10 Mt／a）、榆家梁 （设计能力17 Mt／a）、石圪台 （设计能力10 Mt／a）、张家峁 （设计能力6 Mt／a）、红柳林 （设计能力12 Mt／a）、柠条塔 （设计能力10 Mt／a）等煤矿，则全部是一次采全高，采高4～7 m，多数5 m左右。对于薄煤层分布区，如榆家梁煤矿4＃煤层开采区，煤层厚度0.70～1.50 m，则一次采全高，不留顶底煤，工作面回采率达到90%以上，同一区域叠加了上部2-2、3-1煤层的高强度开采，也属于高强度开采区。

2.3 煤炭开采强度指标的确定

根据以上叙述，煤炭开采强度主要考核指标包括单位面积内的开采区比例、采高及工作面规格。根据目前实际，如果采煤工作面按照大规格工作面（工作面长度200 m及以上、推进长度2000 m以上）确定，则煤炭资源开采强度可划分为极高、高、中和低强度开采，见表1。对于规划区，按照规划的井田 （开采）占比计算。当采煤工作面规格减小，如采煤工作面长度小于100 m、推进长度为500～1200 m时，则比照表1降低一个级别开采强度。

值得提及的是对于处于临界值的开采区域，尽管定级按照表1确定，但诱发的地质灾害及治理对策，则可按高一级开采强度的模式分析。

表1 煤炭资源开采强度划分指标

2.4 煤炭开采强度实例及环境影响

（1）极高强度、高强度开采区实例。大柳塔煤矿大柳塔井1996年1月6日投产以来，1-2、2-2煤层已经开采完，其中1-2煤层由于分布范围小，采煤工作面规格不一，采高3～4.50 m，其下部叠加的2-2煤层开采区，采高均大于4.50 m，采煤工作面长度230～400 m，推进长度3000～6700 m，平面开采面积达到井田面积的75%左右，属于极高强度 （局部高强度）开采区。由于开采强度高，区内原有的双沟、五当沟、王渠 （泉）等沟流均已经干涸，地面裂缝发育，黄土沟壑区深、大地裂缝非常明显，对植被生长影响大。目前，陕北大型、特大型煤矿均属于此类开采强度。

（2）中强度开采区实例。榆神矿区东南部二墩煤矿、白鹭煤矿、三台界煤矿、上河煤矿等，虽然具备极高强度开采的地质条件，但一直以房柱式（窄条带）开采方式为主，采高3～4.50 m，平面开采区占采矿权面积的比例30%～50%，采空区上方未发现地裂缝和地面沉降，采空区第四系地下水水位没有明显下降，基本保持了原生生态环境条件。

（3）低强度开采区。目前本区只有部分薄煤层分布区属于低强度开采区，但叠加了下部 （或上部）的厚煤层开采，也提高了开采强度。

3 榆神府区煤炭开采强度分区

3.1 榆神府区开采 （发）强度分区

目前，神东 （即神府新民矿区、神南矿区）及榆神矿区一、二期规划区均处于开采阶段，榆神矿区三期规划区处于规划阶段。将取得了采矿权、正在采煤的开采区称为开采强度开采区，将已经做了整体规划、未颁发采矿权的区域称为开发强度开发区。

神东矿区范围内已经全部设置了采矿权，目前开采强度极大，除未开采的区域外，多数以一次采全高的综采方式开采，大柳塔煤矿采高4～7 m（煤层厚度），推进速度快，一个工作面年产就达到10 Mt，工作面长度初期为150 m，目前为330 m，推进长度初期1500 m，目前根据煤层赋存情况确定，一般推进长度5000～7000 m，大采高、快速推进、大规格采煤工作面，使采空区上方地面出现了大量塌陷、裂缝和地面变形，泉水干涸，河流断流成为这一高强度开采区突出的地质环境特点，为全区高强度开采区。

神南矿区面积440 km2，目前正在开采的煤矿有柠条塔、红柳林、张家峁煤矿及一些地方小煤矿，开采区面积占规划区面积的84.86%，为高强度开采区。

新民矿区设置了大中小型煤矿，含煤区分配完毕，煤矿单井产量0.3～5 Mt／a不等，采煤方式有综采、房柱式开采和炮采，除房柱式采煤区开采强度中等外，其余均属于高强度开采区。

榆神矿区一期规划区的地方煤矿开采区，规划为高强度开发区，实际多数煤矿采用窄条带开采方式，即长壁式布设工作面、采12 m留8 m的 “窄条带”开采，面积开采率0.5以下，开采强度中等。本区其余区域还规划了大保当、曹家滩等井田，全部为特大型煤矿，规划开采方式均为综采，属于高强度开发区。

榆神矿区二期规划区目前有锦界 （设计能力20 Mt／a）、凉水井煤矿 （设计能力4 Mt／a）及青草界 （设计能力0.3 Mt／a）、王家沟 （设计能力0.3 Mt／a）等小煤矿，其余地段为规划区未开发，可划分为高强度开发区和高强度开采区。

榆神矿区三期规划区处于项目环评阶段，规划了小保当一号等6个井田，规划区面积870 km2，规划的井田面积726 km2，占规划区面积的83.45%，属于高强度开发区。

综上，榆神府区高强度开采区面积达2403 km2，占区域面积的31.67%；中强度开采区面积639 km2，占区域面积的8.42%；高强度开发区面积1687 km2，占区域面积的22.24%。规划区实施后，高强度开采区将占全部面积的53.91%，严重超过了环境容量负荷，应该适当放缓未开工井田的建设步伐，尤其是神府新民矿区、榆神矿区未开工的井田，建议暂缓开发。

