外文翻译-神东矿区生态环境的综合治理技术.doc

1、附录A神东矿区生态环境的综合治理技术张东升1，刘玉德1，王安2，王义2（1.中国矿业大学矿业工程学院，中国徐州，221008；2.中国神华煤炭有限公司神东分公司，719315）摘要：研究和发展生态环境治理的核心是，使地面保护与预防地表生态环境破坏的地下采矿活动两者之间相互联系起来。生态环境的治理可以分为三方面：1）在开采之前配置和更新；2）在开采过程中进行地面生态环境保护；3）在开采过后修复和重建。 在浅表地层中覆岩运动的规律、地表的沉降规律和矿区植被的生长规律研究的基础上，综合治理技术已经从理论分析、实验模拟、数值计算、商业测试等方面得以全面发展。它包括：含水层保护性开采的关键技术、采空区矿

2、井水过滤和净化技术、浅表层防灭火技术、无岩巷道布置技术、井下废弃物处理技术、采矿前生态功能圈的建立、采矿之后的生态循环系统建立等技术。关键词：生态环境治理；荒地；大规模开采；含水层保护性开采；生态功能圈前言：资源开采和生态环境保护之间一直是很难抉择的过程。如何化解两者之间的矛盾已经成为理论研究和实践争论的焦点。现如今主要有两种方法解决这种矛盾：第一，从源头予以控制；第二，采后修复。神东矿区位于毛乌素沙地过渡地带，是中国第一个亿吨现代化煤矿基地。如果采用传统的生态环境构建模式，例如“采后的整治和修复”，原本脆弱的生态环境将会更加恶化。得益于提前增强生态环境抵抗开采破坏的能力，并遵循地表沉降规律和

3、矿区表土层植被的生长规律，大规模的开采必须将地面保护和地下综合治理相结合起来。地下采矿的保护措施减少了对地表生态环境的负面影响，同时，当地受开采影响的生态环境在开采之后也得到了及时的修复和优化。因此，矿区脆弱的生态环境已经得到了明显的改善和强化。1 地质地貌和赋存煤层的特征神东矿区是鄂尔多斯大盆地的一部分。矿区南北长约3890km，东西宽约3555km，面积约3481km2，煤矿储量达到了356亿吨。该地区地表被移动和半移动沙丘所覆盖，最厚的地方达到了2050米深，沙漠化与半沙漠化范围已经达到了总面积的85%，平均海拔高度大约是1200米，具有典型的半干旱和半沙漠高原的陆地气候特征。该地区地质

4、构造简单，断层少，而且没有岩层裂隙。主采煤层有12，22，31，42 和52。煤层具有如下主要特征：（1） 埋深浅。 煤层埋深从6m到400m不等，大部分煤层埋深在100m左右。（2） 覆盖层薄。最薄的覆盖层大约1.4米，上层的风积砂层基岩厚约10m到60m。（3） 地下水丰富。在松散层中有10米深的地下含水层。 该矿区煤层的直接底板岩层为砂岩、粉砂岩和泥砂岩。2 岩层移动和地表沉降的特征以及地表下沉矿区植被的破坏2.1 岩层移动和地表沉降的特征根据岩层厚度不同，本文通过物理模拟和数字计算相结合数据模拟的方法，单一地分析了覆岩层工作面的沉降特征。如下：（1） 岩层移动和地表沉降的特征与岩层的厚

5、度有直接关联。覆岩层一般随着采矿活动的进行而不断塌陷，同时，该地区的地表也随之下沉。最后导致地表地形和植被的破坏。（2） 随着工作面的运动，岩层裂缝被挤压，这有利于保水开采以及浅表层防灭火。岩层移动的面积越大，速度越快，对岩层裂隙的压实效果就越好，地表裂隙就会越少。2.2 对地表下沉地区植被影响的特征开采造成的地表沉降对植被的影响可以从以下几方面来看：（1） 采矿造成的沉陷对于植被的构成、生物多样性以及植被的面积的影响没有显著的差别。大约在地表下沉两年后，植被趋向于稳定。（2） 多数情况下，塌陷区的植物种类多样化，因为塌陷断层导致种子因光照而发芽生长，增加花朵，并扩大植被面积。（3） 采矿引起

