山西黄土丘陵采煤沉陷区生态环境破坏与修复研究

发布时间：2021-10-14 08:59

　　山西省煤炭开采大都处于黄土沟壑和丘陵山区,其采煤沉陷及地表破坏具有和平地不同的破坏特点,产生的多种形式和不同大小的地表裂缝、槽形塌陷及采动滑坡,使地形地貌及景观产生较大的破坏,水土流失加重等。因此,研究适宜山西地貌和气候特征,以及山西采煤沉陷损伤规律的土地复垦与生态重建技术,构建山西省黄土丘陵采煤沉陷地复垦技术模式显得尤为重要。分析了黄土丘陵采煤沉陷区的地表破坏的类型、形成机理及影响因素,结合黄土丘陵地貌分析研究了开采对地表水资源分布及沉陷区土地及植被的影响和破坏。地下采煤形成的覆岩及地表裂缝为水资源运移和流失提供了通道,采排矿井水对土地造成了污染,采动土地破坏及地表水土流失的加剧,是造成地面生态植被破坏的主要原因。对于采动生态环境破坏,采煤岩土体损害是根本,水资源和植被的破坏为开采损害的延续性影响,而单一类型的损害修复方法无法达到良好的修复状态,因此提出了以地形修复、水资源保护、植被重建等相结合的黄土丘陵沉陷区生态修复技术。通过山西某矿区黄土丘陵地表的土地复垦实践,证明了黄土丘陵沉陷区结合地形条件和生态环境的土地复垦技术的有效性及适宜性,研究成果对山西黄土丘陵矿区的地下开采与生态环境... 

【文章来源】：煤炭科学技术. 2020,48(04)北大核心CSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

煤矿开采对水资源的影响

黄土与基岩是2种截然不同的介质，其物理力学性质差异较大，受到地下采煤的破坏形式也具有较大差别。黄土丘陵沉陷区地表破坏的常见类型有地面裂缝、采动滑坡、槽型塌陷坑、崩落等，如图1所示，其中多种形态的裂缝是最普遍最主要的地表破坏类型，其他3种破坏类型受地层、地形、黄土性质、采矿条件等影响。笔者主要分析采动裂缝的分类、形成机理及影响因素等。黄土丘陵采煤沉陷区的采动地表裂缝分类如图2所示。(1)按发育时间，分为动态裂缝和永久裂缝。地表动态裂缝主要分布在工作面正上方，裂缝走向垂直于工作面推进方向，裂缝间距与工作面顶板的周期来压有关，在工作面推进过程中，有些动态裂缝会闭合或减小;永久裂缝主要分布在工作面边界上方，随着工作面停采，该类裂缝的大小及形态也趋于稳定。从裂缝动态发育角度将其分为4个不同发育时期，即岩层连续移动变形阶段(采动初期)，裂缝产生及缓慢发育阶段、裂缝剧烈发育阶段、裂缝稳定阶段[24]。(2)按裂缝形态，分为拉张裂缝和台阶裂缝。黄土丘陵沉陷区，大多数的裂缝不但具有拉张，而且具有台阶;少数深厚比较大工作面上方地表仅有拉张裂缝;厚黄土层薄基岩开采可能会形成台阶裂缝。(3)按形成机理，分为水平拉伸裂缝和竖向剪切裂缝。采动造成的覆岩结构变化，不但引起地表产生水平拉伸，而且由于覆岩在竖直方向的移动，形成竖向剪切裂缝。以上3种分类方法之间相互联系，从发育时间来看，动态裂缝和永久裂缝均有可能对应拉张裂缝和台阶裂缝。

黄土丘陵采煤沉陷区的采动地表裂缝分类如图2所示。(1)按发育时间，分为动态裂缝和永久裂缝。地表动态裂缝主要分布在工作面正上方，裂缝走向垂直于工作面推进方向，裂缝间距与工作面顶板的周期来压有关，在工作面推进过程中，有些动态裂缝会闭合或减小;永久裂缝主要分布在工作面边界上方，随着工作面停采，该类裂缝的大小及形态也趋于稳定。从裂缝动态发育角度将其分为4个不同发育时期，即岩层连续移动变形阶段(采动初期)，裂缝产生及缓慢发育阶段、裂缝剧烈发育阶段、裂缝稳定阶段[24]。(2)按裂缝形态，分为拉张裂缝和台阶裂缝。黄土丘陵沉陷区，大多数的裂缝不但具有拉张，而且具有台阶;少数深厚比较大工作面上方地表仅有拉张裂缝;厚黄土层薄基岩开采可能会形成台阶裂缝。(3)按形成机理，分为水平拉伸裂缝和竖向剪切裂缝。采动造成的覆岩结构变化，不但引起地表产生水平拉伸，而且由于覆岩在竖直方向的移动，形成竖向剪切裂缝。以上3种分类方法之间相互联系，从发育时间来看，动态裂缝和永久裂缝均有可能对应拉张裂缝和台阶裂缝。水平拉伸是形成拉张裂缝的主要原因，竖向剪切是形成台阶裂缝的主要原因，当水平拉伸和竖向剪切同时存在时，形成的裂缝同时具有裂缝宽度和台阶高度，其大小分别与水平拉伸和竖向剪切大小成正比。采动坡体滑移是拉张裂缝与台阶裂缝形成的另外一种模式，因此也有将采动裂缝分为拉伸型裂缝、挤压型裂缝、塌陷型裂缝、滑动型裂缝等4种类型[25]，其中挤压型裂缝多发生于沟谷区域，滑动型裂缝多发生在黄土覆盖的坡体区域。在黄土丘陵沉陷区控制裂缝发育的主要因素有基岩厚度、黄土覆盖层厚度、开采高度、沟壑切割地形[26]，尤其是厚黄土薄基岩的大采高矿区，加上地形坡度的影响，地表裂缝及台阶十分严重。


本文编号：3435854