店坪煤矿环境地质问题调查与分析

史少卿，刘小松，杨星宇

（山西省煤炭地质物探测绘院，山西 晋中 030600）

店坪煤矿位于山西省吕梁市方山县大武镇王家庄村一带，地理坐标为东经111°04′17″～111°07′07″，北纬37°39′41″～37°41′54″。多年的煤矿开采产生了诸多生态环境问题，包括地质灾害频发、煤矸石堆积、水资源漏失、水土流失、村庄搬迁等[1]。因此，笔者围绕店坪煤矿环境地质问题，探讨开采活动引发的不同环境地质问题的防治，为矿山山水林田湖草生态保护和生态治理修复提供支撑与保障。

1 矿区环境地质条件

本区位于鄂尔多斯聚煤盆地东缘的河东煤田中部。区域出露地层由老至新顺次为：太古界界河口群、吕梁山群，元古界野鸡山群，震旦系，古生界寒武系中、上统，奥陶系下、中统，石炭系中、上统及二叠系下、上统，中生界三叠系下、中统，新生界新近系、第四系地层。老地层（结合口群—震旦系） 出露于勘探区东、东南及东北方位的枣林、汉高山、关帝山、峪口、张子山及起云山一带，早古生代地层出露于煤田边缘地带，晚古生代含煤地层出露于离石煤盆及黄河东缘临县—柳林一带，中生代地层沿黄河分布于河东煤田两侧，新生代地层广泛出露。本区域上含煤地层主要为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。区域构造中阳—离石向斜北端，总体为不对称向斜（中阳—离石向斜），并伴生次级背斜。井田大部分地段地层平缓，倾角1°～13°，在井田西南角F1 断层下盘地层较陡，倾角8°～16°。发育有5 m 以上的F1 和F2 断层及数条层间小断层，还发育有6 个陷落柱。

依据地质、水文地质、埋藏条件等，区内自上而下分为4 个含水岩组，即二叠系上、下石盒子组砂岩裂隙含水层、二叠系山西组砂岩裂隙含水层、石炭系太原组岩溶裂隙含水层、奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层。主要矿层体位于地下水位以下（位于区域岩溶水水位之上，无突水危险）；矿坑进水边界条件中等，充水含水层和构造破碎带、岩溶裂隙发育等富水性中等，补给条件较好，与区域强含水层、地下水集中径流带或地表水有一定联系。

现状条件下，矿山地质环境问题类型较多，采空影响范围内地面塌陷、地裂缝地质灾害频发，对矿区道路、土地资源造成了严重破坏。

2 调查与研究方法

充分利用现有调查成果，对已有数据成果进行坐标系转换，采用当前先进、成熟的航天遥感、全球卫星定位、地理信息系统、数据库和网络通讯等技术，通过内业解译、外业调查核实、数据采集与处理的综合调查手段，形成集信息获取、处理、存储、传输、分析和应用服务为一体的调查技术流程，采用内外业相结合的调查方法。

在第三次国土调查成果数据、煤矿储量年报、煤炭资源开发利用、地质环境保护与土地复垦方案、矿业权实地核查数据库等资料、影响村庄人口、历年来沉陷区治理情况等数据基础上，2021年7—10月，通过RADARSAT-2 和Sentinel-1 数据，采用合成孔径雷达干涉测量技术（InSAR） 进行处理，形成采煤沉陷区遥感解译图斑。据已收集掌握资料和地面调查对遥感解译图斑进行逐一核实遥感调查、地面调查，勘定了采煤沉陷区范围（10 mm等深线），确定了沉陷区内土地、道路、构筑物等受损范围。用Arcgis10.6 将采煤沉陷区范围、矿界范围、采空区范围、耕地、村庄等矢量数据进行叠加分析。查明了采空区范围、塌陷坑、地裂缝、沉陷区土地沉陷程度、耕地受损面积以及受沉陷区影响的村庄人口等数据。

