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摘要：为了分析煤矿开采沉陷对环境的影响，以寺家庄矿井为例，通过预测寺家庄矿地表沉陷参数，分析评价了地表沉陷对建筑物、文物、地表水体（包括河流、水库、泉域）、耕地、植被、地表形态及地形地貌等的影响。由于寺家庄矿的地理环境较为复杂，对其进行地表沉陷环境影响评价将为整个煤矿开采地表沉陷影响评价工作提供宝贵的借鉴意义。
关键词：煤矿；地表沉陷；环境影响评价
1矿井概况
寺家庄矿井位于山西省昔阳县境内，距县城约7km，属阳泉煤业（集团）有限责任公司平昔矿区的一个大型矿井。井田面积约124.08km2，矿井建设规模为6.0Mt/a，矿井服务年限为73.5a。
井田采用斜立井综合开拓方案，初期共布置四个井筒，分别为主斜井、副立井、中央进风井和回风井。井田可采和局部可采煤层共4层，从上到下依次为81、84、9、15号煤，根据各煤层赋存情况，设计将81、84、9号煤划分为上煤组，15号煤划分为下煤组。两个首采盘区采用上行式开采。
2地表沉陷预测
2.1地表移动变形预测
2.1.1地表移动变形最大值预测
15号煤层厚2.79～7.40m，平均厚度5.12m，平均采高5.20m。根据煤层开采厚度、采深及有关预计参数，计算出首采盘区15号煤层开采后产生的地表移动变形最大值以及全井田各煤层（81、84、9、15号煤层）开采后产生的地表移动变形最大值见表1和表2。
表1 首采盘区15号煤层开采后地表移动变形最大值
开采煤层 平均采高m 下沉mm 倾斜mm/m 曲率
×10-3/m 水平
移动
mm 水平
变形
mm/m
15号 5.2 4125 19.83 0.14 990 7.54
表2 全井田各煤层开采后地表移动变形最大值
開采煤层 平均
采高
m 下沉mm 倾斜mm/m 曲率
×10-3/m 水平移动
mm 水平变形
mm/m
81、84、
9、15号 7.87 5888 29.44 0.22 1413 11.19
2.2地表裂缝预测
寺家庄矿在基岩直接出露区域，如有断裂构造时，地表可能会出现大而深的裂缝。在有黄土覆盖的山顶、梁峁等凸形地貌部位和凸形边坡点部位，其覆盖土体将产生采动裂缝。寺家庄矿一个工作面开采引起的动态裂缝从产生到闭合的持续时间约为1个多月，裂缝深度一般为2～10m。
3地表沉陷对环境的影响评价
3.1对地面建筑影响评估
本项目受开采沉陷影响的村庄有54个，其中首采区有16个自然村。首采区内3个较大村庄留设保护煤柱，首采区外可能受沉陷影响的村庄有7个较大村庄留设保护煤柱。
井田内的石马寺为国家级文物重点保护单位，位于石马村以北约0.6km处，围墙占地面积约19500m2。设计按Ⅰ级保护等级计算并留设了永久保护煤柱，可以确保石马寺不受煤炭开采影响。
3.2对地表河流、水库影响评估
3.2.1地表沉陷对河流的影响
井田内主要河流有城北河、城西河（巴洲河）和洪水河，这些河流均属季节性河流。设计通过计算井下开采后的导水裂隙带高度分析地表沉陷对河流的影响。
经计算，15号煤层开采后其导水裂隙带高度为82.6m；上煤组开采后其导水裂隙带高度取最大值，为44.9m。
考虑到15号煤距上煤组最上部81号煤平均层间距为86.98m，大于15号煤层开采时的导水裂隙带高度82.6m。因此，15号煤层与上煤组均开采后，其导水裂隙带高度应为81号煤以上44.9m；而81号煤距上覆最下一个隔水层距离为132m，且81号煤上部共有8层隔水层，故地表水和浅部水不会因井下开采而进入矿井，河流等地表水体也就不会受到影响。
3.2.2地表沉陷对水库的影响
井田内有秦山、关山、胡家沟、唐家峪、寺上、南赫峪水库和石亭7座水库。其中秦山水库的水主要供昔阳县人、畜饮用水。其他水库在本区工农业生产中起重要作用。设计在秦山、胡家沟、寺上、南赫峪水库和石亭水库下均根据“三下”采煤规程要求，按一级保护等级留设了永久保护煤柱，避免开采对其产生影响。因关山水库和唐家峪水库位于井田东北部构造复杂区范围内，该区煤层暂不开采，对水库无影响。[1]
3.3煤炭开采对娘子关泉域的影响
3.3.1娘子关泉域概况
娘子关泉位于山西省阳泉市平定县娘子关镇，出露于桃河和温河汇集处绵河段。分布在程家泉至苇泽关约7km长的河漫滩和阶地上，出露高程360～390m。泉群多年平均流量10.13m3/s（1959年-2004年），是我国北方最大的岩溶泉。泉域总面积为7217 km2，其中，裸露可溶岩面积2282 km2。泉域多年平均降水量为526.2 mm。
