煤炭资源枯竭型城市的灾害因素与控制对策--以辽宁省阜新煤矿为例

资源枯竭型城市灾害衍生和控制实质上受多因素、多相、多场耦合综合作用,涉及地质学、环境学、采矿学、力学、信息学、测量学等多个交叉学科,是国际上尚未能有效解决的重大科学难题.文章以典型煤炭资源枯竭型城市--辽宁阜新市为例,在阐述资源枯竭城市灾害衍生和控制的国内外研究现状基础上,对其进行归纳分类.将其分为地下开采引起的动力灾害(包括冲击地压即矿震、煤与瓦斯突出、突水、瓦斯爆炸等);开采引起的环境灾害(包括地下水系流失、淋滤作用造成污染、矸石山自燃导致的大气污染、地表土地大量占用、植被生物群落的破坏、露天矿边坡失稳和地面建筑物受损、地表大面积裸露、地表塌陷变形等).系统全面总结了阜新矿区衍生各种灾害的孕育条件、发生特点和成因规律.指出阜新矿区深部冲击地压随采深增加将日益严重.其发生类型多以煤体压缩型为主,同时伴有地质构造应力影响;阜新市沉陷区面积达101.38km2,最大沉陷量8m,有20个下沉盆地,涉及人口78486人.地表沉陷主要是由于地质条件复杂、多年开采导致采空区日益扩大、多煤层重叠重复开采、岩浆岩侵入及断层影响造成的.阜新矿区矸石山356座,占地面积32.23km2,总堆积量13.12×108m3,长期侵占土地并暴露于外,使得其中有毒、有害物质渗透到土壤和水环境系统中,造成地表和地下水系严重污染.同时释放有毒气体污染大气.阜新海州露天矿边坡雨水冲刷导致滑坡失稳破坏、煤体露头自燃,从而严重污染大气环境.通过研究其所属百里矿区煤炭资源开采衍生各种灾害形成机理和发生规律,提出阜新深部开采安全措施、沉陷区治理办法、大型露天矿滑坡防治、矸石山植被和生物群落环境修复、地下水系污染治理等一系列具有针对性的控制方法.从多相多场耦合角度建立了灾害衍生与控制间关系框图.最后指出了今后我国煤炭资源枯竭型城市灾害衍生、控制应遵循的研究方向和技术路线.     

浅谈城市地下空间开发中的关键科学问题与创新思路

城市地下空间开发是提高城市土地利用率,扩大城市容积率,增强城市综合承载能力,缓解交通拥堵,解决环境污染及洪涝灾害等“城市病”,促进城市可持续发展的重要途径。概述了目前我国城市地下空间开发中存在的问题及危害,分析了城市地下空间开发中涉及地下建筑结构与地质结构系统的关键科学问题：地质结构要素间的多场耦合作用机理不清;地质结构系统动态平衡的动力学机制不明;地质结构与地下建筑结构的互馈机理仍需深入探索;地下建筑结构的灾变机理及其演化的动力学机制不清;地下空间工程的灾害预测与动态调控机制有待深入研究。最后提出了相应的创新思路：研究施工扰动下地质结构的多场耦合作用机制与边际效应以及地质结构与地下建筑结构在多场耦合作用下的互馈机制和综合系统的动力学过程,概化其力学模型;厘清内外动力作用对地下建筑结构的边界效应及材料性能劣化机制,破解复杂地质结构环境下地下建筑结构灾变机理及演化过程,建立地下建筑结构与地质结构综合系统的灾变理论;建立城市地下空间工程灾害超前判识、预警预报与风险控制理论及安全防护理论体系,形成地下空间工程的防灾减灾机制。     

