神府榆矿区矿井排水量现状分析及远期预测

摸清神府榆矿区现阶段和未来的矿井排水量,利用煤炭产量、矿井生产能力、富水系数等数据进行研究,结果表明:随着研究区煤炭开发强度逐渐增大,原煤产量从2001年的1 616万t增长到2014年的36 200万t,煤炭大型现代化矿井年产量均在500万t以上,其中活鸡兔矿达到2 067.47万t/a。神府矿区矿井排水量46.00~1 218.00 m^3/h,平均富水系数0.231 0 m^3/t;榆神矿区矿井排水量139.11~3 698.00 m^3/h,平均富水系数1.167 4m^3/t;榆横矿区矿井排水量360.80~1 357.00 m^3/h,平均富水系数1.959 3 m^3/t;从神府→榆神→榆横,采煤过程中富水系数逐渐增大,且同一矿区的不同煤矿之间,富水系数差异也较大。结合煤炭产量和矿井排水量,计算得到神木、榆阳和横山的矿井水水量分别为0.938 0×108m^3/a、0.715 7×108m^3/a、0.086 1×108m^3/a,神府榆矿区矿井总排水量为1.739 8×108m^3/a,远期矿井排水量可达3.067~3.55×108m3/a。对神府榆矿区现阶段和远期矿井排水量开展研究,可以为榆林市合理开发利用矿井水资源提供依据,实现煤炭开发与水资源保护相协调。

1995—2021年榆神府矿区景观生态风险时空异质性研究

煤炭开采作为一种强烈的人类活动影响了矿区生态系统服务功能和经济价值,而相同气候环境不同地貌长时序空间尺度上矿区开发后景观生态风险演化特征对比研究较欠缺。以半干旱榆神府矿区为研究对象,基于1995—2021年Landsat数据,通过构建景观生态风险指数以及空间统计学分析,探究了近30年来矿区黄土丘陵和覆沙地两种不同地貌类型景观生态风险时空演化特征。结果表明:①1995—2000年间榆神府矿区两种地貌生态风险格局整体无明显变化;2000—2010年间黄土丘陵区景观低生态风险区向更高等级生态风险转变,2010年黄土丘陵区中高、中和中低生态风险区占比为70%,而覆沙区高生态风险区域虽增加但不显著,仍以中低生态风险区为主,占比为31%;2010—2021年矿区景观生态格局向着均匀化的方向发展,黄土丘陵区逐渐稳定为以中低、中和中高生态风险等级为主,2021年3个风险等级占比为74%,覆沙区也形成了以低、中低和中生态风险等级为主的分布情况,3个风险等级占比为77%,生态风险等级逐渐趋于稳定,生态风险格局不断优化;②1995—2021年榆神府矿区景观生态风险在空间上有明显的集聚分布特征,局部生态风险具有明显的热点、冷点区域,生态风险热点主要分布于煤炭开发时间长、地质环境损害较严重的东北部和东南部黄土丘陵区,生态风险冷点主要位于目前仍处于资源勘探普查的中部覆沙区;③人为干扰度是对榆神府矿区景观生态风险影响最大的驱动因子,黄土区与覆沙区决定力q值大小分别在0.49~0.72和0.38~0.55,在黄土丘陵区植被覆盖度是第二大影响因子,决定力q值在0.27~0.46之间,气温因子影响程度次之,而覆沙区植被覆盖度与气温的影响程度在1995—2021年间互有高低,两种地貌类型景观生态风险均受高程影响最小,q值均小于0.10;④景观生态风险时空演化相关分析表明,榆神府矿区生态修复过程中,应根据不同地貌类型特征优化景观生态格局,在黄土丘陵区应优化开采方案减小地表生态损害、积极开展损害地主动修复策略,在覆沙区由于开采对该区景观格局影响较小,矿区损害地可实施引导型生态自修复等以保障矿区生态安全。

