唐山市马家沟矿开采沉陷损坏特征研究

开采沉陷损坏特征研究对于矿区沉降机理分析和生态修复利用至关重要。以唐山市马家沟矿区为例,根据该区域煤炭开采和矾土矿资源赋存特征,结合现场勘测与调查资料,分析了矿区开采沉陷变形损坏 特征。结果表明：急倾斜煤层开采在下山方向地表易形成台阶状非连续变形地裂缝,处于裂缝处的建（构）筑物破坏严重,位于裂缝以外的建（构）筑物破坏轻微,说明开采沉陷在裂缝处发生集中变形;根据物探勘 测,原采动过程中形成的地裂缝随着开采沉陷的稳定绝大部分闭合密实,但个别裂缝仍存在;在急倾斜煤层露头区域,不仅在开采过程中地表出现抽冒塌陷现象,而且开采沉陷稳定若干年后仍可能出现抽冒塌陷现象 。上述分析可为闭坑后的马家沟矿区采空区专项勘察及塌陷土地建设提供基础数据和设计依据,同时对国内类似矿区开采沉陷规律研究及矿区景观生态修复也有一定的参考意义。     

山西黄土丘陵采煤沉陷区生态环境破坏与修复研究

山西省煤炭开采大都处于黄土沟壑和丘陵山区,其采煤沉陷及地表破坏具有和平地不同的破坏特点,产生的多种形式和不同大小的地表裂缝、槽形塌陷及采动滑坡,使地形地貌及景观产生较大的破坏,水土流失加重等。因此,研究适宜山西地貌和气候特征,以及山西采煤沉陷损伤规律的土地复垦与生态重建技术,构建山西省黄土丘陵采煤沉陷地复垦技术模式显得尤为重要。分析了黄土丘陵采煤沉陷区的地表破坏的类型、形成机理及影响因素,结合黄土丘陵地貌分析研究了开采对地表水资源分布及沉陷区土地及植被的影响和破坏。地下采煤形成的覆岩及地表裂缝为水资源运移和流失提供了通道,采排矿井水对土地造成了污染,采动土地破坏及地表水土流失的加剧,是造成地面生态植被破坏的主要原因。对于采动生态环境破坏,采煤岩土体损害是根本,水资源和植被的破坏为开采损害的延续性影响,而单一类型的损害修复方法无法达到良好的修复状态,因此提出了以地形修复、水资源保护、植被重建等相结合的黄土丘陵沉陷区生态修复技术。通过山西某矿区黄土丘陵地表的土地复垦实践,证明了黄土丘陵沉陷区结合地形条件和生态环境的土地复垦技术的有效性及适宜性,研究成果对山西黄土丘陵矿区的地下开采与生态环境的恢复具有重要的指导意义。     

高潜水位煤矿区开采扰动的长时序过程遥感监测与影响评价

煤炭开采导致地表沉陷积水,是东部高潜水位平原煤矿区的主要特征,对矿区开采中沉陷水体变化的长时序检测,有助于定量评估煤炭开采对土地、生态与社会的综合影响效应.在没有地下采矿信息为先导的情况下,如何识别与区分自然水体、人类地面活动导致的挖掘水体,以及沉陷水体,同时量化开采沉陷影响的边界与程度是目前单纯采用遥感手段进行监测的...     

内蒙古生态脆弱区土地损毁现状及治理措施研究

文中通过对内蒙古干旱、半干旱生态脆弱的草原区煤炭井工开采过程中,煤炭资源开采引发的草原地表沉陷、裂缝、隆起、皮带运输占用等土地损毁问题,针对不同破坏形式以及土壤特性,提出相适应的土地治理措施以及植被配置方案,为今后内蒙古草原生态脆弱区开展生态修复提供技术支撑.     

黄河流域煤矿生态修复技术研究现状及展望

黄河流域是我国重要的能源流域,大规模煤炭开采严重破坏了当地生态环境,明确流域内生态环境破坏现状进行分区修复是保障黄河流域的生态安全和煤炭可持续开采、实现流域高质量发展的重要举措。本文通过搜集国内学者对黄河流域生态修复开展的研究,分析各区域实现生态修复已掌握的治理技术和开展的工程实践。结果表明:高寒区煤矿区生态修复是以恢复地表植被、保护冻土为目的进行人工建植和土壤修复技术的研究;黄土区和风沙区是以保护水资源为目的进行沉陷区治理和保水采煤技术的探索;冲积平原区是以恢复耕地和建设用地为主开展土壤重构、采空区利用和湿地构建的工程实践。最终明确了黄河流域煤矿区在治理技术、理念、高新技术应用以及多学科融合等方面存在的不足之处,并针对充实理论研究、加快技术研发、推广优秀工程实践等方面提出展望。     

