楊 帆，秦福鋒，馮英明，張啟慧

(山東省煤田地質局第一勘探隊，山東 日照 276800)

生態(tài)環(huán)境健康發(fā)展是人類賴以生存、維系健康發(fā)展的重要源泉。以破壞生態(tài)環(huán)境為代價的礦山開采，是對人類生存環(huán)境的破壞。礦山地質環(huán)境治理工作是在考慮生態(tài)環(huán)境安全的前提下開展的利國利民的一項國家大計，有助于保護和恢復生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展。與地方經濟相結合礦山地質環(huán)境治理工作的開展解決了發(fā)展地方經濟和保護生態(tài)環(huán)境之間的矛盾，使更多的工礦企業(yè)可以在履行自身義務的前提下，更好地發(fā)展自身潛力，為地方經濟貢獻力量[1-4]。

1 研究區(qū)地理位置

某煤礦位于鄭州市西南約60 km處，距新密市約20 km，距登封市約30 km，行政區(qū)劃隸屬新密市平陌鎮(zhèn)和登封市大冶鎮(zhèn)管轄。新鄭—汝州鐵路從某煤礦15、16采區(qū)北緣通過，井田北部有鄭州至汝州的公路通過，登封至許昌公路自井田西部通過，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間簡易公路縱橫成網，交通較為便利。

2 礦山地質環(huán)境影響評估

2.1 評估范圍和評估級別

(1)評估范圍。根據本次礦山地質環(huán)境調查結果，結合某煤礦資料，考慮到礦山地質環(huán)境問題(主要是采空塌陷、地裂縫)影響，根據煤層埋藏情況、上覆基巖和松散層厚度、不同巖性邊界角，來確定采空區(qū)地表變形影響邊界，以此劃定采空塌陷和地裂縫影響范圍。評估范圍為礦區(qū)范圍及采礦活動影響范圍，面積4.765 2 km2。

(2)評估級別。①評估區(qū)重要程度。根據現場調查，主要因素為村莊、人文景觀、風景區(qū)、公路、鐵路、水利工程、水源地、耕地等情況，評估區(qū)內分布有500人以上的居民集中居住區(qū)，有鐵路、公路等重要交通要道。評估區(qū)重要程度為重要區(qū)。②礦山地質環(huán)境條件復雜程度。主要因素為水文地質、礦體圍巖、地質構造、礦山地質環(huán)境問題、采空區(qū)、地形地貌，綜上6項分析，本礦礦山地質環(huán)境條件復雜程度為復雜型。③礦山生產建設規(guī)模。某煤礦為井工開采，設計生產能力為60萬t/a，屬中型礦山。④評估級別的確定。評估區(qū)重要程度為重要區(qū)，礦山地質環(huán)境條件復雜程度為復雜類型，該礦山生產建設規(guī)模屬中型礦山，確定該礦山地質環(huán)境影響評估精度為“一級”。

(3)礦山地質災害危險性評估級別。某煤礦生產建設規(guī)模60萬t/a，屬中型礦山，重要性為較重要建設項目。評估區(qū)位于丘陵區(qū)，地形較復雜；地質構造較復雜，巖土體工程地質條件差；工程地質、水文地質條件中等；地質災害較發(fā)育，人類工程活動對礦區(qū)地質環(huán)境影響一般。因此，地質環(huán)境條件的復雜程度為復雜。

綜上所述，地質災害危險性評估分級見表1，某煤礦礦山地質災害危險性評估級別為一級。

表1 地質災害危險性評估分級Tab.1 Geological disaster risk assessment classification

2.2 礦山地質災害現狀分析與預測

結合某煤礦地形地貌特征，以及礦山開采特點確定評估區(qū)內地質災害類型主要為地面塌陷。

2.2.1 礦山地質災害現狀分析

通過調查及訪問，現狀條件下，評估區(qū)內地質災害類型為采空塌陷及伴生的地裂縫。

(1)采空塌陷災害。某煤礦開采時間較長，井下采空區(qū)面積為225.85 hm2，約占井田面積的47.79%。經野外實地調查，地面塌陷面積比采空區(qū)面積要大，約315.82 hm2，地表最大下沉量達5.0 m，暫未發(fā)現積水區(qū)。其中已治理塌陷區(qū)面積為255.54 hm2，未治理塌陷區(qū)面積為60.28 hm2。在已治理區(qū)域內，地面塌陷不明顯，治理效果較好；而未治理區(qū)域內，地面塌陷較為明顯。其中，地面塌陷較明顯都處于相對平坦區(qū)域?，F場調查，目前地面塌陷較明顯區(qū)主要分布在主工業(yè)場地西側的13采區(qū)、東南側的21采區(qū)。

