采煤塌陷區防洪評價要點探討

陳小鳳 胡 軍

采煤塌陷區防洪評價要點探討

陳小鳳 胡 軍

安徽省淮北地區是我國重要的煤炭基地和能源基地，在區域社會經濟發展中占有舉足輕重的地位。區域煤炭資源長期開采引發地面沉降、地面塌陷等一系列環境地質問題。據統計，安徽省淮北地區現有采煤沉陷區積水面積近90km2，積水容積2.4億m3，平均水深3～5m，最深達到8～12m。預計到2025年，采煤沉陷積水面積達到近200km2，積水容積達15億m3。

采煤塌陷區會導致區域地表河流水系變化，改變原有的排水系統，影響河道行洪、堤防安全、河勢穩定、水利規劃等。根據《中華人民共和國防洪法》和《河道管理范圍內建設項目管理的有關規定》等，涉河項目需編制防洪評價報告。本次以安徽省淮北地區童莊礦井為例，進行采煤塌陷區防洪評價要點的分析和探討。

一、采煤塌陷區特點

1.滯后性和長期性

采煤塌陷區是在煤炭開采一定規模和一段時間之后才會出現，并且隨著開采范圍的擴大，塌陷范圍和深度會相應增加，當整個礦井開采完畢后塌陷區穩定沉降還需要一定的時間。

2.不確定性

因煤炭資源分布、地質條件等差異，受開采規模和開采深度等影響，塌陷深度不一。受開采進度和開采方案的影響，塌陷時間和范圍也會發生相應變化。因此首先確定煤炭資源分布范圍、規劃開采范圍，根據開采進度和分區合理預測采煤塌陷區的邊界、塌陷深度及相應的面積。

二、采煤塌陷區防洪評價要點

煤炭礦井開采設有的礦井工業場地、主井、副井、中央回風井等在正常使用過程中要確保不受場地設計洪水的威脅。同時要確保采煤形成的塌陷區對附近的河流、堤防等影響降到最小，明確影響發生時需采取的補救措施和補償方案，因此采煤塌陷區防洪評價是雙向的。

1.煤炭行業規模等級及防洪標準

煤炭行業礦井和選煤廠不同類型規模等級標準參考《煤炭工業礦井設計規范》確定，礦井井口設計防洪標準為100年一遇，校核防洪標準為300年一遇，礦井工業場地設計防洪標準為100年一遇。

2.采煤塌陷區范圍確定

根據礦井煤炭資源分布范圍，確定開采邊界，依據礦井的開采計劃分析出采煤塌陷的范圍、深度和最終穩定塌陷的范圍，并繪出塌陷區下沉等值線圖。同時根據礦井工業場地、主井、副井、中央回風井所在的位置和高程，判斷是否處于采煤塌陷區范圍內，并分析判斷礦井工業場地及井口是否受洪水威脅。

3.設計洪水計算

采煤塌陷區可能會影響到區域內河道、大溝等地表水系，涉及洪水和澇水計算。河道的設計洪水可直接采用設計報告中的設計流量、設計水位等成果；如果沒有，可采用安徽省淮北地區常用的經驗計算方法。流域面積500～5000km2的可采用《淮北除澇水文計算辦法》，流域面積小于500km2可采用《安徽省淮北地區除澇水文計算辦法》。

4.塌陷對堤防的影響

（1）對堤防變形的影響

堤防有一個能承受的最大允許變形值，地下采煤引起的地表移動和變形，對沉陷范圍內的河道堤防將產生影響。國家煤炭工業局2000年頒布的《建筑物水體鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》中規定，磚和混凝土的壩和堤，其極限地表水平變形值為2.5mm/m；有溢水設施的土壩和堤，其允許地表水平變形值為6.0mm/m，極限地表水平變形值為9.0mm/m；無溢水設施的土壩和堤，其允許地表水平變形值為4.0mm/m。如果河堤所在地表的變形值達到臨界變形值中的某一個指標，則認為河堤可能會受到損害。

（2）對堤防滲透穩定的影響

堤下采煤堤防存在著堤基差、滲水性大、堤身不密實、堤后坑塘多等弊病。除堤頂擋水高程不足引起漫頂外，其他絕大多數是由滲透破壞所致。影響河堤及邊坡穩定的主要因素有：土層工程性質差異很大，存在軟弱土層，如淤泥質粘土等；強透水層與隔水層共存，土體中有很大的靜水壓力與動水壓，堤防下伏有粉細砂等液化層。

5.塌陷對河道行洪、河勢穩定等方面影響

采煤塌陷區內河流水系可能會與附近的河道溝通，對河道行洪、河勢穩定、防汛搶險、水利規劃、第三方合法水事權益等有不同程度的影響，在實際評價中要針對塌陷區的具體情況做出針對性的評價，提出可行的補償方案與補救措施。

