陳小鳳 胡 軍

采煤塌陷區(qū)防洪評價(jià)要點(diǎn)探討

陳小鳳 胡 軍

安徽省淮北地區(qū)是我國重要的煤炭基地和能源基地，在區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有舉足輕重的地位。區(qū)域煤炭資源長期開采引發(fā)地面沉降、地面塌陷等一系列環(huán)境地質(zhì)問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，安徽省淮北地區(qū)現(xiàn)有采煤沉陷區(qū)積水面積近90km2，積水容積2.4億m3，平均水深3～5m，最深達(dá)到8～12m。預(yù)計(jì)到2025年，采煤沉陷積水面積達(dá)到近200km2，積水容積達(dá)15億m3。

采煤塌陷區(qū)會導(dǎo)致區(qū)域地表河流水系變化，改變原有的排水系統(tǒng)，影響河道行洪、堤防安全、河勢穩(wěn)定、水利規(guī)劃等。根據(jù)《中華人民共和國防洪法》和《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目管理的有關(guān)規(guī)定》等，涉河項(xiàng)目需編制防洪評價(jià)報(bào)告。本次以安徽省淮北地區(qū)童莊礦井為例，進(jìn)行采煤塌陷區(qū)防洪評價(jià)要點(diǎn)的分析和探討。

一、采煤塌陷區(qū)特點(diǎn)

1.滯后性和長期性

采煤塌陷區(qū)是在煤炭開采一定規(guī)模和一段時(shí)間之后才會出現(xiàn)，并且隨著開采范圍的擴(kuò)大，塌陷范圍和深度會相應(yīng)增加，當(dāng)整個(gè)礦井開采完畢后塌陷區(qū)穩(wěn)定沉降還需要一定的時(shí)間。

2.不確定性

因煤炭資源分布、地質(zhì)條件等差異，受開采規(guī)模和開采深度等影響，塌陷深度不一。受開采進(jìn)度和開采方案的影響，塌陷時(shí)間和范圍也會發(fā)生相應(yīng)變化。因此首先確定煤炭資源分布范圍、規(guī)劃開采范圍，根據(jù)開采進(jìn)度和分區(qū)合理預(yù)測采煤塌陷區(qū)的邊界、塌陷深度及相應(yīng)的面積。

二、采煤塌陷區(qū)防洪評價(jià)要點(diǎn)

煤炭礦井開采設(shè)有的礦井工業(yè)場地、主井、副井、中央回風(fēng)井等在正常使用過程中要確保不受場地設(shè)計(jì)洪水的威脅。同時(shí)要確保采煤形成的塌陷區(qū)對附近的河流、堤防等影響降到最小，明確影響發(fā)生時(shí)需采取的補(bǔ)救措施和補(bǔ)償方案，因此采煤塌陷區(qū)防洪評價(jià)是雙向的。

1.煤炭行業(yè)規(guī)模等級及防洪標(biāo)準(zhǔn)

煤炭行業(yè)礦井和選煤廠不同類型規(guī)模等級標(biāo)準(zhǔn)參考《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》確定，礦井井口設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇，礦井工業(yè)場地設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。

2.采煤塌陷區(qū)范圍確定

根據(jù)礦井煤炭資源分布范圍，確定開采邊界，依據(jù)礦井的開采計(jì)劃分析出采煤塌陷的范圍、深度和最終穩(wěn)定塌陷的范圍，并繪出塌陷區(qū)下沉等值線圖。同時(shí)根據(jù)礦井工業(yè)場地、主井、副井、中央回風(fēng)井所在的位置和高程，判斷是否處于采煤塌陷區(qū)范圍內(nèi)，并分析判斷礦井工業(yè)場地及井口是否受洪水威脅。

3.設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

采煤塌陷區(qū)可能會影響到區(qū)域內(nèi)河道、大溝等地表水系，涉及洪水和澇水計(jì)算。河道的設(shè)計(jì)洪水可直接采用設(shè)計(jì)報(bào)告中的設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)水位等成果；如果沒有，可采用安徽省淮北地區(qū)常用的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法。流域面積500～5000km2的可采用《淮北除澇水文計(jì)算辦法》，流域面積小于500km2可采用《安徽省淮北地區(qū)除澇水文計(jì)算辦法》。