(2)采空塌陷伴生的地裂縫地質災害。對于某煤礦來說，煤層埋藏淺，且煤層開采厚度大，井下采空區(qū)面積大，發(fā)生地面塌陷地質災害的規(guī)模大，采礦影響程度強烈。地面村莊較多，且有公路、鐵路等交通干線，塌陷對村莊內的房屋造成損壞，對當地居民人身安全造成威脅，造成的直接經濟損失遠遠大于500萬元，受威脅人數遠大于100人?，F狀條件下，在已開采評估區(qū)內，未治理區(qū)域地面塌陷及地裂縫等地質災害的危害性大；已治理區(qū)域目前已穩(wěn)定，地質災害危害性??；其他區(qū)域地質災害危害性小。礦區(qū)內地面塌陷及房屋裂縫如圖1所示。

圖1 礦內地面塌陷及房屋裂縫Fig.1 Ground collapse and house cracks in the mine

2.2.2 礦山地質災害危險性預測

根據礦山開發(fā)利用方案，未來礦井煤炭資源產量仍為60萬t/a，采煤方法、采煤工藝和頂板控制方法與現狀相同，因而區(qū)內未來也將不存在發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流、巖溶地面塌陷和不穩(wěn)定邊坡等地質災害的可能性，預測區(qū)內未來地質災害類型為采空塌陷及其伴生地裂縫地質災害。

(1)煤礦開采引起的地面變形預測。某煤礦設計采用地下開采方式，二1煤層平均厚7.34 m，煤層埋深130～700 m。該礦二1煤層采用放頂法開采，即傾斜長壁后采法或走向長壁后采法，全部垮落法控制頂板。采礦活動可能引發(fā)地面塌陷地質災害。根據《開發(fā)利用方案》，未來生產采區(qū)為13、14、15、21采區(qū)，其余采區(qū)均已回采完畢。礦井開采進入后期，21采區(qū)尚有4個區(qū)段，13采區(qū)在進行煤柱回收，14采區(qū)剩余3個區(qū)段，15采區(qū)剩余1個區(qū)段。按照各采區(qū)回采完畢進行預測，最大下沉值5 589.39 mm，最大傾斜值45.61 mm/m，最大曲率0.61 mm，最大水平移動值1 676.82 mm，最大水平變形值20.80 mm/m，地表塌陷和變形量較大。開采終了地面塌陷沉降等值線如圖2所示。

圖2 開采結束地面沉降等值線Fig.2 Contour of land subsidence at the end of mining

(2)地表變形引發(fā)或加劇地質災害危險性預測評估。根據計算，地表變形最大下沉值5 589.39 mm，全區(qū)地面塌陷面積將達到76.30 hm2，開采后地表水平變形最大值將達到20.80 mm/m，地表將新增地裂縫災害。因此，預測全井田礦山開采引發(fā)地面塌陷和地裂縫危險性大。

(3)建設工程自身遭受地質災害危險性預測評估。某煤礦工業(yè)場地主要為主工業(yè)場地、瓦斯抽放工業(yè)場地、南風井工業(yè)場地及東風井擬建工業(yè)場地，主工業(yè)場地(包含矸石場)鄰近采區(qū)及其影響范圍，遭受采空塌陷的可能性一般，主工業(yè)場地所在區(qū)域采空塌陷發(fā)育程度中等，危害程度中等，而某煤礦東、南風井場地遭受地面塌陷、地裂縫危險性小。礦區(qū)自用鐵路及主要公路均設有保安煤柱，地面塌陷對主要道路影響較小。

