徐兖两淮地区采煤塌陷水域环境现状和综合利用调查
2014-08-08阮淑娴范廷玉
阮淑娴+范廷玉
作者简介:阮淑娴(1989—),女,安徽宣城人,安徽理工大学地球与环境学院硕士研究生。
用“大井法”对涌水量进行计算。其中,西三采区涌水量最大为37560m3/h、最小为6093m3/h、平均为22513m3/h;1031工作面的涌水量最大为30016m3/h、最小为464m3/h、平均为1775m3/h;预算结果对西三采区及1031工作面在防治水具有指导意义。当进行煤层实际开采时,还是应坚持预测预报“有掘必探”先探后掘“先治后采'的原则[2]。进一步做好回采过程中的防治水设计及具体措施,加强风机巷道的排水能力、井上、下水量、水位(压)及水温的动态监测工作。此外开展测试同位素、常规水化学组分等测试与分析工作,以便查明其突水水源。
参考文献:
[1] 房佩贤,卫中鼎.专门水文地质学[M].北京:地质出版社,1996.
[2] 国家安全生产监督管理总局.煤矿防治水规定[M].北京:煤炭工业出版社,2009.带东南端,华北型煤田分布区南缘,东西长270km,南北宽15~25km,总面积7250km2,含煤面积3200km2。含煤一般38层,可采煤层13~18层,可采总厚度25~33m。淮南市[7]煤炭资源的远景储量达444×108t,已探明储量153.6×108t,淮南矿区现年煤炭产量达到1×108t。由于煤炭开采引起的采煤塌陷区在不断扩展,至今已有采煤塌陷区面积约 7262.17hm2,其中积水面积5083.52hm2,占塌陷面积的70%左右。
(1)淮河以南矿区塌陷现状。孔集塌陷区、李郢孜矿至李嘴孜矿塌陷区,大通至九龙岗矿塌陷区、谢李塌陷区。总塌陷面积已达到34.734km2,采煤塌陷区长25.3km,宽度0.05~1.88km。其中大通矿、九龙岗矿区塌陷面积298.11hm2,谢家集区境内937hm2,八公山区1346hm2。淮河以南为急倾斜立槽煤,采煤塌陷深度大,塌陷率较低,开采万吨煤塌陷率约为0.11hm2该地区最大塌陷深度为19.8m。大通矿形成的采煤塌陷水域面积为3.5hm2,最大深度10m超过,林场附近的塌陷水面积为2.4hm2,最大深度为8~10 m。谢二矿中南大塘塌陷水域面积为14hm2,最大深度为7m多,目前南大塘塌陷水域仍在继续塌陷。
(2)淮河以北矿区塌陷现状。淮河以北塌陷区有:潘集矿采空塌陷区、新集矿采空塌陷区、张集谢桥塌陷区。其中潘集区境内1544hm2,风台境内390.9hm2。潘集煤矿塌陷区总面积达2746hm2,其中:潘一矿塌陷区面积964hm2,潘二矿塌陷区面积500hm2,潘三矿塌陷区面积1282hm2。在塌陷区内已形成水面697.33hm2,湿地面积579hm2,坡地1469.67hm2,新集塌陷区面积为3.6km2,最大塌陷深度为5.68m。淮河以北为平原地貌,地下煤层为缓倾斜平槽煤,采煤塌陷浅,塌陷率较高,开采万吨煤塌陷率约为0.27hm2[5,6]。
2.1.3徐州采煤塌陷区
徐州市煤炭资源储量大、层次多、煤层厚、质量好,是江苏省主要煤炭基地,其煤田赋存面积达1400km2,煤炭资源25亿t,现有煤矿36座,年产量约2500万t。至目前全市历年来采煤塌陷地累计总面积21600hm2,在各类采煤塌陷地中,不积水的坡耕地为8280.00hm2,季节性积水面积为4986.53hm2,常年积水面积为2076.80hm2塌陷地深度一般2m~6m,随着煤矿采掘的不断进行,每年仍以334.12hm2左右的速度塌陷,预计到2020年,徐州市因采煤造成塌陷地可达31919.33hm2[9]。