神东矿区现代煤炭开采技术下地表生态自修复规律研究

 本文通过对神东矿区现代煤炭开采（超大工作面）不同扰动程度下地表变形和裂缝、地形、地表水、地表植被的持续动态监测,揭示了地表动态裂缝宽度自修复周期以及裂缝周边土壤水分恢复周期规律。研究表明,超大工作面显著增加了开采造成的地表稳定下沉区的面积和范围,显著提高了地表生态自修复能力。植被自修复能力草本＞灌木＞乔木,草本基本恢复到开采前状态,为解决矿区水环境改善、水资源供需矛盾以及区域经济可持续发展等提供了科技支撑。     

风积沙区采煤沉陷地裂缝分布特征与发生发育规律

煤炭开发可能加剧对生态脆弱区环境的损伤,风积沙区地下煤炭开采对地表环境的影响主要是沉陷地裂缝,且目前的研究缺乏对地裂缝从发育到湮灭全过程的研究,笔者通过井上下相结合的空间坐标控制体系和自主研发的动态地裂缝监测方法,对补连塔12406综采工作面地裂缝进行持续动态监测,提出了边缘裂缝的分布规律和动态裂缝的发生发育规律及其与地质采矿条件之间的关系。研究表明:①动态裂缝超前于当前工作面向前发展,裂缝超前距与工作面日进尺量呈现明显的线性正相关,平均的裂缝超前距为10.359 m,超前裂缝角为近似垂直角;②高强度开采动态地裂缝的两侧无明显落差,裂缝的宽度值在采动过程中有显著的周期性变化,呈"M"型双峰波形,且第1个峰值明显大于第2个峰值,峰值比为1.4~3.8;裂缝发育周期T包含两个时长近似相等的"开裂—闭合"过程,约为18 d,在此基础上,结合地质采矿条件,建立了T的通用函数模型,表明动态地裂缝具有快速闭合的自修复特征,不需要人工修复;③边缘裂缝以"带状"、"O"形圈的形态分布在工作面开采边界的内侧,裂缝带宽为46~50 m,裂缝带整体向内收缩,临近工作面采动会减轻原有地裂缝的影响,减轻约40%,开采结束后边缘裂缝仍然存在,是主要地表环境损伤区和重点人工修复区域。     

生态保护型煤炭开采技术与实践

针对生态脆弱区煤炭规模化高效开采造成生态影响范围大、周期长和强度高,缺乏统筹开采全周期源头减损与生态全要素系统技术,导致矿区生态修复成本高、效率低和效果差的问题,提出了生态保护型煤炭开采理念,露天开采损伤传导途径和井工开采损伤传导模型、生态损伤定量分析方法和矿区生态修复决策方法,研发了露天矿节地减损开采、生态型地层重构、分布式水资源集-储-用、基于“生态修复窗口期”协同修复技术;研发了井工开采损伤传导控制、含水层生态功能恢复、装配式楔形地下水库坝体构筑、沉陷区分时分区生态修复技术。建成蒙东矿区生态保护型露天开采示范工程,宝日希勒露天矿示范区植被盖度由开发前30%提高到59%,胜利露天矿示范区植被盖度由开发前5%提高到39%;建成神东井工生态保护型煤炭开采示范工程,植被盖度由开发前不足10%提高到70%。研究成果为生态保护型煤炭开采提供了科技支撑,具有广泛的应用和推广价值。     

风沙区采煤沉陷裂缝对不同坡位土壤养分的影响

为探究风积沙区采煤沉陷裂缝在不同坡位下土壤养分的变化特征,以鄂尔多斯李家塔煤矿采煤沉陷坡地为研究对象,分析了采煤沉陷坡地不同坡位裂缝带和非裂缝带土壤养分指标的纵向变化规律。结果表明:采煤沉陷坡地各土壤指标均从坡顶至坡底不断增加,坡顶土壤含水率维持在10.61%,裂缝带较非裂缝带土壤有机质减少了28.61%;坡中和坡底裂缝带的土壤含水率、土壤有机质较非裂缝带分别减少了7.32%、102.59%和21.76%、149.06%;各坡位裂缝带土壤速效养分较非裂缝带增加了0.03%～14.00%。研究表明:煤炭开采引起的采煤沉陷裂缝对土壤养分造成了不同程度的影响,随着坡度下降,沉陷裂缝对土壤养分的影响逐渐增大;沉陷裂缝加快了土壤水分的蒸散量和土壤有机质的分解速度,使土壤速效养分多富集于裂缝表层土壤,为采煤沉陷地土壤改良、实现矿区生态修复奠定了理论和实践基础。     

煤炭开采沉陷对矿区植物多样性的影响

文中采用"空间分布代替时空变化的研究方法",分别调查了兖矿集团煤矿开采影响到的平阳寺镇、中心店镇、北宿镇采煤沉陷区的植物多样性.调查阶段分为煤炭开采前、采煤沉陷后、复垦治理后三个阶段.结果表明:较煤炭开采前相比,采煤沉陷后的植物多样性提高了:土地复垦再次改变了土地利用结构和功能,因人为干扰复垦耕地的植物多样性较低、林地和塘坝的植物多样性较高.     

