大柳塔矿区地质环境保护规划

鄂尔多斯能源基地地质环境保护与治理适用技术研究~

一、煤炭开发地质环境保护与治理适用技术研究
煤炭开发地质环境保护与治理适用技术，需要针对不同类型的矿区，以及矿区存在的主要地质环境问题，结合当地气候、地貌、经济条件等，选择合适的治理技术进行地质环境的保护与治理。如在广泛收集资料以及调研的基础上，我们发现大柳塔矿区存在的最主要地质环境问题有以下几方面:一是地面塌陷与地裂缝;二是煤矸石山堆放及自燃;三是水资源破坏问题。铜川矿区除存在地面塌陷、地裂缝、煤矸石山、水源污染问题外，还面临煤炭资源枯竭城市转型问题。下面以大柳塔矿区地面塌陷与地裂缝、煤矸石山堆放、水资源破坏问题，以及铜川矿区存在的煤炭资源枯竭城市转型问题为例，探讨两个重点区煤炭开发地质环境保护与治理适用技术。
(一)地面塌陷与地裂缝的治理适用技术
1.矿区土地利用分布状况
大柳塔地区地处毛乌素沙地与黄土高原的接壤地区，属盖沙黄土丘陵区和黄土丘陵区。大柳塔镇农业人口平均14.2人/km2，耕地(水浇地和川地)为15亩/km2，山地为18亩/km2，为地广人稀的地区。土地面积的70.5%为草灌地、沙地和基岩区，综采形成的塌陷区系整体冒落，与原有的丘陵地貌难以区分，在这些地区塌陷治理的重点是对较大的地裂缝进行回填。
同时，我们不能忽略塌陷对耕地的破坏性作用，以及对塌陷区耕地的治理与恢复利用。据2005年7月31日的SPOT5卫星遥感影像和实地调查(徐友宁，2006)，大柳塔矿区耕地面积占整个矿区面积的15.8%，其中包括旱地6.6%和水浇地9.2%。旱地分布于沙丘间滩地、台地、低缓丘陵、沟谷平原，面积24.84km2，主要作物有玉米、黍子、糜子、土豆、谷子、向日葵等。水浇地主要分布于乌兰木伦河以及水源地的沟谷中。如双沟、母河沟、活鸡免沟、郝家沟、哈拉沟等。主要作物为玉米、黍子、糜子、土豆、谷子、蔬菜、瓜类、药柴等植物，面积9.24km2。这些农耕地在整个矿区所占比例虽然不大，但却是当地农民赖以生存的根本。因此对耕地的破坏需要重点治理。
2.地面塌陷与地裂缝治理适用技术
根据大柳塔矿区的地貌及土地利用情况，对草灌地、沙地及基岩区等，可对大的裂缝进行简单填充即可，塌陷坑、洞等只要不影响煤炭开采，就不需要特别治理，可待其自然稳定，与当地的丘陵地貌自然融合即可。
对于农耕地则需要应用一些工程治理技术配合生物治理技术等，恢复耕地的使用。鉴于大柳塔矿区煤矸石中含有一定量的重金属及氟化物，故不能用其对塌陷坑、洞等进行充填复垦。因此，对大柳塔矿区塌陷农耕地的复垦可以采用简单的挖深垫浅法以平整土地后，恢复耕地适用。再配合泥浆泵复垦技术或者酸碱中和法、绿肥法等简单价廉又有效的生物复垦技术，使复垦后的土壤容重、孔隙度、含水量及入渗性、有机质含量、养分含量等适宜，以提高土地的生产力。
(二)煤矸石山治理适用技术
1.矿区煤矸石性质与存在问题
神东矿区各煤层均属低变质煤，煤岩类型属半亮型、半暗型及暗淡型煤。其成分为亮煤、暗煤，夹少量镜煤及丝煤，有机质总量达到98%以上，易燃。煤中有害成分低，绝大多数为特低灰及低灰、特低硫，特低磷，高发热量煤。煤矸石和选煤矸石是以煤层夹石、伪顶、伪底岩石为主的黑矸组成，在开采矸石中混入煤炭增加了矸石的可燃性，机械化程度愈高，混入的煤矸石愈多。因此，即使在矸石含硫低的情况下，矸石中混有易燃的煤后，在外部条件具备的情况下，矸石堆的自燃在所难免。调查区前柳塔大柳塔煤矿矸石堆场就存在矸石自燃现象。
矸石在堆场存放的过程中，遇到大风天气容易产生风蚀扬尘，其扬尘条件主要取决于其粒度、表面含湿量和风速大小。根据气象统计资料，该地区年平均风速1.7m/s，春季多风，一年中风速超4.8m/s的频率在5.53%左右，说明矸石堆在特定条件下是可以起尘的。
另外，煤矸石中含有一定量的重金属及氟化物，因此随意堆排、不采取措施复垦，矸石扬尘、降水淋溶会对土壤环境造成一定的污染。
2.煤矸石山综合治理适用技术
对于煤矸石山自燃问题，预防最重要。鉴于大柳塔矿区选煤机械化程度高的实际情况，防止煤矸石自燃最有效的措施是有效剔除混入其中的煤屑或煤块。此外，针对矿区煤矸石存在重金属污染可能性的问题，采用分层堆积，覆土复垦再绿化的方式是行之有效的。对已经自燃的煤矸石山，针对火区范围、自燃严重程度、地理环境，以及施工作业条件等的差异，选择合理有效的矸石山自燃治理方案。从国内外工程实践来看，以注浆法为主，辅以表面密封和压实及灌注泡沫灭火剂的综合措施是目前较为成熟、有效的矸石山自燃治理技术。
近年来大柳塔矿区为提高效益降低成本减少污染，在矿井设计和建设阶段考虑和实施矸石矿渣井下处理技术，在井下消化处理全部矸石(叶青，2002)。
井下矸石矿渣处理就是用矿用铲车配合无轨自卸胶轮车将生产过程中产生的矸石矿渣就近排至联巷、排矸巷、施工巷，以及其他废弃的巷道内，并配以其他的安全辅助措施。
(1)大巷延伸、平巷开口及平巷胶带机头硐室施工阶段矸石的处理
根据排矸量就近在预留永久煤柱内开掘井下排矸硐室，并尽可能充分利用矿井原有的废弃巷道。
(2)掘进过程中煤层变薄或其他构造时矸石的处理
按照设计，两条临近平巷之间每隔50m开一条15m的联巷，除生产过程中必须预留的联巷外，其他均可作为排矸巷。如果预留的联巷仍不足以排矸，根据需要，就近在平巷煤柱内开掘深8m左右，与联巷同断面的排矸巷。对于一些废弃的施工巷，也作为排矸巷使用。排矸时，在矸石少的情况下，直接由矿用铲车将矸石铲至排矸巷;矸石多的情况下，先由无轨自卸胶轮车将矸石倒至排矸巷，再用矿用铲车将其堆积，最大限度地利用排矸巷。
为防治矸石自燃，在所有堆满矸石的排矸巷口处砌上挡墙。对排满掺有碎煤的排矸巷，煤矸表面一律用黄土覆盖严密;为了防止矸石二次污染，要设置隔水层;巷口打上永久密闭，以防自燃。
采用矸石矿渣井下处理技术，降低吨煤成本，不占用土地，杜绝了煤矸石中有毒有害物质在风化和淋滤作用下对环境和水体的污染;杜绝了煤矸石的自燃，降低了空气中硫化物及其他有毒有害物质的含量，达到了很好的经济、生态环境效益。
(三)矿区水资源综合利用适用技术
1.矿区水文地质条件及水资源破坏情况
矿区位于毛乌素沙地与陕北黄土高原的接壤地带，地势呈西北高而东南低，西部及北部为沙丘沙地、沙丘草滩和风沙河谷，东部及东南部为黄土梁峁丘陵区。矿区地下水类型可分为松散岩类孔隙含水岩组，烧变岩裂隙孔洞含水岩组，侏罗系碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组三大类。煤炭开发影响的含水岩组主要是:第四系上更新统萨拉乌苏组含水层和烧变岩含水层。