塌陷發(fā)育強區(qū)內景家門、耿灣村、吳莊和塔灣村部分村莊，通過對開采區(qū)地表移動與變形計算，地表變形對建筑損壞嚴重，可能造成房屋開裂、甚至倒塌，對村民安全構成嚴重威脅，地面塌陷和地裂縫對上述村莊危害程度嚴重，預測遭受地質災害危險性大。塌陷發(fā)育中等區(qū)內村莊建筑物遭受危害程度中等，預測遭受地質災害危險性中等。評估其他區(qū)域遭受地質災害的危險性小。

2.2.3 礦山地質災害危險性綜合評估

地質災害危險性綜合評估是在現狀評估與預測評估的基礎上，依據《地質災害危險性評估規(guī)范》(DZ/T 0286—2015)中地質災害危險性分級表對地質災害危險性級別進行綜合分級，地質災害危險性綜合分區(qū)如圖3所示。

圖3 地質災害危險性綜合分區(qū)Fig.3 Comprehensive zoning of geological disaster risk

2.3 礦區(qū)含水層破壞現狀分析與預測

(1)礦區(qū)含水層破壞現狀分析。根據本次調查訪問及礦山的地表水、地下水資料分析，現狀條件下，煤礦開采期間礦井正常涌水量300 m3/h。據實地調查，礦山范圍內居民的飲用水水源為礦井工業(yè)場地內的深水井(奧灰水)，礦山開采已造成淺層地下水疏干，礦山開采對居民飲用水水源影響較嚴重。因此現狀條件下，礦山開采對煤層頂板砂巖裂隙含水層破壞程度較嚴重，采礦活動對地下含水層的影響或破壞情況的影響程度為較嚴重。

(2)礦區(qū)含水層破壞預測分析。含水層位于二1煤層上部，距離0～520 m，正常情況下與二1煤層間無水力聯系，對二1煤層的開采影響不大。但在煤層隱伏露頭地段，當煤層回采落頂后所形成的冒落帶裂隙破裂(碎)帶與該含水層溝通時，則構成直接充水水源。因此煤礦開采有可能對其產生破壞，導致該含水層含水量局部疏干，對其影響為嚴重。隨著開采規(guī)模的擴大，將使得區(qū)域水資源短缺，進而影響當地居民正常生產和生活。

(3)采礦對含水層疏干預測。評估區(qū)煤層開采后，將會使二1煤層頂板含水層水位下降。根據礦區(qū)水文地質資料，二1煤層頂板二疊系砂巖裂隙含水層最大滲透系數K=0.06 m/d。據區(qū)內抽水試驗資料，該含水層靜水位標高為+110.13 m，擬采區(qū)二1煤層開采水平標高平均為+40 m，則該含水層水位降深S約為70.13 m，將這些數值代入公式進行計算，擬采區(qū)煤層開采后，抽水疏干影響半徑為42.08 m。

(4)礦業(yè)開采對含水層影響綜合評估。某煤礦經過多年的開采，目前已造成淺層地下水疏干，地下水位下降，現狀評估認為礦山開采對含水層破壞程度為較嚴重。通過分析預測，未采區(qū)開采后，將加劇對含水層的破壞，預測礦山開采對評估區(qū)含水層影響或破壞程度為嚴重。

2.4 礦區(qū)地形地貌景觀破壞現狀分析與預測

2.4.1 礦區(qū)地形地貌景觀破壞現狀評估

(1)地面建設工程對礦區(qū)地形地貌景觀影響和破壞評估。區(qū)內無自然保護區(qū)、風景旅游點和文物古跡保護單位。某煤礦礦山地面建設工程主要有3個工業(yè)場地，即主工業(yè)場地、東風井場地和南風井場地。東風井為回風井，為一立井，位于井田的北翼，場地內布置有通風機房建筑物。占地面積0.75 hm2，東風井場地的建設對地貌景觀影響程度為“較嚴重”。