大面积采动矿区水环境灾害特征及防治措施

矿山采动前后,相应伴生水系调整和水体污染,产生水环境灾害。以阜新新邱矿区为研究对象,在对环境地质情况调查分析基础上,主要从水资源流失、废旧地下采场和露天矿坑积水、矿区地表和地下水质污染等方面探讨了矿区水环境灾害的形成及特征。大面积的开采,造成矿区水资源流失严重,矿山停采后,地下水位逐渐恢复;废旧地下采场和露天矿坑形成的积水,在入渗过程中,通过运移累积、吸附转化、溶解解析和离子交换等水岩作用对地下水产生污染;矿区矿井抽排水和河流水质污染物不同程度超标。针对矿山水环境灾害,建议采用矿山地质环境治理、修建防排水及净水设施、水环境监测等手段进行防治,以使矿区环境得到根本改善。     

煤炭绿色开发地质保障体系的构建

煤炭资源的大规模、高强度开采诱发了煤矿区地质条件和生态环境的损害,开展煤炭开采引起的地质结构–地下水环境–生态环境动态演化的耦合机制研究,发展煤炭绿色开发地质保障理论和技术,对于推动我国煤炭工业高质量发展有重要意义。结合当前煤炭开采技术,分析了煤炭绿色开发地质保障的研究现状,提出了“煤炭绿色开发地质保障体系”的科学内涵。主要包括:(1)开采前煤炭赋存综合地质条件勘查、评价,开采区生态环境类型划分:通过三维地质结构、水文地质条件、岩土工程性质和生态环境等系统调查分析,阐明煤炭开采区损害类型及其主控因素。(2)煤炭采动作用下地质条件变化与地质结构功能系统演化:阐明煤炭开采条件下覆岩变形特征及地质条件响应模式和损害机理,揭示开采过程中应力场、变形场、渗流场等多场耦合作用下生态环境的时空演化特征和损害规律。(3)采后煤炭绿色地质保障技术与生态环境功能重建:研究采后覆岩结构、地质结构功能、生态环境的相互作用,提出采空区与遗留资源的利用途径,恢复煤炭开采区生态环境功能。基于精准勘查与监测,创建含地层结构、水文地质结构和岩体力学性质等信息的数据库,建立煤炭开采地质结构演化动态模型,构建生态脆弱区煤炭...     

西南煤系地层山区采动型崩滑灾害研究关键问题

文章在分析采矿型崩滑灾害发育特征的基础上,得出西南煤系地层山区地下采动型崩滑灾害常发生在层状碳酸盐岩与碎屑岩地层组成的褶皱翼部和核部的陡崖带上,与地形地貌、地层结构与地下采矿工程活动等因素关系密切,并指出薄矿层开采诱发大型山体崩滑灾害的具体过程:①采空后覆岩顶板塌落—覆岩顶板离层,采空区上覆岩层内部及层间自下而上应力传递;②地下水运移通道形成,并加快更大范围岩体结构破坏及扩展,加速了岩体结构面的松动与破坏;③上覆岩层不均匀沉降导致坡脚压裂,山体大型岩体结构面逐渐拉剪或压剪变形扩展,最终山体发生累积损伤与大规模崩滑灾害。此外,传统经验公式的计算方法对此类采矿型崩滑灾害已不适用,建议开展西南煤系地层山区地质结构与地下采动诱发崩滑灾害的相互作用关系、薄矿层采空区上部山体累积断裂损伤—岩体松动、裂隙扩展-岩溶管道流、裂隙流变化的链式响应机制、地下采动型崩滑灾害评价方法等关键科学问题的研究,以推动采矿型地质灾害防灾减灾工作的发展。      

城市地下水开发利用的生态环境问题

本文从保护城市地下水环境的角度出发，对由于大量开采地下水导致地下水环境的改变，地下水资源枯竭、地下水水质恶化，地面形变等灾害性的城市生态环境问题进行了较为全面地论述，并就各种灾害的防治提出了综合的建设性措施。     

采动裂隙演化研究进展及对含水层结构影响浅析

煤层开采引起的采动裂隙的演变对于煤炭开采安全以及相邻含(隔)水层地下水演化具有重要的研究意义。本文通过分析采动裂隙研究的进程,将其划分为采动裂隙初识、演化模型模拟和演化规律的定性分析三个阶段,并分别进行浅析。通过对研究资料的梳理和归纳,发现采动裂隙的演化会破坏含(隔)水层骨架结构并引起地下水流场的改变,形成地下漏斗危害开采的安全。研究表明采动裂隙演化规律的研究是未来煤炭开采中的水灾害防治、水资源合理开发和高效利用的关键环节,同时提出了未来潜在的研究方向。     