由于煤炭资源的开发活动，对区内水资源的破坏情况是全方位的:地下采煤导致的地表塌陷及地裂缝改变了包气带岩土结构，矿井疏干排水使地下水补、径、排条件发生了变化，导致含水层疏干，地下水位下降，地表水体干涸，水质恶化等一系列问题，从而在总量和质上影响矿区可用水资源。矿区受影响最大的为风积沙含水层，部分区域含水层已经疏干，原有的含水层变为深厚包气带。现状条件下对区内地下水的影响范围受天然含水层规模控制，有数百米到数公里不等。在乌兰木伦河西侧，由于风积沙和黄土含水层规模较小，影响范围小;而在乌兰木伦河东侧，特别是在敖包十里一带，含水层规模大，采矿对地下水的影响范围大(徐友宁，2006)。
2.矿区水资源综合利用适用技术
大柳塔矿区在神东煤炭公司的有效管理下，已经基本实现了矿井水的资源化。具体措施是采用先进技术对生活污水进行处理的同时，结合矿井水和采空区及其充填物的特点，重点开发了矿井水采空区过滤净化技术，并在大柳塔井田成功实施，取得了客观的经济、环保生态效益。
尽管大柳塔矿区成功实现了矿井水的综合利用，然而由于矿区地处西北干旱沙漠地带，降水少，蒸发多，水资源量天然不足，再加上煤炭开发造成的水资源破坏问题，使水资源的损耗成为一个越来越大的亏空，因此还需要考虑其他途径进行矿区水资源的综合有效利用。
国内外有关学者针对这一现状，已经把目标转移到对土壤水利用的研究上。但这些研究均处于基础理论研究阶段，涉及的内容包括:塌陷对土壤水分的影响研究、塌陷区土壤水分运移机理研究、采矿造成的土壤水污染研究等。真正提高到塌陷区土壤水利用方面的研究还没有。2005～2007年，张发旺负责开展的国家自然科学基金面上项目“采矿塌陷条件下包气带水分运移机理研究”(项目编号:40472124)开展了神府东胜采煤塌陷区包气带水分运移及生态环境研究，得出一些初步成果，对煤矿区土壤水资源的保护与综合利用提供了理论依据和技术支持。我们将在此基础上，进一步探讨采煤塌陷区土壤水的综合利用问题，提出适用于大柳塔矿区土壤水综合利用的保护治理方案，为矿区节约生态用水做出一定贡献。
(四)煤炭资源枯竭城市转型适用技术
1.矿业城市发展现状
铜川矿务局是1955年在旧同官煤矿的基础上发展起来的大型煤炭企业。全局在册职工30041人，离退休人员32691人，职工家属约21.6万人。由于生产矿井大多数是50年代末60年代初建成投产的，受当时地质条件和开采条件所限，所建矿井煤炭储量、井田范围、生产能力小，服务年限短。80年代以来先后有9对矿井报废，实施关闭，核减设计能力396万t。目前全局8对矿井生产核定能力965万t/a，均无接续矿井。东区部分矿井资源枯竭，人多负担重，生产成本高，正在申请实施国家资源枯竭矿井关闭破产项目。生产发展接续问题日益突出，企业生存发展面临严峻挑战。
2.资源枯竭矿业城市转型适用技术
参考国内外资源枯竭型城市转型的经验，我们认为以下几点对于铜川矿业城市的成功转型至为重要。
(1)以大力发展接续替代产业为核心推进其经济转型
具体有:充分挖掘现有煤炭资源的利用潜力;加强共伴生资源、废弃物的综合利用和再利用，减少资源浪费;积极申请接续矿井，延长煤炭资源开采期，延长开采时间;根据自身功能定位和特色及市场需求，尽早发展接替产业(如旅游业)，最终形成产业结构多元化格局。
(2)以推进就业和完善社保为重点推进其社会转型
具体措施有:培训下岗职工的技能;支持中小企业发展;鼓励自主创业;建立健全社会保障机制等。
(3)以改变矿业城市环境为目标推进其环境转型
具体措施有:将废弃矿井、露天矿坑等因地制宜地改造成矿山公园，以改善矿业城市的居住环境，并促进矿业城市旅游业的发展。
二、石油开发地质环境保护与治理技术研究
在鄂尔多斯油田开发区内大量存在以含油污水、落地原油、含有废气泥浆等形式的石油类污染物，这就意味着如不及时采取措施，石油类污染将成为该地区的主要污染方式，污染程度将会进一步加深，生态环境将会进一步恶化。分析研究以往研究成果和本次研究结论认为，含油污水、落地原油、含有废气泥浆对当地地下水的直接污染不存在，对地表水的污染程度相对较小，而对土壤的污染是非常严重的。土壤生态环境的保护与治理对人们的生存与生活有重要意义应受到普遍关注。根据黄土区的土壤性质及污染状况，再加上该地区地质、气候及城市规划等各方面的综合因素，可以考虑采用生物修复处理技术。通过分析调查测试，发现黄土土壤中生存有大量的微生物菌群，这为利用微生物修复油污土壤提供了先天条件。
因此，本着这样的事实，通过以落地原油造成土壤污染为突破口和示范，开展该地区微生物原位修复土壤的试验，为黄土地区的生态恢复探索可行性方法。
(一)修复黄土区石油污染土壤应考虑的因素
在陕北和陇东地区，土壤的油类污染情况比较严重，而且由于石油工业的发展，石油使用量不断增加，土壤的石油污染会越发普遍和严重。鉴于以上分析，黄土区土壤石油污染修复应考虑以下几点因素:①污染场地的气候特征，地质结构，土壤类型;②根据污染物的种类、数量、性质的差异，采用适宜的修复技术;③修复效果、时间、难易程度及费用;④所选方法应适合当地的经济发展和城市规划;⑤尽量采用低成本、无污染、高效率、操作性强的技术;⑥因地制宜开发新技术。
(二)修复方法的选择
对于黄土区，土壤容易吸附石油类污染物。一方面从石油类污染物的性质来说，石油类是大分子疏水黏性物质，故石油分子易于到达土壤表面且极易于黏附于土粒表面，而黏附于土粒表面的石油类污染物更易于黏附更多的石油类污染物;同时石油类比水轻，且水中的石油类以溶解相和乳化油为主，分散性较好易于被土壤颗粒胶体所捕获并吸附;而且石油类在水中溶解度较低，根据吸附的经验规则溶解度越低吸附量越大;最后水中石油类在水湍流状态下是以极细小的微粒存在的，其吸附机理除了油分子以分子间力和电荷力等作用下与颗粒的吸附外，更主要的是整个油粒在颗粒物上的黏附，所以使油以较大的速度在短时间内达到吸附平衡，这也是油吸附的特点;另一方面从黄土的性质来说，一般多孔介质吸附速度主要取决于颗粒的外部扩散速度和空隙扩散速度。颗粒外扩散速度与溶解浓度成正比，也与吸附剂的表面积大小成正比，与吸附剂的粒径成反比，空隙扩散速度一般与吸附剂的颗粒粒径更高次方成反比。而黄土以粉粒(0.05～0.005mm)为主，颗粒粒径较小，具有更大的外表面积和较小的颗粒内扩散距离，致其吸附速度较快。正是由于黄土区具有这样的特点，在对黄土区石油污染的土壤进行修复时就需要采用一种高效、经济、生态可承受的清洁技术。微生物修复技术是在生物降解的基础上发展起来的一种新兴的清洁技术，它是传统的生物处理方法的发展。与物理、化学修复污染土壤技术相比，微生物修复可通过环境因素的最优化而加速自然生物降解速率，无疑是一种高效、经济、生态可承受的清洁技术，是治理石油污染最有生命力的方法。
鉴于上述，目前在黄土区采用微生物技术修复石油污染的土壤较适用。

