淺埋煤層開采對生態(tài)環(huán)境的影響論文
１淺埋煤層開采對生態(tài)環(huán)境影響研究現(xiàn)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(chǎn)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(zhì)條件下的煤炭開采還呈現(xiàn)出特殊的地表沉陷現(xiàn)象，例如下沉系數(shù)和水平移動系數(shù)偏大，下沉范圍較水平移動范圍小等。目前國內(nèi)學者對該領(lǐng)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(guī)律的研究表明，煤層開采后，覆巖會發(fā)生直達地表整體切落現(xiàn)象，形成貫通裂縫和地裂縫。范鋼偉在神東礦區(qū)的研究結(jié)果表明，隨開采工作面的推進，覆巖會出現(xiàn)與地表同步垮落現(xiàn)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(shù)值模擬。徐友寧繪制了神東礦區(qū)地面移動變形曲線圖，并總結(jié)了該礦區(qū)４個礦的地表塌陷特點，給出了塌陷指數(shù)。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(tài)環(huán)境影響的措施，為礦井后續(xù)開發(fā)建設提供環(huán)境保護依據(jù)�？偨Y(jié)現(xiàn)有研究成果，研究者不僅對淺埋煤層開采地表塌陷規(guī)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(lǐng)域的研究重點。
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在氣候干旱、水資源匱乏、生態(tài)脆弱的西部淺埋煤層礦區(qū)，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(zhì)條件，直接表現(xiàn)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(qū)礦山開發(fā)對水環(huán)境影響主要可以歸結(jié)為地下水位下降、地下水平衡狀態(tài)破壞和水質(zhì)污染，并提出了開展采煤保水、調(diào)整開發(fā)規(guī)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(gòu)造、惡化地下水環(huán)境質(zhì)量。常金源等在神南礦區(qū)根據(jù)煤層采動對地下水的影響程度，將研究礦區(qū)劃分為砂層嚴重、一般、輕微失水區(qū)以及風沙灘無影響４個區(qū)，并強調(diào)在采礦過程中應采取相應技術(shù)保護寶貴的砂層潛水資源。根據(jù)不同的研究對象，不同研究者采用不同的評價指標，實現(xiàn)了不同的目的。綜上所述，大規(guī)模開采引起水資源減少以及水質(zhì)污染等問題已經(jīng)嚴重制約著西部的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設，這也使采煤理論研究和工程實踐成為西部礦區(qū)開發(fā)的重要問題。
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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(qū)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(gòu)成了一定威脅。隨著土壤結(jié)構(gòu)破壞，土壤理化性質(zhì)也會發(fā)生惡化，在水土流失作用下，土壤的營養(yǎng)流失會增加。王青杵探討了黃土高原煤炭開采區(qū)的水土流失特征和規(guī)律，認為該區(qū)水土流失形式既與原地貌條件下水土流失有著天然的聯(lián)系，又有采煤區(qū)獨特的侵蝕形式。傅耀軍對榆神府礦區(qū)水土流失進行了初步預測評價，為該區(qū)水土流失的防治提供了依據(jù)。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(qū)坡耕地土壤結(jié)構(gòu)，促進了土壤淋溶侵蝕，使得土壤理化性質(zhì)惡化，需要引起關(guān)注。薛豐昌研究指出，淺埋煤層引起的地表形態(tài)改變導致區(qū)域土壤含水率存在一定的時空分異規(guī)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(zhì)變化進行研究，結(jié)果表明采煤影響程度最大的是土壤水分、其次是土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)，影響最小的是土壤化學性質(zhì)。綜合以上研究內(nèi)容，關(guān)于淺埋礦區(qū)煤炭開采引起土壤資源破壞的.研究方向及內(nèi)容。