3.2 高强度开采区地质灾害调查

陕西神府新民、内蒙古东胜矿区的高强度开采，造成了泉水干涸和窟野河断流，这样的实例不胜枚举。1999年，锦界井田开始勘探、开发，尽管笔者通过不同途径呼吁暂缓开发锦界井田 （区），但没有奏效。锦界煤矿根据矿井实际涌水量设置了6200 m3／h的排水能力，成为鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田矿井涌水量最大的矿井，不仅大幅度增加了煤炭生产成本和安全投入，而且对采兔沟水库 （水源地）及秃尾河基流量也会产生较大影响。

高强度开采造成了严重的地面塌陷、地裂缝发育，对植被根系产生较大拉裂，致使部分裂缝附近植被枯萎或盖度明显降低，这种以黄土地貌区地面变形、地裂缝发育为特点的地质灾害主要分布于神木与府谷县交接的新民矿区、神木县城附近的大砭窑煤矿一带。而在沙漠地貌区，虽然采动也造成了地表强烈变形，但由于沙地的松散，自然弥合作用较快，尤其是雨季，裂缝很快弥合，在地表很难发现裂缝，一旦错过裂缝显现时间，很难再看到采动损害现象，但这并不能消除采动损害，尤其是萨拉乌苏组富水区，采动损害往往造成含水层地下水水位下降，进而影响植被种群及生理指标。

因此，榆神府矿区应该合理确定开发规模和调整开发布局，确保煤炭经济发展与环境保护相协调。

4 结论

（1）提出了开采强度的定义，开采强度是指单位范围内煤炭资源开采量与总量的占比，或表述为单位面积范围内的开采面积与总面积之比。

（2）初步给出了面积开采强度、空间开采强度和时间开采强度的定量指标，认为面积开采率达到0.6以上属于极高强度开采，0.3～0.6属于高强度开采，0.1～0.3属于中强度开采，0.1以下属于低强度开采；空间开采强度，采高达到4.50 m属于高强度开采，1.30～4.50 m属于中强度开采，1.30 m以下属于低强度开采；时间开采强度未界定。以面积、空间开采强度组合后，确定一个区域的煤炭开采强度。

（3）目前神府新民矿区和榆神矿区的一、二期开发区开采强度过大，已经超过了环境承载力，建议停止在这些区域新建煤矿，原有煤矿不宜再扩大规模，并对采矿权面积小的一些煤矿进行关闭，榆神矿区三期已经规划，建设序幕已经拉开，建议只建设小保当一号井，其余规划井田暂不建设。榆神矿区西部可新建1处大型煤矿。

［1］范立民 .论陕北煤炭资源的适度开发问题 ［J］.中国煤田地质，2004（2）

［2］范立民 .论保水采煤问题 ［J］.煤田地质与勘探，2005 （5）

［3］范立民 .陕北煤炭基地规划中几个关键技术问题的探讨 ［J］.陕西煤炭，2005（1）

［4］王双明，范立民，黄庆享等 .生态脆弱地区的煤炭工业区域性规划 ［J］.中国煤炭，2009（11）

［5］赵晓光，宋世杰，管园园 .基于灰色关联度的开采沉陷关键影响因子分析 ［J］.中国煤炭，2010（9）

［6］张金锁，刘春光，张伟等 .煤炭资源安全绿色高效开发综合评价研究 ［J］.中国煤炭，2014（2）

［7］李亮 .高强度开采条件下堤防损害机理及治理对策研究 ［D］.中国矿业大学，2010

［8］张周权 .高强度开采区域孤岛回采的矿压显现特点的研究 ［J］.能源技术与管理，2008（5）

［9］王永强 .高强度开采条件下巷道稳定性研究 ［D］.太原理工大学，2010

［10］滕永海，刘克功 .五阳煤矿高强度开采条件下地表移动规律的研究 ［J］.煤炭科学技术，2002（4）

［11］刘鹏亮 .宽条带充填全柱开采地表移动变形特征研究 ［J］.中国煤炭，2014（2）

［12］范立民 .陕北地区采煤造成的地下水渗漏及对策［J］.矿业安全与环保，2007 （5）

［13］马雄德，王文科，范立民等 .生态脆弱矿区采煤对泉的影响 ［J］.中国煤炭地质，2010（1）

On coal mining intensity and geo-hazard in Yulin-Shenmu-Fugu mine area

Fan Limin1，2
（1.Shaanxi Geological Survey，Xi'an，Shaanxi 710065，China；2.Shaanxi Institute of Geo-Environment Monitoring，Xi'an，Shaanxi 710054，China）

The development of geo-hazard in mining area is related to the coal mining intensity.This paper proposes the concept of high-intensity mining and the classification standard of mining intensity based on the surveyed status of geo-hazard in high-intensity mining area.Highintensity mining is characterized by large mining acreage in level plane，large mining dimension in space and high advancing speed.It can be divided into extremely-high，high，moderate and low intensity mining areas according to the mining intensity in unit mining area.Then，the paper lists the partition in the Yulin-Shenmu-Fugu mining area according to the mining intensity：in Shendong，Shennan，Xinmin mining areas and in 1st，2nd stage planning area in Yulin-Shenmu mining area，the mining intensity is too high；in the 3rd stage planning area in Yulin-Shenmu mining area，the exploitation is excessive，so the moderate exploitation is necessary and the development and construction should be slowed down in the underdeveloped area.Finally，this paper surveys the development regularity of geo-hazard in high-intensity mining areas.

coal mining，mining intensity，high-intensity coal mining，geology hazard，Yulin-Shenmu-Fugu mining area

TD823

A

国家重点基础研究 （973）计划 “西部煤炭高强度开采下地质灾害防治与环境保护基础研究”（2013CB227900）

范立民 （1965-），男，山西曲沃人，教授级高级工程师，从事矿区环境地质工作。

（责任编辑 张毅玲）