榆神府矿区采煤地表裂缝发育规律及特征

榆神府矿区是陕北一个重要的原煤产地,煤炭开发利用规模大、强度高,但区内生态环境脆弱,采煤诱发的矿山地质环境问题尤为显著.为全面掌握榆神府矿区采煤地表裂缝“静”、“动”态发育规律、揭示其形成机理,以榆神府矿区的安山煤矿、柠条塔煤矿和小保当一号井的典型工作面为对象开展研究.研究结果表明:(1)地表裂缝分为台阶型、挤压隆起型、滑动型和拉张型4种类型以及“塌陷槽”、“平行并列”2种组合方式;(2)榆神府矿区地表裂缝平面展布规律具有相对统一性,而地表裂缝表现特征具有差异性,且与采深采厚比呈负相关关系;(3)极浅埋煤层开采、浅埋煤层开采以及中深埋煤层开采地表裂缝分别具有滞后回采位置1.0 m、超前回采位置8.5 m和滞后回采位置30.14 m的动态展布规律,且地表裂缝滞后距与采深采厚比之间存在多项式的函数关系;(4)边界裂缝和面内正向坡裂缝具有“只开不合”的活动特征,面内逆向坡裂缝具有“先开后合”的活动特征,面内平坦区裂缝则具有“先开后合再开”和“先开后合”两种裂缝活动特征,平均活动时间3.7~7.0 d;裂缝“先开后合再开”的活动受覆岩运移控制,“只开不合”和“先开后合”的裂缝活动受地表移动变形控制,而斜坡裂缝活动机理则与坡体滑移密切相关.研究成果可为榆神府矿区地表裂缝治理和生态修复提供指导.

黄河中游榆神府矿区采动含水层失水模式及保护技术

“煤-水”矛盾已成为制约榆神府矿区煤炭安全高效绿色开采的主要因素。为缓解区内煤炭开采与水资源保护之间矛盾,切实保护水资源和生态环境,以榆神府矿区内典型煤矿为例,研究揭示了煤水赋存特点,构建了采动含水层失水模式,初步探讨了水资源保护整体思路和技术。研究成果表明:榆神府矿区内存在地表水和地下水2大类水资源。地表水以海子、地表径流以及泉的形式赋存,地下水则有萨拉乌苏组潜水、烧变岩水和风化基岩水3种重要类型。按照含水层与导水裂隙带的位置关系,将其分为低位含水层和高位含水层2类。低位含水层失水模式为导通漏失型,高位含水层存在非导通垂向渗失和渗流溢出蒸发散失型2种失水模式,前者发生于高位承压含水层中,后者则主要是高位潜水含水层的失水模式。低位含水层可通过导水裂隙带发育高度控制技术、采后顶板注浆加固技术实现水资源保护,高位含水层可通过人工隔水层再造、离层注浆以及协调开采技术实现水资源保护。对于无法实施原位保护流入采空区的水则可通过地下水库存储、净化循环利用和深部回灌等矿井水综合利用技术处理间接实现水资源保护。

榆神府矿区地下水水化学特征及形成机理

煤矿区地下水化学特征及其形成作用对矿区地下水保护和矿井突水水源识别具有重要意义。以陕北榆神府矿区第四系松散层、白垩系洛河组、侏罗系安定组及直罗组地下水为研究对象,综合利用统计分析、Piper三线图、同位素、Gibbs图及离子比例关系等方法分析了地下水水化学特征及形成作用。结果表明:研究区地下水均为弱碱性淡水,其中第四系松散层、白垩系洛河组和侏罗系直罗组风化基岩地下水中,阳离子以Ca^(2+)为主,阴离子以HCO_(3)-为主,侏罗系安定组地下水中阳离子以K^(+)+Na^(+)为主,阴离子以HCO_(3)^(-)为主,侏罗系直罗组正常基岩地下水中阳离子以K^(+)+Na^(+)为主,阴离子以SO_(4)^(2-)为主;各含水层地下水中TDS与主要离子相关性显著;白垩系洛河组与侏罗系直罗组正常基岩地下水中,离子空间分布差异性较大;通过同位素分析和溶滤作用分析,第四系与直罗组风化基岩含水层存在水力联系;研究区地下水主要离子形成受岩石风化控制,主要离子来源于碳酸盐、硅酸盐和硫酸盐矿物的溶解,并受到K^(+)、Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)等阳离子交替吸附作用的影响。该研究结果可为榆神府矿区地下水资源保护和合理开发与利用等提供一定的借鉴。