3 数据分析

山西省矿产资源丰富，矿业开发已有数百年的历史，尤其是近20年来，矿业开发飞速发展[2]。人类在开发利用矿产资源以满足自身需要的同时，由于不断改变和破坏矿区的自然环境，产生了众多的矿山环境地质问题[3]。作为煤炭主产区的吕梁市方山县也面临众多的环境地质问题，其中，店坪煤矿现有环境地质问题较为突出。

3.1 采空区

经过多年开采，评估区内主要开采了2 号、3号、5 号、8 号、9 号和10 号煤层。该矿建矿至1998年改扩建前采用房柱式炮采，木支柱支护，1998年改扩建后又在原来已形成的巷道采用房柱式开采。2002年由霍州煤电集团有限责任公司购并后，2003年10月1 日正式投产，采用走向长壁式开采。在矿界北部开采2，3 号煤层；采用走向长壁式开采。自2003年底至2008年底，在矿界北部开采3，5 号煤层；2008年150 万t/a 改扩建后至今，采用走向长壁式综采布置采煤方法，顶板采用综采支架进行支护，工作面使用的液压支架均为掩护式支架。2009 后至2020年底矿井主要开采3，5，8，9 和10 号煤层。

2 号煤层采空区面积35.35 hm2，主要位于矿区东北部；3 号煤层采空区面积89.41 hm2，主要位于矿区北部工业广场周边；5 号煤层采空区面积约282.74 hm2，主要位于高速公路以北工业广场周边；8 号煤层采空区面积48.79 hm2，位于矿区东北角；9 号煤层采空区面积79.59 hm2，位于矿区北部矿界处一带；10 号煤层采空区面积56.65 hm2，位于矿区东北角一带。2 号、3 号、5 号、8 号、9 号和10 号煤层采空区水平投影面积累计432.53 hm2。

3.2 地裂缝与地面塌陷地质

地面塌陷呈阶梯状塌陷为主，深度最大为0.55 m。面积90.06 hm2，轻度损毁面积为48.41 hm2，中度损毁面积为41.65 hm2。其中耕地损毁面积44.67 hm2。

地裂缝位于采空塌陷区边缘地带，位于店坪村周边和矿区东北部2019—2020年采空区影响范围内，近南北走向，可见长度介于10～100 m 之间，最大可见宽度约0.35 m，平面最大可见深度约1.0 m，在一些黄土陡壁上可见到贯通性的裂缝，见图1。

图1 地裂缝图

现状调查和访问搬迁村民：麻塔村原户籍共有52 户156 人187 间房，村庄北部煤层开采后，造成了麻塔村北部6 户21 间房屋受到采煤影响而出现了裂缝，裂缝宽度0.02～0.05 m，造成了不同程度的损害，为了保障村民生命财产安全，同时煤矿为了释放产能（村庄下部分布有2 号、3 号、4 号、5号、8 号、9 号和10 号等多层煤，煤质较好），按照新农村建设和煤炭开采移民搬迁框架协议，由方山县大武镇人民政府组织，店坪煤矿出资，对麻塔村整个村庄进行了搬迁。水源村紧靠3 号煤层采空区，开采时间较为久远，多2003年前开采，距离王家庄最近50 m，开采时间为1998年前。王家庄距离2 号煤层采空区最近100 m，由于距离采空区较远，多年来村庄内及周边未出现采空塌陷引起的地表变形，现状调查村庄房屋完好，现状较稳定，地质灾害危险性小。其余村庄距离采空区均大于500 m，受采煤影响较轻。在高速公路南部有采空区进入到保护区内20 m，面积0.01 hm2，为2012年开采5 号煤层形成的采空区。高速公路其他地段距离现状采空区较远，大于200 m，现状调查高速公路两侧150 m 地面完好，无地面塌陷和地裂缝地质灾害，现状较稳定，地质灾害危险性小。

