榆神府矿区保水采煤受保护萨拉乌苏组含水层研究

针对我国西部榆神府矿区大规模煤炭开采与脆弱生态环境保护的矛盾,对榆神府矿区尤其是重点煤矿的保水采煤受保护含水层进行了研究。研究表明,萨拉乌苏组是该区的主要含水层,是矿区保水采煤的目标保护层,同时还是煤矿水害的主要水源。萨拉乌苏组含水层适合沙生植被生长发育,是生态潜水。萨拉乌苏组含水层接受大气降水补给,以下降泉的形式排泄。这些泉是窟野河、秃尾河、榆溪河(无定河)的主要补给来源,并是黄河中游约18%的补给来源。受高强度采煤影响,部分萨拉乌苏组的自然排泄受到干扰,如泉流量衰减甚至干涸、河流断流等,影响了区域生态环境。应采取保水采煤技术,确保开采后生态水位在15 m以内。     

榆神府区采动对潜水含水层的影响及其环境效应

为研究榆神府区煤层开采对潜水含水层的影响,促进矿区水资源保护,通过资料收集和实地调查2种方法,对榆神府区地表水体及地下含水层现状进行分析。结果表明:高强度开采是区内潜水资源量减少的主要驱动因素,截至2015年初,榆神府区煤矿开采形成的采空区面积为4.73×10~4 hm~2,地面塌陷面积约1.34×10~4 hm~2,采空区地表变形增大包气带水分的蒸发,减少对含水层的补给,同时增加垂向径流,使之形成了天然-人工叠加作用地下水流场,最终的环境效应表现为:湖泊面积减少近50%,部分地表水系干涸,泉水数量由采煤前的2 500余处减少到300余处,数量衰减率达到84%,流量衰减率在70%以上,喜水植被向旱生植被演化,生态环境趋向脆弱等。     

西部生态环境脆弱区地下水水化学特征分析

为了评价榆神矿区和神府矿区地下水水化学特征与演化规律,在研究区采集了53组地下水样品并进行检测,通过计算阴阳离子贡献率、不同离子的相关系数、Na~+与Cl~-毫克当量比值,绘制不同含水层地下水Piper三线图、Gibbs分布图,分析了地下水离子特征和水化学特征。分析发现,研究区地下水均为弱碱性水;受蒸发作用影响,溶解度较小的Ca~(2+)相继析出,是地下水离子贡献率最高的阳离子;马兰黄土地下水的TDS含量最低,冲洪积含水层地下水TDS含量最高;总硬度从风沙滩地向黄土区逐渐增高;Ca~(2+)、SO_4~(2-)与TDS呈极高相关性;地下水化学特征主要受水-岩作用控制,风沙滩地区地下水以HCO_3类水为主,黄土梁峁区为HCO_3·SO_4类水。     

浅埋煤层高强度开采区地裂缝发育特征——以陕西榆神府矿区为例

通过遥感解译结合实地调查,对榆神府矿区采煤损害进行了分析研究,结果表明：自1993年以来,榆神府矿区塌陷区面积共94.47 km2,地面沉陷区95处,地裂缝1 802条（组）;地裂缝在地表的展布具有明显的分带性,黄土沟壑区高强度开采区,地裂缝密集,地表破坏严重;风积沙地区,高强度采煤地裂缝密集,部分地裂缝自然弥合,地表表象不明显;开采强度对本区地裂缝的发育起决定性作用。本区地裂缝主要分布在石圪台-大柳塔、大昌汗-老高川、榆家梁、锦界、柠条塔煤矿北翼以及大砭窑、麻黄梁一带,均为煤炭高强度开采区。     

毛乌素沙漠与黄土高原接壤区泉的演化分析

随着我国煤炭开发战略西移,近20 a来毛乌素沙漠与黄土高原接壤区成为我国重要的煤炭产地。区内水资源整体匮乏、生态环境脆弱,泉作为珍贵地下水资源的显现和生态、生产、生活用水的主要来源,具有重要存在意义。在1994年、2015年两次对比观测研究区2 580处泉点水文和生态的基础上,依据研究区旱季泉点补给源对泉点进行了分类,分析了泉的天然赋存特征,并结合煤炭开采影响剖析了泉点演化机理及生态效应,预测了泉点未来演化趋势。研究结果表明:依据不同旱季泉点补给源可将泉点分为3种类型,即沙地入渗补给泉点、黄土入渗补给泉点和混合入渗补给泉点。沙地入渗补给泉点单个涌水量大于10 L/s的泉数量最多,混合入渗补给泉点总体数量最多,黄土入渗补给泉点生态效应最显著。1994年前调查区分布有泉(群)2 580处,总流量为4 997.059 7 L/s。2015年残存泉(群)376处,总流量996.392 L/ s,混合入渗补给泉点受含隔水层结构损坏和侧向补给截断影响大量消失是近20 a泉点大量衰减的主要原因。未来开采区主要是沙地入渗补给泉点,该区域煤炭开采含隔水层结构稳定,多受采动沉降和含水层越流影响,泉点会在波动后趋于平稳。煤炭高强度开采泉群的减少使得研究区水体、湿地面积减少,直接影响了流域生态。     

西部生态脆弱矿区地下水对高强度采煤的响应

为研究榆神府矿区高强度煤层开采对地下水的影响,分析潜水位下降与煤层开采强度的关系,通过资料收集和实地调查两种方法,获取了矿区煤炭资源大规模开采前(1995年)地下水位和煤炭开采后(2014年)地下水位,2者叠加后求取了地下水位变化幅度,并与开采强度分区进行耦合,分析地下水位变化与开采强度的关系。研究区73.0%的区域地下水位未发生明显变化,但有7.3%区域地下水位下降幅度超过8 m,尽管比例小,但面积达758.9 km2,对区域地下水均衡产生了较大影响;高开采强度开采是矿区地下水位下降的主要驱动因素,71.5%的水位明显下降区(8 m)是由高强煤层开采导致的。导水裂隙带和含水层特征是煤层开采过程中控制地下水位变化幅度和范围的关键所在。高强度煤层开采区必须推行保水采煤技术才能达到资源与环境和谐发展的目的。     

西部高强度采煤区矿山地质灾害现状与防控技术

榆神府矿区是我国重要的原煤产地,高强度、大规模开采导致矿山地质灾害不断涌现。通过高分遥感结合地面调查研究了本区矿山地质灾害现状,结果表明：本区矿山地质灾害主要包括地面塌陷、地裂缝、矿震、地表水体缩减、地下水位下降、土地退化等。地面塌陷可划分为4个区,其中严重区与煤层开采强度相关性高;地裂缝分布空间维数在1.45～1.51,垂直工作面走向的裂缝多于顺工作面走向的裂缝;采空区塌陷引发地震46次,最大震级3.2级;水体灾害包括地表水体面积缩减和地下水位埋深下降,地下水位下降8 m以上的区域面积达33 km2;矸石压占对土地利用结构影响较大,但荒漠化程度总体上呈逆转趋势。开展矿山地质灾害防控技术研发,建立矿山地质灾害、地质环境监测体系,是矿山地质灾害防控的重点。