一、研究目标
通过广泛收集资料、遥感、野外地质调查、取样测试、野外试验、室内实验等工作手段对整个鄂尔多斯盆地内煤炭开发与地质环境的互馈效应进行调查研究;在此基础上，选择大柳塔矿区、铜川矿区作为两个重点研究区，结合重点区地质环境现状、环境保护现状及国外最新地质环境保护技术对其现有生态环境保护与建设方案进行优化;并根据前期研究找到重点区生态环境建设应解决的关键问题进行技术攻关，为煤矿区生态地质环境建设提供可靠的技术支撑。
二、研究内容
1)“基地”煤炭开发与地质生态环境互馈效应调查研究。
2)典型煤矿区现有生态环境保护与建设优化方案。
3)典型煤矿区关键技术攻关。
三、技术路线
1.在“基地”煤炭开发与地质生态环境互馈效应调查研究方面
采用采样、试验等方法，进一步调查“基地”煤炭开发引起的水-土-环境污染和生态环境破坏现状，对其种类、强度和内在机理进行分析，同时利用遥感解译方法调查“基地”煤炭开发引起的水-土-生态环境变化的面上分布特征和规律性。另外对研究区现在进行的环境保护措施对能源开采的反馈效应进行调查研究。
(1)地面调查
内容包括地下水疏干、矿坑废水排放、地面塌陷与地裂缝、地表植被破坏等。
(2)遥感解译
选择合适精度的遥感影像进行解译，解译内容为煤炭开采前后地质生态环境的变化，以及露天煤矿、尾矿堆分布情况等。
(3)环境保护措施对煤炭开采反馈效应调查研究
调查内容包括洁净煤生产技术应用情况、矿坑废水处理等环境整治措施和各种塌陷地复垦的生态效益和社会、经济效益。
2.在典型煤矿区现有生态环境保护与建设优化方案方面
在典型煤矿区互馈效应调查的基础上，进一步把重点区正在实行的生态环境保护和建设方案与国内外其他能源基地生态环境保护和治理的方法、手段进行对比研究，总结各种生态保护和建设方案的优缺点，根据重点区煤炭开发引起的水-土生态地质环境问题的特点，探讨重点区各种生态建设方案的优化措施，对在重点区具有利用前景的方法进行进一步深入调查研究，制定出具有可行性的优化方案。
3.在典型煤矿区关键技术攻关方面
根据前期研究找到重点区生态环境建设应解决的关键问题进行技术攻关，并利用攻关成果进行关键技术的应用示范。在进行深入分析的基础上，我们选择了大柳塔采煤塌陷区土壤水资源综合利用技术与铜川矿区水资源保护技术、地面塌陷和地裂缝灾害治理的技术、煤矸石利用技术开展重点攻关研究。
四、工作方法
通过广泛收集资料、遥感、野外地质调查、取样测试、野外试验、室内实验等工作手段，在两个典型研究区———铜川矿区和大柳塔矿区进行重点研究，其中铜川矿区作为地处黄土地区的老型、即将封闭、面临转型的典型矿区，大柳塔矿区作为一个地处黄土与沙漠交接带的新型矿区，分析两矿区在煤炭开发过程中所面临的不同地质环境问题及防治措施。在此基础上针对两个不同类型矿区存在的关键技术问题进行技术攻关，提出地质环境保护优化方案。
下面将对遥感解译方法及重点区工作方法分述如下:
(一)遥感解译方法
1.研究内容
以大柳塔矿区为例，研究煤炭资源开发对地质环境的影响，利用多期遥感影像对比，分析环境保护治理技术对矿区地质生态环境的改善作用。
主要研究内容包括以下几个方面:
(1)遥感数字图像处理
对研究区遥感数字图像如TM，ETM+，SPOT-5进行预处理和增强处理，使矿区第五信息特征明显，易于识别。
(2)遥感信息提取
采取人机交互解译方式提取1989～2002年鄂尔多斯盆地矿区土地利用、覆盖变化信息;2007年矿区开发占用土地信息、引发的地质灾害及矿山生态环境恢复预治理信息等。
(3)遥感影像专题地图的制作
1989年、2002年大柳塔矿区土地利用、覆盖动态监测图;矿区生态环境遥感监测图;大柳塔矿区地质环境遥感影像解译等图件的制作。
2.技术路线
(1)土地利用/覆盖动态监测
1)收集研究区1989年TM数据、2002年ETM+数据;
2)进行波段选择，同时进行数据的校正等常规的预处理，使相关数据统一在同一地理坐标;
3)进行野外调查工作，根据初步处理的遥感影像，建立基本解译标志;
4)采用人机交互方式对土地利用/覆盖动态变化进行解译，并分析解译精度;
5)对解译结果进行面积统计和分析。
(2)环境调查与监测技术路线
1)收集资料，了解矿区矿山地质、地貌和环境特征，矿山开采现状和历史，矿山尾矿和废矿的排放和堆积情况;
2)对SOPT-5数据进行图像增强、波段选择，并进行正射校正;
3)进行野外调查工作，根据初步处理的遥感影像，建立基本解译标志;
4)采用人机交互方式对SPOT-5数据进行矿产开发占用土地、地质环境破坏解译。
(二)大柳塔矿区运用的主要方法
在全面调查大柳塔矿区煤炭开发引起的地质环境现状、现有地质环境保护措施及现有保护措施对煤炭开发的促进作用等基础上，发现该矿区煤炭开发引起的主要地质环境问题是地面塌陷。地面塌陷造成该矿区土壤资源和水资源破坏严重。尤其是矿区地表塌陷造成的包气带结构变化及对土壤水分运移机制造的严重影响，是矿区生态环境恶化的主要原因。因此，为深入了解矿区采煤塌陷区包气带中土壤水分的运移情况，探讨采煤塌陷区的土壤水资源保护与综合利用技术方案，本项目采用野外试验与室内实验相结合的方法，在研究区内选取典型地点建立野外水分运移试验场;针对包气带水分运移中的难点，开展室内物理模拟实验作为野外试验的补充，对采煤塌陷条件下包气带水分运移机理及其生态环境效应进行了重点研究，继而提出了采煤塌陷区土壤水资源保护与综合利用技术方案。具体工作方法如下:
1.野外水分运移试验方法
(1)试验目的
为了分析、认识采煤塌陷区与非塌陷区包气带水分运移机理及其生态环境效应，获取可靠试验观测数据。
(2)试验地点
野外水分运移试验场(以下简称试验场)试验地点选择在陕西省神木县大柳塔镇前柳塔村原双沟农场，试验场布置如图1-2所示。

