大柳塔煤矿地面塌陷区的生态地质环境效应分析_徐友宁

第17卷第3期 2008年3月
中 国 矿 业
C HINA MINING MA GAZINE
V o l.17,N o.3M arch 2008
大柳塔煤矿地面塌陷区的生态地质环境效应分析
徐友宁1
,吴 贤2
,陈华清
1
(1 西安地质矿产研究所,陕西西安710054;2 西北有色金属研究院,陕西西安710016)
摘 要:本文通过对大柳塔煤矿区环境地质问题的调查研究,分析评价了塌陷区的生态地质环境效应。

指出截止2005年7月,大柳塔煤矿区累积形成采空区面积42 69km 2,地表塌陷影响面积48 23~54 64km 2,长臂式综采技术导致地表塌陷形成的地貌与原始波状地貌不易区分,地面塌陷对农业生产的影响相对较轻;对地表水水域面积、地下水水位影响最为显著,成为采煤塌陷区最大环境负效应。

但由于各种原因采煤塌陷区没有出现土地沙漠化加剧的景观。

妥善安置塌陷区较为稀少村民、确保重要水源地不被破坏和塌陷区土地沙漠化不恶化的情况下,最大程度地开采煤炭资源,实现地区经济发展和环境效益的统一。

关键词:大柳塔煤矿区;地面塌陷;生态地质环境;效应
中图分类号:X321 文献标识码:B 文章编号:1004-4051(2008)03-0038-03
Effect analysis on ecological geo environment in the bound of Daliuta coal mining subsidence area
X U Yo u ning 1,W U Xian 2,CH EN Hua qing 1
(1.X i an List itute of Geo lo gy and M ineral Resources,Xi an,710054,China;2.N or thw est Inst itute for No ferr ous M eta l Rescarch,Xi an 710016,China)
Abstract:Based o n resea rching on the pr oblems of envir onmental geo log ical in Daliuta co al mining a rea the paper analyzed enviro nmental effect about the co al sur face collapse.Cumulate mined out a rea had g otten to 42 69km 2by the end o f the july 2005.Its influencing ar ea for the ea rth s surface w as 48 23~54 64km 2,It is difficult fo r investig ator s to disting uish tw o knd o f physio gnom ies between the primo rdial physio gnomy and the pby siog no my of the co al surface co llapse by fully mechanized mining technolo gy.T he effect for ag r iculture w as not impo rtant,but w as ver y r emmar kable for the ar ea change of surface wat er and the dr aw dow n declinling deg ree o f g ro undwater.T his chang es for w ater resour ce wer e the main negative effect in Daliuta coal mining area.T he deter ior ism trend of the soil desert ificatio n in m ining area was no t appear ance.O n these co nditions o f pro per installing the villag er bound co al sur face collapse,pr oteeting im po rtant w aterhead and lightening the soil deser tification in coal surface collapse.Pesople can furt hest develop coal r eso urce and come true the aim about the eco no mic dev elopment and env ir onmental pr otectio n. Key words:daliuta co al mining area;coal surface collapse;eco log ical geo enviro nment;effect
收稿日期:2007-12-18
基金项目:中国地质调查局项目 陕西大柳塔煤矿区环境地质问题专题调查 (项目编号:1212010541301-4)
作者简介:徐友宁(1963-),男,陕西长安人,博士,高级工程师,主要从事矿山环境地质调查研究。

1 研究意义及方法
陕西省神木县大柳塔煤矿区地处与内蒙古自治
区依金霍洛旗接壤的毛乌素沙地和黄土高原过渡带,气候干旱,水资源不足,生态环境十分脆弱。

该区浅埋煤层的开发,不可避免会造成地面塌陷、地裂缝等环境地质问题,但就采煤塌陷区土地沙漠化的认识,出现了好转及加剧两种截然不同认识。

其中,代表性的观点是采煤塌陷破坏土地的完整性、造成地表水渗漏、地下水位下降等环境地质问题,进而造成植被退化、演替和死亡,加剧矿区土地沙漠化。

1986年开采煤炭资源至今,矿区没有开展过系统的大比例尺矿区地质环境调查与研究工作,因
第3期徐友宁等:大柳塔煤矿地面塌陷区的生态地质环境效应分析
而难以给出矿区生态地质环境影响状况的科学定论,从而不同程度地影响了该区大规模煤炭资源开发生态地质环境保护的科学决策。

