浅埋煤层开采对生态环境的影响

1浅埋煤层开采对生态环境影响研究现状

1．1对地表塌陷影响的研究

煤层覆岩破坏机理及模式一直是矿井安全生产的研究热点，而浅埋煤层的开采，更容易引起严重的覆岩破坏和地表塌陷。此类地质条件下的煤炭开采还呈现出特殊的地表沉陷现象，例如下沉系数和水平移动系数偏大，下沉范围较水平移动范围小等。目前国内学者对该领域进行了比较充分研究。张文军对浅埋煤层开采覆岩移动规律的研究表明，煤层开采后，覆岩会发生直达地表整体切落现象，形成贯通裂缝和地裂缝。范钢伟在神东矿区的研究结果表明，随开采工作面的推进，覆岩会出现与地表同步垮落现象，工作面推进越快，裂隙扩展的时间越短，裂隙闭合也越快；覆岩强风化带的存在，有利于消解部分采动裂隙。王金安采用三维有限差分程序FLAC3D和二维离散元程序UDEC对浅埋坚硬覆岩下煤矿开采的地表塌陷机理进行了数值模拟。徐友宁绘制了神东矿区地面移动变形曲线图，并总结了该矿区4个矿的地表塌陷特点，给出了塌陷指数。张涛以新疆奇台县某煤矿为研究对象，对地表沉陷进行了预测，划定了沉陷范围，并提出减少煤炭开采对生态环境影响的措施，为矿井后续开发建设提供环境保护依据。总结现有研究成果，研究者不仅对浅埋煤层开采地表塌陷规律进行了分析，而且同时运用不同方法提出了有效地表塌陷预测模型，这也是该领域的研究重点。

1．2对水资源影响的研究

在气候干旱、水资源匮乏、生态脆弱的西部浅埋煤层矿区，综放采煤方式引起的冒裂带高度能够在薄基岩地带贯通地表，破坏上覆含水层，地下水位下降，地表水体缩减或干枯。蒋晓辉通过对窟野河流域研究表明，由于采煤改变了水文地质条件，直接表现为河川径流减少，地下水存蓄量遭到破坏。李连娟认为榆神矿区矿山开发对水环境影响主要可以归结为地下水位下降、地下水平衡状态破坏和水质污染，并提出了开展采煤保水、调整开发规划的措施。王力研究也表明，榆神府煤田开采对地下水影响包括破坏地下水天然储水构造、恶化地下水环境质量。常金源等在神南矿区根据煤层采动对地下水的影响程度，将研究矿区划分为砂层严重、一般、轻微失水区以及风沙滩无影响4个区，并强调在采矿过程中应采取相应技术保护宝贵的砂层潜水资源。根据不同的研究对象，不同研究者采用不同的评价指标，实现了不同的目的。综上所述，大规模开采引起水资源减少以及水质污染等问题已经严重制约着西部的可持续发展和生态环境建设，这也使采煤理论研究和工程实践成为西部矿区开发的重要问题。

1．3对土壤资源影响研究

煤矿开采造成了土地资源破坏，包括表层土壤和深层土壤的流失。矿区水土流失主要是因为人为扰动地面或者堆置的煤矸石等废弃物的迁移和沉积。煤炭开采引起地表塌陷使坡地倾斜角度加大，加剧了土壤侵蚀程度，对建筑物及人类构成了一定威胁。随着土壤结构破坏，土壤理化性质也会发生恶化，在水土流失作用下，土壤的营养流失会增加。王青杵探讨了黄土高原煤炭开采区的水土流失特征和规律，认为该区水土流失形式既与原地貌条件下水土流失有着天然的联系，又有采煤区独特的侵蚀形式。傅耀军对榆神府矿区水土流失进行了初步预测评价，为该区水土流失的防治提供了依据。降水特征、地形地貌和植被覆盖程度是影响水土流失量大小主要因素，因此，李德平提出改变矸石山局部小地形、缩短坡长、快速恢复植被、提高土壤入渗是减少水土流失的有效途径。栗丽揭示了采煤塌陷破坏了黄土丘陵区坡耕地土壤结构，促进了土壤淋溶侵蚀，使得土壤理化性质恶化，需要引起关注。薛丰昌研究指出，浅埋煤层引起的地表形态改变导致区域土壤含水率存在一定的时空分异规律。臧荫桐对毛乌素沙地南缘补连塔矿采煤沉陷后风沙土理化性质变化进行研究，结果表明采煤影响程度最大的是土壤水分、其次是土壤结构性质，影响最小的是土壤化学性质。综合以上研究内容，关于浅埋矿区煤炭开采引起土壤资源破坏的研究方向及内容。