(2)煤炭開采影響區(qū)對礦區(qū)地形地貌景觀影響和破壞評估。某煤礦位于嵩箕山區(qū)中段東南部，屬構造剝蝕丘陵區(qū)。礦井投產以后，隨著井下煤炭資源開采，使采空塌陷影響區(qū)內地表逐漸下沉，形成高低不平的塌陷區(qū)，造成耕地和村莊房屋毀損，對影響區(qū)內地形標高和地表形態(tài)產生嚴重影響，使礦區(qū)原生的地形地貌景觀發(fā)生較大變化。礦方對已穩(wěn)定采空區(qū)上方的地面塌陷進行過治理，已恢復為原地貌，所以依據《礦山地質環(huán)境保護與恢復治理方案編制規(guī)范》(DZ/T 0223—2011)附錄E“礦山地質環(huán)境影響程度分級表”中規(guī)定，現狀條件下，采礦活動對已治理的采空塌陷影響區(qū)內原生的地形地貌景觀影響程度為“較輕”，對未治理的采空塌陷影響區(qū)內原生的地形地貌景觀影響程度為“較嚴重”。

2.4.2 礦區(qū)地形地貌破壞預測

(1)場地占用持續(xù)影響地貌景觀。根據收集評估區(qū)內涉及區(qū)域土地利用總體規(guī)劃，區(qū)內未來沒有規(guī)劃各類自然保護區(qū)、風景旅游點和文物古跡保護單位。同時，依據某煤礦礦山開發(fā)利用方案，礦井未來不再新建或擴建地面建設工程，也不再設永久排矸場，副井出井矸石排放到臨時矸石中轉場地，由汽車外運，礦井所產生的矸石用于矸石充填沉陷區(qū)、修復路基及矸石制磚。

(2)新增開采區(qū)地形地貌景觀破壞預測。區(qū)內未來采礦活動對礦區(qū)地形地貌景觀產生破壞主要為采空塌陷地質災害。隨著井下煤炭資源的持續(xù)開采，采空區(qū)面積不斷擴大，巖層移動波及地表，將使地表受采空塌陷影響范圍和塌陷深度不斷擴大，造成耕地和部分村莊房屋毀損，持續(xù)對影響區(qū)內地形標高和地表形態(tài)產生嚴重影響，使礦區(qū)原生的地形地貌景觀發(fā)生較大變化。依據《礦山地質環(huán)境保護與恢復治理方案編制規(guī)范》(DZ/T 0223—2011)附錄E“礦山地質環(huán)境影響程度分級表”中規(guī)定，預測未來采礦活動對開采影響區(qū)內原生的地形地貌景觀影響程度為“較嚴重”。

(3)挖損對地形地貌景觀破壞預測。為了滿足后期復墾的需要，在塔灣村村委南面存在一處較大土坡，擬將該土坡作為取土場。該場地位于21采區(qū)塌陷區(qū)內，面積2.0 hm2，最大高差為7.8 m。取土場取土過程中要對原地表進行開挖，導致地表植被造成破壞，使該區(qū)域原生的地形地貌景觀發(fā)生較大變化。故預測取土場內原生的地形地貌景觀影響程度為“較嚴重”。

2.5 現狀評估與預測評估分區(qū)

(1)由上述礦山地質環(huán)境現狀評估結果，對照《地質災害危險性評估規(guī)范》(DZ/T 0286—2015)中礦山地質環(huán)境影響程度分級表，對評估區(qū)影響程度進行劃分，可分為2個礦山地質環(huán)境影響嚴重區(qū)，5個礦山地質環(huán)境影響較嚴重區(qū)。礦山地質環(huán)境現狀評估綜合分區(qū)見表2。

表2 礦山地質環(huán)境現狀評估綜合分區(qū)Tab.2 Comprehensive zoning of mine geological environment assessment

(2)預測評估分區(qū)。由礦山地質環(huán)境預測評估結果，對照《地質災害危險性評估規(guī)范》(DZ/T 0286—2015)中礦山地質環(huán)境影響程度分級表，對評估區(qū)影響程度進行劃分，可將全區(qū)分為9個礦山地質環(huán)境影響嚴重區(qū)。礦山地質環(huán)境預測評估綜合分區(qū)見表3。