6、的地表下沉对阔叶乔木有着负面的影响，此外，对于有着丰富根系的树木没有明显影响，例如沙地柳树、柠条等，由下沉导致的部分根系断裂并不影响植物存活。根据这一规律，通过对当地生态功能圈中受影响的植物和物种的修复和优化，使矿区整个生态环境趋于稳定和强化。3 生态环境综合治理技术的关键生态环境的积极预防和诊治模式，使得大面积范围内的整个综合治理成为小区域半沙漠化的主宰。开采之前构建生态功能圈、开采过程中保护生态环境、开采之后构建生态循环利用系统，成为了保护地表生态系统的三项核心技术。3.1 开采之前构建生态功能圈的技术该技术以生态基础和构建生态功能圈的原则为指导，与神东矿区生态环境的自然特征和开采对地表下

7、沉的影响相联系。主要内容包括：（1） 防范外围圈的构建技术这项技术包括对移动的大沙丘的管理和配置、半移动沙丘的植被恢复技术、以及预防和治理沙丘对铁路和高速公路的危害技术等等。（2） 周边绿化圈的构建技术这包括土地耕种中水土保持的技术、针叶树和灌木混合防护林技术、治理和配置小排水区专项技术。（3） 中心装饰圈和景观的构建技术为了创造适于生产和生活的优越空间，该技术将三圈与外围防范圈和绿色防范圈相结合形成了整个生态功能。3.2 在地下开采过程中生态环境保护技术为了将大规模开采造成的生态环境破坏的程度降到最小，例如水资源的流失和污染、煤矿废料的堆积和煤层的自燃等等，本文旨在用适当的地表生态环境保护的

8、方法发展开采技术。内容如下：3.2.1 含水层的保护性开采技术基于神东矿区的水文地理特征和大面积快速开采的条件，本文通过模拟和其他方式分析了上覆岩层的断裂和移动规律，并且总结出了可用于含水层的保护性开采的基本条件和分类。（1） 含水层保护性开采的原因含水层保护性开采的原因有两方面：第一，严重分化带分布于地下510米，位于地表含水层的底部和薄岩层的顶部。厚岩层含有较高的黏土成分，并与水混合，属于较好的隔水层。第二，覆岩层治理水裂隙的发展程度和形式对于水资源的渗透程度和数量有直接的影响。此外，还可以通过岩性和主采煤层的结构、空间特点和构成结构的稳定性来控制。随着开采进度的加快，工作面可以在覆岩层中

9、的裂隙形成之前横跨水源富足区，使得含水层保护性开采成为可能，反之亦然。（2） 含水层保护性开采的基本条件通过物理模拟和数值分析可以看出，破碎的岩块重新铰接，相互挤压，并随着工作面的推进而很快的压实形成整体。与此同时，通过对工作面四个角进行灌浆充填等措施也取得了可行性的进展。基本条件列举如下： 推进速度快。依靠高依赖性设备的选择和快速过断层、快速转换移动等技术，大规模作业面能迅速推进。 支架模型的合理选择。合理的支护设备可由支架模型和邻近岩石的逻辑模式的优化来选取。然后，根据工作面模型的不同应用条件可以再选择。 部分处理。主要是开采工作区域的进程技术，包括填充、降低开采高度和注浆等技术。（3）

10、含水层保护性开采的应用条件的分类本文根据模拟断层高度和破碎高度等的结果，经过综合分析，总结出了神东矿区的含水层保护性开采的应用条件。分类可参考表1。表1分类基岩厚度（m）2020353560608585含水层特征富水层或中等含水层推进速度202015151010采煤方法条带开采长壁工作面房柱式开采局部治理局部修复局部修复3.2.2 采空区矿井水过滤和净化技术采空区矿井水过滤和净化依赖于水体的质量和采空区的特征。它经历了物理和化学过程，包括过滤、沉淀、离子交换吸附和自生矿物生成等。将矿区水用作资源循环利用的目标可通过自我净化完成，详见图1。矿井水充填采空区过滤采空区渗透沉积沉积水面积顶底板岩性负

