淮北市采煤沉陷区现状问题与治理模式浅析

孔令健

煤炭在我国一次性能源结构中处于主导地位，20世纪50年代煤炭消耗占全部能源的比例曾高达90%。近年来，在经济转型、环保加强等因素的制约下，煤炭消费增速明显放缓。2018年中国煤炭占一次性能源消费比例首次低于60%。由于淮北地区降水较为丰富，加之高潜水位的水文地质条件，采煤沉陷区往往积水，形成人工沉陷水域。淮北市是典型的煤矿城市，沉陷区的治理，在淮北市经济社会发展中一直起着举足轻重的作用。

一、自然地理概况

淮北矿区位于安徽省西北部，地跨淮北、宿州、阜阳和亳州四市。矿区范围：东起京沪铁路和符离集—四铺—任桥一线附近，西止豫皖省界；南自板桥断层，北至鲁皖和苏皖省界。东西长40～150km，南北宽135km左右，矿区面积约12350km2。

淮北矿区煤炭开采强度很大，且全部为地下开采。无论是露天开采还是地下开采，煤炭开采对矿区土壤、水资源、大气循环等生态系统的破坏是不可避免的，而采煤沉陷区无疑是对生态系统的二次破坏。过度开采现象频繁出现，采煤过程中地下水大量疏排直接增加了大面积地面塌陷的可能性，继而引发地质灾害，破坏地下水系统的均衡，导致地下水位下降，形成大面积疏干漏斗，使地表水资源流失。据统计，淮北煤田每采万吨煤，沉陷土地面积约3200m2。自20世纪80年代开始，煤炭开采量逐渐增大，沉陷区增长速度也随之加快。目前淮北煤田地面沉陷总面积已达171km2，部分沉陷区已积水成湖，连接成片，面积约51km2，沉陷中心最深为22m。

二、区域气候条件

淮北市属季风温暖带半湿润气候，四季分明，东冷夏热。全年一般春秋季多东北风，夏季多东～东南风，冬季多北～西北风，平均风速2.0m/s，最大风速18.0m/s；平均气温14.1℃，最高气温40.3℃，最低气温-10.9℃；年平均降雨量842.7mm，且多集中在7、8月份；年平均蒸发量为1045.2mm，全年无霜期平均210天，冻结期一般在十二月上旬至次年的二月中旬，最大冻土深可达19.0cm。

三、采煤沉陷区

淮北市经济以煤炭工业为主导，是国家煤炭基地，煤炭生产全部为地下开采，煤层赋存情况以多层可采和中、厚煤层为主，矿区储量丰富、煤种齐全，已经探明煤炭储量350亿吨。淮北市沉陷区由采煤塌陷形成，形状不规则，以水面蒸发为主要排泄途径，地下水埋藏浅，采煤塌陷区积水率高。淮北市境内的煤炭开采已经有40多年历史，先后建有十几个矿区，分属淮北矿业集团和皖北煤电集团。淮北市每年因采煤沉陷土地约5km2。随着煤炭矿区新井的建立，以及生产规模的扩大，地表沉陷面积不断延伸，沉陷深度不断增加，降雨及埋藏较浅的地下水出露使沉陷区部分形成常年积水水域。淮北市采煤沉陷区在平面分部形成了东（东湖片）、南（南湖片）、西（西湖片）、北（朔里片）和西南（临海童片）五大片区，涉及十四个矿区。以临涣矿为例，受煤炭开采的影响，矿区形成多处塌陷，沉陷区区域平均水深3.45m左右，最大水深达9.0m。区内采煤塌陷积水区面积累计约175.46hm2，其中较大积水区已被开发成平原水库（临涣工业园水库），而其他积水区则被当地农民开发成鱼塘，进行蓄水养鱼。了解地区矿产资源储量及因采煤产生的沉陷区面积，是各级政府做好采煤沉陷区治理工作的前提。只有掌握现有矿产资源储量才能为事前治理做好准备，而把握采煤沉陷区的面积则使得接下来的工作有的放矢。

四、主要问题

煤矿开采活动对矿区水资源环境影响以及如何保护水资源的研究始于20世纪80年代，煤矿开采活动对区域水资源水质、地形地貌等产生严重影响。众多研究结果认为，矿区固废矿物是采煤沉陷区水资源环境最主要的污染源。由于煤矿开采活动，在我国86个重点煤矿区中有71%面临缺水，其中40%的矿区属严重缺水区，尤其在我国北方，矿区能源开发与水资源紧张的矛盾已严重制约了煤炭工业的发展，也制约了国民经济的总体发展。

据现有资料，区域内未发现明显的新构造运动迹象，构造稳定性较好，发生大面积崩塌、滑坡、泥石流、不稳定边坡等地质灾害的可能性较小。因而，现状条件下区内地质灾害类型主要为采空塌陷、矿坑疏排水造成的地面沉降和矸石山小型崩塌地质灾害。

1.采空塌陷

由于开采井下煤炭资源，在岩体中形成了一定的采空空间，使岩体内原应力平衡遭到破坏，在重力作用下，上覆岩层由下而上依次发生冒落、断裂、离层、裂隙、弯曲等各种不同的移动与破坏形式，并向下充填采空空间，从而引起上覆岩层移动，岩层移动逐渐波及地表，进而引起采空塌陷。

