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第 1 7卷第 3 期 2 0 0 8年 3月 中 国 矿 业 CHI NA M I NI NG M AGAZI NE Vo1 ．1 7。No． 3 M a r c h 2 00 8 大柳塔煤矿地面塌 陷区的生态地质环境效应分析 徐友宁 ，吴 贤 ，陈华清 1 ．西安地 质矿产研 究所 ，陕 西 西安 7 1 0 0 5 4 ； 2 ．西 北有 色金 属研 究院 ，陕 西 西安 7 1 0 0 1 6 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 2 0 0 5年 7月 ，大柳塔煤矿 区累积形成 采空区面 积 4 2 ． 6 9 k m ，地表塌 陷影响面 积 4 8 ． 2 3 ～ 5 4 ． 6 4 k m ，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 X3 2 1 文 献 标 识 码 B 文 章 编 号 1 0 0 4 4 0 5 1 2 0 0 8 0 3 0 0 3 8 0 3 Ef f e c t a n a l y s i s o n e c o l o g i c a l g e o - e n v i r o n me n t i n t h e b o u nd o f Da l i u t a c o a l mi ni n g s u b s i d e n c e a r e a XU You - ni n g 。 W U Xi a n ， CHEN H u a - q i n g Xi a n Li s t i t ut e o f Ge o l o gy a nd M i ne r a l Re s ou r c e s， Xi a n， 71 0 05 4，Chi na； No r t h we s t I n s t i t u t e f o r No f e r r o u s M e t a l Re s e a r c h， Xi a n 7 1 0 0 1 6，Ch i n a Abs t r a c t Ba s e d o n r e s e a r c hi n g o n t he p r ob l e ms of e nvi r o nme nt a l ge ol og i c a l i n Da l i ut a c oa l mi ni ng a r e a t h e p a pe r a na l y z e d e nv i r onme nt a l e f f e c t a b out t he c o a l s ur f a c e c ol l ap s e ． Cu mul a t e mi n e d o ut ar e a ha d g ot t e n t o 4 2 ． 6 9 k m。b y t h e e n d o f t h e j u l y 2 0 0 5 ． I t s i n f l u e n c i n g a r e a f o r t h e e a r t h s s u r f a c e wa s 4 8 ． 2 3 ～ 5 4 ． 6 4 k m ， I t i s di f f i c u l t f o r i nv e s t i g a t or s t o d i s t i ngui s h t wo k nd of phy s i o gn omi e s b e t we e n t he pr i mor d i a l p hy s i og no my a nd t he pb y s i og no my of t h e c oa l s ur f a c e c ol l ap s e b y f u l l y me c ha ni z e d mi n i n g t e c hno l og y． The e f f e c t f o r a g r i c u l t ur e was no t i mp o r t a n t，but wa s v e r y r e mma r k a bl e f or t he a r e a c h a nge of s u r f a c e wat e r a n d t he dr a w do wn de c l i nl i ng d e gr e e o f g r o un dwa t e r ． Thi s c ha ng e s f or wat e r r e s our c e we r e t h e ma i n ne g a t i v e e f f e c t i n Dal i u t a c o a l mi ni n g a r e a ． The de t e r i o r i s m t r e nd of t h e s oi l de s e r t i f i c at i o n i n mi ni ng a r e a wa s n ot ap pe a r a nc e． On t he s e c o ndi t i o ns of pr ope r i n s t a l l i ng t he v i l l a ge r b ou nd c o a l s ur f a c e c o l l ap s e， p r ot e e t i ng i m p o r t a n t wat e r h e a d a n d l i ght e ni n g t he s o i l d e s e r t i f i c a t i o n i n c o a l s ur f a c e c o l l a ps e ． Pe s op l e c a n f ur t he s t d e ve l o p c o a l r e s o ur c e a n d c ome t r ue t he a i m ab ou t t he e c on omi c d e ve l o pme n t a nd e nvi r on me nt a l pr ot e ct i o n． Ke y wor d sda l i u t a c o a l mi ni n g a r e a； c o a l s u r f a c e c o l l a ps e；e c o l o gi c a l ge o e nv i r onme nt ； e f f e c t 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。 收稿 日期2 0 0 7 1 2 1 8 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 1 2 1 2 0 1 0 5 4 1 3 0 1 4 作者简介 徐友宁 1 9 6 3 ，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 。 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 。 1 9 8 6 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 维普资讯 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 3 9 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 。