图1-2 大柳塔野外试验场布置图

(3)观测点
试验场包含两个观测点，即非塌陷区水分运移观测点和塌陷区包气带水分运移观测点。
(4)装置
在每个试验点安装1套4m深中子仪测管，1套负压计系统，每套负压计系统配带30个负压计测头(依据实际条件进行调整)。整个试验场需中子仪一套，WM-1型负压计系统两套。
(5)监测方法
土壤含水量采用中子仪进行监测。在试验场塌陷区试验点和非塌陷区试验点均安装中子水分仪观测管，野外测试点土壤剖面含水量的测量共40个测点。第一个测点距地表10cm，在200cm深度以上测点间距为10cm;200～400cm深度，测点间距为20cm，400cm为最深测点。各试验点在冻结期为每10d观测1次。在冻融期开始以后改为每3d观测1次。雨后第一、第三天各观测1次，以后改为正常的每3d观测1次。
土壤水势采用WM-1型负压计系统进行监测。负压计测量系统采用斜插暗埋式安装。测点位置与含水量测点位置一致，即第一个测点距地表10cm，在200cm深度以上测点间距为10cm;200～400cm深度，测点间距20cm，400cm为最深测点。总测点设计30个。负压计观测时间和次数与中子仪观测同步进行。
2.水分运移室内物理模拟实验方法
(1)实验目的
1)了解细砂(风积沙)、粗砂(萨拉乌苏组粗砂)、二元结构体(上细砂下粗砂)条件下包气带水分运移状况;
2)了解不同降雨条件下包气带水分运移规律;
3)了解包气带水分渗漏过程及规律。
(2)试验地点
中国地质科学院水文地质环境地质研究所物理模拟大厅。
(3)装置
土柱，水位测压管，马里奥特瓶———水位控制装置，排泄量测量装置，物理模拟实验降雨装置，WM-1型负压计系统。
(4)实验试土
物理模拟实验模型试土取自大柳塔，为双沟野外试验场两种主要的土壤———细砂(风积沙)和粗砂(萨拉乌苏组粗砂)试土机械组成见表1-1。试土分别填装在4根4m高的土柱中，其中1#土柱内全部为风积砂;2#土柱内全部为粗砂;3#、4#土柱内为二元结构体(上部为风积沙，下部为粗砂)，开展平行实验。
表1-1 试土颗粒分析表


(5)实验前期工作———试土预处理及负压计安装
试土填装后，对土柱进行由下向上饱水处理。完全饱水持续15d，而后排水，使试土在排水过程中自然稳定。排水结束后，对土柱进行负压计安装，详细信息见表1-2。
(6)试验内容
1)单次40mm降雨入渗试验;
2)3次叠加降雨入渗试验(降雨量拟为10mm，20mm和8mm，降雨间隔分别为7d和15d);
表1-2 室内实验土柱信息一览表