风沙区超大工作面开采土地损伤的演变与自修复特征

为揭示超大工作面开采过程中土地损伤的演变规律,以神东矿区的部分典型工作面为研究对象,建立了土地生态环境观测方法,发现地表移动变形、地裂缝以及土壤物理性质等关键要素具有一定的修复能力:① 与传统开采方式对比,超大工作面快速开采条件下,地表的移动变形和下沉总量没有变化,地表的下沉速度明显增大,地表受采动影响的时间缩短50%左右,相对均匀沉陷区的面积一次性达到78%,有效地促进了采后地形向采前状态的自修复;② 地裂缝存在明显的“分区”特性,动态地裂缝扩展程度较弱并快速闭合,发育周期与采矿地质条件有函数关系;边缘地裂缝以“O”型圈分布于开采边界,裂缝角呈近似垂直角,分布范围明显减小,也表现出较强的自修复能力;③ 土壤物理性质的变化与地表移动变形以及地裂缝的分区特征基本吻合,均匀沉陷区的土壤物理性质在采动1 a后趋于采前水平,而非均匀沉陷区由于边缘地裂缝的存在,暂无自然修复现象,需要辅助人工治理。     

风积沙区超大工作面开采生态环境破坏过程与恢复对策

风积沙区超大工作面开采具有所处生态环境脆弱、开采强度大等显著特点,由此引起的生态环境损伤不同于传统开采方法或高强度开采在东部矿山引起的生态环境损伤特征。将风积沙区超大工作面开采生态环境破坏过程划分为岩层破断、地表沉降、地表动植物生境变化与土地利用变化以及矿区生态系统随时间推移演替等4个过程;分析了风沙区超大工作面开采后地裂缝、土壤水、地下水位、植被覆盖与生物多样性等关键生态环境要素的变化规律;提出风积沙区生态环境恢复的对策应是保护与修复并举、自我恢复和人工修复并重,具体需要结合生态环境要素的受损伤程度及生态修复目标确定生态恢复对策。     

Ecological restoration plan for abandoned underground coal mine site in Eastern China

Eastern China has a long history of coal mining and a large number of coal mine sites have been abandoned in this region leaving a legacy of mining-related land subsidence, coal waste piles and brownfield sites. Furthermore, as a result of the historical planning approach in the region, many cities were built around coal mines. Therefore, the ecological restoration of abandoned mine land has become vital to the sustainable development in these cities. This paper uses the Datong coal mine site in Huainan as a case study to develop a detailed ecological restoration plan and functional division for an abandoned underground coal mine land by considering the local conditions and mining history, site assessment and integrated monitoring tools.     

高原高寒煤矿区生态环境修复治理模式与关键技术

矿山的生态治理与环境修复是保证资源开采可持续发展的必要条件。高原高寒煤矿区生态修复涉及煤炭资源勘查开发与保护、冻土、水资源、草甸湿地、土壤、植被、生态环境等多方面的科学问题,难度较大。根据问题导向、科学精准、集中整治、分类施策的要求,遵循“山水林田湖草是一个生命共同体”的理念,对青海木里矿区煤炭露天开采存在的生态环境问题研究发现,目前矿区存在的生态环境问题有地貌景观破坏、植被破坏、土地挖损和压占、冻土破坏、水系湿地破坏与采坑积水、地下水含水层破坏、土地沙化与水土流失、不稳定边坡8种类型。针对以往煤矿开发造成的八大生态环境问题,以煤炭生态地质勘查理论为指导,综合研究并形成了地形地貌重塑技术、土壤重构及植被恢复技术、水系自然连通技术、煤炭资源保护技术、边坡稳定性综合监测技术五大关键技术。综合运用以上技术,系统对采坑渣山治理、植被恢复、水环境和资源等进行统筹规划,对矿区生态环境进行综合整治,形成4种具有高原高寒特色的生态修复重点治理模式,分别为水系连通、引水代填、关键层再造以及依山就势。治理工程实践中按照“地质+生态”、“自然恢复+工程治理”的综合治理思路,通过与各井渣山边坡稳定程度、水系传输与采坑积水情况、资源赋存状态等相结合,最终形成“一坑一策”的7种治理方法:边坡阶梯整治+坑底部分复绿+引水代填形成高原湖泊(聚乎更三号井)、保留采坑积水形成的高原湖泊+边坡与渣山整治+覆土恢复植被+水文定期监测(聚乎更四号井)、采坑部分回填形成梯田+边坡与渣山整治+植被复绿+地表水系自然连通(聚乎更五号井)、资源保护+边坡与渣山整治+采坑形成高原湖泊+水系自然连通+植被复绿(聚乎更七号井)、边坡与渣山平整+植被复绿+保留高原湖泊+水系自然连通(聚乎更八号井)、资源保护+采坑回填+削坡整治美化+地貌恢复与周围环境相协调(聚乎更九号井)、采坑回填+边帮整形+坑底就势整平+景观协调(哆嗦贡玛区)。探索了露天煤矿区生态环境一体化修复治理路径,在木里矿区生态修复治理实践中得到有效的应用。     