2005年,由西安地质矿产研究所承担的中国地质调查局 陕西大柳塔煤矿区环境地质问题专题调查 项目,采用三期遥感解译对比(1986年7月、1996年7月两期1 5万T M遥感影像、2005年7月1 2 5万SPOT5遥感影像)、野外1 5万地质环境路线调查及重点地段解剖的工作方法,在查明矿山地面塌陷、地裂缝的分布特征的基础上,进一步调查研究了矿区地面塌陷对地表建筑物、耕地、地表水、地下水、土地沙漠化的影响程度,探索地面塌陷区生态地质环境效应,对于神府东胜这个世界级大煤田开发地质环境、生态环境和水环境保护,具有重要的科学价值和现实意义。

2 地面塌陷
1986年大柳塔煤矿开始建设,到2005年的20年间,区内的大柳塔、活鸡兔、哈拉沟等神东煤炭公司三大矿井,已经成为年产原煤逾千万t矿井。

各矿均开采22煤,煤层厚4~6m,埋深61~ 130m,煤层构造简单,煤层近于水平,属于浅埋煤层。

主要采用长臂式综合机械化采煤工艺,工作面长200~240m,推进长度数千m,其间留有20 ~30m宽的护巷煤柱,这种全部垮落方式的顶板管理办法,其优点是煤炭资源回收率高、工效高,但是却对上覆岩破坏最严重的一种顶板管理方法。

据不完全统计,1990~2005年7月,大柳塔、活鸡兔、哈拉沟矿井及部分地方矿井采空区面积合计超过了41 69km2。

其中,大柳塔矿井采空区面积已达27 087km2,且随着煤炭开采量逐年增长而塌陷区呈现同步扩大之态势,2005年,当年采空区面积就达4 098km2。

3 采煤塌陷的环境效应
3 1 对地表水的影响
该区地下煤层开采形成的两带高度在沟系区域可贯通地表,使沟流区域的地表水泄漏于井下,因此,煤炭开采对采煤塌陷区各沟流地表水的影响最大。

由于地面塌陷值有限,且远小于原来的相对高差,因此原沟系的泄洪功能没有明显的改变,地表雨水有沿沟系导水裂隙带导入井下的可能,特别是大雨或暴雨期间,有造成井下透水、溃沙的潜在威胁。

煤矿矿井疏干排水、地下采煤地表冒落等,破坏了煤层之上的含水层结构,导致地表水下渗量增加,河流流量减少或断流,沙地中的原有海子、泉水、水库水面面积萎缩或干枯,群众饮水及农田灌溉直接受到影响。

通过对1986年、1996~2005年遥感影像解译和实地调查表明,地表水水域面积(包括湖泊、河流、水库、泉口水域)分别为7 96、4 32和3 99km2,呈锐减趋势。

在1986~ 1996年的10年间,研究区地表水域面积缩减最为明显,达3 641km2,平均每年减少0 36km2;而1996年到2005年,9年间减少了0 325km2,年缩减量0 03km2,缩减幅度小于前10年。

19年间,水域面积缩减了3 966km2。

地表水体干枯或缩减的主要表现为,研究区东北部原有的大量海子已经消失,其中以布袋壕东北地区最为明显。

需要说明的是,研究区东北部大量沙地海子与三大矿煤炭开采的距离较远,最近的哈拉沟煤矿还未开采到此,因此其消亡与矿业活动关系尚不清楚。

但毫无疑问,大柳塔镇附近沟泉流域水量显著减少,是煤炭资源开发的最大的负面效应,如母河沟主沟基本干涸,仅在沟脑有少量泉水出露;双沟脑泉泉口流域的水域缩减到不足70年代的1/4,完全失去了作为抽水上塬灌溉旱田作物的功能。