4.塌陷對堤防的影響

（1）對堤防變形的影響

堤防有一個(gè)能承受的最大允許變形值，地下采煤引起的地表移動(dòng)和變形，對沉陷范圍內(nèi)的河道堤防將產(chǎn)生影響。國家煤炭工業(yè)局2000年頒布的《建筑物水體鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中規(guī)定，磚和混凝土的壩和堤，其極限地表水平變形值為2.5mm/m；有溢水設(shè)施的土壩和堤，其允許地表水平變形值為6.0mm/m，極限地表水平變形值為9.0mm/m；無溢水設(shè)施的土壩和堤，其允許地表水平變形值為4.0mm/m。如果河堤所在地表的變形值達(dá)到臨界變形值中的某一個(gè)指標(biāo)，則認(rèn)為河堤可能會受到損害。

（2）對堤防滲透穩(wěn)定的影響

堤下采煤堤防存在著堤基差、滲水性大、堤身不密實(shí)、堤后坑塘多等弊病。除堤頂擋水高程不足引起漫頂外，其他絕大多數(shù)是由滲透破壞所致。影響河堤及邊坡穩(wěn)定的主要因素有：土層工程性質(zhì)差異很大，存在軟弱土層，如淤泥質(zhì)粘土等；強(qiáng)透水層與隔水層共存，土體中有很大的靜水壓力與動(dòng)水壓，堤防下伏有粉細(xì)砂等液化層。

5.塌陷對河道行洪、河勢穩(wěn)定等方面影響

采煤塌陷區(qū)內(nèi)河流水系可能會與附近的河道溝通，對河道行洪、河勢穩(wěn)定、防汛搶險(xiǎn)、水利規(guī)劃、第三方合法水事權(quán)益等有不同程度的影響，在實(shí)際評價(jià)中要針對塌陷區(qū)的具體情況做出針對性的評價(jià)，提出可行的補(bǔ)償方案與補(bǔ)救措施。

三、實(shí)例

童莊礦井位于安徽省蒙城縣境內(nèi)，井田東西長7 km，南北寬0.5～2km，面積約7.63km2。井田東北側(cè)有任樓煤礦，南側(cè)有許疃煤礦，東側(cè)與任樓煤礦相連，東北距宿州市約37km，西南距蒙城縣城約30km。童莊礦井位于淮北平原中部，區(qū)內(nèi)地勢平坦，地面標(biāo)高+25.20～+26.90m，西北略高，向東南微傾。童莊礦井位于淮河水系，區(qū)內(nèi)無天然河流，但人工溝渠縱橫，自西北向東南流入淮河支流北淝河，后注入淮河。童莊礦井位于澥河郭家（0+000）～忠陽（21+100）段，井田邊界位于澥河邊，采煤沉陷區(qū)預(yù)測邊界距澥河約1.12km，玉亭溝從礦區(qū)穿過。

1.采煤塌陷區(qū)范圍

童莊礦井首采區(qū)中央（72～82）采區(qū)服務(wù)年限15年，15年至20年開采中央（51～52）采區(qū)和西一采區(qū)，因此前15年中央采區(qū)逐步沉陷，15～20年西一采區(qū)逐漸出現(xiàn)沉陷。首采區(qū)開采結(jié)束后所形成的塌陷面積約1.41km2，其中塌陷深度2.0m以上積水面積約1.08km2，最大塌陷深度約8.6m。全井田開采結(jié)束后所形成的塌陷面積約7.28 km2，其中塌陷深度2.0m以上積水面積約4.64km2，最大塌陷深度約10.3m。首采區(qū)及全井田造成的地表塌陷范圍內(nèi)不同下沉深度影響面積見表1。

2.洪水對工業(yè)場地及井口的影響

澥河設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，除澇標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇，礦井所在處澥河河段5年一遇除澇水位25.6m，20年一遇防洪水位26.70m，堤頂高程27.30m。當(dāng)發(fā)生一般小洪水時(shí)，礦井工業(yè)場地基本不受洪水影響。當(dāng)發(fā)生20年一遇或超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，澥河可能會漫堤，工業(yè)場地洪水主要為內(nèi)澇洪水和澥河的漫堤洪水。工業(yè)場地設(shè)計(jì)洪水位可按照澥河潰壩洪水位及場地內(nèi)澇水位水面線估算。由于澥河距離場地較近，從安全考慮，假定超標(biāo)準(zhǔn)洪水位達(dá)到壩頂時(shí)潰破，參考設(shè)計(jì)洪水位及堤頂高程且不計(jì)水面落差，估算工業(yè)場地100年一遇設(shè)計(jì)洪水位為26.35m，300年一遇校核洪水位為26.45m。

