咸丰县采煤沉陷区破坏现状及综合治理

杨 斌，袁 鑫，雷亚萍

（中国煤炭地质总局 第三水文地质队，河北 邯郸 056001）

0 引 言

煤炭是中国最常用的能源，在中国能源生产和消费结构中占重要地位，推动了我国的经济发展，不仅改善了人民的生活质量，也提高了我国的就业率[1-2]。但是由于长期以来矿产资源过度化、粗放式的开采，我国各级国土空间出现了大规模的采煤沉陷区，在社会经济、生态等方面产生了诸多安全隐患，不仅造成了国土空间结构失衡，还阻碍了区域的良性发展[3-4]。

煤炭作为咸丰县储量最大的自然资源之一，曾一度是咸丰县积累初始财富的主要经济支柱。开采历史悠久，最盛时期全县有多达200 多处煤窑，2018 年年底，根据湖北省“去产能”政策要求，咸丰县煤矿全部关停，全面退出。早期的无序开采和历史原因造成的管理缺失，形成了大范围的采煤沉陷区，据调查，咸丰县域内采煤沉陷区及影响范围达199.59 km2。沉陷区内脆弱的地质环境及人居环境不断遭到破坏并恶化，发生一系列地质环境问题，并诱发了地表沉陷、地裂缝、滑坡、崩塌等地质灾害[5]。严重影响了当地居民的生产生活甚至危及生命。

咸丰县目前对于沉陷区的治理仅对部分地区进行避险搬迁安置、基础设施完善、土地复垦等，但都没有从根本上解决问题。随着采煤沉陷区的破坏现状还在不断的加剧演变，地表存在很多不稳定因素，对当地居民的生产生活威胁极大。鉴于此，在分析咸丰县采煤沉陷区破坏现状的基础上，对咸丰县采煤沉陷区治理思路进行探讨，并提出相关对策和建议,为村庄搬迁安置、沉陷区综合治理等提供参考[6]。

1 研究区概况

咸丰县为湖北省恩施土家族苗族自治州下辖县，湖北西大门。位于鄂、湘、黔、渝四省(市)边区结合部，距州府所在地恩施98 km，距重庆市黔江区53 km。地处武陵山东部、鄂西南边陲，扼楚蜀之腹心，为荆南之要地。

采煤沉陷区位于唐崖镇、曲江镇和坪坝营镇，涉及16 个矿山。其中唐崖采煤沉陷区涉及2 个矿山，境内地势北高南低，平均海拔800 m 左右，地表以石灰岩为主，山峦起伏，喀斯特地貌发育，溶洞洼地广布，属垂直差异较大而水平差异较小的中、低山地形。曲江、坪坝营采煤沉陷区涉及14个矿山，平均海拔标高1 000 m 左右，为丘陵地带，显岩溶地貌景观。

矿区内出露地层有第四系（Q）、三叠系下统大冶组（T1d）、二叠系上统长兴组（P2ch）、下窑组（P2x）、龙潭组（P1l）、及下二叠统茅口组（P1m）。咸丰县煤炭资源主要分布在杨洞、甲马池、丁寨、尖山喇叭槽等地，产于二叠系吴家坪组。16 个煤矿矿权范围内面积38.48 km2，其下部形成的采空区面积20.13 km2。

咸丰县采煤沉陷区煤矿矿山分布示意如图1所示。

图1 咸丰县采煤沉陷区煤矿矿山分布示意Fig.1 Distribution of coal mines in mining subsidence area of Xianfeng County

2 采煤沉陷区破坏现状

长期以来，由于煤炭资源的无序开采引起的环境问题日益凸显恶化，主要为环境污染、资源破坏和地质灾害3 大类[7-8]。

咸丰县由于早期缺乏相关的煤矿资源开采管控政策，煤矿开采缺少保护措施，导致沉陷区遗留下煤矸石、矿渣等采煤副产品被随意堆放、采空区未按规范留设保安煤柱等问题。煤矿关闭后，地面沉降和煤矸石的问题逐渐突显出来，对区内地质、生态环境和基础设施等造成了严重破坏，主要体现在以下5 个方面。

2.1 地质灾害多发

采煤沉陷属于渐进式的地质灾害，具有发生比较缓慢、历时长、不容易察觉、危害性大等特点[9]。目前采煤沉陷仍是世界性的难题，无论中外采矿区，均出现不同程度的沉陷，不仅破坏了土地资源，而且造成了严重的地质灾害[10]。

经调查，咸丰县重点采煤沉陷区内现仍存在地表沉陷坑86 处（其中唐崖镇范围内2 处，曲江镇范围内13 处，坪坝营镇范围内71 处），累计面积19 405 m2。区内水平移动明显，引起崩塌、滑坡等地质灾害13 处，其中滑坡8 处（坪坝营镇6 处、唐崖镇2 处）、崩塌5 处（坪坝营镇4 处、曲江镇1 处）。