3 2 对地下水的影响
研究区含水层主要以松散岩类孔隙水为主,大气降水入渗到含水层,再通过侧向补给和排泄于沟谷中,地下采煤塌陷和矿井疏干排水破坏了原有含水层的补、经、排系统,使地下水垂直下渗为主,造成沟谷中河水的补给量减少,从而直接或间接导致沟谷河流流量减少或断流。

井下开采破坏了民用井泉区域的含水层结构和原有富水状态,使区内的地表水、地下水泄漏于井下煤层底板的可能,从而导致井泉的水位大幅下降,水量锐减和干枯井泉的数量增大。

表1表明,研究区井水干枯、水位下降的数量占到了调查数量的77 27%,泉水干枯、水位下降的数量占到了调查数量的74 3%,如母河沟泉在采矿前其泉水流量超过10L/s,现已干枯。

双沟泉、白渠泉等均出现水量大幅度减少,甚至干枯。

活鸡兔李家畔地下水渗漏,导致村民井水干枯。

沟脑泉水的消失或流量锐减,导致沟道内的水浇耕地变为旱地。

应充分利用下渗到矿井底板的矿坑水,将地表水、上覆含水层下漏水予以综合利用,以满足工业、生活及生态用水,即变相利用地表水和地下水,最大程度减少对水资源的破坏。

表1 研究区村民井水/泉水水位变化统计表
变化情况井/泉数量(处)变化率(%)干枯5/922 73/30下降明显12/1554 54/50
变化不明显5/622 73/20
39
3 3 对农业生产的影响
矿区土地利用类型主要是旱耕地(24 84km2,占研究区总面积的6 6%)、荒漠灌木林地及天然草地(300 68km2,占研究区总面积的79 94%)。

豆类、土豆、玉米、谷子是主要的农作物,粮食年产量200~300kg/亩,糜谷60~150kg/亩。

舒缓波状的塌陷及裂缝群等,致使土壤结构变松,抗旱保水能力大大降低,对农作物生长及产量产生了一定影响。

对于风沙滩地区,土地生产力较下,且多属国家退耕还林还草划定区,因而对农业生产影响有限。

较宽的沟谷中为水浇旱田,地面塌陷导致泉水量减,对农业生产有一定的影响。

3 4 对土地沙漠化进程的影响
矿区土壤类型主要为沙黄土,植被属于沙生类,以耐瘠、低矮、旱生型草灌为主,有一年生和多年生混合植物群落组成。

在海拔1200m以上的沙滩和沙丘地区,以草、灌群落为主;在海拔1200m以下的沟谷区域,主要为适农可耕作区;在海拔1100m左右的哈拉沟、沙沟和郝家沟河谷阶地和部分沟坪地上,还有零星分布的次生林、灌木林、乔木林等。

地下煤炭资源开发,对矿区地下水水位影响明显,尤其表现在沟谷区,因此对依靠地下水生长的喜水生物影响最为明显,不仅影响树木的正常生长和发育,在局地有树木枯死,可导致喜水生物退化,逐步向旱生植被演化。

但对风沙滩地区依靠大气降水和沙漠凝结水生长的沙生植被,其生存对地下水环境的依存度较低,所以受地表水、地下水变化影响程度相对较小。

20年来,大柳塔地区(376 13km2,表2)和主要矿区(71 071km2,表3)土地沙漠化发展演化规律一致,即重度沙漠化土地逐年减少,轻度、非沙漠化土地面积逐年增大,二者演化一致规律表明,控制全区及主要矿区土地沙漠化的主要因素相同,或说明主要矿区后期人为生态环境修复的结果,即采煤塌陷区植被没有呈现明显枯萎而导致植被覆盖度的下降。