陕西榆神府矿区塌陷地震波形时频特征分析

选取2020—2021年陕西测震台网三分向宽频带地震仪记录到的陕西榆神府矿区ML>2.7塌陷地震和陕西省内ML>2.7天然地震的地震波形资料。采用波形特征、频域信号特征和时频特征对比等多种方法相结合,分析陕西榆神府矿区塌陷地震特征。结果显示,塌陷地震的P波初动方向一般向下,波形较简单,高频成分较少。塌陷的时频图比较“集中”,以低频成分为主,时频谱能量最强点位于面波。塌陷地震S/P振幅比在近台明显大于天然地震。天然地震频率域较宽,频率成分复杂,时频分布图比较“分散”,时频谱最强点位于横波。关于该地区塌陷地震的研究,对快速识别周边地震类型及地震灾害的评估与防治可以提供一定参考。

神府榆矿区地表水化学特征及水环境质量评价

基于研究区地质、水文地质条件,结合水样检测结果,利用piper三线图、Gibbs图及数理统计等方法,研究了神府榆矿区主要地表水的水化学阴阳离子(K+、Na+、Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_3^-、SO_4^(2-)、Cl^-)的特征及重金属元素(Pb、Cd、As、Mn、Cr^(6+))、有机物(CODCr、TOC、UV254)的空间分布特征,并采用单因子评价法和梅罗指数综合评价法评价水环境质量。结果表明研究区地表水水质类型总体上表现为低矿化度的HCO_3·SO_4-Ca·Na或HCO_3-Ca·Mg型水,但是窟野河的水质类型多以SO_4·HCO_3(Cl)-Na为主,矿化度最高可达1037.5mg/L。水化学成分不但受岩石风化、蒸发结晶等自然因素的影响,而且人类活动已经逐渐成为影响该区域地表水化学特征的主要因素,其中窟野河受人类活动的影响最大。全区重金属及有机物浓度相对较低,但是窟野河中的CODCr浓度远超过相关标准。神府榆矿区地表水水质总体较差,窟野河水质相对最差,其中窟野河污染主要由F-、TDS及CODCr超标引起,秃尾河、榆溪河和无定河污染主要由NO-3引起。

陕北榆神府矿区保水采煤工程地质条件研究

以煤田地质勘探资料为基础 ,结合野外工程地质测绘、原位测试和室内试验 ,分析总结了榆神府矿区与保水采煤相关的工程地质条件特点 ,进行了工程地质条件分区 ,在此基础上 ,初步讨论了不同工程地质区保水采煤的可能性 .

榆神府矿区水体湿地演化驱动力分析

为分析榆神府矿区生产对区内水体及湿地的影响,应用3期Spot遥感对比数据,研究了榆神府矿区1990年、2001年、2011年3个时期的水体、湿地分布及其面积动态变化规律,得出:水体面积在研究期内呈现持续下降趋势,1990—2001年及2001—2011年的减少率分别为17.73%和22.39%;湿地面积先增大后减小,即1990—2001年湿地面积增加了65.91%,2001—2011年,湿地面积减少了50.92%;水体面积在外力驱动下衰减的过程中演替为湿地及其他类型用地,使湿地面积在20 a间基本保持不变;气候变化、煤炭资源开采、生态环境建设和水源地兴建等是水体湿地面积变化的主要驱动因子。通过模糊层次分析法确定了各驱动因子对地表水体湿地面积变化的作用大小(权重)和序关系,分别为煤炭开采0.375,气候因素0.292,水源开采0.208和生态需水0.125;为保护区内水体湿地,推行保水采煤、减少地下水抽采及减少高耗水植被是行之有效的措施。