2.面沉降

由于矿井不断地疏排矿坑水，导致松散层第四承压含水层水位持续下降，使降水漏斗范围越来越大，在地层上覆荷载作用下，诱发地表产生比采动影响范围大得多的地面沉降地质灾害。根据临涣矿区基岩标、沉降观测孔观测资料，对矿区地面沉降起关键作用的是第四含水层。究其原因，主要是第四含水层上覆的荷载为两部分平衡：一是第四含水层中土颗粒的骨架对它的反力，二是第四含水层的承压水本身作用于土颗粒骨架间孔隙和隔水层底板上的浮托力。由于第四含水层的水位持续下降，即意味着对上覆土体的浮力减少，加之第四含水层的土颗粒因随着水的流动而进行重新排列组合相互密实，于是第四含水层的多孔隙土颗粒被压缩密实，使第四含水层的土颗粒的孔隙率变小，厚度变薄。

3.煤矸石小型崩塌

由于装卸煤矸石时，在矸石山的坡脚形成高陡边坡，破坏了矸石山原来相对稳定的边坡，在雨水、重力和人工机械扰动作用下，松散堆积的煤矸石可能会形成崩塌灾害，其规模是随着装卸矸石的工作面大小而变化的，多数为小型规模，其威胁对象主要是操作工人和装卸设备。

五、综合治理模式

根据淮北市国民经济发展规划，结合淮北市市情和待开发复垦土地资源的现状，经过综合分析，淮北矿区塌陷地复垦规划的指导思想是：认真贯彻落实十分珍惜和合理利用每一寸土地，切实保护耕地的基本国策，科学安排农、林、牧、渔、建设、交通、文娱等用地，一般情况下，采煤沉陷区的规划，应根据区域地理位置和积水深度进行。在城市郊区无积水地区，以农业复垦为主；采煤沉陷积水区，以发展渔业为主，达到最佳的经济、社会和生态效益。在实施中，坚持因地制宜，发挥优势，先易后难，多造耕地，以达到城乡经济配套协调发展，工农关系融洽的目的。多年来，淮北市按照“宜水则水、宜农则农、宜林则林”的原则治理沉陷区，取得了显著的经济、社会和生态效益。

1.土地复垦

调查表明，淮北市矿区待复垦开发的土地面积大，类型多，分布广。采煤塌陷不仅引起了土地肥力、水文状况的改变，使得土地质量下降，塌陷区土地类型产生较大变化，给传统的土地利用方式带来了很大困难。因此，塌陷区的土地复垦应因地制宜地开展。淮北市采煤沉陷区地表耕地和农田面积较大。由于采煤活动过程带来采煤沉陷，破坏耕地，导致大面积土地无法耕种，因此，采煤沉陷区旱地综合治理应当优先考虑保护和恢复耕地农业种植。常用的复垦方法有疏排法、就地取土法、挖深垫浅法等。其中充填复垦主要是利用矸石回填、粉煤灰回填及其他固体废弃物或客土回填，平整土地然后进行农业种植。农业耕种条件不好的地段，也可以发展林业种植。这样既避免了矸石山占地和污染环境，也可有效治理采煤沉陷。

2.水产养殖

淮北市采煤沉陷区内原有水域主要是河流，区域内基本无人工养殖，随着地表下沉形成了大小不一的多处封闭湖泊，近几年水面大面积开发利用，渔业经济得到了迅速发展。采煤沉陷积水区，多为水源充足、水质良好的封闭水域，可发展养鱼、养鸭、鱼鸭混养或者水产加工等养殖业，合理配置，综合开发。既改善了矿区生态环境，也安置了农村富余劳动力，还增加了农民收入，经济效益显著。塌陷区的复垦利用，使畜牧业得到了较快发展，目前已建立了多座动物饲养场。

3.交通设施

采煤活动带来的沉陷区将会使矿区内的公路、铁路等交通基础设施受到一定程度的破坏，破坏程度与地表下沉深度和变形程度密切相关。道路塌陷影响交通运输和出行，对于不可避免的道路塌陷，应及时做好应对措施，可采取修建临时通道的方法，待塌陷稳沉后，填充垫高路基，重新修整路面。对于难以修建临时通道的路面，可采取随塌随治的办法，根据塌陷情况，随时加固路基，保证路面高度的压实度。

4.平原水库

近几年，为配合国家生态文明建设和安徽省生态强省战略的实施，有研究者提出将采煤沉陷区打造为“平原水库”的设想。这样不仅可以提高地处淮河中段的两淮地区的防洪能力，还能解决周边地区因降水时间分配不均造成的干旱缺水问题，同时还能建设人工湿地公园，发挥其生态功能。

六、结语

采煤沉陷区的综合治理，对淮北市的水资源、土地资源的充分利用具有十分重要的意义。根据淮北市的地理位置及气候条件，因地制宜地开发利用土地，以土地复垦为主，实行农作物种植，采煤沉陷积水区实行水产养殖。将沉陷区生态农业、种植业、水产养殖业、工业等有机结合起来，进行沉陷区生态环境恢复，是实现煤矿区可持续发展的必然选择，对于实现采煤沉陷区的经济效益，促进所在区域的可持续发展具有重要意义