盆地有机质在盆山耦合作用中的反映

盆地有机质的演化研究对认识盆山耦合关系具有十分重要的意义。盆地有机质及其演化产物主要受到温度、时问、应力等条件的影响。借助盆地中有机质的镜质体反射率、有机流体包裹体、有机地球化学指标等参数可分析建立盆山构造地层体系和统一的地下流体温度、压力场及构造应力场，最终反演整个盆山的耦合历程。     

高潜水位采煤沉陷区积水范围动态演化规律

为了研究高潜水位采煤沉陷区积水范围动态演化规律，以安徽淮北五沟煤矿1031工作面为研究区域，基于Landsat-8遥感数据解译结果，总结了2013-2017年1031工作面上方地表积水范围演化规律，分析净降水量、地下水埋深、工作面推进距离等因素对积水范围演化的影响，并提出积水边界角的概念，建立了积水边界角随采动时间变化的函数关系式。研究发现:高潜水位采煤沉陷区地表积水演化分为4个阶段:未形成期、同步增长期、残余增长期、相对稳定期；在同步增长期和残余增长期，工作面推进距离、净降水量与积水面积日增长量呈正相关，地下水埋深与积水面积日增长量呈负相关；工作面推进距离是积水范围演化的关键影响因素，在工作面推进距离为476 m左右时，地表产生积水，工作面停采后5个月左右，积水面积趋于稳定；积水边界角先呈减小趋势，再趋于稳定，在同步增长期和残余增长期，积水边界角总体呈减小趋势，但受气象、地下水埋深等因素影响而波动；相对稳定期，积水边界角整体趋于90°。本研究为高潜水位采煤沉陷积水区土地利用规划、土地复垦、水陆复合生态系统建立等提供理论依据。      

可控源音频大地电磁法在徐州贾汪地区地热资源勘查中的应用

资源型城市不可避免会面临资源枯竭、城市转型发展和采空区治理等问题,而地下采空区的密集分布,成为运用物探手段探明地下地质情况的障碍。以江苏徐州贾汪地区为例,运用可控源音频大地电磁测深法进行地热资源勘查,通过变换收发距及位置,查明了区内地层结构、热储层埋深及断裂构造位置,经钻探验证,钻孔地层、含水层与物探推断结果基本吻合,井口水温为48 ℃,涌水量为43 m3/h。研究结果为采空区物探方法的运用提供了依据。     

城市环境岩土工程的地下水灾害问题

随着城市建设的发展，人类在域市的岩土工程活动越来越频繁，由此产生一系列环境岩土工程问题。其中，由人类的工程活动引发的地下水灾害问题日趋显著，已经引起国内外专家的高度重视。地面沉降范围不断扩展，地下水永喷逐年下降，是当前城市环境岩土工程中日益突出的地下水灾害中最广泛、最严重的两大问题。它们已严重威胁着域市的可持续发展及居民的正常生活。文章概述了地面沉降及地下水水质污染现状，对抽汲地下水引起的地面沉降、建设工程性地面沉降的机理以及城市建设中可能引起的地下水点污染问题等进行了分析，针对地面沉降和地下水污染提出了相应的预防与治理措施，以实现地下水资源的可持续利用，保证城市经济及社会的可持续发展。     

北京地区突发地质灾害分布规律研究

北京地区突发地质灾害隐患较多,发生频率较低,诸多学者已做了大量的现场调查和理论分析研究工作,但多是专注于一类或几类灾害或是局部地区的地质灾害,规律总结的依据主要为地质灾害隐患数据,难以准确反映北京地区突发地质灾害的分布特征。针对以上存在的问题,通过对2004~2014年已发生的地质灾害相关数据进行统计、分析,总结了近10年北京地区突发地质灾害的分布规律。     

