生態(tài)脆弱區(qū)煤炭開發(fā)與生態(tài)水位保護(hù)

前言

煤炭是我國的基礎(chǔ)能源，在一次性能源消費(fèi)構(gòu)成中所占比重長期保持在70％左右，煤炭供給直接關(guān)系到國家能源安全。近年來，隨著東部地區(qū)煤炭資源的枯竭，晉陜蒙地區(qū)逐漸成為我國重要的原煤產(chǎn)地和煤炭輸出地。陜北侏羅紀(jì)煤田是晉陜蒙地區(qū)煤炭主產(chǎn)區(qū)之一，煤炭資源量約占全國保有量的14％，儲量豐富、煤質(zhì)優(yōu)良、地質(zhì)構(gòu)造簡單、開采技術(shù)條件優(yōu)越，區(qū)內(nèi)建設(shè)有神東、陜北兩大煤炭基地，2008年區(qū)內(nèi)煤炭產(chǎn)量接近3×108t，煤炭產(chǎn)業(yè)呈快速增長態(tài)勢。但由于該區(qū)地處西北內(nèi)陸干旱半干旱地區(qū)的毛烏素沙漠與陜北黃土高原的接壤地帶，水資源貧乏、生態(tài)環(huán)境脆弱，在陜北這一生態(tài)脆弱地區(qū)進(jìn)行大規(guī)模煤炭資源開發(fā)，引發(fā)了地面塌陷、地裂縫發(fā)育、泉水干涸、河流基流量大幅度衰減和流域生態(tài)環(huán)境惡化等一系列環(huán)境問題，保水開采陜北侏羅紀(jì)煤田優(yōu)質(zhì)煤炭資源成為陜北、神東煤炭基地建設(shè)成敗的關(guān)鍵所在，也引起了煤炭科技工作者的關(guān)注。該書作者通過長期科學(xué)研究和工程實(shí)踐，針對陜北生態(tài)脆弱區(qū)的煤炭開發(fā)與生態(tài)水位保護(hù)等問題，從地質(zhì)基礎(chǔ)研究及其煤層、含水層的賦存關(guān)系人手，采用煤地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、生態(tài)環(huán)境學(xué)和采礦工程等多學(xué)科相結(jié)合的協(xié)同研究方法，進(jìn)行了煤炭開采條件分類和采煤方法的研究與實(shí)踐，揭示了陜北生態(tài)脆弱礦區(qū)煤－水－生態(tài)環(huán)境的空間配置關(guān)系，建立了以控制地下水水位為核心的科學(xué)采礦技術(shù)體系；發(fā)現(xiàn)了陜北生態(tài)脆弱礦區(qū)植被對地下水位埋深的敏感性。

內(nèi)容概要

本書運(yùn)用煤地質(zhì)學(xué)、水文水資源學(xué)、生態(tài)與環(huán)境科學(xué)和采礦工程等多學(xué)科的理論和方法，研究了陜北侏羅紀(jì)煤田生態(tài)脆弱區(qū)煤一水一生態(tài)環(huán)境的空間配置特征；調(diào)查了采煤引起的表生生態(tài)效應(yīng)；揭示了區(qū)內(nèi)合理生態(tài)地下水水位埋深為1.5～5.0m；提出了以采煤方法規(guī)劃為基礎(chǔ)，以減小采動損害為途徑，以保護(hù)地下水水位為核心的科學(xué)開采技術(shù)思路；劃分了基于生態(tài)水位保護(hù)的開采條件分區(qū)，提出了適用于不同地質(zhì)條件的采煤方法；促進(jìn)了陜北大型煤炭基地建設(shè)的健康發(fā)展。    本書可供煤地質(zhì)、水文水資源、生態(tài)與環(huán)境等學(xué)科研究人員，采礦工程專業(yè)技術(shù)人員和有關(guān)部門決策者參考。