礦井工業(yè)場地地面高程為25.0～26.0m，為了保證工業(yè)場地不受洪水影響，建議將工業(yè)場地地面加高至26.35m以上。童莊礦井主井、副井、中央回風(fēng)井的井口高程均為+27.0m，高井口高程設(shè)置合理。由于主井、副井及中央回風(fēng)井施工周期相對較長，在施工過程中要采取一定的防護(hù)措施避免洪水澇水進(jìn)入井內(nèi)。

3.采煤塌陷對區(qū)域水利規(guī)劃、水系等的影響

礦井所在河段目前暫無相關(guān)水利規(guī)劃，井田采煤沉陷區(qū)預(yù)測邊界距澥河約1.12km，未影響到河道管理范圍。當(dāng)沉陷區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，玉亭溝等地表排澇水系會發(fā)生沉降，面上的排澇系統(tǒng)會被破壞，建議在沉陷初期可采用建設(shè)臨時(shí)排澇設(shè)施排澇，當(dāng)沉陷穩(wěn)定后要對地表河流進(jìn)行系統(tǒng)整治，確保區(qū)域除澇安全。

4.采煤塌陷對堤防、防汛搶險(xiǎn)等方面的影響

童莊礦井穩(wěn)定沉陷后距離澥河堤防約1.12km，不在河道的管理范圍內(nèi)，不影響河道行洪、河道內(nèi)第三方合法水事權(quán)益等。建議在澥河右堤建立實(shí)時(shí)監(jiān)控，分析其動(dòng)態(tài)移動(dòng)與變形規(guī)律，及時(shí)對堤防進(jìn)行加固處理。采煤單位應(yīng)根據(jù)井下條件制定切實(shí)可行的地下處理措施，預(yù)留一定數(shù)量的煤柱或縮小開采范圍，盡量減少地面沉降量。

礦井開采形成的塌陷區(qū)會引起李堿昌到許疃鎮(zhèn)的鄉(xiāng)級公路發(fā)生沉降，可在沉陷區(qū)外側(cè)修建公路，與未沉陷的原道路相連接，確保防汛道路安全暢通，以備塌陷后汛情出現(xiàn)時(shí)能及時(shí)進(jìn)行搶險(xiǎn)。

玉亭溝等面上大溝沉陷發(fā)生初期通過建設(shè)臨時(shí)排澇站排澇，當(dāng)全井田開采結(jié)果沉陷穩(wěn)定后，要開展地表水系系統(tǒng)整治，恢復(fù)水系區(qū)域排澇、灌溉功能。項(xiàng)目建設(shè)應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)程序報(bào)相關(guān)水行政，各項(xiàng)建設(shè)均按批復(fù)意見辦理，如存在影響其他第三人合法水事權(quán)益，也將依有關(guān)法規(guī)調(diào)解或者補(bǔ)償。

四、結(jié)論

為了確保礦井工業(yè)場地及開采井的不受設(shè)計(jì)洪水的威脅，將采煤塌陷對河流水系、堤防等影響降到最小，開展采煤塌陷區(qū)防洪評價(jià)十分必要。以安徽省淮北地區(qū)童莊礦井為例開展采煤塌陷區(qū)防洪評價(jià)要點(diǎn)研究與探討，現(xiàn)總結(jié)如下：（1）確定礦井及工業(yè)場地的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算工業(yè)場地和礦井的設(shè)計(jì)洪水位，分析是否滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)需求；（2）根據(jù)煤炭分布特點(diǎn)及開采方案確定采煤塌陷范圍及深度；（3）合理計(jì)算校核河道的設(shè)計(jì)水位和設(shè)計(jì)流量，分析塌陷對河道行洪的影響；（4）分析塌陷區(qū)對河勢穩(wěn)定、堤防安全、防汛搶險(xiǎn)、第三方合法水事權(quán)益等方面的影響，提出有針對性的補(bǔ)救措施。在實(shí)際工作中，要針對每個(gè)塌陷區(qū)的特點(diǎn)有針對性進(jìn)行防洪評價(jià)，并提出有效的補(bǔ)救措施和補(bǔ)償方案，既要確保工業(yè)場地和礦井的安全，又要將塌陷區(qū)對區(qū)域防洪等方面的影響降到最小

表1 井田地表塌陷深度影響面積統(tǒng)計(jì)表

（作者單位：水利水資源安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院 233000）