榆神府矿区水环境评价模型

在介绍地下水质量评价方法优缺点的基础上，分析了建立可拓评价模型的一般方法．探讨了该模型在水环境评价中的应用．根据简单关联法的多前提性，提出层次分析法的可拓评价的改进方法．结合榆神府矿区的水环境的实际资料，对其1，2期进行了改进可拓评价．结果表明：大柳塔、神木县的水环境最差，接近5类水；榆林市的普惠和河口水库南部次之，为4类水；在大保当等地区的地下水为3～4类水之间；在解家堡等处的地下水为2类水；榆林市南部等地是水环境最好的地区．

榆神府矿区含水层富水特征及保水采煤途径

榆神府矿区地处毛乌素沙漠与黄土高原的接壤地带,生态环境脆弱,水资源匮乏,区内各主要含水层分布与富水性不均,含水层富水性及矿井涌水对煤矿生产影响差异较大,因此矿井水资源的综合利用与含水层的有效保护对煤矿生产与地区生态建设意义重大。通过分析萨拉乌苏组、烧变岩、风化基岩层等各主要含水层的形成、分布及富水特征,结合矿井首采煤层上覆基岩厚度与矿井目前涌水量情况,将区内生产矿井及待规划区域从"水资源保护与矿井水利用"角度划分为水量贫乏型、水量较丰富型、水量丰富型及地表水体型4种类型,并根据不同类型的分布特征进行了分区。在此基础上,针对不同的水资源保护与矿井水利用类型,分别提出了采空区存储净化、工业利用、农业灌溉、湿地建设和人工湖泊等具体的水资源保护与矿井水利用途径和措施。讨论了"保水采煤"的科学内涵,认为"保水采煤"的基本措施应当包括保护浅部主要含水层和矿井水资源利用两部分,即将"保水"与"用水"相结合,拓展了"保水采煤"的科学含义;建议在矿井规划时,应综合考虑开采损害影响与环境自身修复能力,在满足能源开采经济利益的同时,保证生态环境不发生质的破坏;提出了利用经济效益"反哺"当地生态和"绿色经济"建设的一点猜想,为矿区未来的规划建设提供了一定的参考意义。

榆神府矿区土壤-植被-大气系统中水分的稳定性同位素特征

针对榆神府矿区植物水分来源研究方面存在的不足,以影响矿区植被建设中最关键的制约性因素水分为中心,利用稳定性同位素分馏原理,分析了矿区土壤-植被-大气系统不同载体中水分的稳定性同位素特征,揭示了矿区典型植物的水分来源,为矿区植被的自然恢复和永续发展提供科学的水分来源依据。研究认为,榆神府矿区夏季降水δD(氘)、δ18Ο(重氧)与降水量成明显的负相关关系,表明该区降水氢、氧稳定性同位素具有较强的雨量效应特征。与全球大气降水线方程相比,矿区降水线方程(δD=7.0δ18Ο-0.72)斜率和截距都偏小,说明全球大气降水线方程不能很好地反映矿区降水的氢氧同位素特征。矿区典型植物木质部水分δD值(-72.49‰～-78.72‰)与土壤中水分(-68.15‰～-78.00‰)、地下水δD(-64.18‰～-67.14‰)相接近,与降水(10.78‰～-94.30‰)、水库水(-48.945‰)和湖水δD(-2.65‰)相差很大,说明该区植物水分的主要来源是土壤水和地下水,而基本没有直接利用湖水、水库水以及夏季降水。低δD值、雨量大时的降水是榆神府矿区地下水的主要补充来源,降雨量小时δD值高,但微小的补充不足以影响地下水的δD值。

