井工煤矿开采对地质环境的影响研究

闵 超

（长安大学 地球科学与资源学院，陕西 西安 710054）

中国煤炭资源埋藏较深，井工开采是主要的开采方式，其占比在90%以上。井工开采项目的建设工程种类多，包括主体工程、辅助工程、公用工程、储运工程等，其所占土地面积在数十平方公顷以上，向下采掘深度往往在数百米以上，对地质环境造成了严重的破坏。

1 地面沉陷

开采沉陷是由于地下岩层被采空，地面覆盖岩层失去支撑而出现重力变形和断裂的现象，是井工煤矿区最常见、最主要的地质环境问题。在CNKI 数据库对其检索发现，开采沉陷在煤矿开采环境问题文献中所占比例最大，其所受关注度最高。目前，中国煤矿环境影响评价工作对地面沉陷的预测主要依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的概率积分法，该方法是在随机介质理论的基础上延伸、简化、发展而来的一种基于几何学的开采沉陷预测方法[1]。近些年，出现了众多对概率积分法参数进行优化的新算法，包括遗传算法[2]、神经网络算法[3]以及果蝇算法[4]等。

胡炳南等[5]的统计结果表明，中国由于煤矿开采造成的土地塌陷面积高达20 000 km2。地面沉陷改变了地表水的水流方向，地面起伏变大，低洼区易汇集降雨，加剧水土流失，直接威胁采区周边的生态环境；此外地面沉陷造成地表裂缝，引发安全事故，同时使地表建筑、交通设施（道路、桥梁等）变形，对人民的生命及财产安全带来极大损失。

2 水资源流失及污染

2.1 水资源流失

中国煤炭资源主要分布在淡水资源匮乏的西北地区，井工煤矿开采破坏了地下含水层的水力平衡，同时伴随发育导水裂隙带，继而引发大量的矿井涌水，造成地下水水位降低，加剧西北地区水资源短缺危机。柳宁等[6]的研究结果表明，榆神府地区因煤矿开采而造成的年排水量约为5×107m3，并且随着其余规划煤矿的建成，年排水量将会增加约1.4×108m3，对于地下水位预测结果也表明从2013—2048年，矿区地下水位年降幅将超过20 m。目前，矿井涌水量的计算方法包括解析法、大井法、数值法等，其中大井法的应用最为广泛，常在煤矿环境评价工作中用以计算矿井涌水量。

2.2 水资源污染

采区水资源污染原因复杂，首先地下水在采矿活动的干扰下加大了对矿石中硫化物及重金属的溶解，此外，地下水流出地表与空气接触，水中的硫离子发生氧化，加剧水质酸化。王振兴等[7]的研究结果表明采矿活动会明显劣化地层中各含水层的水质。开采项目生活污水的跑、冒、滴、漏和矸石山淋溶水同样也会对地下水水质产生影响。

3 土地环境问题

煤矿工程需要对大面积土地进行开发，以建设煤炭的开采、分选、储存、运输、生活等场地。开发土地会直接破坏地表植被，破坏土壤团粒结构，降低土地耕种能力。煤矸石需要压占大量土地，同时煤矸石含有SO42-、Zn、Cu 等组分，如不设专门的矸石仓及采取防渗措施，可对土壤造成污染。刘玥 等[8]的研究结果表明煤矸石周边200 m 范围内的重金属Pb、Zn、Cu、Cd 含量均严重超过中国土壤元素背景值，且重金属Pb、Zn 在土壤中容易发生转移，对周围生态存在严重安全隐患。

中国大部分煤炭资源集中分布在气候干旱的西北地区，地表蒸发量大，由于地下水含盐度高，长期外排地下水进入土壤，就会造成土壤盐碱化；矿井水长期汇入低洼地区，也会造成土地沼泽化。井工煤矿开采会造成地下水疏干，因此，地表水与土壤中的水分会在重力作用下渗透补给地下水，地面生态在长期缺水状态下遭到破坏，土壤出现沙漠化，同时水土流失风险加大。

经阅读多份中国井工煤矿环境影响评价报告书，对其中四个煤矿的占地面积、矿井涌水量及预测开采终止最大下沉面积数据进行整理，如表1所示，其中矿井涌水量由于矿区所在位置地下水条件的不同会出现较大差距。

表1 中国某四个煤矿的部分信息表

4 结束语

井工煤矿开采对地质环境的影响具有综合性与多面性，各个问题之间也相互联系、相互影响。中国政府要加强对煤炭企业的监督，确保环境影响评价的真实性，同时企业需要承担起治理矿区环境问题的重担，秉持“重点治理”与“全面治理”理念。全国煤矿所在位置的地质、地理环境各异，各个煤矿开采造成的环境风险也不同，建议中国建立科学的煤炭开采环境影响分级划分制度，为全国煤炭开采风险进行划分，有利于确定开采顺序及减小环境风险。