3)单次100mm降雨入渗试验(各土柱各次降雨信息见表1-3至表1-6)。
(7)观测方法
室内实验使用WM-1型负压计系统对土水势进行长期观测，一般每天观测2次，分别在早7:00和晚6:00。降雨期间及随后几天内进行加密观测(具体次数根据湿润锋前移速度定)，为实验期间正常工作的WM-1型负压系统观测板。土壤含水量则进行取土观测。
表1-3 1#土柱模拟降雨信息一览表


表1-4 2#土柱模拟降雨信息一览表


表1-5 3#土柱模拟降雨信息一览表


表1-6 4#土柱模拟降雨信息一览表


(三)铜川矿区运用的主要方法
1)通过收集资料和调查走访的形式，初步了解铜川矿区所存在的矿山地质环境问题。通过收集资料、野外调查和采集样品，分析铜川矿区所存在的矿山地质环境问题，并分析成因，尤其要注重煤炭开发与矿区地质环境问题之间的关系。针对铜川矿区的主要地质环境问题，重点研究煤矸石对环境造成的影响、煤炭开发对水资源的影响和引起的地面塌陷的影响。
2)为了研究煤炭开发对水资源的影响，在铜川矿区的井下水仓、排水口、污水处理场、煤矸石淋滤液及河流中采集了水样，以研究煤炭开发对水资源污染方面的影响，同时还调查收集了煤炭开采引起的地下水资源的水位、水量、水质、水源地等的变化情况。
3)为了研究煤矸石对环境的影响和开展综合利用，在不同的矿区采集了煤矸石样品，测定其化学含量，同时还调查走访了矿区中煤矸石现在的利用情况。
为了观测矸石山扬尘对土壤的影响，在矸石山的下风向方向采集了表土样品。沿风向布设采样线，各个采样点距离矸石山的距离分别为5m，10m，15m，20m，30m，50m，150m，300m，500m，在1000m以外采集样品作为背景值，每个土壤样品均取表土(0～15cm深)。
为了研究煤矸石山对土壤的影响，在距离矸石山1m和5m的距离采集了两个土壤剖面样品。两个剖面中采样点距离地面的距离分别0cm，10cm，20cm，30cm，40cm，50cm，60cm，80cm，100cm，120cm，140cm，160cm，180cm，200cm。每个样取200g，对所取的样品进行土壤易溶盐全分析及重金属含量测试。
为了研究矸石山对植物的影响，在矸石山周边和背景区分别采集了植物全茎样品，进行重金属含量的测定。根据植物中重金属含量的富集情况，一方面可以了解煤矸石对周边植被的影响;另一方面也可以根据植物对某些重金属的富集能力进行重金属污染的治理修复。
4)为了研究矿区的地面塌陷和地裂缝情况，课题组除了收集铜川矿务局关于地面塌陷资料外，还对矿区中的部分塌陷和地裂缝进行了实际的野外调查工作。
5)为了改善矿区的环境，促进城市的转型，在前述工作的基础上，对铜川矿区对环境影响较大的地面塌陷、煤矸石和水资源问题进行了治理规划优化方案，希望实现煤矸石资源化和矿井水资源化，减少污染，保护环境，改善环境，为城市的顺利转型做好基础工作。

一、矿区现有地质环境保护技术

大柳塔矿区现有治理技术方案主要包括以下3项:①矿井水处理技术;②固体废弃物治理技术;③矿区荒漠沙丘生态环境建设技术与措施。

1.矿井水处理技术

由于矿区地处荒漠区，水资源贫乏，煤炭开发又不可避免地破坏地下水资源，因此，水资源及其利用成为制约矿区生态建设的关键因素之一。针对这种情况，神东公司在采用先进技术对生活污水进行处理的同时，结合矿井水和采空区及其充填物的特点，重点开发了矿井水采空区过滤净化技术，为矿井水的净化与利用开辟了一条新途径。这项工程根据具体地质条件，已经在大柳塔井田成功实施。

在大柳塔井田，由于矿井废水在采空区、集水区发生过滤、沉淀、吸附与离子交换作用、自生矿物生成作用等物理化学过程，矿井废水中悬浮物、钙离子及其他有害离子大幅度减少，可以直接作为工业用水。净化后矿井水主要应用在3个方面:一是井下除尘、消防等;二是作为洗煤厂、热电厂的工业用水;三是经进一步的净化处理后并入管网，供生活用水。处理后的矿井水复用的经济效应极其显著。就大柳塔矿来看，每小时矿井水流量为280m³左右，全年可达245万m³。矿区工业用水的价格为3.2元/m³，排污费为0.96元/m³，因此，利用矿井水可产生经济效益784万元/a，节省排污费235余万元/a，每年的直接经济效益为1019余万元。

矿井水利用的环保生态效益主要表现在以下几个方面:一是基本消除了矿井水引起的地表水体的污染;二是减少了地表水体水量的利用，有利于地表生态环境的维持与改善;三是减少了地下水开采量，减缓地下水位的下降，维持表土层的保水能力，防止水土流失;四是矿井水可直接应用于矿区和周边地区的绿化与生态改善。

2.固体废弃物治理技术

矿区开发初期，乱倒矸石土渣的现象极为普遍，由于没有固定的排矸场地，矸石废渣任意向河槽沟道倾倒，致使大量矸石涌入乌兰木伦河，河床不断提高，矿区向黄河输沙量剧增。活鸡兔矿点沿河床布设的大小17个煤矿，对矿渣无任何处理措施，都向河槽倾倒，使原来150m宽的河道只剩下十几米。

后来，按照规划设计分区征用了沟壑地、开设了矸石场，在沟口建起渣坝，集中有序分层排放，在矸石矿渣处理方面取得了一定的成效。但是，井下矸石矿渣向地面排放处理存在两个致命的弱点:汽车排矸及矸石场平整管理费用较高;矸石矿渣中掺杂的碎煤自燃对周边环境的严重污染。据统计，大柳塔煤矿以前井下向地面排矸费吨公里0.65元，每年仅排矸费一项达百万元以上。矿区空气污染曾经上升到中度。