3.3.2开采对娘子关泉域的影响
寺家庄井田范围不在泉域的各重点保护范围内，也不在水量限控保护区内。由于娘子关泉域出露的是中奥陶统灰岩岩溶裂隙水，寺家庄井田所在区域奥陶系灰岩全部被覆盖，无出露。同时井田所在区域属于泉域径流滞缓区，因此项目排放污水不会对奥灰水造成污染影响，更不会对娘子关泉水质造成影响。
根据前面的分析，15号煤层与上石炭统太原组灰岩含水层之间有中奥陶统峰峰组隔水层，正常情况下对奥灰水水资源不构成影响，所以正常情况下煤炭的开采不会造成该区域整个奥灰水的径流系统发生变化。[2]
井田西部奥灰水位标高可采用+420m，西缘局部奥灰水超越15号煤的范围约12km2，即井田面积的十分之一，此范围15号煤将存在带压开采问题。15号煤与奥灰峰峰组间岩层平均厚度为49.66m，岩性以泥岩、砂质泥岩、薄层砂岩为主，可以起到一定的隔水作用。
3.4对耕地、植被的影响评估
井田开采后地表沉陷对耕地的破坏情况见表3。
表3 煤炭开采沉陷对耕地的影响预测结果
指标名称 沉陷总面积 轻度
沉陷区 中度
沉陷区 重度
沉陷区
首采区 面积（hm2） 456 325.1 117.6 13.2
占沉陷比例（%） 占评价区耕地的9.5% 71.3 25.8 2.9
全井田 面积（hm2） 2287 1699.2 528.3 59.5
占沉陷比例（%） 占评价区耕地的47.9% 74.3 23.1 2.6
全井田开采后，耕地沉陷面积占耕地总面积的47.9%，因此项目开发的同时必须做好矿区生态的恢复与保护，生产中切实做好土地复垦[3]。
总体看来，本项目开采沉陷对地形、地貌的影响不大，并且地表沉陷后积水区甚少，对本区植物生长的影响很小，对以旱作为主的农业生产，农业粮食产量和产值的影响有限。
4结束语
寺家庄矿建设条件较为复杂，地表沉陷影响涉及河流、水库、文物、泉域、村庄等敏感点，对其进行详细的地表沉陷预测和环境影响分析，对预测和分析煤矿开采沉陷具有宝贵的借鉴意义。
参考文献：
[1]张涛.黄韶华.朱建雯.煤炭开采地表沉陷环境影响评价分析[J].能源环境保护.2011，26（3）：61～64
[2]乔小娟.李国敏.周金龙.等采煤对地下水资源与环境的影响分析[J].水资源保护.2010.26（1）：49～52
[3]祁真.煤矿地表沉陷变化预测及环境影响评价[J].能源环境保护.2008.22（2）：46～49
关键词：煤矿；地表沉陷；环境影响评价
1矿井概况
寺家庄矿井位于山西省昔阳县境内，距县城约7km，属阳泉煤业（集团）有限责任公司平昔矿区的一个大型矿井。井田面积约124.08km2，矿井建设规模为6.0Mt/a，矿井服务年限为73.5a。
井田采用斜立井综合开拓方案，初期共布置四个井筒，分别为主斜井、副立井、中央进风井和回风井。井田可采和局部可采煤层共4层，从上到下依次为81、84、9、15号煤，根据各煤层赋存情况，设计将81、84、9号煤划分为上煤组，15号煤划分为下煤组。两个首采盘区采用上行式开采。
2地表沉陷预测
2.1地表移动变形预测
2.1.1地表移动变形最大值预测
15号煤层厚2.79～7.40m，平均厚度5.12m，平均采高5.20m。根据煤层开采厚度、采深及有关预计参数，计算出首采盘区15号煤层开采后产生的地表移动变形最大值以及全井田各煤层（81、84、9、15号煤层）开采后产生的地表移动变形最大值见表1和表2。
表1 首采盘区15号煤层开采后地表移动变形最大值
开采煤层 平均采高m 下沉mm 倾斜mm/m 曲率
×10-3/m 水平
移动
mm 水平
变形
mm/m
15号 5.2 4125 19.83 0.14 990 7.54
表2 全井田各煤层开采后地表移动变形最大值
開采煤层 平均
采高
m 下沉mm 倾斜mm/m 曲率
×10-3/m 水平移动
mm 水平变形
mm/m
81、84、
9、15号 7.87 5888 29.44 0.22 1413 11.19
2.2地表裂缝预测
寺家庄矿在基岩直接出露区域，如有断裂构造时，地表可能会出现大而深的裂缝。在有黄土覆盖的山顶、梁峁等凸形地貌部位和凸形边坡点部位，其覆盖土体将产生采动裂缝。寺家庄矿一个工作面开采引起的动态裂缝从产生到闭合的持续时间约为1个多月，裂缝深度一般为2～10m。
3地表沉陷对环境的影响评价
3.1对地面建筑影响评估
