采煤塌陷区防洪评价要点探讨

2015-12-24陈小凤

治淮 2015年5期

陈小凤胡军

采煤塌陷区防洪评价要点探讨

陈小凤胡军

安徽省淮北地区是我国重要的煤炭基地和能源基地，在区域社会经济发展中占有举足轻重的地位。区域煤炭资源长期开采引发地面沉降、地面塌陷等一系列环境地质问题。据统计，安徽省淮北地区现有采煤沉陷区积水面积近90km2，积水容积2.4亿m3，平均水深3～5m，最深达到8～12m。预计到2025年，采煤沉陷积水面积达到近200km2，积水容积达15亿m3。

采煤塌陷区会导致区域地表河流水系变化，改变原有的排水系统，影响河道行洪、堤防安全、河势稳定、水利规划等。根据《中华人民共和国防洪法》和《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》等，涉河项目需编制防洪评价报告。本次以安徽省淮北地区童庄矿井为例，进行采煤塌陷区防洪评价要点的分析和探讨。

一、采煤塌陷区特点

1.滞后性和长期性

采煤塌陷区是在煤炭开采一定规模和一段时间之后才会出现，并且随着开采范围的扩大，塌陷范围和深度会相应增加，当整个矿井开采完毕后塌陷区稳定沉降还需要一定的时间。

2.不确定性

因煤炭资源分布、地质条件等差异，受开采规模和开采深度等影响，塌陷深度不一。受开采进度和开采方案的影响，塌陷时间和范围也会发生相应变化。因此首先确定煤炭资源分布范围、规划开采范围，根据开采进度和分区合理预测采煤塌陷区的边界、塌陷深度及相应的面积。

二、采煤塌陷区防洪评价要点

煤炭矿井开采设有的矿井工业场地、主井、副井、中央回风井等在正常使用过程中要确保不受场地设计洪水的威胁。同时要确保采煤形成的塌陷区对附近的河流、堤防等影响降到最小，明确影响发生时需采取的补救措施和补偿方案，因此采煤塌陷区防洪评价是双向的。

1.煤炭行业规模等级及防洪标准

煤炭行业矿井和选煤厂不同类型规模等级标准参考《煤炭工业矿井设计规范》确定，矿井井口设计防洪标准为100年一遇，校核防洪标准为300年一遇，矿井工业场地设计防洪标准为100年一遇。

2.采煤塌陷区范围确定

根据矿井煤炭资源分布范围，确定开采边界，依据矿井的开采计划分析出采煤塌陷的范围、深度和最终稳定塌陷的范围，并绘出塌陷区下沉等值线图。同时根据矿井工业场地、主井、副井、中央回风井所在的位置和高程，判断是否处于采煤塌陷区范围内，并分析判断矿井工业场地及井口是否受洪水威胁。

3.设计洪水计算

采煤塌陷区可能会影响到区域内河道、大沟等地表水系，涉及洪水和涝水计算。河道的设计洪水可直接采用设计报告中的设计流量、设计水位等成果；如果没有，可采用安徽省淮北地区常用的经验计算方法。流域面积500～5000km2的可采用《淮北除涝水文计算办法》，流域面积小于500km2可采用《安徽省淮北地区除涝水文计算办法》。

4.塌陷对堤防的影响

（1）对堤防变形的影响

堤防有一个能承受的最大允许变形值，地下采煤引起的地表移动和变形，对沉陷范围内的河道堤防将产生影响。国家煤炭工业局2000年颁布的《建筑物水体铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中规定，砖和混凝土的坝和堤，其极限地表水平变形值为2.5mm/m；有溢水设施的土坝和堤，其允许地表水平变形值为6.0mm/m，极限地表水平变形值为9.0mm/m；无溢水设施的土坝和堤，其允许地表水平变形值为4.0mm/m。如果河堤所在地表的变形值达到临界变形值中的某一个指标，则认为河堤可能会受到损害。

（2）对堤防渗透稳定的影响

堤下采煤堤防存在着堤基差、渗水性大、堤身不密实、堤后坑塘多等弊病。除堤顶挡水高程不足引起漫顶外，其他绝大多数是由渗透破坏所致。影响河堤及边坡稳定的主要因素有：土层工程性质差异很大，存在软弱土层，如淤泥质粘土等；强透水层与隔水层共存，土体中有很大的静水压力与动水压，堤防下伏有粉细砂等液化层。

5.塌陷对河道行洪、河势稳定等方面影响

采煤塌陷区内河流水系可能会与附近的河道沟通，对河道行洪、河势稳定、防汛抢险、水利规划、第三方合法水事权益等有不同程度的影响，在实际评价中要针对塌陷区的具体情况做出针对性的评价，提出可行的补偿方案与补救措施。

