采煤塌陷裂缝对包气带水分运移规律影响数值模拟研究

采煤塌陷裂缝,影响包气带水分运移规律,诱发矿区生态地质环境问题。当前研究集中于塌陷裂缝对包气带含水率影响,往往忽略塌陷裂缝对包气带水分运移方向及其速度的影响。为此,综合考虑裂缝宽度、裂缝密度和土壤质地类型,基于HYDRUS 2D建立采煤塌陷区包气带水分运移数值模型,研究采煤塌陷裂缝对包气带水分运移规律。结果表明:单一裂缝时,含水率差距与裂缝宽度呈正相关关系;土壤水分运移方向向裂缝处偏转,同一土壤深度越靠近裂缝的区域偏转角度越大,最大偏转角度和发生运移方向变化的区域大小随裂缝宽度变大而变大;裂缝边缘与远离裂缝区域的平均水分运移速度差值随裂缝宽度变大而变大;裂缝密度增高时,同一土壤深度含水率会随之降低,裂缝之间区域的最大偏转角度与发生偏转的区域变小;采煤塌陷裂缝影响下壤土的含水率高于风沙土、水分运移速度低于风沙土,但土壤质地类型不影响水分运移方向。

采煤塌陷裂缝对降雨后坡面土壤水分的影响

为探究采煤塌陷裂缝对坡面储蓄降水的影响，本文对降雨后不同坡向上裂缝两侧的不同土层水分动态变化特征进行了研究。结果表明：降雨主要补充坡面地表0～20cm土层土壤水分，且在雨后0～20cm土层土壤水分散失也较为严重；雨后阴坡土壤含水率最高，O—10cm、10～20cm和20～40cm土层土壤水分差异显著（P〈0．05）。降雨结束8d后，裂缝附近的土壤水分变化幅度较大，尤以坡面裂缝上部边缘处最为明显，裂缝处与远离裂缝的土壤水分之间差异显著（P〈0．05）；阳坡土壤水分损失最高，阳坡裂缝周边土壤水分平均损失量高达3．31％。可见，裂缝的出现会在一定程度上打破坡面储蓄降水的格局，加剧坡面局部土壤水分散失，这～点在植被恢复与建设过程中不容忽视。

陕北风沙滩地区采煤塌陷裂缝对包气带水分运移的影响:模型建立

陕北风沙滩地区高强度采煤对包气带水分运移产生影响。在区域调查的基础上,以榆树湾煤矿20108工作面开切眼附近裂缝为野外原位监测点,采用野外原位监测与室内数值模拟相结合的方法,建立采煤塌陷裂缝对包气带水分运移影响的水热耦合数学模型。利用野外原位监测数据对所建立的模型进行识别和验证,表明模型计算值与野外监测数据之间拟合较好,从而获取了相关的水热参数。利用此模型可定量回答裂缝对土壤水分运移的影响程度,揭示裂缝对土壤水分运移的影响机理,为陕北风沙滩地区保水采煤和生态恢复提供参考。

黄土丘陵区采煤塌陷裂缝对坡面土壤水分的影响

通过研究采煤塌陷裂缝对坡面土壤水分分布的影响,以及不同坡向上的裂缝周边土壤水分状况,以期找出坡面及不同坡向上的裂缝对土壤水分的影响机制。结果表明:不同坡向上的土壤水分状况阴坡>坡底平地>坡顶>阳坡;坡面下部水分状况比上部好,坡面上的采煤塌陷裂缝对裂缝上坡位土壤水分的影响大于下坡位;裂缝对裂缝处土壤水分影响最大,在不同土壤层次上土壤水分含量均是20—40 cm>10—20 cm>0—10 cm。