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煤田開發(fā)對植被直接破壞是煤炭基建和生產(chǎn)過程中毀壞和壓埋植被，如黃陵礦區(qū)，森林植被在開發(fā)之前覆蓋率高達９２％，開發(fā)后由于礦山工業(yè)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(qū)水環(huán)境變化對植被影響，在生態(tài)脆弱的西部礦區(qū)，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(qū)沉陷與未沉陷的植物群落進行對比，發(fā)現(xiàn)植物群落主要組成成分沒有發(fā)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(qū)的四期遙感影像數(shù)據(jù)，定量的說明二十年間植被覆蓋度整體提高，局部礦區(qū)則有所降低。吳立新利用遙感數(shù)據(jù)揭示出神東礦區(qū)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(qū)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(guān)，而且也與國家和政府對礦區(qū)植被的治理工作有關(guān)。
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我國礦區(qū)沙漠化形勢嚴峻，其中以內(nèi)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(chǎn)區(qū)最為嚴重。大量礦產(chǎn)被沙漠掩埋、破壞，經(jīng)濟損失巨大，妨礙了經(jīng)濟、社會的可持續(xù)發(fā)展，因此，進行礦區(qū)沙漠化防治和礦產(chǎn)保護尤為重要。楊根生等首次提出研究礦區(qū)的土地沙漠化現(xiàn)狀及其形成和發(fā)展，能夠積極治理現(xiàn)有沙漠化土地并預防沙漠化的進一步發(fā)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(jié)果表明，在陜西大柳塔礦區(qū)，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(qū)的基礎(chǔ)上，指出人為和自然因素是礦區(qū)沙漠化的主要原因，并提出了礦區(qū)沙漠化防治和礦產(chǎn)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(tài)環(huán)境影響的研究，研究者已經(jīng)做了大量工作，但還存在以下問題。
�。ǎ保┐蠖嘌芯抗ぷ鲀H從淺埋煤層開采對生態(tài)環(huán)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(tài)環(huán)境影響指標體系不夠全面，制約了從一個更加全面和系統(tǒng)的角度去評價淺埋煤層開采引起的生態(tài)環(huán)境變化。
�。ǎ玻┭芯恐饕性诘乇硭菀鸬牟煌鷳B(tài)環(huán)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(guān)于其他各生態(tài)指標之間的關(guān)聯(lián)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(guān)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(zhì)量下降，而在生態(tài)脆弱的西部礦區(qū)，這些問題的影響會更加突出。
�。ǎ常┊斍皩\埋煤層開采地表塌陷規(guī)律和預測模型的研究較多，但對整個地表生態(tài)影響規(guī)律、預測模型及預警系統(tǒng)的研究還相對匱乏。隨著西部礦區(qū)淺埋煤層開采量的增加，通過建立生態(tài)環(huán)境影響預測模型和預警系統(tǒng)，是實現(xiàn)大規(guī)模煤炭資源開采與生態(tài)環(huán)境保護相統(tǒng)一的有效途徑。
３研究方向
結(jié)合上述問題，今后一段時間對淺埋煤層開采引起的生態(tài)環(huán)境變化研究主要從以下幾方面展開。
�。ǎ保┙Y(jié)合我國淺埋深煤層礦區(qū)的生態(tài)環(huán)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(guān)聯(lián)性，挖掘出淺埋煤層開采影響生態(tài)環(huán)境的主要因素，并通過專家評價法構(gòu)建出基于多屬性生態(tài)環(huán)境影響的綜合指標體系。
（２）在構(gòu)建綜合生態(tài)指標體系后，選擇多個典型的淺埋煤礦區(qū)進行現(xiàn)場調(diào)研，針對不同礦區(qū)的地理特征、自然氣候以及關(guān)鍵制約因素，利用層次分析法確定指標權(quán)重，并根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果確定不同指標的子系統(tǒng)。
�。ǎ常┰诿鞔_生態(tài)環(huán)境影響預測準確性因素的基礎(chǔ)上，研究淺埋深煤層煤礦生態(tài)影響規(guī)律，并依據(jù)評價體系中的各個指標權(quán)重，采用灰色模型理論建立相互關(guān)聯(lián)的淺埋深煤層生態(tài)環(huán)境影響預測模型，運用現(xiàn)場實測值對模型進行擬合校正，實現(xiàn)淺埋煤層開采對生態(tài)環(huán)境影響的準確預測。
４結(jié)語
為了使淺埋深煤層開采與生態(tài)環(huán)境能夠協(xié)調(diào)發(fā)展，政府和企業(yè)不僅需要建立完善的管理制度，還應該加大對相關(guān)研究的資金投入。
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