2.1.4兖州采煤塌陷区
充州煤田位于山东省南部,地处充州、济宁、邹城三市境内。兖州煤田[10]北长30km,东西宽15.6km,总面积近500km2,煤炭地质储量40.8亿t,是全国重要煤炭基地之一。充州煤田含煤27层,可采煤层厚度13.5m;自开采以来,产煤量逐年增加,现年产量超过0.3亿t。因采煤造成的塌陷总面积为23.901km2,积水面积近660余hm2,塌陷盆地积水深度2~6m,平均水深4m。
2.2不同地区采煤塌陷水域周围污染源现状
2.2.1淮北区采煤塌陷区
淮北矿区瓦斯和煤矸石以及“三废”的排放,是塌陷水域的主要污染源。
2.2.2淮南区采煤塌陷区
淮南矿区大量工业废水未经处理排放直接影响塌陷区水质状况,因淮南市区为一个背向南、口向北呈簸箕形的封闭区域,不利于气体扩散和稀释作用从而导致工业废气对塌陷区水质产生一定的影响[8,11]。经过对淮南6大矿区的现场调查和资料收集,污染源状况如下。
(1)矿业污染源。包括部分未经处理就排入河流和塌陷水域的矿井水、洗选废水、煤矸石淋溶水等。
(2)农业面源污染源。包括施用化肥农药及引用污水灌溉所带来的面源污染。
(3)矿区生活、医院污水和垃圾。矿区周围排放的生活污水没有只是经化粪池处理后直接排入地表水体,严重影响地表水体,从而污染塌陷水域水质。
2.2.3徐州采煤塌陷区
徐州采煤塌陷水域周围主要污染源有矿业污染源包括[12]:徐州矿务集团外排的高矿化度、高硬度、高氟的矿井水、徐州矿务集团洗煤厂排放的含有大量煤泥悬浮物的洗煤水、露天堆放的煤矸石经雨水冲刷后的地表径流以及周围居民的生活污水产生的生活污染源和因施用农业化肥、农药而产生的农业污染源。
2.2.4兖州采煤塌陷区
经过对兖州煤田区的调查和资料收集[13],了解到兖州矿塌陷区乡镇密集、交通发达、人口稠密、土地肥沃、工农业经济发达。塌陷区周围有很多大小不一的工厂、学校、试验田。因而兖州塌陷水域周围污染源有:①工业污染源主要是由周围的工厂排放的工业废水;②生活污染源包括塌陷区周围居民的少量生活污水以及矿区工业广场排放的处理后达标的部分生活污水,无矿井水直接排放;③农业污染源主要是农业生产施用化肥、农药而产生的农业面源污染。
2.3目前国内外对塌陷水域治理利用的研究现状
随着科学技术的发展,国外对塌陷区的治理研究取得了突破性的进展,利用新的研究技术创造出非常好的社会环境与经济效益。国际上,从有关国际学术组织的活动到有关资料文献的数量显示,对于采煤矿区塌陷土地复垦的理论研究较为活跃。该研究领域取得的主要研究成果包括矿山开采对土地生态环境的影响机制与生态环境恢复研究、矿山复垦与矿区水源及其他环境因子的综合考虑、清洁采矿工艺矿山生产的生态保护等[21]。比如,Darmody等人曾在伊利诺斯研究过开采沉陷对谷物产量的影响,Darmody的研究结果表明:Illinois州的Jefferson,Franklin和Williamson县因开采塌陷使农田排水条件变差,土壤入渗减慢,土壤湿度过大而影响种子发芽,阻碍作物生长因而使谷物产量下降。另外,英国和美国矿业与环境委员会将塌陷洼地开发为林地、草地、农地、娱乐场所、野生动物栖息地。近年来,美国、澳大利亚的一些学者提出把多种自然境因素引进城市地域,城郊建水库与河湖可以净化空气和吸收噪音;城郊建成大面积绿化带,引来自然界的动物与人类共同生活于城市地域中得理念。