三、實例

童莊礦井位于安徽省蒙城縣境內，井田東西長7 km，南北寬0.5～2km，面積約7.63km2。井田東北側有任樓煤礦，南側有許疃煤礦，東側與任樓煤礦相連，東北距宿州市約37km，西南距蒙城縣城約30km。童莊礦井位于淮北平原中部，區內地勢平坦，地面標高+25.20～+26.90m，西北略高，向東南微傾。童莊礦井位于淮河水系，區內無天然河流，但人工溝渠縱橫，自西北向東南流入淮河支流北淝河，后注入淮河。童莊礦井位于澥河郭家（0+000）～忠陽（21+100）段，井田邊界位于澥河邊，采煤沉陷區預測邊界距澥河約1.12km，玉亭溝從礦區穿過。

1.采煤塌陷區范圍

童莊礦井首采區中央（72～82）采區服務年限15年，15年至20年開采中央（51～52）采區和西一采區，因此前15年中央采區逐步沉陷，15～20年西一采區逐漸出現沉陷。首采區開采結束后所形成的塌陷面積約1.41km2，其中塌陷深度2.0m以上積水面積約1.08km2，最大塌陷深度約8.6m。全井田開采結束后所形成的塌陷面積約7.28 km2，其中塌陷深度2.0m以上積水面積約4.64km2，最大塌陷深度約10.3m。首采區及全井田造成的地表塌陷范圍內不同下沉深度影響面積見表1。

2.洪水對工業場地及井口的影響

澥河設計防洪標準為20年一遇，除澇標準為5年一遇，礦井所在處澥河河段5年一遇除澇水位25.6m，20年一遇防洪水位26.70m，堤頂高程27.30m。當發生一般小洪水時，礦井工業場地基本不受洪水影響。當發生20年一遇或超標準洪水時，澥河可能會漫堤，工業場地洪水主要為內澇洪水和澥河的漫堤洪水。工業場地設計洪水位可按照澥河潰壩洪水位及場地內澇水位水面線估算。由于澥河距離場地較近，從安全考慮，假定超標準洪水位達到壩頂時潰破，參考設計洪水位及堤頂高程且不計水面落差，估算工業場地100年一遇設計洪水位為26.35m，300年一遇校核洪水位為26.45m。

礦井工業場地地面高程為25.0～26.0m，為了保證工業場地不受洪水影響，建議將工業場地地面加高至26.35m以上。童莊礦井主井、副井、中央回風井的井口高程均為+27.0m，高井口高程設置合理。由于主井、副井及中央回風井施工周期相對較長，在施工過程中要采取一定的防護措施避免洪水澇水進入井內。

3.采煤塌陷對區域水利規劃、水系等的影響

礦井所在河段目前暫無相關水利規劃，井田采煤沉陷區預測邊界距澥河約1.12km，未影響到河道管理范圍。當沉陷區范圍不斷擴大，玉亭溝等地表排澇水系會發生沉降，面上的排澇系統會被破壞，建議在沉陷初期可采用建設臨時排澇設施排澇，當沉陷穩定后要對地表河流進行系統整治，確保區域除澇安全。

4.采煤塌陷對堤防、防汛搶險等方面的影響

童莊礦井穩定沉陷后距離澥河堤防約1.12km，不在河道的管理范圍內，不影響河道行洪、河道內第三方合法水事權益等。建議在澥河右堤建立實時監控，分析其動態移動與變形規律，及時對堤防進行加固處理。采煤單位應根據井下條件制定切實可行的地下處理措施，預留一定數量的煤柱或縮小開采范圍，盡量減少地面沉降量。

礦井開采形成的塌陷區會引起李堿昌到許疃鎮的鄉級公路發生沉降，可在沉陷區外側修建公路，與未沉陷的原道路相連接，確保防汛道路安全暢通，以備塌陷后汛情出現時能及時進行搶險。

玉亭溝等面上大溝沉陷發生初期通過建設臨時排澇站排澇，當全井田開采結果沉陷穩定后，要開展地表水系系統整治，恢復水系區域排澇、灌溉功能。項目建設應嚴格按照相關程序報相關水行政，各項建設均按批復意見辦理，如存在影響其他第三人合法水事權益，也將依有關法規調解或者補償。

四、結論

為了確保礦井工業場地及開采井的不受設計洪水的威脅，將采煤塌陷對河流水系、堤防等影響降到最小，開展采煤塌陷區防洪評價十分必要。以安徽省淮北地區童莊礦井為例開展采煤塌陷區防洪評價要點研究與探討，現總結如下：（1）確定礦井及工業場地的設計洪水標準，計算工業場地和礦井的設計洪水位，分析是否滿足防洪標準需求；（2）根據煤炭分布特點及開采方案確定采煤塌陷范圍及深度；（3）合理計算校核河道的設計水位和設計流量，分析塌陷對河道行洪的影響；（4）分析塌陷區對河勢穩定、堤防安全、防汛搶險、第三方合法水事權益等方面的影響，提出有針對性的補救措施。在實際工作中，要針對每個塌陷區的特點有針對性進行防洪評價，并提出有效的補救措施和補償方案，既要確保工業場地和礦井的安全，又要將塌陷區對區域防洪等方面的影響降到最小

表1 井田地表塌陷深度影響面積統計表

（作者單位：水利水資源安徽省重點實驗室 安徽省·水利部淮委水利科學研究院 233000）