西部煤礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)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(píng)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(píng)的核心之一,而專題評(píng)價(jià)中由于受煤礦區(qū)勘探程度、規(guī)劃方案階段其設(shè)計(jì)深度不足、實(shí)測(cè)參數(shù)缺失、預(yù)測(cè)參數(shù)選取困難等因素限制,地表沉陷評(píng)價(jià)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(píng)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(jìn)行了剖析,探討了礦區(qū)規(guī)劃階段的評(píng)價(jià)方法。

西部煤礦區(qū);規(guī)劃環(huán)評(píng);地表沉陷;問題;探討

戰(zhàn)略環(huán)評(píng)[1](StrategicEnvironmentalAssessment,簡(jiǎn)稱“SEA”)是對(duì)政府政策、規(guī)劃或計(jì)劃(PPP,Policy,Plan&Program)可能受到環(huán)境、資源條件的制約,及其實(shí)施產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行宏觀層面的規(guī)范、系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià),SEA的目的是在大尺度區(qū)域性的環(huán)境資源特征正確認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,消除或降低規(guī)劃在環(huán)境保護(hù)方面的缺陷,從源頭的源頭保護(hù)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(guó)環(huán)境影響評(píng)價(jià)法》和 2009年 10月 1日實(shí)施的《規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)條例》才真正以法律形式明確了規(guī)劃環(huán)評(píng)在我國(guó)法律中的地位。

目前,我國(guó)規(guī)劃環(huán)評(píng)處于起步探索階段,而煤礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)開展更晚。在國(guó)家確定的 13個(gè)大型煤炭基地和產(chǎn)煤省規(guī)劃的煤礦區(qū)中,僅有 48個(gè)礦區(qū)完成了礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)報(bào)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(duì)不同礦區(qū)尋求適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)方法,有許多問題值得探討,特別是對(duì)占我國(guó)煤炭資源 67%[2]的西部生態(tài)脆弱和水資源嚴(yán)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(píng)價(jià)核心內(nèi)容之一的開采沉陷影響評(píng)價(jià)方法、思路各異,問題多多。本文將以陜北侏羅紀(jì)煤田榆橫礦區(qū)南區(qū)總體規(guī)劃為例,探討我國(guó)西部煤炭礦區(qū)開采沉陷影響評(píng)價(jià)中存在的問題及其應(yīng)對(duì)的方法和思路。

1 評(píng)價(jià)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(píng)報(bào)告書來看,礦區(qū)開采沉陷影響評(píng)價(jià)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(shí)測(cè)資料缺乏,加之評(píng)價(jià)單位因缺乏必要的礦山工程和煤炭開采的專業(yè)知識(shí),對(duì)采煤引起的地表沉陷機(jī)理認(rèn)識(shí)不足泛泛而談;②照搬照抄規(guī)范和規(guī)劃文本,而不去對(duì)礦區(qū)的地質(zhì)特征、資源賦存特點(diǎn)以及煤層結(jié)構(gòu)和煤巖性特征進(jìn)行深入的研究,其結(jié)果是對(duì)地表沉陷預(yù)測(cè)參數(shù)選擇不盡合理、針對(duì)性不強(qiáng);③缺乏對(duì)地表沉陷總體特征的認(rèn)識(shí)和沉陷過程的“動(dòng)態(tài)”分析,達(dá)不到規(guī)劃環(huán)評(píng)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(biāo)及整治措施針對(duì)性差。

2 評(píng)價(jià)的方法和思路

2.1 典型礦井重點(diǎn)分析及其趨勢(shì)外推

根據(jù)我國(guó)目前已開展規(guī)劃環(huán)評(píng)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(píng)價(jià)中很難對(duì)礦區(qū)的地質(zhì)特征有更準(zhǔn)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(cè)中非常重要,直接決定預(yù)測(cè)結(jié)果的合理性。針對(duì)低勘探程度的礦區(qū),地表變形預(yù)測(cè)一般采取典型礦井分析及其趨勢(shì)外推法,即選取礦區(qū)先期開發(fā)、地質(zhì)勘探程度相對(duì)較高的井田作為重點(diǎn)預(yù)測(cè),并由此推至整個(gè)礦區(qū)。典型礦井重點(diǎn)分析及其趨勢(shì)外推使用過程中,應(yīng)注意采煤沉陷與采煤工藝對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表 1 煤礦區(qū)勘探程度統(tǒng)計(jì)表

2.2 地表移動(dòng)的預(yù)測(cè)方法及其參數(shù)選取

當(dāng)前應(yīng)用的地表移動(dòng)計(jì)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(yàn)方法三種。各方法的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用情況見表2。

通過表 2分析可知,對(duì)于勘探程度總體較低、尚未積累地表變形實(shí)測(cè)資料的西部煤礦區(qū)而言,概率積分法較為實(shí)用。概率積分法預(yù)測(cè)地表移動(dòng)重點(diǎn)、難點(diǎn)是預(yù)測(cè)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(dòng)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(dòng)次數(shù)及采深、充分采動(dòng)程度、采厚比、煤層傾角等因素有關(guān)。對(duì)已有觀測(cè)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(duì)無歷史觀測(cè)資料可查時(shí),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(jì)算獲取預(yù)測(cè)成果,以此對(duì)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(xiàng)目環(huán)評(píng)時(shí)進(jìn)一步預(yù)測(cè)提出方向性的要求和建議。