我国对开采沉陷区的研究相对较晚,近年来,不少学者从景观生态和可持续生态环境管理等方面对采煤沉陷区进行环境影响评价,利用多种评价方法如人工神经BP网络、模糊综合评价、多层加权综合评价等对沉陷区的环境进行综合评价、治理和利用。王振红、桂和荣等通过对淮南矿区不同塌陷年龄的采煤塌陷塘的水生态环境监测,分析了不同塌陷年龄塌陷塘的主要限制性因子和塘内浮游植物种类组成及其生长的限制性因子,结果表明:不同塌陷年龄的塌陷塘中主要限制因子各不相同,但TP在各塘中均占据主要的限制性因子地位,塌陷塘主要为P限制型;浮游植物组成方面绿藻和蓝藻均占据优势地位,但各塌陷塘浮游植物组成与主成分因子间的关系并不一致,其受限因子也有所不同。
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2014年5月绿色科技第5期3不同地区采煤塌陷水域的管理及综合利用现状
3.1目前非官方的塌陷水域利用现状
目前,大部分塌陷水域是作为渔业养殖水域,也大多是粗放经营,没有形成系统的养殖区。因此,塌陷区水面呈荒芜、半荒芜状态,没有充分地发挥出塌陷区水资源利用的潜能。另外,对于一些水质比较好的塌陷塘,周围的农民把它们用来灌溉农田。
3.2环保部门对塌陷水域的功能划分
大部分地区政府环保部门并未对塌陷水域作出明确的功能划分,其中一些能源城市政府环保部门对塌陷水域作了明确的功能划分,比如淮北市政府环保部门以中华人民共和国《环境保护法》、中华人民共和国《水污染防治法》、中华人民共和国地表水环境质量标准及安徽省环境保护局环控(2002)69号文件等为依据对于淮北矿区采煤塌陷水域作出了详细明确的功能划分,具体见表1。
表1淮北矿区采煤塌陷水域功能划分
河流名称塌陷区名称区域面积/km2水域单元/个规划功能水质目标濉河支流袁庄塌陷区3.3881农业用水区Ⅳ类矿山集塌陷区8.8751农业用水区Ⅳ类岱河塌陷区5.9561农业用水区Ⅳ类杨庄矿塌陷区3.031饮用水源保护地Ⅲ类沈庄塌陷区2.181农业用水区Ⅳ类朔里塌陷区4.131农业用水区Ⅳ类石台塌陷区2.901农业用水区Ⅳ类沱河支流刘桥塌陷区2.01农业用水区Ⅳ类百善塌陷区1.3331农业用水区Ⅳ类浍河支流临涣塌陷区1.5131农业用水区Ⅳ类海孜塌陷区0.5781农业用水区Ⅳ类
3.3两淮地区政府对塌陷水域的综合治理与利用
3.2.1淮北市政府对塌陷水域的规划治理与利用
对于采煤塌陷区水域的环境治理,淮北市政府逐步探索出具有淮北特色的发展模式——多层采煤的深层塌陷区水产养殖复垦模式。多层采煤形成的深层塌陷区范围较广深度大,适于建立机械化网箱、围网和拦网渔场[3,16]。机械化网箱的成本较高,要求分布在较大的水域中央,平均每350亩的水面可建1亩面积的网箱。网箱利用太阳能作为能源,定时投放饵料,分层饲养,一般可分5层,不同鱼种搭配投放,亩产可达7万kg(1年多茬捕捞和投放鱼苗)。围网和拦网同样是在较大的水域内进行人工设网围成渔场,此种方式成本较网箱低,年均亩产600~800kg。采用这种模式不仅可以在治理环境污染的同时充分利用可利用的资源,而且还能创造巨大的经济价值。同时应切实关注环境承受力,保证做到治理与可持续发展相结合。在积极发展塌陷区渔业同时,应根据资源和环境的容量,制订规划和开发规模,并采取切实可行的措施把资源的开发利用与保护紧密地结合起来,纳入可持续发展的轨道,使渔业生产稳步增长,以减少环境代价,使资源再利用。