1．4对地表植被影响研究

煤田开发对植被直接破坏是煤炭基建和生产过程中毁坏和压埋植被，如黄陵矿区，森林植被在开发之前覆盖率高达92％，开发后由于矿山工业建设、矸石堆放、开山修路、地面塌陷、滥砍滥伐等原因，覆盖率下降了20％～40％。而间接破坏是指开采后矿区水环境变化对植被影响，在生态脆弱的西部矿区，这种影响是长期的，有可能使植被破坏难以恢复。周莹将半干旱煤矿区沉陷与未沉陷的植物群落进行对比，发现植物群落主要组成成分没有发生明显变化，群落的建群种没有改变。胡振琪等分析了榆神府矿区的四期遥感影像数据，定量的说明二十年间植被覆盖度整体提高，局部矿区则有所降低。吴立新利用遥感数据揭示出神东矿区十年间大部分地表植被覆盖得到改善，原因是自然因素和人为因素。由此可知，在中国西北部大型煤矿区植被覆盖变化受采矿的影响较小，这不仅与自然气候因素有关，而且也与国家和政府对矿区植被的治理工作有关。

1．5对土地沙漠化影响研究

我国矿区沙漠化形势严峻，其中以内蒙古阿拉善、新疆塔里木河下游、青海柴达木盆地东南部等重要矿产区最为严重。大量矿产被沙漠掩埋、破坏，经济损失巨大，妨碍了经济、社会的可持续发展，因此，进行矿区沙漠化防治和矿产保护尤为重要。杨根生等首次提出研究矿区的土地沙漠化现状及其形成和发展，能够积极治理现有沙漠化土地并预防沙漠化的进一步发展，保障能源基地建设顺利进行，减少入河泥沙。徐友宁研究结果表明，在陕西大柳塔矿区，中度、重度沙漠化面积逐年缩小，总体由沙漠化向非沙漠化演变，采煤塌陷及地下水位下降并不会直接加剧土地沙漠化进程。陈喜峰在分析了我国多个遭受荒漠化矿区的基础上，指出人为和自然因素是矿区沙漠化的主要原因，并提出了矿区沙漠化防治和矿产保护的原则以及生物、工程固沙等措施。

2当前研究存在的问题

针对浅埋煤层开采对生态环境影响的研究，研究者已经做了大量工作，但还存在以下问题。（1）大多研究工作仅从浅埋煤层开采对生态环境影响的某一方面切入，例如地表塌陷或者水资源破坏，造成了生态环境影响指标体系不够全面，制约了从一个更加全面和系统的角度去评价浅埋煤层开采引起的生态环境变化。（2）研究主要集中在地表塌陷引起的不同生态环境指标问题上，如塌陷造成的地下水资源破坏、植被退化等，关于其他各生态指标之间的关联研究较少。例如水资源减少与植被种群变化、植被覆盖度与沙漠化之间的关系研究，由于地下水位下降会导致植被退化，植被退化一定程度上又加剧了土地沙漠化和土壤质量下降，而在生态脆弱的西部矿区，这些问题的影响会更加突出。（3）当前对浅埋煤层开采地表塌陷规律和预测模型的研究较多，但对整个地表生态影响规律、预测模型及预警系统的研究还相对匮乏。随着西部矿区浅埋煤层开采量的增加，通过建立生态环境影响预测模型和预警系统，是实现大规模煤炭资源开采与生态环境保护相统一的有效途径。

3研究方向

结合上述问题，今后一段时间对浅埋煤层开采引起的生态环境变化研究主要从以下几方面展开。（1）结合我国浅埋深煤层矿区的生态环境特点，从地表沉陷、水资源、土壤及植被等方面进行深入分析，寻找它们之间的关联性，挖掘出浅埋煤层开采影响生态环境的主要因素，并通过专家评价法构建出基于多属性生态环境影响的综合指标体系。（2）在构建综合生态指标体系后，选择多个典型的浅埋煤矿区进行现场调研，针对不同矿区的地理特征、自然气候以及关键制约因素，利用层次分析法确定指标权重，并根据现场调研结果确定不同指标的子系统。（3）在明确生态环境影响预测准确性因素的基础上，研究浅埋深煤层煤矿生态影响规律，并依据评价体系中的各个指标权重，采用灰色模型理论建立相互关联的浅埋深煤层生态环境影响预测模型，运用现场实测值对模型进行拟合校正，实现浅埋煤层开采对生态环境影响的准确预测。

4结语

为了使浅埋深煤层开采与生态环境能够协调发展，政府和企业不仅需要建立完善的管理制度，还应该加大对相关研究的资金投入。

作者:王军 杨小敏 赵欢欢 单位:西安财经学院 陕西维德科技股份有限公司