西部煤礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評地表沉陷專題問題及探討

蔣德林

(煤炭科學(xué)研究總院西安研究院陜西西安 710054)

西部煤礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評地表沉陷專題問題及探討

蔣德林

(煤炭科學(xué)研究總院西安研究院陜西西安 710054)

地表沉陷專題是煤礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評的核心之一,而專題評價中由于受煤礦區(qū)勘探程度、規(guī)劃方案階段其設(shè)計深度不足、實測參數(shù)缺失、預(yù)測參數(shù)選取困難等因素限制,地表沉陷評價結(jié)論往往有失偏頗。本文收集了目前已經(jīng)通過審查的西部典型煤礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評地表沉陷專題中存在的問題,并以西部典型煤礦區(qū)(榆橫礦區(qū)南區(qū))為例進行了剖析,探討了礦區(qū)規(guī)劃階段的評價方法。

西部煤礦區(qū);規(guī)劃環(huán)評;地表沉陷;問題;探討

戰(zhàn)略環(huán)評[1](StrategicEnvironmentalAssessment,簡稱“SEA”)是對政府政策、規(guī)劃或計劃(PPP,Policy,Plan&Program)可能受到環(huán)境、資源條件的制約,及其實施產(chǎn)生的環(huán)境影響進行宏觀層面的規(guī)范、系統(tǒng)的綜合評價,SEA的目的是在大尺度區(qū)域性的環(huán)境資源特征正確認識的基礎(chǔ)上,消除或降低規(guī)劃在環(huán)境保護方面的缺陷,從源頭的源頭保護生態(tài)環(huán)境和控制環(huán)境污染。2003年 9月 1日頒布的《中華人民共和國環(huán)境影響評價法》和 2009年 10月 1日實施的《規(guī)劃環(huán)境影響評價條例》才真正以法律形式明確了規(guī)劃環(huán)評在我國法律中的地位。

目前,我國規(guī)劃環(huán)評處于起步探索階段,而煤礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評開展更晚。在國家確定的 13個大型煤炭基地和產(chǎn)煤省規(guī)劃的煤礦區(qū)中,僅有 48個礦區(qū)完成了礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評報告書的審查占總數(shù)不足 30%,而且新一輪的礦區(qū)規(guī)劃又將開始。因此,針對不同礦區(qū)尋求適當?shù)脑u價方法,有許多問題值得探討,特別是對占我國煤炭資源 67%[2]的西部生態(tài)脆弱和水資源嚴重缺乏地區(qū)的煤礦區(qū),因煤炭開采地表沉陷引起的土地利用功能變化、地下水資源流失、植被退化、土壤沙漠化等生態(tài)環(huán)境問題。而作為生態(tài)環(huán)境影響評價核心內(nèi)容之一的開采沉陷影響評價方法、思路各異,問題多多。本文將以陜北侏羅紀煤田榆橫礦區(qū)南區(qū)總體規(guī)劃為例,探討我國西部煤炭礦區(qū)開采沉陷影響評價中存在的問題及其應(yīng)對的方法和思路。

1 評價中存在的問題

根據(jù)目前環(huán)保部已審的煤礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評報告書來看,礦區(qū)開采沉陷影響評價中存在的問題主要有：①由于西部礦區(qū)規(guī)劃大都處于尚未開發(fā)階段、地質(zhì)勘探程度低下、煤炭資源賦存的地質(zhì)條件和礦井生產(chǎn)實測資料缺乏,加之評價單位因缺乏必要的礦山工程和煤炭開采的專業(yè)知識,對采煤引起的地表沉陷機理認識不足泛泛而談;②照搬照抄規(guī)范和規(guī)劃文本,而不去對礦區(qū)的地質(zhì)特征、資源賦存特點以及煤層結(jié)構(gòu)和煤巖性特征進行深入的研究,其結(jié)果是對地表沉陷預(yù)測參數(shù)選擇不盡合理、針對性不強;③缺乏對地表沉陷總體特征的認識和沉陷過程的“動態(tài)”分析,達不到規(guī)劃環(huán)評宏觀控制性的目的;④礦區(qū)生態(tài)綜合整治分區(qū)的劃定、整治目標及整治措施針對性差。

2 評價的方法和思路

2.1 典型礦井重點分析及其趨勢外推

根據(jù)我國目前已開展規(guī)劃環(huán)評的西部煤礦區(qū)地質(zhì)勘探程度來看 (見表 1),這些礦區(qū)的勘探程度 (指詳查及以上勘探程度)一般低于 60%以下,甚者不足 30%。這樣低勘探程度的礦區(qū),評價中很難對礦區(qū)的地質(zhì)特征有更準確、更深入的了解、把握,尤其是煤系地層、煤系上覆巖層的巖性特征。而這些地層的巖性特征卻在地表變形預(yù)測中非常重要,直接決定預(yù)測結(jié)果的合理性。針對低勘探程度的礦區(qū),地表變形預(yù)測一般采取典型礦井分析及其趨勢外推法,即選取礦區(qū)先期開發(fā)、地質(zhì)勘探程度相對較高的井田作為重點預(yù)測,并由此推至整個礦區(qū)。典型礦井重點分析及其趨勢外推使用過程中,應(yīng)注意采煤沉陷與采煤工藝對應(yīng)關(guān)系。