本项目受开采沉陷影响的村庄有54个，其中首采区有16个自然村。首采区内3个较大村庄留设保护煤柱，首采区外可能受沉陷影响的村庄有7个较大村庄留设保护煤柱。
井田内的石马寺为国家级文物重点保护单位，位于石马村以北约0.6km处，围墙占地面积约19500m2。设计按Ⅰ级保护等级计算并留设了永久保护煤柱，可以确保石马寺不受煤炭开采影响。
3.2对地表河流、水库影响评估
3.2.1地表沉陷对河流的影响
井田内主要河流有城北河、城西河（巴洲河）和洪水河，这些河流均属季节性河流。设计通过计算井下开采后的导水裂隙带高度分析地表沉陷对河流的影响。
经计算，15号煤层开采后其导水裂隙带高度为82.6m；上煤组开采后其导水裂隙带高度取最大值，为44.9m。
考虑到15号煤距上煤组最上部81号煤平均层间距为86.98m，大于15号煤层开采时的导水裂隙带高度82.6m。因此，15号煤层与上煤组均开采后，其导水裂隙带高度应为81号煤以上44.9m；而81号煤距上覆最下一个隔水层距离为132m，且81号煤上部共有8层隔水层，故地表水和浅部水不会因井下开采而进入矿井，河流等地表水体也就不会受到影响。
3.2.2地表沉陷对水库的影响
井田内有秦山、关山、胡家沟、唐家峪、寺上、南赫峪水库和石亭7座水库。其中秦山水库的水主要供昔阳县人、畜饮用水。其他水库在本区工农业生产中起重要作用。设计在秦山、胡家沟、寺上、南赫峪水库和石亭水库下均根据“三下”采煤规程要求，按一级保护等级留设了永久保护煤柱，避免开采对其产生影响。因关山水库和唐家峪水库位于井田东北部构造复杂区范围内，该区煤层暂不开采，对水库无影响。[1]
3.3煤炭开采对娘子关泉域的影响
3.3.1娘子关泉域概况
娘子关泉位于山西省阳泉市平定县娘子关镇，出露于桃河和温河汇集处绵河段。分布在程家泉至苇泽关约7km长的河漫滩和阶地上，出露高程360～390m。泉群多年平均流量10.13m3/s（1959年-2004年），是我国北方最大的岩溶泉。泉域总面积为7217 km2，其中，裸露可溶岩面积2282 km2。泉域多年平均降水量为526.2 mm。
3.3.2开采对娘子关泉域的影响
寺家庄井田范围不在泉域的各重点保护范围内，也不在水量限控保护区内。由于娘子关泉域出露的是中奥陶统灰岩岩溶裂隙水，寺家庄井田所在区域奥陶系灰岩全部被覆盖，无出露。同时井田所在区域属于泉域径流滞缓区，因此项目排放污水不会对奥灰水造成污染影响，更不会对娘子关泉水质造成影响。
根据前面的分析，15号煤层与上石炭统太原组灰岩含水层之间有中奥陶统峰峰组隔水层，正常情况下对奥灰水水资源不构成影响，所以正常情况下煤炭的开采不会造成该区域整个奥灰水的径流系统发生变化。[2]
井田西部奥灰水位标高可采用+420m，西缘局部奥灰水超越15号煤的范围约12km2，即井田面积的十分之一，此范围15号煤将存在带压开采问题。15号煤与奥灰峰峰组间岩层平均厚度为49.66m，岩性以泥岩、砂质泥岩、薄层砂岩为主，可以起到一定的隔水作用。
3.4对耕地、植被的影响评估
井田开采后地表沉陷对耕地的破坏情况见表3。
表3 煤炭开采沉陷对耕地的影响预测结果
指标名称 沉陷总面积 轻度
沉陷区 中度
沉陷区 重度
沉陷区
首采区 面积（hm2） 456 325.1 117.6 13.2
占沉陷比例（%） 占评价区耕地的9.5% 71.3 25.8 2.9
全井田 面积（hm2） 2287 1699.2 528.3 59.5
占沉陷比例（%） 占评价区耕地的47.9% 74.3 23.1 2.6
全井田开采后，耕地沉陷面积占耕地总面积的47.9%，因此项目开发的同时必须做好矿区生态的恢复与保护，生产中切实做好土地复垦[3]。
总体看来，本项目开采沉陷对地形、地貌的影响不大，并且地表沉陷后积水区甚少，对本区植物生长的影响很小，对以旱作为主的农业生产，农业粮食产量和产值的影响有限。
4结束语
寺家庄矿建设条件较为复杂，地表沉陷影响涉及河流、水库、文物、泉域、村庄等敏感点，对其进行详细的地表沉陷预测和环境影响分析，对预测和分析煤矿开采沉陷具有宝贵的借鉴意义。
参考文献：
[1]张涛.黄韶华.朱建雯.煤炭开采地表沉陷环境影响评价分析[J].能源环境保护.2011，26（3）：61～64
[2]乔小娟.李国敏.周金龙.等采煤对地下水资源与环境的影响分析[J].水资源保护.2010.26（1）：49～52
[3]祁真.煤矿地表沉陷变化预测及环境影响评价[J].能源环境保护.2008.22（2）：46～49