表 2 地表移動(dòng)預(yù)測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn)及其適用性對(duì)比表

2.3 礦區(qū)沉陷過程分析

礦區(qū)總體規(guī)劃環(huán)評(píng)不同于單個(gè)項(xiàng)目環(huán)評(píng),沉陷過程的模擬分析有利于對(duì)整個(gè)礦區(qū)開采沉陷影響情況有一個(gè)整體性把握;它不但能反映礦區(qū)開發(fā)地表沉陷對(duì)環(huán)境的影響過程及初步確定影響程度,同時(shí)也為地表沉陷對(duì)土地資源、水土流失影響定量化分析、預(yù)測(cè)提供數(shù)據(jù)支撐。沉陷過程分析視對(duì)礦區(qū)開發(fā)程度高低不同而采用方法的不同,對(duì)于對(duì)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(duì)老礦區(qū) (如東部礦區(qū))可采用噸煤土地沉陷率等指標(biāo)進(jìn)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(píng)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(shí)際生態(tài)服務(wù)功能緊密結(jié)合,故恢復(fù)目標(biāo)針對(duì)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(diǎn),按各分區(qū)生態(tài)服務(wù)功能對(duì)采煤沉陷區(qū)進(jìn)行分區(qū)設(shè)置整治目標(biāo)、整治措施,可使礦區(qū)采煤沉陷區(qū)生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)和整治措施的針對(duì)性、操作性更強(qiáng)。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(cè)結(jié)果,在綜合運(yùn)用遙感和地理信息系統(tǒng)取得的成果上劃界、分區(qū)。

3 實(shí)例分析

3.1 榆橫礦區(qū)南區(qū)簡(jiǎn)況

榆橫礦區(qū)南區(qū)總面積 1700km2,屬西部陜北侏羅紀(jì)煤田一部分,是國(guó)家重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域的重點(diǎn)礦區(qū),礦區(qū)勘探程度相對(duì)較高而列為先期開發(fā)區(qū),其面積約 549.14km2,地質(zhì)儲(chǔ)量約 1488.89Mt,可采儲(chǔ)量 992.00Mt,主采煤層為 3號(hào)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(dòng)預(yù)測(cè)參數(shù)求取

榆橫礦區(qū)南區(qū)地表移動(dòng)預(yù)測(cè)采用典型礦井(先期開發(fā)、地質(zhì)勘探達(dá)到精查的某礦井)重點(diǎn)分析,并將其趨勢(shì)外推于整個(gè)礦區(qū) (大型礦井開發(fā)區(qū)),地表變形預(yù)測(cè)參數(shù)主要通過理論計(jì)算獲取。在理論計(jì)算時(shí),首先判定充分采動(dòng)程度,即典型礦井 3號(hào)煤平均埋深 (H0)206.28m,單個(gè)采煤工作面開采結(jié)束后形成采空區(qū)長(zhǎng) ×寬 =2460m(最小)×300m,均大于 1.2～1.4H0[4],屬充分采動(dòng);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(duì)礦區(qū)為新開發(fā)礦區(qū)和勘探程度較低的特點(diǎn),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(jìn)行地表沉陷過程預(yù)測(cè)評(píng)價(jià),雖然預(yù)測(cè)結(jié)果可能會(huì)和實(shí)際會(huì)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(dòng)開發(fā)計(jì)劃、時(shí)序、開采規(guī)模、煤炭資源儲(chǔ)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(dá)到峰值、最終穩(wěn)定一般需要 1.3～1.6年的時(shí)間)及恢復(fù) (恢復(fù)期按2個(gè)生產(chǎn)季)等情況,預(yù)測(cè)礦區(qū)開發(fā)累計(jì)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(shí)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(shí)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(xiàng)目的實(shí)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(dá)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(shì)預(yù)測(cè)：均衡生產(chǎn)期后隨著煤炭資源開采殆盡,礦區(qū)進(jìn)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(duì)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(diǎn)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(biāo)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(diǎn)論述綜合整治分區(qū)原則,具體整治措施、整治目標(biāo)從略)。

總之,礦區(qū)總體規(guī)劃環(huán)評(píng)在提出預(yù)防和減緩措施時(shí)應(yīng)結(jié)合礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的實(shí)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(píng)價(jià)是煤礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)的核心內(nèi)容之一,本文針對(duì)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(píng)價(jià)思路與評(píng)價(jià)方法的選擇,同時(shí)根據(jù)西部煤礦區(qū)規(guī)劃特點(diǎn)及所在區(qū)生態(tài)環(huán)境特殊性,指出了規(guī)劃環(huán)評(píng)地表沉陷專題評(píng)價(jià)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)以及易被忽視的問題,提出了相應(yīng)的對(duì)策和方法。雖然這些研究思路和評(píng)價(jià)方法已在西部煤礦區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)中得到應(yīng)用,并得到一定的認(rèn)同,但對(duì)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(píng)中進(jìn)一步推廣(如典型礦井外推法),還需要實(shí)踐的驗(yàn)證;此外,本文提出的評(píng)價(jià)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(píng)有待進(jìn)一步研究。

[1]李巍,李貞,李天威.戰(zhàn)略環(huán)境評(píng)價(jià)發(fā)展、經(jīng)驗(yàn)與應(yīng)用實(shí)踐[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2006.6.

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

[3]國(guó)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.

[4]余學(xué)義,張恩強(qiáng).開采損害學(xué)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2004.9.

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(xiàng)目和規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作。