煤矿工业城市水环境变化及其问题

煤矿工业城市是随着煤炭的开发而形成的。煤炭资源的开发、加工和使用又对自然环境造成改变和破坏,其原因在于煤矿开采时含水层结构被破坏、水循环规律发生改变以及水化学相平衡失调,使水环境发生变化。水环境变化的结果,最重要的是引起水资源的枯竭及水体的污染,从而对煤矿工业城市的发展起到严重的阻碍作用。本文在扼要分析煤矿工业城市水环境变化及其问题基础上,深入研究了产生水环境变化和问题的原因,进而提出维护水环境平衡、解决水环境问题的对策。     

海州露天矿滑坡灾害统计分析及信息库建立

露天矿边坡稳定性受工程地质、水文地质条件和人工活动等因素的影响,这些因素决定了发生滑坡的可能性。然而,上述因素与发生滑坡之间很难找到某种确切的关系。海州矿非工作帮边坡从建矿到目前,已发生过80多次滑坡,规模较大且有详细资料记录的滑坡60多次。将这些滑坡资料进行整理,通过统计分析来建立灾害信息库,以便对边坡的稳定性做出定性评价,并为提出闭坑环境地质灾害预警系统提供依据。     

物探方法在地质灾害勘查中的应用

物探方法是利用地下岩土体的物理性质差异,使用仪器测试地下介质的物性数据,应用计算技术,反演推断出地下不同岩土体分布的一种无损快速的探测方法。不同的岩土体具有不同的密度、导电性、磁性等物理性质,根据不同的物理性质.采用不同仪器设备和方法进行测试,可以解决不同的地质问题。本文论述了音频大地电磁测深法、高密度电阻率法、探地雷达法、瞬变电磁法、地震反射波法在崩塌,滑坡、泥石流,地面塌陷等地质灾害勘查中解决的问题,确定地下采空区分布、基岩埋深.滑面位置.地裂缝位置及分布特征,选择适当的物探方法可以解决地质灾害勘查中的重要问题。     

论资源与环境的协调发展

本文概述了我国的资源现状,人类生活和生产引起的滑坡、崩塌、地裂缝、地面沉降、海水入侵、水土流失、洪涝灾害、水体污染等环境地质灾害,进而探讨了资源、环境与人口间的关系,提出了可持续发展的若干建议：提高对资源有限性的认识;树立保护环境、防止污染的意识;加强计划生育,控制人口增长;全民动员,美化生存环境。     

北京市沟域经济发展区地质灾害特征分析

沟域经济是北京市在农业区域经济,流域经济基础上,结合北京山区农业发展基础与资源特点提出的一种新的发展模式。而规划的沟域经济发展区往往也发育各类地质灾害。本文论述了北京市先期规划的7条沟域经济发展区的概况、地质环境背景及地质灾害的发育特点,论述了沟域经济发展与地质环境的相互影响;提出了发展沟域经济,保护地质环境的措施。     

北京市房山区突发地质灾害空间分布规律研究

随着气候条件及人类工程活动的变化,尤其是2012年7·21后,房山区突发地质灾害的发育特征产生了新的变化。为了掌握新时期区域地质灾害空间分布规律,服务于防灾减灾工作,本文借助全区突发地质灾害新一轮的详细调查数据,对全区的突发地质灾害空间分布规律进行了再研究。研究表明,构造形成的地形地貌仍是形成本区突发地质灾害的基础条件,而岩性及人类工程活动对地质灾害的形成具有强化及导向作用。     

吉林辽源市矿山地质环境问题及对策建议

辽源市是我国典型的矿业城市,具有悠久的矿业开发历史,煤炭为主要矿产资源集中分布于市区,近50年来的开采遗留下大量的矿山地质环境问题。本文在资料收集和调查的基础上,分析总结了吉林辽源市矿山环境地质问题及其危害,提出辽源市矿山地质环境保护与综合治理对策建议,为资源枯竭城市转型,提供了基础数据和技术支撑。