書籍目錄

序前言1  緒論  1.1  研究背景  1.2  研究區(qū)自然地理  1.3  陜北生態(tài)脆弱區(qū)的煤炭開發(fā)現(xiàn)狀  1.4  國內(nèi)外研究現(xiàn)狀  參考文獻(xiàn)2  陜北侏羅紀(jì)煤田煤層特性及賦存特征  2.1  煤層  2.2  煤層上覆基巖  2.3  煤層上覆巖層工程地質(zhì)性質(zhì)  2.4  隔水層工程地質(zhì)特性  2.5  煤層與含水層賦存特征  參考文獻(xiàn)3  陜北生態(tài)脆弱礦區(qū)水資源  3.1  水資源基本特征及開發(fā)利用現(xiàn)狀  3.2  薩拉烏蘇組及其地下水資源  3.3  燒變巖及其地下水資源  3.4  地下水資源補(bǔ)徑排條件  3.5  地下水化學(xué)特征  參考文獻(xiàn)4  生態(tài)環(huán)境特征及采煤引起的表生生態(tài)效應(yīng)  4.1  生態(tài)環(huán)境特征  4.2  煤礦采空區(qū)地面塌陷特征  4.3  地下水與表生生態(tài)環(huán)境關(guān)系  4.4  采空區(qū)表生生態(tài)環(huán)境特征  4.5  采煤與地下水水位控制  參考文獻(xiàn)5  采動覆巖破壞規(guī)律與隔水層穩(wěn)定性  5.1  概述  5.2  “固、液、氣”三相介質(zhì)耦合相似模擬技術(shù)  5.3  采動地層破壞規(guī)律及其結(jié)構(gòu)特征  5.4  淺埋煤層頂板裂隙帶關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)理論  5.5  采動覆巖破壞規(guī)律與隔水層穩(wěn)定性  參考文獻(xiàn)6  采動隔水性與科學(xué)采礦途徑  6.1  采動隔水性  6.2  隔水層的采動隔水性判據(jù)  6.3  保水開采分類  6.4  生態(tài)脆弱礦區(qū)的科學(xué)采礦途徑  6.5  保水開采實(shí)踐  6.6  陜北生態(tài)脆弱礦區(qū)煤炭科學(xué)開采戰(zhàn)略  參考文獻(xiàn)7  陜北生態(tài)脆弱礦區(qū)開采沉陷損害控制與生態(tài)恢復(fù)  7.1  開采沉陷破壞規(guī)律  7.2  開采沉陷損害分區(qū)分級評價體系  7.3  地下水資源賦存特點(diǎn)及控制采煤疏水模式  7.4  減小開采沉陷損害控制理論與方法  7.5  礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建途徑  7.6  開采沉陷損害控制與治理模式  參考文獻(xiàn)8  結(jié)論  8.1  主要結(jié)論  8.2  討論及建議

章節(jié)摘錄

插圖：從17世紀(jì)起，相似模型在歐洲得到發(fā)展和應(yīng)用；19世紀(jì)中葉至20世紀(jì)30年代，由于相似三定律的形成，相似模擬實(shí)驗(yàn)成為一種有效的工程研究方法；至20世紀(jì)70－80年代，在澳大利亞、俄羅斯和中國的水利、礦業(yè)等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用、飛速發(fā)展。同時，國內(nèi)許多專家如林韻梅和李鴻昌分別出版了《實(shí)驗(yàn)巖石力學(xué)》（1984）、《礦山壓力的相似模擬實(shí)驗(yàn)》（1988）；清華大學(xué)和長江大學(xué)的學(xué)者在三峽大壩的研究中也應(yīng)用了相似模擬技術(shù)；中國礦業(yè)大學(xué)、西安科技大學(xué)等高校也一直應(yīng)用相似模擬技術(shù)解決礦山開采技術(shù)問題，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，形成了平面、立體模擬體系。然而，上述研究主要以較堅硬巖層彈性段的模擬為主，即主要開展脆性相似材料模擬，對于保水開采涉及固液兩相介質(zhì)模擬技術(shù)的研究相對較少。國外烏克蘭科學(xué)院采用石蠟油，甘油和熔融的石蠟、糖漿等混合材料作為巖石圈和軟流層等運(yùn)動過程模擬；前蘇聯(lián)格維爾茨曼（1980）在水下安全采煤研究中，采用煤油和耐火黏土模擬隔水層。關(guān)于基于應(yīng)力應(yīng)變?nèi)痰哪M研究，尚未開展。國內(nèi)西安科技大學(xué)巖層控制實(shí)驗(yàn)室曾采用以石蠟做膠凝劑與石英砂混合模擬隔水層，但由于石蠟受溫度影響明顯，且屬于非親水材料，不能實(shí)現(xiàn)固液耦合。關(guān)于可實(shí)現(xiàn)黏土類隔水層應(yīng)力應(yīng)變?nèi)滔嗨萍夹g(shù)和模擬材料配比的研究，尚無報道。本書中，基于黏土塑性對隔水層穩(wěn)定性的作用，開創(chuàng)性地提出了塑性變形相似條件，此項研究成果促進(jìn)了模擬技術(shù)由彈性向彈塑性模擬的發(fā)展；實(shí)現(xiàn)了隔水層應(yīng)力應(yīng)變?nèi)滔嗨颇M；并完善了相似材料及其配比，為揭示隔水層的穩(wěn)定性規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。

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《生態(tài)脆弱區(qū)煤炭開發(fā)與生態(tài)水位保護(hù)》由科學(xué)出版社出版。

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