榆神府覆沙矿区采煤塌陷地表层土壤理化性质演变

以榆神府覆沙矿区采煤塌陷地表层土壤为研究对象,运用野外调查取样和实验室分析检测方法,研究不同采煤塌陷年限下(1、2、5、10 a和未塌陷区)土壤理化性质演变特征,探讨采煤塌陷过程中土壤理化性质的响应及其机制。结果表明:(1)与未塌陷地相比,采煤引起地表塌陷初期(1~2 a)土壤体积质量、硬度、黏粒含量、含水量、有机质、速效氮、速效钾、有效磷、全磷和全钾含量均有显著减小,而土壤孔隙度、p H和沙粒含量增加,全氮含量变化不明显,土壤质量总体表现出一定的退化趋势;(2)塌陷区自然恢复条件下上述土壤指标在塌陷5 a后呈现出改善的趋势,其中土壤物理性质、全效养分和土壤水分指标恢复较快,在塌陷10 a后即可恢复至塌陷前水平;但土壤速效养分、p H和有机质经过10 a的土壤自修复仍未完全恢复,采煤塌陷对土壤质量的损害具有一定延续性。(3)采煤塌陷后土壤质量演变过程分析表明,自然恢复条件下塌陷区土壤大体经过3个演替阶段,即退化期(塌陷后1~2 a)→改善期(塌陷后5 a)→部分恢复期(塌陷后10 a)。

黄河中游榆神府矿区煤-岩-水-环特征及智能一体化技术

黄河中游榆神府矿区承担着能源保障和生态保护的双重战略重任,为了探索实现2者并举的途径,基于520余个钻孔地层数据,将采煤与矿区生态环境看作一个整体,采用基岩煤层厚度比与裂采比对比的方法,研究了榆神府矿区煤-岩-水-环的空间组合特征及采煤对生态损伤机理;依据煤-岩-水耦合作用对生态扰动方式,划分出厚基岩保水盐渍型、中厚基岩控水沉降型、薄基岩失水塌陷型、薄基岩无水裂塌型、烧变岩失水裂塌型、烧变岩无水裂塌型6种类型;针对矿区内日益增加的高强度开采与矿区生态本底脆弱并存的局面,根据采煤对生态的扰动机理和减损开采目标,指出如何应用信息技术实现生态扰动最小化和煤炭资源开采效益最大化协调发展是当前亟待解决的技术问题;提出研发采煤-覆岩-地下水-生态环境智能一体化系统的目标架构、技术思路和面临的技术难题。结果显示:中东部是生态对采煤扰动的敏感区;采煤对生态损伤的方式有地表下沉,潜水位下降与相对上升引起的植被退化、土地盐渍化;浅埋煤层开采引起地表裂缝塌陷破坏土壤结构和包气带水并损伤植被根系;黄土梁峁地貌区地表移动变形诱发滑坡切断植物根系。指出有必要根据不同破坏方式建立不同的评价指标体系及预测模型,并构建大数据驱动的透明动态地质模型,实时展示开采损害的动态智能监测与预报预警,为采煤过程中对生态潜水和生态环境实施有效保护提供地质保障。

晋陕蒙能源基地榆神府矿区水土流失综合评价

晋陕蒙能源基地榆神府矿区，地处鄂尔多斯盆地东北部的黄土丘陵区和毛乌素沙地．自然条件恶劣，生态环境脆弱，水土流失是该区主要环境地质问题之一。根据1987年、1992年和1999年三期TM卫星遥感影像解译成果，在地理信息系统空间数据库功能的支持下，应用层次分析法，评价了该区水土流失现状，初步揭示了水土流失影响因素和发展规律。结合调查成果，研究了矿山开发等对水土流失的影响，并进行了初步预测评价，为该区环境保护和水土流失的防治提供了依据。