2 0 0 5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 1 9 8 6年 7月 、1 9 9 6年 7月两期 15万 TM 遥 感影 像 、2 0 0 5年 7月 12 ． 5万 S P OT5 遥感影像 、野外 15万地质环境路 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 1 9 8 6年大柳塔煤矿开始建设 ，到 2 0 0 5年的 2 0 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 2 煤 ，煤 层 厚 4～ 6 m，埋 深 6 1～ 1 3 0 m，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 2 O O ～2 4 0 m，推进长度数 千 m，其间 留有 2 0 ～ 3 0 m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 ，1 9 9 0 ～ 2 0 0 5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 4 1 ． 6 9 k m 。其 中，大柳塔矿井 采空 区面积 已达 2 7 ． 0 8 7 k m ，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 ，2 0 0 5年 ，当年采空 区面 积就达 4 ． 0 9 8 k m 。 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 1 9 8 6年 、1 9 9 6 ～2 0 0 5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 ． 9 6 、4 ． 3 2和 3 ． 9 9 k m ，呈锐减趋势 。在 1 9 8 6 ～ 1 9 9 6年 的 1 0年间 ，研究区地表水域面积缩减最为 明显 ，达 3 ． 6 4 1 k m ，平均每年减少 0 ． 3 6 k m ；而 1 9 9 6年 到 2 0 0 5年 ，9年 间减少 了 0 ． 3 2 5 k m ，年缩 减量 0 ． 0 3 k m ，缩减 幅度 小于前 1 0年 。1 9年间， 水域面积缩减 了 3 ． 9 6 6 k m 。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 7 0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 7 7 ． 2 7 ，泉水干枯、水 位下降的数量 占到了调查数 量 的 7 4 ． 3 ，如母河 沟泉在采矿前其泉水 流量超过 1 0 L ／ 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 维普资讯 4 0 中 国 矿 业 第l 7 卷 3 ． 3 对农业 生产 的影 响 矿区土地利用类型主要是旱耕地 2 4 ． 8 4 k in ， 占研究 区总面积 的 6 ． 6 、荒漠灌木林地及天然 草地 3 0 0 ． 6 8 k in ，占研 究 区总 面 积 的 7 9 ． 9 4 。 豆类 、土豆、玉米、谷子是主要的农作物 ，粮食年 产 量 2 0 0 ～ 3 0 0 k g ／ 亩 ，糜 谷 6 O～ 1 5 o k g ／ 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 1 2 0 0 m 以上 的 沙滩 和 沙 丘地 区，以 草、灌 群 落 为 主；在 海拔 1 2 0 0 m 以 下 的 沟 谷 区域 ，主 要 为 适 农 可 耕 作 区 ； 在海拔 1 l O O m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 。2 O年来 ，大 柳 塔 地 区 3 7 6 ． 1 3 k in ， 表2 和 主 要 矿 区 7 1 ． 0 7 l k m ，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 1 9 8 6 2 0 0 5年大柳塔地 区沙漠化土地面积变化表 4 结论 1 截止 2 0 0 5年 7月 ，煤矿 塌 陷累积 采空 区 面积 4 2 ． 6 9 k m ，塌 陷影 响 面积 4 8 ． 2 3 ～5 4 ． 6 4 k m ， 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 。 1 参考文献 [ 1 1 叶贵钧 ，张莱 ，李文平 ，等．陕北榆神府矿区煤 炭资源开 发主要水工环问题 及防治对策L J ] ．工程 地质学报 ，2 0 0 0 ， 8 4 4 4 6 4 5 4 ． [ 2 ] 李文平 ，段 中会 ，华解明 ，等．陕北 榆神府 矿区地质环境现 状及采煤 效应影 响预测 [ J ] ． 工程地质学报 ，2 0 0 0 ，8 3 3 2 4 3 3 3． 下转第 5 0页 维普资讯 5 O 中 国 矿 业 第1 7 卷 q 柑一 Q 1 ～R 一 0 ． o Do ／ D L 。 ／ 1一 R q 。D 。；L 1一 R1 1 4 细粒级部分各级别产量 q 细 为 q q oD儿 5L 1 一R 2 1 5 式中，q 。 基础磨处理能力 t ； q ～粗粒部 分粒度 小 于 d 的处理 能力 t ； q 粗粒 部分粒 度小 于 d 。 的产 量 t ； R 、R 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 。 一 参考文献 [ 1 ] 周恩浦．粉碎机械的理论与应用 [ M] ．长沙 中南大学出版 社 ，2 0 0 4，1 0 ． [ 2 ] [ 美] 穆拉 尔 ， [ 美]杰 根森． 碎磨 回路 的设 计 和装 备 r M] ．北京 冶金 工、 出版社 ，l 9 9 1 ，9 ． 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 上接 第 4 O页 [ 3 ] 王文龙．李占斌 ，张平仓．神府东胜煤 田开发中诱发 的环境 灾害 问题研究 I J ] ．生态学杂志 ，2 0 0 4 ，2 3 1 3 4 3 8 ． [ 4 ] 徐友宁．解决煤 矿塌陷 区社会矛盾 的对策建议 E J ] ．中 国矿 业 ，2 0 0 6，1 5 8 1 4 1 6 ． [ 5 ] 徐友 宁．大柳塔煤 矿开发土壤覆金属污染 响应 研究 [ J ] ． 中 国矿 业 ，2 0 0 7 ， l 6 7 4 7 5 0 ． E 6 ] 唐燕波 ，付利群，华解 明，等．榆神府矿 区土地沙漠化 现状 及发展 态势研 究 l J ] ． 河北建 筑科技 学院 院报 ，2 0 0 l ，l 8 2 7 9 8 2 ． r 7 2 张 莉 ，王飞跃 ，张铁军．陕北榆林地 区沙漠化土地类 型及 时空变化分析 [ J ] ．中国地质 ，2 0 0 2 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国，解连江，朱新平 ，等．黄土基底排土场基底型滑坡 机理探讨 [ 刀．露天采矿技术 ，2 0 0 4 ， 3 1 6 1 8 ． 李智毅 ，杨裕云．工程地 质学 [ M] ．武汉 中国地质大学 出版社 ，1 9 8 9 ． Ⅲ 维普资讯
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