表3 礦山地質環(huán)境預測評估綜合分區(qū)Tab.3 Comprehensive zoning of mine geological environment prediction and evaluation

某煤礦現狀評估分區(qū)如圖4所示。

圖4 某煤礦現狀評估分區(qū)Fig.4 Coal mine status evaluation zone

預測評估分區(qū)如圖5所示。

圖5 某煤礦預測評估分區(qū)Fig.5 Coal mine forecast evaluation zone

3 礦山土地損毀預測與評估

3.1 已損毀各類土地現狀

現狀條件下，對土地資源的損毀主要表現為場地建設、排矸場對土地的壓占，以及采煤所引起的土地塌陷。

(1)壓占。生產建設過程中，工業(yè)場地、矸石場等不可避免地要覆蓋原地表，造成土地壓占損毀，對土地資源的損毀是毀滅性的?，F狀調查目前某煤礦對土地的壓占主要表現為主工業(yè)場地、矸石場、南風井工業(yè)場地、東風井工業(yè)場地的壓占，主工業(yè)場地面積17.55 hm2，矸石場面積5.51 hm2，南風井工業(yè)場地4.58 hm2，東風井工業(yè)場地0.75 hm2，共計28.39 hm2。根據《編制規(guī)程》和其他參考資料，壓占損毀程度分為重度、中度及輕度。某煤礦壓占面積大于3 hm2，壓占時間大于4個季度，故損毀程度為重度。

(2)塌陷。某煤礦主要開采二1煤層，由于開采時間久，礦區(qū)內部存在大片老空區(qū)，開采的二1煤層埋藏淺，特別是礦區(qū)南部和北部，煤層埋藏較淺，二1煤層為厚煤層，平均厚度約7.34 m，井下煤層的開采引發(fā)地面塌陷及地裂縫的規(guī)模大，危害性大。地裂縫一般是伴隨井下工作面的開采而成。在地勢相對較平的區(qū)域，地面塌陷比較明顯，反之，在地勢相對高差較大的丘陵地區(qū)，地面塌陷不明顯。據調查統計，礦區(qū)在登封市境內壓占損毀土地27.64 hm2，塌陷區(qū)輕度損毀土地44.30 hm2，中度損毀土地15.98 hm2；新密市境內壓占損毀土地0.75 hm2。

3.2 擬損毀土地預測與評估

對土地資源的擬損毀主要表現為場地建設、排矸場對土地的壓占，取土場對土地的挖損，以及采煤所引起的土地塌陷。

(1)壓占損毀預測。礦山生產期工業(yè)場地將繼續(xù)占用土地，主工業(yè)場地、矸石場、南風井工業(yè)場地、東風井工業(yè)場地的壓占，面積共計28.39 hm2，損毀程度為重度。

(2)土地挖損預測。為了滿足后期復墾的需要，擬選塔灣村村委南面現有的一處較大土坡作為取土場，面積2 hm2，取土厚度按平均5 m計?，F狀土地類型為旱地和其他草地，該位置土層較厚，面積大，可作為復墾區(qū)土源。

(3)塌陷區(qū)土地損毀預測。按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)范》，以下沉10 mm作為地表移動邊界，地表移動邊界圈定的范圍就是開采產生的地表移動范圍。根據前面預測結果，地表變形最大下沉值5 584.82 mm，全區(qū)地面塌陷面積將達到76.30 hm2。①擬損毀土地面積。塌陷范圍內土地利用類型包括耕地、林地、草地和城鎮(zhèn)村及工礦用地等，塌陷區(qū)擬損毀土地面積共計76.30 hm2，其中登封市境內擬損毀面積75.57 hm2，新密市境內0.73 hm2。②擬損毀土地損毀程度。煤層開采引起的地表塌陷對地面的擾動較大，改變、損毀了項目區(qū)原有地貌、植被及土壤結構，在地表形成了采動裂縫，使土地喪失了原有的固土抗蝕能力，容易產生嚴重的水土流失，影響礦區(qū)正常生產和項目區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境狀況。