榆神府矿区土地利用变化及合理性分析

土地利用/覆被变化(LUCC)是全球变化的重要组成部分和驱动因素,也是土地资源合理利用和区域可持续发展的关键问题。在对3期土地利用信息提取的基础上,结合地形数据,运用土地利用变化动态度、合理度、土地利用程度对榆神府矿区土地利用时空演变特征及其合理程度进行了分析。结果表明:1990—2006年榆神府矿区土地利用变化速率加快,土地利用程度明显减弱,且减少最快的为耕地,增加最快的为建设用地和工矿用地;总体上研究区土地利用变化合理度较低,属低度合理,与1990—2000年相比,2000—2006年的土地利用变化合理度降低了2.85%,其中耕地和林地变化的合理性明显降低,而草地、水域、建设用地和未利用土地变化的合理性都有不同程度的提高,工矿用地变化不大。生态退耕政策的实施对土地利用变化过程产生了明显的影响,土地利用发生了由发展期到衰退期的转变。在未来的土地利用规划和政策实施上,既要控制退耕的合理规模,更要加大对林草植被的保护力度以及采取措施使退耕的坡耕地及时恢复林草植被。

晋陕蒙能源基地榆神府矿区水土流失综合评价

晋陕蒙能源基地榆神府矿区,煤炭资源丰富,是我国重要的能源重化工基地。由于地处鄂尔多斯盆地东北部的黄土丘陵区和毛乌素沙地,自然条件恶劣,生态环境十分脆弱,水土流失是该区主要环境地质问题之一,而煤炭资源的大规模开发,必将加剧水土流失和环境恶化。根据1987年、1992年和1999年3期TM卫星遥感影像解译成果,在地理信息系统空间数据库功能的支持下,应用层次分析法,评价了该区水土流失现状,初步揭示了水土流失影响因素和发展规律。结合调查成果,研究了矿山开发等对水土流失的影响,并进行了初步预测评价,为该区环境保护和水土流失的防治提供了依据。

榆神府矿区不同导水裂隙发育对地表土壤性质的影响

井工开采形成的冒落带和裂隙带触及或破坏煤系上覆重要含水层时形成导水裂隙,目前少有研究将导水裂隙发育程度与地表生态环境响应进行耦合。为阐明导水裂隙发育对地表土壤环境的影响,首先通过分析不同导水裂隙发育程度下地表土壤物理、养分和生物因子变化特征,再应用主成分分析法对不同裂隙发育程度下土壤因子进行分类排序与评价。结果表明:榆神府矿区地表裂隙发育后土壤质量均有下降趋势,其中导水裂隙发育区地表损害后,土壤pH、粉粒、过氧化氢酶和真菌含量增加,土壤容重、有效养分、其他酶类活性和菌类数量均下降,该区土壤质量显著降低;而导水裂隙不发育区(有导水裂隙发育但程度轻微)土壤各因子质量虽有一定程度下降但不显著,土壤质量变化幅度较小;土壤颗粒组成、酶活性和微生物数量是影响研究区土壤质量的主要因子。结果表明不同导水裂隙发育程度区土壤质量损害程度不同,在矿区土壤修复过程中可依据不同导水裂隙发育程度制定相应经济、有效的恢复治理规划。

榆神府煤矿区地质生态环境综合评价

通过分析各种地理、地质背景和条件参数、各地质环境因素之间的联系 ,以及在对它们作综合评价的基础上 ,提出了榆神府矿区煤炭资源、水资源和生态环境综合评价的定量研究方法 ,其评价结果正确、可靠。

陕西省榆林市榆神府矿区土地荒漠化及其景观格局动态变化

为探讨陕西省榆林市榆神府矿区土地荒漠化发展变化动态,采用1989、2002、2011年3期TM遥感数据,对本区荒漠化进行分类,以此为基础分析荒漠化景观格局的变化。结果表明:1通过构建矿区归一化植被指数(NDVI)和地表反射率(Albedo)空间特征下的荒漠化遥感监测模型,可以将矿区荒漠化程度分为5种类型;2矿区土地荒漠化面积不断减少,1989-2002年间减少了39.7%,2002-2011年间减少了27.7%,荒漠化程度呈逆转趋势;3矿区荒漠化景观斑块在研究期趋于规则化,非荒漠化土地始终是主导景观类型,其优势度不断提升,非荒漠化斑块与其它级别荒漠化斑块类型的连接性不断降低。