11、离子钙离子吸附转化正离子：钠离子钾离子镁离子吸附转化自生矿物碳酸氢钠与钙离子、镁离子等发生化学反应形成碳酸氢钙和碳酸氢镁等洁净水图1 矿井水产生到净化流程图3.2.3 浅表层防灭火技术电压共享曝气的原理可被应用于整个矿区。传统的消极灭火可以理解为从系统到单个的积极灭火和治理。那么矿区无火灾的目标可与成套的防灭火技术通过降压来完成，并通过快速作业来控制火势或者用沙子灭火。（1） 降压防火在力所能及的前提下，这项技术可以合理分配矿区的通风设备。有着巨大的交叉区域，更低的风压以及更多的进风的通风系统能够有效的降低整个矿的压力。（2） 快速作业防火工作面的快速形成、快速开采和快速搬迁以及采空区的快速压

12、实，不仅能产生高效率高产量的效果，还能将消极的灭火转变成积极的防火。因此，它有效地减少了煤和氧气的接触时间，控制了煤层的自燃，并且创造了防火的优势。（3） 用沙灭火因为神东矿区的特殊环境，为了用沙填充采空区并防止煤层的自燃，已研究开发了一种添加了浮沙的不沉积不堵塞的粘稠剂。3.2.4 无岩巷道布置和井下废弃物处理技术为了从源头最大程度地减少废弃物的排放，无岩巷道的布置技术也得到了发展。因为没有地面抽水和地下废料处理过程，巷道填充物的分解、废料储藏间等等也得到了发展。（1） 无岩巷道的布置分层开拓：取消中心开采，每个煤层建立独立的开采系统。上下分层交叉巷道的水平处理：交叉巷道需要挖100米的岩层

13、巷道，产生大约2000立方米的废弃物。过断层的岩层运动：在断层的两边挖疏散和安装的巷道，便于在断层中快速移动。（2） 井下垃圾处理技术废弃巷道的填充：将废弃巷道和采空区用作垃圾填充地。填充垃圾存储间：在固定的煤柱处挖垃圾存储地，便于用垃圾替换煤。用作原料：将废料用作工程的填充物，喷浆石和石灰用来预防爆炸等等。3.3 采后生态循环利用系统的构建根据生态平衡和水资源平衡理论，以及沉陷矿区和露天作业区的特征，这项技术形成了一个新的生态系统。该系统旨在创立生态循环利用系统。主要内容包括：（1） 生态系统的优化和沉陷矿区的循环利用主要是大范围的人工辅助面和沉陷矿区的农田返耕。（2） 农田返耕通过工程和生

14、物返耕的专项措施，沉陷区的生态条件优化技术得以发展。生产的三个阶段如监测、管理和修复，已经得到了增强和改善。（3） 在露天矿区重建返耕和生态系统该技术包括主要通过黏土来改善种植土壤，引导洪水来定位，增强机能等等。4 工程实践的影响（1） 经济收益每年可获益1230亿人民币。收益可通过两方面来体现：一是针对生态环境的保护性开采，二是为降低采矿危害的地面生态环境的控制和处理技术，从而改善生态环境。（2） 生态效益矿区已形成稳定的生态系统。植被覆盖率从之前的3%上升到了59.4%，每年客观的生态收益可达178.8亿人民币。（3） 社会收益在维持自我发展的基础上，神东矿区对当地和全国的生态环境做出了很

15、大的贡献。通过控制和配置，土地结构不断优化，并成为了当地农民脱贫致富的主要基地。5 主要结论（1） 只有地表生态环境的保持和矿区生态的保护相结合才能有所发展，该方法在中国西部大型矿区域的建造中值得借鉴。（2） 含水层保护性开采技术是矿区发展水循环利用系统的关键技术。（3） 实践表明，该技术可以获得很好的经济效益和生态效益。因此，它将成为类似条件下的矿区建设的典型。参考文献1 王安.传统产业的变革神东快速发展的思考M.北京：中国科学技术出版社，2006.2 王安. 现代化亿吨矿区生产技术M.北京：煤炭工业出版社，2005.3 王安，尤文顺.神东矿区煤层自然发火的机理分析及其防治措施J.煤炭科学技术，2002,30(SO):5864.4 王安. 神东矿区生态环境综合防治技术M.北京：煤炭工业出版社，2005.5 张东升，张吉雄，徐金海. 预掘巷过断层及其矸石井下处理技术J.中