為了使開采塌陷區(qū)土地損毀程度評價指標能夠更準確確定開采塌陷對土地的損毀，利用開采技術條件和地表移動變形預計來預測開采塌陷損毀土地的損毀程度，按照不同地類分別對損毀土地進行損毀程度分析，土地復墾項目復墾區(qū)內以耕地為主。預測塌陷損毀土地總面積為76.309 hm2，其中損毀登封市土地面積75.57 hm2，新密市0.73 hm2，損毀程度為重度5.79 hm2，中度33.78 hm2，輕度36.73 hm2。各利用類型土地損毀程度分析具體見表4和表5。

表4 塌陷擬損毀登封市土地損毀程度Tab.4 Extent of land damage in Dengfeng City due to collapse hm2

表5 塌陷擬損毀新密市土地損毀程度Tab.5 Extent of land damage in Xinmi City due to collapse hm2

(4)損毀土地匯總。根據上述分析，預測擬損毀土地面積106.69 hm2，其中塌陷損毀76.3 hm2，壓占損毀28.39 hm2，挖損損毀2 hm2，詳細數據見表6。

表6 擬損毀土地匯總Tab.6 Summary of land to be destroyed hm2

3.3 重復損毀情況

參照已損毀土地情況、擬損毀情況及土地利用現狀圖，從土地利用現狀圖中可以看出礦山開采時，其預測塌陷塌陷影響范圍內存在部分已損毀塌陷區(qū)域，因此地下開采塌陷將對已損毀區(qū)域造成二次損毀。分縣市重復損毀土地情況匯總表見7、表8。

表7 重復損毀土地情況匯總(登封市)Tab.7 Summary table of repeated damaged land(Dengfeng City)

表8 重復損毀土地情況匯總(新密市)Tab.8 Summary of repeated land damage(Xinmi City)

3.4 礦區(qū)損毀情況匯總

經土地損毀分析與預測，損毀土地總面積為144.24 hm2。其中，按損毀時序：已損毀344.21 hm2，擬損毀106.69 hm2，已復墾255.54 hm2，重復損毀51.12 hm2；按損毀方式：壓占28.39 hm2，挖損2 hm2，塌陷113.85 hm2；按損毀程度：輕度損毀59.30 hm2，中度損毀48.86 hm2，重度損毀36.08 hm2；按損毀地類：旱地50.02 hm2，有林地1.52 hm2，灌木林地0.14 hm2，其他草地3.88 hm2，村莊55.81 hm2，采礦用地27.91 hm2，公路用地4.88 hm2，鐵路用地0.08 hm2；按損毀權屬分：損毀登封市大冶鎮(zhèn)弋灣24.61 hm2，吳莊73.29 hm2，塔灣37.01 hm2，橋板河5.13 hm2，冶東村2.72 hm2，新密市平陌鎮(zhèn)界河村0.75 hm2，平陌村0.73 hm2。

4 礦山地質環(huán)境保護與恢復治理分區(qū)

礦山地質環(huán)境保護與恢復治理分區(qū)如圖6所示。

圖6 煤礦保護與恢復治理分區(qū)Fig.6 Protection and recovery management division

據礦山地質環(huán)境現狀評估和預測評估結果，分為重點防治區(qū)、次重點防治區(qū)、一般防治區(qū)，對于現狀評估與預測評估結果不一致的采取就上原則進行分區(qū)。礦山地質環(huán)境保護與恢復治理分區(qū)說明見表9。

5 結語

通過對礦山地質環(huán)境影響和土地損毀評估的研究，在后續(xù)環(huán)境治理工程中可以依據開發(fā)利用方案及采礦工程布局，緊緊圍繞井工開采的礦區(qū)地質環(huán)境問題的發(fā)育特征及其發(fā)展趨勢，統籌規(guī)劃礦山地質環(huán)境防治工程。根據礦山地質環(huán)境影響和破壞程度、地質災害類型及其危險性穩(wěn)定狀況，本著輕重緩急的原則，全面規(guī)劃，合理布局，能做到技術可行、經濟合理、因地制宜， 能做到科學有效，改善礦區(qū)地質環(huán)境。

表9 礦山地質環(huán)境保護與恢復治理分區(qū)說明Tab.9 Explanation of geological environment protection and rehabilitation management division of mines