我国采动地裂缝形成机理研究进展

煤矿区采动地裂缝可对岩土工程的稳定及土地生态安全造成严重威胁,研究其形成机理有助于实现矿区资源与环境协调开发。根据采动地裂缝的力学成因进行分类,系统梳理了不同类型采动地裂缝形成机理研究进展,分析了采动地裂缝的影响因素与研究方法,讨论了相关的关键科学问题。分析认为,岩层破断与表土层形变过程尤其是基岩与松散层接触面的应力-应变机制、动态地裂缝多周期形成机理、顾及多因素耦合影响效应的力学模型构建、多技术手段的综合运用、深部开采与生态脆弱矿区高强度开采以及煤炭开采新技术引起的地裂缝形成机理等将是未来研究的难点与发展趋势。     

基于可持续发展的城市采煤塌陷地区的生态与生活修复模式

探讨了城市采煤塌陷地区的现状与表现形式,在分析城市采煤塌陷地区生态与生活修复的内涵与原则基础上,针对鹤岗地区的塌陷地提出了3种生态与生活修复模式,为采煤塌陷地实现可持续发展提供了有益的参考方案。     

试论井工煤矿边开采边复垦技术

针对传统采煤沉陷地稳沉后复垦恢复土地率低、复垦周期长等弊端,在分析讨论我国采煤沉陷地非稳沉复垦技术研发历史的基础上,提出了边开采边复垦（简称边采边复）的概念,探讨了边采边复的内涵、基本原理、技术分类与关键技术,基于实例阐述了边采边复技术的优越性。 实例研究表明：采用边采边复技术比传统复垦技术提高复垦耕地率最高达37.59%。论文还分析了该技术的适用范围和推广应用前景,适用于边采边复技术的平原高潜水位地区包括十四大煤炭基地中的5个,通过使用边采边复技术,可以及早地拯救将要形成积水的土地,将增加土地面积约6 680.8 km 2 。     

矿区土地生态质量评价及动态变化

以徐州市贾汪矿区为研究案例,从景观生态学角度构建指标体系和评价模型,运用遥感、GIS技术,综合评价了2001年和2010年徐州市贾汪煤矿区土地景观生态质量,并分析其变化趋势。研究结果表明：研究区土地生态质量总体呈变好的趋势。2010年的土地生态质量达到好和较好的面积比2001年增加了1 549.42 hm 2;从总体变化看,变好和略微变化的地区约占32.51%,变差和略微变差的地区约占20.69%,变好地区比变差地区增加了4 036.11 hm 2。随着土地复垦工程的实施,采煤塌陷区经复垦后土地生态质量得到显著改善,大部分复垦区生态状况良好。由于城镇的快速发展,煤炭开采的继续,复垦地区二次塌陷等原因,使得部分地区生态环境质量仍在下降。为此,从矿区高效复垦与生态重建、景观生态修复角度,提出了改善矿区生态环境的策略。     

单一采区工作面不同开采顺序地表沉陷模拟与复垦对策分析

煤炭地下开采导致地面沉陷问题的出现,我国煤炭地下开采多以长臂开采,垮落式管理顶板的方式进行,地面土地损伤严重。地下工作面在不同开采顺序下虽然最终的沉陷形态一致,但是地面沉陷的过程及规律有所不同。对于井工煤矿边采边复而言,由于要在沉陷过程中采取复垦措施,因而对其动态沉陷过程进行模拟与分析很有必要。本文采用室内模拟方法,对单一采区的7个规则工作面在5种不同开采顺序下的地面沉陷过程与规律进行了分析,就5种开采顺序下的地面沉陷特征及复垦利弊进行了讨论。在此基础上,拓展分析总结得出了3类地质条件下的地下开采-地面复垦的耦合方案。