3.3 采矿已损毁土地情况

1） 已压占损毁土地。该矿工业场地位于井田北部，分为3 个功能分区：主生产区、辅助生产区、行政办公区，占地面积18.88 hm2；废弃采矿用地为工业场地周边等区域存在受采矿活动或人为活动影响造成的次生裸地区，占地面积8.44 hm2。店坪煤矿压占土地面积见表1。

表1 店坪煤矿压占土地面积表 （hm2））

现状排矸场位于工业场地北部荒沟，为矸石周转场，占地面积0.21 hm2。该处为“V”字形冲沟，排矸场地所在荒沟为南北走向，利用区域位于荒沟南侧，长约115 m，宽约20 m，深约30 m。

2） 已沉陷损毁土地。采煤沉陷区是因煤矿开采造成土地塌陷的区域，又叫采煤塌陷区，是由于长时间煤炭开采，形成了大量采空区，受采空及采矿活动的影响，原来岩层的应力平衡发生改变，导致地面塌陷、地裂缝的区域[4]。采煤沉陷区会对土地产生损毁。矿区西北部采空区多形成于2019年前，采空区裂缝和地表塌陷由于形成时间较长，已经经过地表弥合自然恢复和矿方根据上期复垦方案进行处理，地表植被长势已恢复到良好。

经过现场调查，2020年采空区上方有沉陷损毁土地暂未治理，初现于2021年3月15 日，位于矿区东北部，下庄村村南，发现地裂缝4 条，裂缝宽10～210 mm，可见深0.2～1 m，延伸长6～43 m，下错0.2～0.8 m，间距20～25 m。仅裂缝处发生变形，未发生大面积沉陷坡地、塌陷区等损毁形式。因地处黄土沟壑区，地形复杂，未发现明显陷落坑，根据煤层深度可能发生最大下沉量2～3 m，实际调查下错量最大值0.8 m。沿裂缝发育边缘圈定沉陷区面积，采空区影响范围内，在一些黄土陡壁上可见到贯通性的裂缝，沿发现裂缝外缘圈定已沉陷区面积90.06 hm2。店坪煤矿已沉陷损坏土地面积见表2。

表2 店坪煤矿已沉陷损坏土地面积表 （hm）2）

综上所述，该矿已损毁土地面积共117.59 hm2，其中已压占损毁土地面积27.53 hm2，包括工业场地18.88 hm2、废弃采矿用地8.44 hm2、排矸场0.21 hm2，已沉陷损毁土地面积90.06 hm2。

4 讨论与结论

一是本次店坪煤矿环境地质问题调查，查明了采空区范围、主要地质灾害、已沉陷影响的耕地、村庄、人口等数据。二是2 号、3 号、5 号、8 号、9 号、10 号煤层采空区水平投影面积432.53 hm2。三是地面塌陷呈阶梯状塌陷为主，深度最大为0.55 m。地裂缝位于采空塌陷区边缘地带，位于店坪村周边和矿区东北部2019-2020年采空区影响范围内，走向近南北向，一般可见长度介于10～100 m 之间，最大可见宽度约0.35 m，平面最大可见深度约1.0 m，在一些黄土陡壁上可见到贯通性的裂缝。四是造成了麻塔村北部6 户21 间房屋受到采煤影响而出现了裂缝，裂缝宽度0.02～0.05 m，造成不同程度的损害。五是该矿已损毁土地面积共计117.59 hm2，其中，已压占损毁土地面积27.53 hm2，包括工业场地18.88 hm2、废弃采矿用地8.44 hm2、排矸场0.21 hm2，已沉陷损毁土地面积90.06 hm2。

总之，店坪煤矿环境地质问题现状较复杂，治理时既要掌握沉陷区的区域特征，做到统筹规划；又要掌握不同沉陷区特点，做到宜耕则耕、宜林则林，实现矿山山水林田湖草生态保护和生态治理修复综合治理[5]。