矿区在进行深入研究后，决定采用矸石矿渣的井下处理的方法消除矸石污染。在矿井设计和建设阶段考虑和实施井下矸石矿渣井下处理技术，在井下消化处理全部矸石。用矿用铲车配合无轨自卸胶轮车将生产过程中产生的矸石矿渣就近排至联巷、排矸巷、施工巷以及其他废弃的巷道内，并配以矸石自燃防治措施，取得了良好的效果。各矿每年节省排矸费上百万元，环境生态效益也十分明显:不占用土地，杜绝了煤矸石中有毒有害物质在风化和淋滤作用下对环境和水体的污染;杜绝了煤矸石的自燃，降低了空气中硫化物以及其他有毒有害物质的含量。

3.矿区荒漠沙丘生态环境建设技术与措施

神东公司通过积极的研究、实践、总结，矿区形成了一套成功的生态建设技术体系。主要有抗逆造林系列技术、风沙治理系列技术、水土流失治理系列技术等，取得了显著的生态和经济效益。

(1)抗逆造林系列技术

针对矿区干旱、贫瘠、品种少等逆性条件及其对造林的制约，采取了一系列抗逆造林技术，包括:种苗建设技术和抗旱造林技术。种苗建设技术就是选择适宜种苗并对其进行引种，进行适应性栽培，使矿区生物物种具有多样性，且这些植物具有较好的抗逆性，从而达到了具有较好生态效益的目的。抗旱造林技术，包括林分结构优化配置、抗旱保水保肥技术、灌溉管网造林和平衡施肥技术4个方面，为保证造林效果、提高成林率提供了良好的保证。

(2)风沙治理系列技术

由于风沙对矿区生产、生活的影响严重，矿区在分析矿区沙地的有关条件后，确定了以植物措施为主，以工程措施为辅，多种手段快速、大面积地治理流沙的技术路线。在不同地段采取不同的技术措施。包括高大流动沙丘植被恢复技术，半固定沙丘植被恢复技术，沙地针叶林造林技术。

(3)水土流失治理系列技术

矿区沟壑纵横、沟深谷陡，地形支离破碎。风化破碎的基岩、疏松易蚀的风成沙与黄土、经常发生的暴雨使该区成为黄河中游水土流失最为严重的地区之一。此外，采矿、筑路等人为活动也是水土流失的诱导因素。

在水土流失防治中，神东公司应用了具有矿区特点的水土保持系列技术。其中，整地技术是水土保持最普遍的与最有效的技术。通过改变小地形，把坡面局部地改为平地、反坡或下洼地，改变了地表径流的形成条件，并形成一定的积水容积。从而改善土壤水分条件、温度条件与养分状况，整地技术包括鱼鳞坑整地技术、水平沟整地技术、撩壕整地技术和植树造林技术，取得了良好的治理效果(叶青，2002)。

二、环境保护技术对煤炭开发的促进作用

矿产的开发不仅会破坏环境，而且影响矿业开发活动自身的发展。如果控制得当，矿产开发引起的环境地质效应还会造福人类，改善环境，并取得巨大的经济效益(张发旺等，2001a)。

对于煤炭开发来说，很容易因塌陷破坏或预先降压而疏干上部含水层，而水资源对于干旱地区至关重要，因此，采取合理的顶板管理保护含水层不被破坏，或者保护被疏干的地下水不被污染，或者对受到污染的地下水进行处理，都可能会是经济可行的办法(张发旺等，2001b)。

本项目以1989年的TM数据、2002年的ETM⁺数据为基础，对研究区不同时段矿区土地利用的变化进行监测，对比分析研究区环境变化情况，并结合矿山开采的速度等实际情况分析采取积极的环境保护措施之后对矿区地质生态环境的改善。

结合矿区实际情况，对矿区土地利用类型进行如下分类:耕地、草地、河流、居民地、裸地。然后，根据研究区各土地利用类型影像特征，包括从色调、形状、阴影、纹理及影像结构等方面对提取的可视地物要素进行影像的定性分析。通过对这些地物要素其影像的定性分析，总结、归纳出这些地物要素各自所具有的影像特征，以此作为这些地物要素的解译标志和依据，后利用监督分类法开展大柳塔矿区土地利用、覆被动态变化调查，定性分析煤矿开采对区域生态环境的影响。

大柳塔矿区1989年、2002年矿区土地利用、覆被遥感解译图见图4-35、图4-36。1989年及2002年大柳塔矿区各类土地利用/覆被类型占研究区面积的直方图如图4-37所示，由图可以看出，在6类覆被类型中，草地(荒草坡)、耕地面积基本上没有发生多大变化，林地所占比重有所扩大，裸地相对缩小，沙漠控制面积有所减少，但区内的地表水资源也日渐匮乏。

图4-35 大柳塔矿区1989年土地利用/覆被遥感解译图

采煤对地表植被的影响，是矿区生态环境恶化的直接原因。土壤和水分是植物生存的必要条件，煤炭开采引发的地面塌陷与地裂缝造成了水土流失和土壤侵蚀，以及地表水和土壤水的破坏，必然对地表植被产生严重影响。图4-38为1989年及2002年大柳塔矿区的标准化植被指数分布图。图4-39为1989年及2002年大柳塔矿区的标准化植被指数分布图变化趋势图，其中绿色部分为标准化植被指数增大的区域，表示在相对于1989年，2002年该处的植被更加发育，反之，黄色则表示植被遭受到了破坏，植被指数下降。

从以上分析可以看出，由于神华集团神东公司在煤炭开发的同时，采取了一系列积极有效的环境保护措施，控制了土地沙化进程、改善了地表植被覆盖状况，取得了良好的环境效益、经济效益和社会效益。

大柳塔矿是神东公司第一个井下开采的矿井，由于当时仍按照传统方法向地面排矸，不仅需要为矸石运输投入每吨公里0.65元的费用，还堵塞了河道，引起了严重的空气污染。大柳塔矿初期每年仅排矸费用就达百万元以上，后期为了治理矸石山，2000年大柳塔矿投资70万元，通过采用分层排放填沟造地、上覆黄土、平整碾压，然后植树种草绿化了矸石场，治理面积5.33hm²。

图4-36 大柳塔矿区2002年土地利用/覆被遥感解译图

图4-37 1989年及2002年大柳塔矿区各类土地利用/覆被类型

近年来，为了提高效益、降低成本、减少污染，神东公司在新矿井设计之初就规划了矸石和矿渣井下处理，在井下消化全部矸石，并对排矸巷进行封闭、隔水，防止产生新的污染。采用矸石矿渣井下处置技术，完全可以达到井下矸石不升井就地消化处理的目的，各矿每个可节省排矸费用上百万元。其生态环境效益也十分明显，主要表现在:不占用土地，杜绝了煤矸石中有毒有害物质在风化和淋滤作用下对环境的污染，杜绝了煤矸石的自燃，降低了空气中硫化物及其他有毒有害物质的含量。

