淺埋煤層開采對生態環境的影響

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1淺埋煤層開采對生態環境影響研究現狀

1．1對地表塌陷影響的研究

煤層覆巖破壞機理及模式一直是礦井安全生產的研究熱點，而淺埋煤層的開采，更容易引起嚴重的覆巖破壞和地表塌陷。此類地質條件下的煤炭開采還呈現出特殊的地表沉陷現象，例如下沉系數和水平移動系數偏大，下沉范圍較水平移動范圍小等。目前國內學者對該領域進行了比較充分研究。張文軍對淺埋煤層開采覆巖移動規律的研究表明，煤層開采后，覆巖會發生直達地表整體切落現象，形成貫通裂縫和地裂縫。范鋼偉在神東礦區的研究結果表明，隨開采工作面的推進，覆巖會出現與地表同步垮落現象，工作面推進越快，裂隙擴展的時間越短，裂隙閉合也越快；覆巖強風化帶的存在，有利于消解部分采動裂隙。王金安采用三維有限差分程序FLAC3D和二維離散元程序UDEC對淺埋堅硬覆巖下煤礦開采的地表塌陷機理進行了數值模擬。徐友寧繪制了神東礦區地面移動變形曲線圖，并總結了該礦區4個礦的地表塌陷特點，給出了塌陷指數。張濤以新疆奇臺縣某煤礦為研究對象，對地表沉陷進行了預測，劃定了沉陷范圍，并提出減少煤炭開采對生態環境影響的措施，為礦井后續開發建設提供環境保護依據。總結現有研究成果，研究者不僅對淺埋煤層開采地表塌陷規律進行了分析，而且同時運用不同方法提出了有效地表塌陷預測模型，這也是該領域的研究重點。

1．2對水資源影響的研究

在氣候干旱、水資源匱乏、生態脆弱的西部淺埋煤層礦區，綜放采煤方式引起的冒裂帶高度能夠在薄基巖地帶貫通地表，破壞上覆含水層，地下水位下降，地表水體縮減或干枯。蔣曉輝通過對窟野河流域研究表明，由于采煤改變了水文地質條件，直接表現為河川徑流減少，地下水存蓄量遭到破壞。李連娟認為榆神礦區礦山開發對水環境影響主要可以歸結為地下水位下降、地下水平衡狀態破壞和水質污染，并提出了開展采煤保水、調整開發規劃的措施。王力研究也表明，榆神府煤田開采對地下水影響包括破壞地下水天然儲水構造、惡化地下水環境質量。常金源等在神南礦區根據煤層采動對地下水的影響程度，將研究礦區劃分為砂層嚴重、一般、輕微失水區以及風沙灘無影響4個區，并強調在采礦過程中應采取相應技術保護寶貴的砂層潛水資源。根據不同的研究對象，不同研究者采用不同的評價指標，實現了不同的目的。綜上所述，大規模開采引起水資源減少以及水質污染等問題已經嚴重制約著西部的可持續發展和生態環境建設，這也使采煤理論研究和工程實踐成為西部礦區開發的重要問題。

1．3對土壤資源影響研究

煤礦開采造成了土地資源破壞，包括表層土壤和深層土壤的流失。礦區水土流失主要是因為人為擾動地面或者堆置的煤矸石等廢棄物的遷移和沉積。煤炭開采引起地表塌陷使坡地傾斜角度加大，加劇了土壤侵蝕程度，對建筑物及人類構成了一定威脅。隨著土壤結構破壞，土壤理化性質也會發生惡化，在水土流失作用下，土壤的營養流失會增加。王青杵探討了黃土高原煤炭開采區的水土流失特征和規律，認為該區水土流失形式既與原地貌條件下水土流失有著天然的聯系，又有采煤區獨特的侵蝕形式。傅耀軍對榆神府礦區水土流失進行了初步預測評價，為該區水土流失的防治提供了依據。降水特征、地形地貌和植被覆蓋程度是影響水土流失量大小主要因素，因此，李德平提出改變矸石山局部小地形、縮短坡長、快速恢復植被、提高土壤入滲是減少水土流失的有效途徑。栗麗揭示了采煤塌陷破壞了黃土丘陵區坡耕地土壤結構，促進了土壤淋溶侵蝕，使得土壤理化性質惡化，需要引起關注。薛豐昌研究指出，淺埋煤層引起的地表形態改變導致區域土壤含水率存在一定的時空分異規律。臧蔭桐對毛烏素沙地南緣補連塔礦采煤沉陷后風沙土理化性質變化進行研究，結果表明采煤影響程度最大的是土壤水分、其次是土壤結構性質，影響最小的是土壤化學性質。綜合以上研究內容，關于淺埋礦區煤炭開采引起土壤資源破壞的研究方向及內容。

