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浅谈采煤沉陷破坏范围的划定
煤炭是我国的重要资源之一，煤炭的开采给矿山周围的生态环境造成了严重影响，如破坏了土地的自然形态，地质环境严重恶化，水土流失和土地盐渍化严重，建筑物变形等，严重制约了矿区及周边地区的经济发展。采煤沉陷区勘查及治理直接影响到矿区的经济、社会稳定，而生态环境的可持续发展，是我国煤矿区亟待解决的一大难题。如何准确圈定采煤沉陷灾害的破坏范围，为解决矿方与周边居民矛盾纠纷提供科学依据，已成为灾害勘查单位的一项重要工作。近年来，华冶公司承担完成了几十个矿区的采煤沉陷勘查工作，积累了较丰富的工作经验，逐步形成了一定的产业技术优势，为维护受灾群众利益做出了积极贡献，不仅促进了社会稳定，也取得了明显的经济效益和社会效益。
在采煤沉陷勘查过程中，有诸多因素影响灾害范围的划定，这是勘查工作的一个主要环节和难点。本文以山西省晋城、阳泉等地几个村庄的采煤沉陷勘查为例，简要介绍采煤沉陷带来的生态环境问题及灾害范围划定中所用到的方法及应注意的问题，以期为今后相关工作提供一定的参考。
一、采煤沉陷对生态环境的破坏
山西是我国重要产煤区，近十年来，已累计生产煤炭98亿吨，占全国1/4，因此在山西多地已形成大面积采空区，给当地生态环境造成严重破坏。
（一）对土地自然形态的破坏
采煤过程中会形成地表移动盆地，采空区上部地层应力失衡以至于变形下沉。随着开采面积的不断增大，地表会形成比采空区范围更大的沉陷盆地，盆地边缘产生大量地裂缝。这些裂缝破坏了土地连续性，造成土壤变差甚至水土流失，大量的地裂缝造成农田减产、耕地减少。
（二）对地面建筑的破坏
采煤造成的地面塌陷、山体蠕动或滑坡对矿区各种服务设施及居民房屋都会造成破坏，地表不均匀沉降导致房屋建筑出现裂缝、歪斜甚至坍塌，严重影响居民的日常生活，对当地居民的生命财产造成严重威胁。
（三）对地下水的破坏
煤矿采煤时抽取大量的地下水，这将导致矿区附近地下水位明显下降，出现水井干涸、泉水断流等现象。有些地区潜水位高，塌陷较深处出现常年积水，形成湖泊和沼泽，对当地自然生态形成破坏。
综上所述，采煤沉陷导致矿区土地、生活设施、水循环等生态环境受到严重破坏，改变了矿区的生态平衡，危及到当地人民的生存和经济发展，由此引发了一系列社会、经济和环境问题。准确圈定采煤沉陷影响范围并进行有效治理，对今后矿区及周边地区的可持续发展及构建和谐社会具有重要意义。
二、采煤沉陷影响范围的确定方法
煤炭地下开采引起的地表沉陷是一个复杂的物理力学过程，也是一个时间和空间的过程，更是一个复杂的采矿损害与地质灾害问题。对于一般地质条件开采引起的地面沉陷移动规律，目前已经有了较深入的研究，但对一些特殊开采条件下的研究尚有不足。本文就采煤沉陷范围确定的方法及所遇到的一些特殊情况进行探讨分析。
（一）确定采空区分布，预计影响范围
采空区范围的确定一般通过资料收集和物探勘查确定。采空区范围确定后，再根据覆岩物理学性质、采空区煤层埋藏条件、开采方法等选取合适的参数进行概率积分法计算，确定其影响范围。
图1是晋城市E村采煤沉陷勘查圈定的采煤沉陷破坏范围结果。该村位于某煤矿北侧，由于煤矿开采，居民房屋出现裂缝等地质灾害。工作时在村南侧分别采用瞬变电磁法和氡气测量法开展物探工作，两种物探方法相互对比验证，在已知采空区范围内均有异常显示，特征明显，异常范围基本一致，可以应用在采空区边界划定工作中。
根据各测线物探异常，在村南划定了采空区边界，并对采煤引起的地表破坏范围应用概率积分法进行了计算，以地表沉陷下沉≥10 mm线为采煤沉陷对地面砖混结构房屋的破坏范围。
（二）采煤沉陷破坏范围确定中需注意的几个问题
利用概率积分法可以计算出采煤沉陷破坏范围，但采煤沉陷破坏范围除了受到覆岩物理学性质、煤层埋藏条件、开采方法等因素影响外，还受一些其他因素影响，如古空区、地质构造及地形起伏等都会导致计算的灾害范围与调查情况出现较大偏差，为后续灾害的处理和问题解决带来困难，因此需要对此引起足够重视并进行深入研究。