另外，神东公司还采取各种措施对矿井水进行处理，复用。处理后的矿井水复用的经济效应极其显著。以大柳塔矿为例，每小时矿井水流量为280m³左右，全年可达245万m³。矿区工业用水的价格为3.2元/m³，排污费为0.96元/m³，因此，利用矿井水可产生经济效益784万元/a，节省排污费235余万元/a。每年可获得经济效益1019万余元。矿井水利用的环保生态效益主要表现在以下几个方面:一是基本消除了矿井水引起的地表水体的污染;二是减少了地表水体水量的利用，有利于地表生态环境的维持与改善;三是减少了地下水开采量，减缓地下水位的下降，维持表土层的保水能力，防止水土流失;四是矿井水可直接应用于矿区和周边地区的绿化与生态改善。

图4-38 1989年及2002年大柳塔矿区标准化植被指数分布图

图4-39 1989年及2002年大柳塔矿区标准化植被指数变化趋势图(绿色为标准化植被指数增加区;黄色为标准化植被指数减低区)

为了保护生态环境，神东公司还采取多种措施进行植树造林。到2002年底，神东矿区累计营造乔灌木2488万株(穴)，按年产生物量计算，每年可创造直接经济产值1990万元;种苗基地每年可销售苗木200万株，创造产值200万元。生态功能的增加，大大降低了煤灰分，提高了煤质。采取治沙措施的露天采坑，当平均风速为8.4m/s时，两小时的进沙量为19.58/m³，未经治理的煤矿集沙量为331.1g/m²，二者效果之比为1∶17，精煤进沙尘量降低94%，煤质提高，每吨煤的销售收入增加1.925元。矿区露天开采按200万t/a计算，则每年可增加煤炭销售收入385万元。经济效益还表现在延长了机械设备使用期，每年可节约维修费500万元:避免了沙尘暴造成公路停运，提高公路运输产值535万元，水源涵养林的营造有效沉降了水中的含沙，每年节约供水系统清排沙费160万元(叶青等，2002)。

截至2006年年底，神东煤炭分公司累计投入生态治理专项资金超过5亿元，其中2006年投入超过5000万元;完成生态治理面积145km²，已治理面积大约是开采面积的3倍。神东矿区林草覆盖率由开发初期的3%～11%提高到目前的59.4%。

在各种环保措施的保障下，神东公司近年来实现了持续快速发展，原煤产量连续7年实现千万吨增长，2004年集团原煤年生产力已达1亿3000万t。

三、现有地质环境保护技术的不足及治理措施

虽然大柳塔现有地质环境保护技术对煤炭开发起到了良好的促进作用，采取的一系列保护矿区植被和水资源的措施，取得了一定的环境效益、经济效益和社会效益。但在地面塌陷的治理与土壤保护、土壤水综合利用方面还存在不足，周边地方及个人小煤矿存在的地质环境问题的治理也不容忽视。

1.地面塌陷治理与土壤保护技术

前已述及，大柳塔矿区最大的地质环境问题在于地面塌陷与地裂缝。许多其他地质环境问题:诸如土壤环境破坏、地下水系统破坏等也是由地面塌陷与地裂缝引起的。目前矿区对地面塌陷与地裂缝的治理仅是在矿井生产期间组织人力，对采煤后地表出现的裂缝进行充填。对于封闭矿井范围内出现的塌陷坑、洞、塌陷台阶等，未见其实施填平修复以及其他治理措施。

对地下开采引起的塌陷区，因其所在地区的地势地貌、水文气象等条件的不同，对土地的破坏程度和复垦方法均有所不同。对于地处黄土丘陵地与毛乌素沙地边缘的大柳塔矿区而言，可采用原位土壤保护技术，适用的方法主要包括充填复垦、泥浆复垦等工程技术。鉴于大柳塔矿区采煤塌陷破坏了很多耕地，对耕地的恢复复垦非常重要。因此，还需要结合一些生物复垦技术，改善土壤的结构，使复垦后的土壤更有利于提高作物产量。

2.塌陷区土壤水综合利用技术

大柳塔矿区地处西北干旱区，水资源极其缺乏。而采矿活动又造成水资源量的损耗及水质的恶化，使可用水资源大为减少。尽管矿区施行了矿井水资源化的治理，取得了一定的成效，但仍不足以解决矿区水源的根本问题。土壤水的综合利用是西北干旱地区生态环境建设的发展趋势。对于水资源极度缺乏的矿区，土壤水的有效利用尤为重要。

采用微地貌与覆盖措施有机结合的土壤水利用技术能够改变土壤水流动系统特征，调控土壤水流动系统的上下边界条件，改善土壤浅部介质的渗透性与储水性，增加降水入渗，减少土面蒸发，从而优化田间微水文系统、微气候系统，改变土壤的微生态环境，使土壤水分、盐分、养分、温度、透气性等要素的时空分布更有利于植被的生长(靳孟贵等，1998)。

根据靳孟贵等对土壤水利用技术的研究，目前可行的土壤水利用技术包括盖膜穴播、缩行密植、秸秆覆盖、沟播等。不盖秸秆沟播的过氧化氢酶活性最高，盖秸秆沟播与覆膜穴播的相差不大，而密植的活性最低。缩行密植促使作物根系深扎，使得作物利用土壤水的范围下移，有利于作物利用深部土壤水，扩大了根系汇流系统，增加可利用土壤水资源。同时，利用小麦自身增加田间覆盖，抑制棵间蒸发，缩小土面蒸发流动系统，在干旱条件下形成有利于作物生长的土壤水流动系统。沟播使得各生态因子(温度、湿度、盐分、pH值等)处于适宜的状态，微生物学过程及作物代谢活动较好，所以土壤过氧化氢酶活性也最高。秸秆还田可以改变浅部土壤的渗透性与储水性，减少土面蒸发，减少灌溉水和降水的深层渗漏，降低了昼夜温差(靳孟贵等，2003)。各种土壤水利用技术对土壤浅层的微生态环境影响较大，对深层土壤影响较小。