表 1 煤礦區(qū)勘探程度統(tǒng)計表

2.2 地表移動的預(yù)測方法及其參數(shù)選取

當前應(yīng)用的地表移動計算理論和方法主要包括影響函數(shù)法 (概率積分法)、理論模型法、經(jīng)驗方法三種。各方法的優(yōu)缺點及其適用情況見表2。

通過表 2分析可知,對于勘探程度總體較低、尚未積累地表變形實測資料的西部煤礦區(qū)而言,概率積分法較為實用。概率積分法預(yù)測地表移動重點、難點是預(yù)測參數(shù)的獲取,主要參數(shù)有下沉系數(shù) (q)、主要影響正切角 (tgβ)、水平移動系數(shù)(b)、影響半徑 (r)及影響傳播角 (θ)等[3]。這些參數(shù)的取值與煤層上覆巖層巖性、煤層開采方法、頂板管理方法、重復(fù)采動次數(shù)及采深、充分采動程度、采厚比、煤層傾角等因素有關(guān)。對已有觀測資料的礦區(qū),可在相關(guān)內(nèi)容 (如礦區(qū)煤田地質(zhì)條件、開采工藝、煤層賦存狀況)專業(yè)分析的基礎(chǔ)上通過工程類比獲取;對無歷史觀測資料可查時,可依據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》通過理論計算獲取預(yù)測成果,以此對礦區(qū)范圍的地表變形作出宏觀分析,界定地表變形環(huán)境敏感區(qū),為項目環(huán)評時進一步預(yù)測提出方向性的要求和建議。

表 2 地表移動預(yù)測方法優(yōu)缺點及其適用性對比表

2.3 礦區(qū)沉陷過程分析

礦區(qū)總體規(guī)劃環(huán)評不同于單個項目環(huán)評,沉陷過程的模擬分析有利于對整個礦區(qū)開采沉陷影響情況有一個整體性把握;它不但能反映礦區(qū)開發(fā)地表沉陷對環(huán)境的影響過程及初步確定影響程度,同時也為地表沉陷對土地資源、水土流失影響定量化分析、預(yù)測提供數(shù)據(jù)支撐。沉陷過程分析視對礦區(qū)開發(fā)程度高低不同而采用方法的不同,對于對尚未大規(guī)模開發(fā)的礦區(qū) (如大部分西部礦區(qū))可采用情景模擬的方法,對老礦區(qū) (如東部礦區(qū))可采用噸煤土地沉陷率等指標進行分析。

2.4 結(jié)合生態(tài)服務(wù)功能制定礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)方案

根據(jù)目前已開展的西部煤礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評文件,礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)方案的制定很少或沒有與礦區(qū)實際生態(tài)服務(wù)功能緊密結(jié)合,故恢復(fù)目標針對性差、恢復(fù)措施操作性差。根據(jù)西部煤礦區(qū)自然環(huán)境特點,按各分區(qū)生態(tài)服務(wù)功能對采煤沉陷區(qū)進行分區(qū)設(shè)置整治目標、整治措施,可使礦區(qū)采煤沉陷區(qū)生態(tài)恢復(fù)的目標和整治措施的針對性、操作性更強。一般而言,煤礦區(qū)生態(tài)綜合整治分區(qū)制定的原則是在生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查、生態(tài)敏感性分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合礦區(qū)生態(tài)服務(wù)功能及地表變形預(yù)測結(jié)果,在綜合運用遙感和地理信息系統(tǒng)取得的成果上劃界、分區(qū)。

3 實例分析

3.1 榆橫礦區(qū)南區(qū)簡況

榆橫礦區(qū)南區(qū)總面積 1700km2,屬西部陜北侏羅紀煤田一部分,是國家重點開發(fā)區(qū)域的重點礦區(qū),礦區(qū)勘探程度相對較高而列為先期開發(fā)區(qū),其面積約 549.14km2,地質(zhì)儲量約 1488.89Mt,可采儲量 992.00Mt,主采煤層為 3號煤,礦區(qū)共規(guī)劃建設(shè) 11座井工礦井,礦區(qū)均衡生產(chǎn)服務(wù)年限50年。

3.2 地表移動預(yù)測參數(shù)求取

榆橫礦區(qū)南區(qū)地表移動預(yù)測采用典型礦井(先期開發(fā)、地質(zhì)勘探達到精查的某礦井)重點分析,并將其趨勢外推于整個礦區(qū) (大型礦井開發(fā)區(qū)),地表變形預(yù)測參數(shù)主要通過理論計算獲取。在理論計算時,首先判定充分采動程度,即典型礦井 3號煤平均埋深 (H0)206.28m,單個采煤工作面開采結(jié)束后形成采空區(qū)長 ×寬 =2460m(最小)×300m,均大于 1.2～1.4H0[4],屬充分采動;在此基礎(chǔ)上求得下沉系數(shù) (q)為 0.62,主要影響角正切 (tgβ)為 1.91,主要影響半徑 (r)為 108m,開采影響傳播角 (θ)為 89.32°。