分析表明,控制二者一致的演化规律的主要因素与退耕还林舍饲圈养、适中的降雨量和近年来神东矿区卓有成效的生态环境工程关系密切。

表2 1986~2005年大柳塔地区沙漠化土地面积变化表
1986年面积(km2) /总面积(km2)(%)
1996年面积(km2)
/总面积(km2)(%)
2005年面积(km2)
/总面积(km2)(%)
重度沙漠化14 69/3 909 82/2 612 53/0 67中度沙漠化24 61/6 539 36/2 4819 49/5 18轻度沙漠化56 49/15 0061 77/16 4062 19/16 53非沙漠化280 81/74 57295 78/78 51291 93/77 62
表3 1986~2005年采煤塌陷区沙漠化土地面积变化表
1986年面积(km2) /总面积(km2)(%)
1996年面积(km2)
/总面积(km2)(%)
2005年面积(km2)
/总面积(km2)(%)
重度沙漠化1 57/2 210 81/1 140/0中度沙漠化4 85/6 821 5/2 110 49/0 69轻度沙漠化6 82/9 6010 43/14 6813 73/19 32潜在及非沙漠化57 83/81 3758 33/82 0756 85/79 99
4 结论
(1)截止2005年7月,煤矿塌陷累积采空区面积42 69km2,塌陷影响面积48 23~54 64km2,长臂式综采技术导致地表整体沉陷,但地表沉陷后与原有的舒缓波状地貌不易区分。

(2)研究区土地资源的区位价值,主要表现为生态环境功能,即煤炭资源开发不使矿区发生土地沙漠化或加剧土地沙漠化。

地面塌陷对农业生产的影响相对较轻。

(3)煤炭开采疏干排水、地表塌陷地裂缝,导致地表水面积缩减、河流断流、地下水位下降、泉水干枯等,成为采煤塌陷最大的环境负面效应。

(4)研究区与主要矿区土地沙漠化,总体呈现好转态势,地面塌陷区土地沙漠化出现加剧现象,二者具有相同的控制因素。

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(下转第50页)
q粗=Q x(1-R1)=Q0 (D0/D x)-2 5 (L0/L x)-1 (1-R1)=q0 D x2.5 L x (1-R1)(14) 细粒级部分各级别产量q细为:
q细=q0 D x2.5 L x (1 R2)(15)式中,q0 基础磨处理能力(t);
q粗 粗粒部分粒度小于d1的处理能力(t); q细 粗粒部分粒度小于d2的产量(t);
R1、R2 获得粗、细产品相应粒级的筛上重量百分比。

6 选用适宜的矿石
矿石在自磨机中能形成稳定的负荷,这样就限定了自磨或半自磨的磨矿范围。

如许多砂岩型软矿石,一般不适用自磨机碎矿,因为这类矿石在磨机中破碎太快,不能形成稳定的介质负荷。

这种情况下,如果磨机产品粒度合格的话,要考虑运输和磨矿产品从磨机中排出的速率问题。

另外,风化或破裂型矿石,由粗粒结晶成分组成,易于破碎成小块,但太硬不能依靠磨机按一定的速率来降低粒度,且缺少适于磨削所需要的粗粒级矿石。

这类矿石不适宜自磨,只能在磨机中加适量的球荷来加强磨削力,因此会导致破碎能力降低。

7 结 语
在自磨半自磨磨机的选用方面,应认识到基建投资和生产费用与选矿性能是磨矿系统选择与设计的最终标准。

本文对自磨机选择及参数确定方面提出的一些观点,已在自磨机和半自磨机的设计中得以应用,实践显示了很好的应用性。

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(上接第46页)
(4)防冲护坡。

黄土层的抗冲蚀性较差,地表径流会造成河床的急剧下切,为滑坡的形成提供失稳条件。

需要修筑导流堤并植树种草,有效保护生态环境和地貌环境,进而提高斜坡的稳定性。

4 结 语
黄土滑坡的灾变过程,是一个极其复杂的动态力学过程,本文仅简略探讨了铜川地区黄土滑坡的灾变机理及其防治策略,如何切实做好广大黄土滑坡的机理研究和防治工作,还有大量的工作需要开展。

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