2.2 水田变旱地

由于煤矿开采，大气降水和煤层顶板岩溶水通过岩溶和采动裂隙流进采空区，导致采空区域内泉水干涸，水源断流，百亩水田被迫改为旱田，只能种植玉米等旱地作物，严重影响了百姓的正常生活。

2.3 重金属和酸性废水污染

采煤沉陷区土地受沉陷威胁及污染损毁，难以得到高效利用[11]。咸丰县采煤沉陷区因长期的煤矿开采、洗煤，导致区域内重金属污染严重。目前，采煤沉陷区内大量煤矸石和矿渣堆积，虽然多数已自然复绿，但雨季在雨水淋滤下，仍形成大量酸性废水，导致区域内土壤重金属污染加剧。经统计采煤沉陷区内土壤存在较高污染风险耕地面积74.34公顷，占全县严格管控类耕地总面积的60.79%

2.4 房屋、道路、水利设施破坏严重

采煤沉陷区对于周围居民的居住环境破坏程度较为严重[12]。道路破坏主要呈现路面裂缝、路基坍塌和边坡滑坍，水渠破坏表现为渠壁裂缝、渠底坍塌以及由地面沉降和滑坡引起的挤压和变形，导致输水功能丧失。蓄水池和水库破坏主要表现为池底裂隙和池壁墙体破坏，从而无法蓄水。经过调查与收集，确认采煤沉陷区需整修的道路共计227.85 km，需修复沟渠31.18 km。

采煤导致的地面沉降较严重地区危及地面建筑物，使区内居民的住宅变成“危房”，直接影响居民的生活甚至危及生命[13]。经过调查收集，采煤沉陷区内房屋出现损坏、损毁的共1 350 户。

3 治理方法

3.1 地质环境问题治理

（1） 采空区关键区域治理。通过遥感解译、现场调查、勘查、监测、预测模拟等综合手段，确定采空区残余变形区域和关键部位，实施采空区域治理，采用注浆充填，结合煤矸石回填，采用“以废治废”的方法，将煤矸石处置与塌陷区修复相结合[15]。

（2） 地面塌陷治理。对地面塌陷采取就地充填、碾压、平整等工程措施进行处理，填入黄土夯实平整。根据沉陷地周围地形，将沉陷地块整修成平地、台田、梯田等。

（3） 崩塌、滑坡勘查、治理和监测。对各地质灾害点开展逐一勘查，进行变形预测，有序开展治理，并构建监测预警系统，实现实时的监测预警。

3.2 煤矸石“隐形污染”源头治理

（1） 查明煤矸石等采煤副产品的堆积分布情况，通过取样检测、动态监测查明污染程度，进行分类分级。

（2） 评估煤矸石堆体周边地下水和地表水受污染程度，并在治理过程中坚持动态监测。

（3） 根据采空区治理需要就近部分或全部挖除作为充填废料，剩余和其他堆积体补充防渗和阻断措施后复绿。

3.3 农田改造和土壤污染治理

（1） 开展农田破坏和污染情况调查，查明破坏和污染范围、程度。

（2） 进行土壤污染治理。原位与异位处理相结合，对集中连片污染土地采取原位治理，打造高标准农田，小型污染地块实施土壤重构。

（3） 实施农田“旱改水”工程。修建配套蓄水池、修复灌溉水渠。

3.4 酸性废水污染治理（1） 在丰水季开展酸性废水污染调查。

（2） 根据酸性废水污染浓度和排放量大小，采取管道收集+人工湿地集中处理的治理方式。

（3） 实施必要的沟渠和河道修复工程。

3.5 基础设施修复

（1） 对于损坏严重的危房，建议当地政府实行搬迁安置处理；损坏较轻的房屋，可进行加固处理；建设房屋采用抗采动变形的框架结构。

（2） 对于路面开裂、路基坍塌、水渠受损等问题，可将受损地方挖开，采用钢筋等稳固的材料构建支撑体系，并使用水泥浆进行浇注。

3.6 跟踪监测

根据塌陷区功能建设、农业生态、煤矸石堆场等分区进行生态修复跟踪监测，突出地表变形、地质灾害点稳定性、地表水水质、土壤和水体质量等的变化监测。

3.7 实现生态环境导向开发

根据咸丰县国土空间规划和沉陷区接续产业规划，开展富硒产品种植试点，同时深入挖掘文化、生态资源，积极吸引社会资本产业投入，打造沉陷区“生态环境治理+产业开发”的咸丰模式。

4 结 语

采煤沉陷严重破坏了矿区生态和地质环境，制约了矿区经济、生态和社会的可持续发展[16]。采煤沉陷区的治理是咸丰县十四五规划的重点工程，必须坚持系统生态治理，从源头上解决采空区残余变形、煤矸石、酸性废水污染问题，进而实施地质隐患治理、农田改造、土壤污染治理，同时进行基础设施修复，并导入产业，实现可持续发展。治理工程力争2 ～3 a 内完成，切实保障人民群众生命财产安全，从根本上改善矿区群众的生活条件和质量，促进区域协调发展、建设环境友好型和谐社会。