3.3 礦區(qū)采煤沉陷過程分析

針對礦區(qū)為新開發(fā)礦區(qū)和勘探程度較低的特點,沉陷過程分析宜采用情景模擬分析法,即根據(jù)礦區(qū)規(guī)劃擬定的井田開拓方式、采煤方法,各規(guī)劃礦井按“一井一面”、“分區(qū)開采”(并按此情景進行地表沉陷過程預(yù)測評價,雖然預(yù)測結(jié)果可能會和實際會有一定差距,但仍可以代表礦區(qū)開發(fā)地表沉陷的基本情況),并結(jié)合礦區(qū)滾動開發(fā)計劃、時序、開采規(guī)模、煤炭資源儲量、煤層賦存條件以及開采地表沉陷穩(wěn)定 (本區(qū)地表變形一般在采后0.2～0.4年出現(xiàn),變形出現(xiàn)、達到峰值、最終穩(wěn)定一般需要 1.3～1.6年的時間)及恢復(fù) (恢復(fù)期按2個生產(chǎn)季)等情況,預(yù)測礦區(qū)開發(fā)累計地表沉陷面積、累積地表沉陷穩(wěn)定恢復(fù)面積及地表沉陷面積 (未穩(wěn)定)與開采時間 (2008～2020年)的關(guān)系見表 3。

表 3 礦區(qū)沉陷和恢復(fù)土地面積隨時間變化表

表 4 開采沉陷區(qū)生態(tài)綜合整治分區(qū)表(增加限采的內(nèi)容)

根據(jù)沉陷過程分析可知,煤炭開采沉陷不穩(wěn)定面積隨規(guī)劃建設(shè)項目的實施不斷增加,礦區(qū)步入均衡生產(chǎn)期后沉陷不穩(wěn)定面積達到最大2571hm2(沉陷土地恢復(fù)按 4年考慮,恢復(fù)前均按不穩(wěn)定面積考慮);趨勢預(yù)測：均衡生產(chǎn)期后隨著煤炭資源開采殆盡,礦區(qū)進入衰退期,沉陷不穩(wěn)定面積隨著礦區(qū)開發(fā)規(guī)模的降低而逐漸減小,全部井田煤炭資源開采完畢 4年后,采煤對地表損害影響因素消失。

3.4 生態(tài)綜合整治分區(qū)

榆橫礦區(qū)南區(qū)以黃土丘陵和風(fēng)沙區(qū)地貌為主,是陜西省重要水土流失監(jiān)督和重點治理區(qū),防止土地沙化和水土流失是改善本區(qū)生態(tài)環(huán)境的首要任務(wù);此外,本區(qū)黃土丘陵區(qū)旱地已退耕還草林,耕地主要分布于區(qū)內(nèi)主要地表水體沿線 (如無定河及其支流蘆河河灘);因此本礦區(qū)生態(tài)綜合整治的總體目標是防止土地沙化和水土流失,據(jù)此榆橫礦區(qū)南區(qū)規(guī)劃區(qū)生態(tài)綜合整治劃分見表4(此處重點論述綜合整治分區(qū)原則,具體整治措施、整治目標從略)。

總之,礦區(qū)總體規(guī)劃環(huán)評在提出預(yù)防和減緩措施時應(yīng)結(jié)合礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的實際情況,做到有的放矢、因地制宜,不應(yīng)硬套。

4 結(jié)論

地表沉陷評價是煤礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評的核心內(nèi)容之一,本文針對西部礦區(qū)總體勘探程度 (詳查及詳查以上)低等問題,提出了評價思路與評價方法的選擇,同時根據(jù)西部煤礦區(qū)規(guī)劃特點及所在區(qū)生態(tài)環(huán)境特殊性,指出了規(guī)劃環(huán)評地表沉陷專題評價中的重點和難點以及易被忽視的問題,提出了相應(yīng)的對策和方法。雖然這些研究思路和評價方法已在西部煤礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評中得到應(yīng)用,并得到一定的認同,但對西部煤礦區(qū)不同的地質(zhì)條件和生態(tài)環(huán)境背景下,能否在煤礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評中進一步推廣(如典型礦井外推法),還需要實踐的驗證;此外,本文提出的評價方法是否適合于其它礦區(qū) (中部區(qū)、東部區(qū))規(guī)劃環(huán)評有待進一步研究。

[1]李巍,李貞,李天威.戰(zhàn)略環(huán)境評價發(fā)展、經(jīng)驗與應(yīng)用實踐[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2006.6.

[2]國家發(fā)展和改革委員會.煤炭工業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃[Z],2007.1.

[3]國家煤炭工業(yè)局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)壓煤開采規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2005.5.

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X321

A

1673-288X(2010)06-0061-04

蔣德林 (1975—),男,山東沂南人,工程師,主要從事建設(shè)項目和規(guī)劃環(huán)境影響評價工作。