发展休闲观光渔业。以增加渔民收入为目的,大力开发休闲观光渔业,充分发挥塌陷区资源优势,将塌陷区建成休闲、旅游的好去处,形成一条以“垂钓、观景、游乐、餐饮”为特色的旅游热线,并以渔村文化为载体开发旅游项目,逐步形成产业优势,拓展渔业经济渠道。
3.2.2淮南市政府对塌陷水域的规划治理与利用
淮南市政府对采煤塌陷区将分别采取如下措施:加大浅层塌陷且已稳定区域的土地复垦力度,实行深层塌陷且已形成大面积水域的区域在开展养殖、种植、旅游的同时,注意防止富营养化,避免造成新的污染。控制矿区风景名胜区一切开发建设活动,恢复自然景观和植被。
考虑淮南市污染源特点,地形条件和农业环境条件建立农业生态管理和控制工程,在防治污染破坏的同时实现农业的经济效益。另外,围绕塌陷水域顺势而建天然湿地生态公园,在人工协助下,恢复生境环境,开辟新的旅游休闲区。
4对塌陷水域综合治理与利用的思考
据调查了解,虽然各个资源型城市煤矿塌陷区政府对各个矿区的采煤塌陷区都制定了一些综合治理利用的措施并且取得了一些成效,但是各环保部门对于大多数的塌陷水域并没有做出环境功能规划。这极大的限制了塌陷水域水资源的治理和有效利用。
目前对于采煤塌陷区进行综合治理的基本模式主要是等到采煤塌陷稳沉以后再进行复垦治理,即即采煤塌陷-补偿损失-塌陷地闲置-治理。采用这样的治理模式的话,在塌陷地未稳沉的过程中土地资源始终处于闲置状态,不能得到有效利用。而且塌陷地表深度积水后,治理时无法取土,浪费了大量的土壤资源。等到塌陷地稳沉后治理费用和过程也相当高。
据了解,欧美地区采用的土地复垦技术部分弥补了我们的基本复垦技术所带来的资源浪费。所以我们应该引进新的技术,对于正在沉降的塌陷地进行提前复垦,着手进行取土等前期治理工作,最大限度地减少土地资源的浪费和闲置,提高塌陷地治理的实效性;同时要做好塌陷前的村庄搬迁工作,为塌陷地治理工作做好铺垫;预先划定采煤区的范围和预测塌陷区范围,建立采煤塌陷地区动态监测系统。强化煤矿开采及采空的监测工作,正把“预防为主,防治结合”的原则落到实处。根据平原地区地下煤层的赋存厚度,科学预测出某一地块各个部位的塌陷深度,然后在地下尚未开采或其他煤层二次开采之前就结合实际采取矸石或粉煤灰回填进行超前治理。变被动治理为主动治理,实现在利用中保护、在保护中开发。既最大限度地获取利用土地资源效益,减少了对地表的破坏程度,又实现了矿区土地资源的可持续利用。
5结语
(1)不同城市的采煤矿区的塌陷积水面积不同,塌陷区的扩张速度各不相同,呈增长趋势。塌陷水域水资源量丰富,塌陷的水域面积越来越大。
(2)采煤塌陷水域周围污染源类似,主要为矿业污染源、工业污染源、生活污染源、农业面源污染源。
(3)尽管塌陷水域水资源量十分丰富,但是水资源利用不充分,且缺乏管理。如果加以科学的规划,进行综合治理与利用,不仅可以解决失去耕地农民的生活来源问题,还可以改善矿业城市的生态环境。
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