井工煤礦開采對地質(zhì)環(huán)境的影響研究

閔 超

（長安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054）

中國煤炭資源埋藏較深，井工開采是主要的開采方式，其占比在90%以上。井工開采項目的建設(shè)工程種類多，包括主體工程、輔助工程、公用工程、儲運工程等，其所占土地面積在數(shù)十平方公頃以上，向下采掘深度往往在數(shù)百米以上，對地質(zhì)環(huán)境造成了嚴重的破壞。

1 地面沉陷

開采沉陷是由于地下巖層被采空，地面覆蓋巖層失去支撐而出現(xiàn)重力變形和斷裂的現(xiàn)象，是井工煤礦區(qū)最常見、最主要的地質(zhì)環(huán)境問題。在CNKI 數(shù)據(jù)庫對其檢索發(fā)現(xiàn)，開采沉陷在煤礦開采環(huán)境問題文獻中所占比例最大，其所受關(guān)注度最高。目前，中國煤礦環(huán)境影響評價工作對地面沉陷的預(yù)測主要依據(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》中的概率積分法，該方法是在隨機介質(zhì)理論的基礎(chǔ)上延伸、簡化、發(fā)展而來的一種基于幾何學(xué)的開采沉陷預(yù)測方法[1]。近些年，出現(xiàn)了眾多對概率積分法參數(shù)進行優(yōu)化的新算法，包括遺傳算法[2]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法[3]以及果蠅算法[4]等。

胡炳南等[5]的統(tǒng)計結(jié)果表明，中國由于煤礦開采造成的土地塌陷面積高達20 000 km2。地面沉陷改變了地表水的水流方向，地面起伏變大，低洼區(qū)易匯集降雨，加劇水土流失，直接威脅采區(qū)周邊的生態(tài)環(huán)境；此外地面沉陷造成地表裂縫，引發(fā)安全事故，同時使地表建筑、交通設(shè)施（道路、橋梁等）變形，對人民的生命及財產(chǎn)安全帶來極大損失。

2 水資源流失及污染

2.1 水資源流失

中國煤炭資源主要分布在淡水資源匱乏的西北地區(qū)，井工煤礦開采破壞了地下含水層的水力平衡，同時伴隨發(fā)育導(dǎo)水裂隙帶，繼而引發(fā)大量的礦井涌水，造成地下水水位降低，加劇西北地區(qū)水資源短缺危機。柳寧等[6]的研究結(jié)果表明，榆神府地區(qū)因煤礦開采而造成的年排水量約為5×107m3，并且隨著其余規(guī)劃煤礦的建成，年排水量將會增加約1.4×108m3，對于地下水位預(yù)測結(jié)果也表明從2013—2048年，礦區(qū)地下水位年降幅將超過20 m。目前，礦井涌水量的計算方法包括解析法、大井法、數(shù)值法等，其中大井法的應(yīng)用最為廣泛，常在煤礦環(huán)境評價工作中用以計算礦井涌水量。

2.2 水資源污染

采區(qū)水資源污染原因復(fù)雜，首先地下水在采礦活動的干擾下加大了對礦石中硫化物及重金屬的溶解，此外，地下水流出地表與空氣接觸，水中的硫離子發(fā)生氧化，加劇水質(zhì)酸化。王振興等[7]的研究結(jié)果表明采礦活動會明顯劣化地層中各含水層的水質(zhì)。開采項目生活污水的跑、冒、滴、漏和矸石山淋溶水同樣也會對地下水水質(zhì)產(chǎn)生影響。

3 土地環(huán)境問題

煤礦工程需要對大面積土地進行開發(fā)，以建設(shè)煤炭的開采、分選、儲存、運輸、生活等場地。開發(fā)土地會直接破壞地表植被，破壞土壤團粒結(jié)構(gòu)，降低土地耕種能力。煤矸石需要壓占大量土地，同時煤矸石含有SO42-、Zn、Cu 等組分，如不設(shè)專門的矸石倉及采取防滲措施，可對土壤造成污染。劉玥 等[8]的研究結(jié)果表明煤矸石周邊200 m 范圍內(nèi)的重金屬Pb、Zn、Cu、Cd 含量均嚴重超過中國土壤元素背景值，且重金屬Pb、Zn 在土壤中容易發(fā)生轉(zhuǎn)移，對周圍生態(tài)存在嚴重安全隱患。

中國大部分煤炭資源集中分布在氣候干旱的西北地區(qū)，地表蒸發(fā)量大，由于地下水含鹽度高，長期外排地下水進入土壤，就會造成土壤鹽堿化；礦井水長期匯入低洼地區(qū)，也會造成土地沼澤化。井工煤礦開采會造成地下水疏干，因此，地表水與土壤中的水分會在重力作用下滲透補給地下水，地面生態(tài)在長期缺水狀態(tài)下遭到破壞，土壤出現(xiàn)沙漠化，同時水土流失風險加大。

經(jīng)閱讀多份中國井工煤礦環(huán)境影響評價報告書，對其中四個煤礦的占地面積、礦井涌水量及預(yù)測開采終止最大下沉面積數(shù)據(jù)進行整理，如表1所示，其中礦井涌水量由于礦區(qū)所在位置地下水條件的不同會出現(xiàn)較大差距。

表1 中國某四個煤礦的部分信息表

4 結(jié)束語

井工煤礦開采對地質(zhì)環(huán)境的影響具有綜合性與多面性，各個問題之間也相互聯(lián)系、相互影響。中國政府要加強對煤炭企業(yè)的監(jiān)督，確保環(huán)境影響評價的真實性，同時企業(yè)需要承擔起治理礦區(qū)環(huán)境問題的重擔，秉持“重點治理”與“全面治理”理念。全國煤礦所在位置的地質(zhì)、地理環(huán)境各異，各個煤礦開采造成的環(huán)境風險也不同，建議中國建立科學(xué)的煤炭開采環(huán)境影響分級劃分制度，為全國煤炭開采風險進行劃分，有利于確定開采順序及減小環(huán)境風險。