三、实例

童庄矿井位于安徽省蒙城县境内，井田东西长7 km，南北宽0.5～2km，面积约7.63km2。井田东北侧有任楼煤矿，南侧有许疃煤矿，东侧与任楼煤矿相连，东北距宿州市约37km，西南距蒙城县城约30km。童庄矿井位于淮北平原中部，区内地势平坦，地面标高+25.20～+26.90m，西北略高，向东南微倾。童庄矿井位于淮河水系，区内无天然河流，但人工沟渠纵横，自西北向东南流入淮河支流北淝河，后注入淮河。童庄矿井位于澥河郭家（0+000）～忠阳（21+100）段，井田边界位于澥河边，采煤沉陷区预测边界距澥河约1.12km，玉亭沟从矿区穿过。

1.采煤塌陷区范围

童庄矿井首采区中央（72～82）采区服务年限15年，15年至20年开采中央（51～52）采区和西一采区，因此前15年中央采区逐步沉陷，15～20年西一采区逐渐出现沉陷。首采区开采结束后所形成的塌陷面积约1.41km2，其中塌陷深度2.0m以上积水面积约1.08km2，最大塌陷深度约8.6m。全井田开采结束后所形成的塌陷面积约7.28 km2，其中塌陷深度2.0m以上积水面积约4.64km2，最大塌陷深度约10.3m。首采区及全井田造成的地表塌陷范围内不同下沉深度影响面积见表1。

2.洪水对工业场地及井口的影响

澥河设计防洪标准为20年一遇，除涝标准为5年一遇，矿井所在处澥河河段5年一遇除涝水位25.6m，20年一遇防洪水位26.70m，堤顶高程27.30m。当发生一般小洪水时，矿井工业场地基本不受洪水影响。当发生20年一遇或超标准洪水时，澥河可能会漫堤，工业场地洪水主要为内涝洪水和澥河的漫堤洪水。工业场地设计洪水位可按照澥河溃坝洪水位及场地内涝水位水面线估算。由于澥河距离场地较近，从安全考虑，假定超标准洪水位达到坝顶时溃破，参考设计洪水位及堤顶高程且不计水面落差，估算工业场地100年一遇设计洪水位为26.35m，300年一遇校核洪水位为26.45m。

矿井工业场地地面高程为25.0～26.0m，为了保证工业场地不受洪水影响，建议将工业场地地面加高至26.35m以上。童庄矿井主井、副井、中央回风井的井口高程均为+27.0m，高井口高程设置合理。由于主井、副井及中央回风井施工周期相对较长，在施工过程中要采取一定的防护措施避免洪水涝水进入井内。

3.采煤塌陷对区域水利规划、水系等的影响

矿井所在河段目前暂无相关水利规划，井田采煤沉陷区预测边界距澥河约1.12km，未影响到河道管理范围。当沉陷区范围不断扩大，玉亭沟等地表排涝水系会发生沉降，面上的排涝系统会被破坏，建议在沉陷初期可采用建设临时排涝设施排涝，当沉陷稳定后要对地表河流进行系统整治，确保区域除涝安全。

4.采煤塌陷对堤防、防汛抢险等方面的影响

童庄矿井稳定沉陷后距离澥河堤防约1.12km，不在河道的管理范围内，不影响河道行洪、河道内第三方合法水事权益等。建议在澥河右堤建立实时监控，分析其动态移动与变形规律，及时对堤防进行加固处理。采煤单位应根据井下条件制定切实可行的地下处理措施，预留一定数量的煤柱或缩小开采范围，尽量减少地面沉降量。

矿井开采形成的塌陷区会引起李碱昌到许疃镇的乡级公路发生沉降，可在沉陷区外侧修建公路，与未沉陷的原道路相连接，确保防汛道路安全畅通，以备塌陷后汛情出现时能及时进行抢险。

玉亭沟等面上大沟沉陷发生初期通过建设临时排涝站排涝，当全井田开采结果沉陷稳定后，要开展地表水系系统整治，恢复水系区域排涝、灌溉功能。项目建设应严格按照相关程序报相关水行政，各项建设均按批复意见办理，如存在影响其他第三人合法水事权益，也将依有关法规调解或者补偿。

四、结论

为了确保矿井工业场地及开采井的不受设计洪水的威胁，将采煤塌陷对河流水系、堤防等影响降到最小，开展采煤塌陷区防洪评价十分必要。以安徽省淮北地区童庄矿井为例开展采煤塌陷区防洪评价要点研究与探讨，现总结如下：（1）确定矿井及工业场地的设计洪水标准，计算工业场地和矿井的设计洪水位，分析是否满足防洪标准需求；（2）根据煤炭分布特点及开采方案确定采煤塌陷范围及深度；（3）合理计算校核河道的设计水位和设计流量，分析塌陷对河道行洪的影响；（4）分析塌陷区对河势稳定、堤防安全、防汛抢险、第三方合法水事权益等方面的影响，提出有针对性的补救措施。在实际工作中，要针对每个塌陷区的特点有针对性进行防洪评价，并提出有效的补救措施和补偿方案，既要确保工业场地和矿井的安全，又要将塌陷区对区域防洪等方面的影响降到最小