1.古空区对灾害范围确定的影响
古空区的存在会给采煤沉陷破坏范围的判定带来困难，由于古空区一般缺乏资料，其采掘范围的确定难度较大，回采率及变形破坏程度不易判断。
在古交市A村的勘查中，村东煤矿开采下组煤，引起该村房屋较大面积的受损，仅根据村东煤矿的采空区位置，无法解释距离采空区较远房屋的至灾原因。通过走访调查及资料收集可知，该村附近存在上组煤古空区，已基本处于稳定状态。但村东煤矿开采下组煤时，已采到古空区下方，疏干了古空区积水，使其复活。根据三下采煤规程，对下组煤采空区上覆岩层形成的导水裂缝带高度进行计算。
式中：Hm—垮落带高度；
Hli—导水裂缝带高度；
∑M—煤层累计采厚，下组煤平均厚度3.99 m。
计算结果表明：下组煤采空区形成上覆岩层的垮落带和导水裂缝带分别达到10.57 m和49.95m，
而上组煤与下组煤垂距不足41 m，因此，可推断下组煤采煤沉陷造成古空区积水下排疏干，导致了上组煤采空区上覆岩层变形沉陷影响到了村民房屋。根据调查，村东煤矿开采过程中曾出现大量涌水也印证了这一推断。
2.地质构造对灾害范围确定的影响
当岩体内存在断层等地质构造时，地层由原来的连续体被切割成大小不同的块体，其力学强度远低于周围岩体强度，并容易引起应力集中。因此，当有断层存在时，地表沉陷或塌陷的幅度较大。
高平市B村位于山西省沁水煤田的中南部，勘查区为黄土覆盖区，处于晋城～获鹿褶断带的东部边缘。根据采空区范围进行采煤沉陷计算，破坏范围如图2虚线所示，一些受损较严重的房屋并未进入破坏范围。通过实地调查，在村东侧存在一处逆断层，落差30～60m，断层面附近地层较破碎，且采空区上距第四系黄土层较近，因此不能以其他正常区域地层岩性及厚度选取计算参数来进行预计。根据该区实际情况，按破碎岩体及松散层选取参数计算，得到破坏范围如图2实线所示，该范围基本反映了实际受灾范围。
3.地形对灾害范围确定的影响
地形较平坦地区可直接按概率积分方法进行计算，如果在山区，计算误差会较大。特别是在山坡角度大于15°且地表为松散层时，除造成沉陷以外，往往会引起采动滑移。
晋城市D村位于太行山脉西麓，沁水煤田的东南边缘。勘查区内地形西北高东南低，山坡地表为黄土层及松散层，平均坡角大于15°。根据收集到的资料及物探成果，村西部200m处与村东南50m处均存在采空区。调查可知，山坡靠山脚处有大量的挤压隆起，许多村民家中院墙被推动向山下弯曲变形，山坡分布有张性裂缝，可初步判断灾害是由于采煤沉陷及其引起的采动滑移体造成，受损范围远大于计算的采煤沉陷范围，如图3。由此可见，尽管预计沉陷范围的概率积分法推导严密，但由于未深入触及岩层移动的力学本质，这使其存在某种不适应性。在山区，采掘活动引起采动滑移时，山区地表平均倾角一般大于15°，且存在黄土等覆盖层，滑移产生的影响范围为移动角减小5～10°后的范围。
因此，在这种情况下，仅根据采空区范围计算下沉10 mm等值线，并不能真实反映破坏范围。实地调查的破坏范围应在村委和蓄水池附近，即计算范围外推约111 m处才与调查的破坏范围相符，此处外推的范围与移动角减小10°计算的影响范围相当。另外，采空区地表位于山顶等较高位置时，采空区沉陷导致其上部及边缘有大量的裂缝及塌陷坑，雨季的降水难以沿沟谷排出而是直接沿裂缝进入地下，使山体含水量急剧增加，积水沿裂隙向周边坡脚的流动对坡体及房屋地基的稳定性也会造成影响，个别坡体上居民屋内及院内会出现地面隆起并涌水。所以在确定采煤沉陷破坏范围时，地形因素也应予以考虑研究。
综上，采煤沉陷区对周围生态环境的破坏不仅仅是形成沉陷盆地，还包括以其为诱因的山体滑移、古空区复活、地下水污染及流失等。因此，我们在选定生态环境恢复治理靶区时，需要谨慎圈定采煤沉陷的破坏范围，有的放矢，以免在环境恢复治理过程中造成不必要的损失或导致治理的不彻底。
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