采煤塌陷裂缝对沙蒿吸水来源影响试验研究

采煤塌陷引起的地裂缝不仅造成地质灾害,还会影响矿区植被的生长发育,破坏矿区生态系统。为深入探讨采煤塌陷裂缝对沙蒿吸水来源的定量影响,在神东矿区活鸡兔井田22312工作面选取了受采煤塌陷裂缝影响程度不同的3个试验区进行同位素标记水模拟降水试验。3个试验区根据沙蒿与裂缝的距离不同划分,其采煤塌陷情况分别为未开采区(试验样地内沙蒿距离裂缝大于50 m)、受采煤塌陷影响但无明显裂缝区(简称无明显裂缝区,试验样地内沙蒿距离裂缝大于5 m)以及裂缝区(试验样地内分布有宽度15 cm左右的裂缝通过,且距离沙蒿0~20 cm)。本次试验选择6株沙蒿作为研究对象,划分6个土壤剖面,采用液态水同位素分析仪LGR和Isoprime 100同位素比值质谱仪IRMS分别计算不同土层土壤水和植物样本木质部水的δ^(18)O和δ^(2)H同位素含量,并利用R脚本的MixSIAR贝叶斯混合模型量化降水后不同土层对沙蒿吸水的贡献,探讨土壤水分补给机制和植物水分来源。结果表明:(1)裂缝区的优先流比例为18.2%;(2)在未开采区,沙蒿吸收的59.7%的水分来自10~20 cm的土层;(3)在无裂缝区,沙蒿主要从40~60 cm土层(46.6%)和0~10 cm土层(39.4%)吸水;(4)在裂缝区,沙蒿吸收的85.9%的水分主要来自40~60 cm的土层。研究结果对揭示采煤塌陷裂缝区土壤水补给机制以及沙蒿吸水模式具有重要意义。

风沙区和黄土区采煤塌陷裂缝对土壤物理性质的影响研究

为了探明风沙区和黄土区采煤扰动塌陷后对土壤原有物理性质的影响。以陕西省神东矿区大柳塔镇(风沙土区)与内蒙古上湾镇(黄土区)采煤塌陷裂缝为研究对象,采用野外原位取样的方法,在两种土壤类型条件下,对比分析了不同裂缝宽度(7、32、54和68 cm)距裂缝不同距离(0、1、3和5 m)土壤的含水量、容重及机械组成的差异,结果表明:土壤含水率整体表现为随裂缝宽度和距裂缝距离的增加而减少的趋势;土壤容重整体表现为距裂缝距离的增加呈增大趋势;土壤砂粒、粘粒和粉粒的比例为7∶2∶1,其中,砂粒含量均占据主导地位,但其含量在风沙土和黄土中具有一定差异;而粘粒含量在风沙土和黄土中分别为13.38%~26.79%、13.13%~26.56%,变化幅度较大;粉粒含量均较低。综上所述,土壤机械组成表现出采煤塌陷区土壤物理性质质量较差,采煤塌陷裂缝会影响土壤物理性质的变化,局部土壤水分和颗粒物散失,这一点在矿区植被恢复与建设过程中不容忽视。

风沙区采煤塌陷不同裂缝宽度下土壤水分特性研究

为揭示风沙区采煤塌陷不同裂缝宽度下土壤水分变化特征,以神府-东胜煤田石圪台煤矿塌陷区为研究对象,对研究区内不同裂缝宽度条件下(1、2、3、4、8 cm)的土壤含水量、田间持水量、最大吸湿量和土壤饱和导水率等土壤水分特性指标与无裂缝区进行对比分析。结果表明:无裂缝区土壤含水量、田间持水量和最大吸湿量均大于裂缝区;土壤饱和导水率小于裂缝区。在裂缝区,随土壤裂缝宽度的增加,土壤含水量、田间持水量和最大吸湿量逐渐减小,土壤饱和导水率逐渐增大。说明风沙区采煤塌陷裂缝在一定程度上破坏土壤原有结构,降低土壤持水,贮水能力,加快土地沙化,导致环境恶化,应引起当地政府部门重视。