1．4對地表植被影響研究

煤田開發對植被直接破壞是煤炭基建和生產過程中毀壞和壓埋植被，如黃陵礦區，森林植被在開發之前覆蓋率高達92％，開發后由于礦山工業建設、矸石堆放、開山修路、地面塌陷、濫砍濫伐等原因，覆蓋率下降了20％～40％。而間接破壞是指開采后礦區水環境變化對植被影響，在生態脆弱的西部礦區，這種影響是長期的，有可能使植被破壞難以恢復。周瑩將半干旱煤礦區沉陷與未沉陷的植物群落進行對比，發現植物群落主要組成成分沒有發生明顯變化，群落的建群種沒有改變。胡振琪等分析了榆神府礦區的四期遙感影像數據，定量的說明二十年間植被覆蓋度整體提高，局部礦區則有所降低。吳立新利用遙感數據揭示出神東礦區十年間大部分地表植被覆蓋得到改善，原因是自然因素和人為因素。由此可知，在中國西北部大型煤礦區植被覆蓋變化受采礦的影響較小，這不僅與自然氣候因素有關，而且也與國家和政府對礦區植被的治理工作有關。

1．5對土地沙漠化影響研究

我國礦區沙漠化形勢嚴峻，其中以內蒙古阿拉善、新疆塔里木河下游、青海柴達木盆地東南部等重要礦產區最為嚴重。大量礦產被沙漠掩埋、破壞，經濟損失巨大，妨礙了經濟、社會的可持續發展，因此，進行礦區沙漠化防治和礦產保護尤為重要。楊根生等首次提出研究礦區的土地沙漠化現狀及其形成和發展，能夠積極治理現有沙漠化土地并預防沙漠化的進一步發展，保障能源基地建設順利進行，減少入河泥沙。徐友寧研究結果表明，在陜西大柳塔礦區，中度、重度沙漠化面積逐年縮小，總體由沙漠化向非沙漠化演變，采煤塌陷及地下水位下降并不會直接加劇土地沙漠化進程。陳喜峰在分析了我國多個遭受荒漠化礦區的基礎上，指出人為和自然因素是礦區沙漠化的主要原因，并提出了礦區沙漠化防治和礦產保護的原則以及生物、工程固沙等措施。

2當前研究存在的問題

針對淺埋煤層開采對生態環境影響的研究，研究者已經做了大量工作，但還存在以下問題。（1）大多研究工作僅從淺埋煤層開采對生態環境影響的某一方面切入，例如地表塌陷或者水資源破壞，造成了生態環境影響指標體系不夠全面，制約了從一個更加全面和系統的角度去評價淺埋煤層開采引起的生態環境變化。（2）研究主要集中在地表塌陷引起的不同生態環境指標問題上，如塌陷造成的地下水資源破壞、植被退化等，關于其他各生態指標之間的關聯研究較少。例如水資源減少與植被種群變化、植被覆蓋度與沙漠化之間的關系研究，由于地下水位下降會導致植被退化，植被退化一定程度上又加劇了土地沙漠化和土壤質量下降，而在生態脆弱的西部礦區，這些問題的影響會更加突出。（3）當前對淺埋煤層開采地表塌陷規律和預測模型的研究較多，但對整個地表生態影響規律、預測模型及預警系統的研究還相對匱乏。隨著西部礦區淺埋煤層開采量的增加，通過建立生態環境影響預測模型和預警系統，是實現大規模煤炭資源開采與生態環境保護相統一的有效途徑。

3研究方向

結合上述問題，今后一段時間對淺埋煤層開采引起的生態環境變化研究主要從以下幾方面展開。（1）結合我國淺埋深煤層礦區的生態環境特點，從地表沉陷、水資源、土壤及植被等方面進行深入分析，尋找它們之間的關聯性，挖掘出淺埋煤層開采影響生態環境的主要因素，并通過專家評價法構建出基于多屬性生態環境影響的綜合指標體系。（2）在構建綜合生態指標體系后，選擇多個典型的淺埋煤礦區進行現場調研，針對不同礦區的地理特征、自然氣候以及關鍵制約因素，利用層次分析法確定指標權重，并根據現場調研結果確定不同指標的子系統。（3）在明確生態環境影響預測準確性因素的基礎上，研究淺埋深煤層煤礦生態影響規律，并依據評價體系中的各個指標權重，采用灰色模型理論建立相互關聯的淺埋深煤層生態環境影響預測模型，運用現場實測值對模型進行擬合校正，實現淺埋煤層開采對生態環境影響的準確預測。

4結語

為了使淺埋深煤層開采與生態環境能夠協調發展，政府和企業不僅需要建立完善的管理制度，還應該加大對相關研究的資金投入。

作者:王軍 楊小敏 趙歡歡 單位:西安財經學院 陜西維德科技股份有限公司