矿区耕地由于受到塌陷及地裂缝的影响，农作物产量受到影响。采用土壤水利用技术，不但有利于农作物生长、增加产量，而且对于矿区塌陷土地的植被恢复、生态环境重建也有积极的促进作用。

3.周边地方煤矿的地质环境治理

大柳塔煤矿周边有许多正在开采的地方乡镇或个人小煤矿。包括神木县苏家壕矿、贾家畔时令梁矿、张家渠矿、昌盛煤矿、后柳塔矿、东风联营矿等。这些乡镇煤矿(多为私营煤矿)存在着私开乱挖、伤亡事故多、危及煤矿及矿工安全、环境污染严重等问题(洪勇等，2006)。主要原因是煤矿主对矿山的地质条件没有足够的认识，对采矿引起的地质环境问题不够重视，在经济利益的驱使下，没及时做好地质环境问题的防护措施，对破坏的地质环境也不能及时有效地治理。对于小煤矿的治理技术，完全可以沿用前文所述相关技术，包括塌陷区土地复垦的各种技术、矿井水资源化的技术、生态修复的种植技术等。

但是，对于小煤矿的地质环境治理，不光涉及技术问题，更重要的是制度与管理的问题。许多环节的技术难度并不大，而是由于小煤矿主的思想观念及对大局认识的不足，以及对短期经济利益的盲目追求，使得这项工作难以坚持下去。故需要有关部门能制定出切实可行的政策，采取有效的监督管理制度，使其工作规范化、系统化、制度化，在小煤矿生产中具体落实下来，使小煤矿能持续健康地发展，为实现经济建设的可持续发展战略作出新的贡献(赵福平等，2003)。

四、矿区地质环境保护规划

利用大柳塔矿区地质环境调查结果，针对大柳塔矿区存在的主要地质环境问题，结合已有地质环境保护技术及改进方案，本着“采煤保水保生态”的基本原则，在本项目研究重点的基础上，制定大柳塔矿区地质环境保护规划方案。

1.大柳塔矿区地质环境保护目标

按照大柳塔矿区生态地质环境保护与治理的相关法律、法规，在认真分析规划区域内自然地理条件与社会经济发展现状、矿区生态地质环境现状，矿区地质环境保护与治理现状及存在的问题等背景的基础上，制定科学的、可操作的规划目标，包括以下3个方面:

1)整治采煤塌陷土地，尤其是耕地，使之恢复到适宜植物生长、重点是恢复农作物可耕作的状态;

2)使土壤水资源得到有效利用;

3)使矿区周边由于小煤矿引起的各种地质环境问题得到有效解决。

2.大柳塔矿区地质环境保护的重点区域

根据大柳塔矿区所处地质环境和地貌特征、矿区地质灾害隐患特征及矿区地质环境影响程度和涉及面大小等因素，划分矿区生态地质环境保护与治理的重点区(图4-40)。

图4-40 大柳塔矿区地质环境保护规划示意图

在大柳塔矿区地质环境保护现状的基础上，确定出地质环境治理的重点区域首先是采空区，一般而言，采用长臂式井峒开采方式，只要采过的地方必然塌陷，因此，采空区是需要治理的重点区域;其次是矿区周边地方煤矿治理区，大柳塔矿区周边有些小煤矿存在越界开采的行为，造成许多地质环境问题，但由于采区归属的不明确，地质环境治理的责任也就不明确，因此需要进行重点治理。

3.大柳塔矿区地质环境保护治理项目

根据矿区地质环境保护目标与重点区域，结合矿区现有地质环境保护技术及优化方案，可设立以下3个矿区地质环境保护治理项目，并对不同类型地质环境问题提出相应的治理方案，提出具体安排建议及规划实施的对策措施。

(1)大柳塔矿区采煤塌陷区综合治理

大柳塔矿区从1985年创建至2005年底，采空区面积已达27.087km²，地面塌陷影响面积达48.23～54.64km²(徐友宁等，2008)。在综合机械化开采技术条件下，形成即采即塌的塌陷模式。大规模的塌陷土地，尤其是原农耕地，需要进行综合治理。

·塌陷区复垦方案

采煤塌陷区土地复垦根据塌陷前的土地利用类型采取相应的技术措施。采煤前的非农耕地，采取自然恢复的技术措施。在没有其他干扰的情况下，3年后塌陷区地面稳定，植被基本恢复到塌陷前的状况，所以，不干扰、不继续破坏是塌陷区最经济也是非常有效的复垦措施。

对塌陷前的农耕地，为了尽快恢复其生产力，要采用一些适宜的治理技术进行重点治理恢复。大柳塔矿区塌陷地大部分属于山地和丘陵，地势不平，塌陷区与原始地貌差别不大，裂缝较多，潜水位很低，因此，在不影响耕种的情况下，及时填塞裂缝、适当平整后不作其他治理，直接进行复垦;在部分地表破坏较严重、塌陷较深地段，可采用在塌陷区内先充填后覆土的改造方法，然后复垦。

·适宜作物种选择方案

大柳塔矿区有效土层瘠薄，环境条件比较脆弱，要提高作物的产量，就要选择耐瘠薄、耐干旱抗性强的作物种。同时，在选种时还要考虑在相同的投入下，作物收益越高越好。矿区生长较好的作物品种包括马铃薯、玉米、黍子等，抗旱、受塌陷影响小，可在复垦后继续播种。

(2)大柳塔矿区土壤水综合利用方案

大柳塔矿区水资源短缺，如果能够有效利用土壤水资源作为农耕、生态用水，可产生极大的经济效益、社会效益及生态效益。因此，需要在塌陷区土地复垦后，采用各种土壤水利用技术，综合利用土壤水资源，为矿区经济有效地恢复农耕地与生态植被提供保障。

可采用深翻蓄水保墒技术、秸秆高茬还田技术、倒茬轮作技术、微地貌与覆盖措施有机结合的土壤水利用技术等达到综合有效利用土壤水的目的。

·深翻蓄水保墒技术

大柳塔矿区以旱作农业为主，多年平均降雨量仅368.2mm。最大限度地蓄水保墒和提高水分利用率，能够提高土壤含水量，接纳秋季雨水，达到“秋雨春用”的目的。目前主要推广机械深松耕、伏秋机械深耕、山地转头犁深翻和人工铁锨深翻4种形式。

·秸秆高茬还田技术

秸秆高茬还田技术就是在地面保留足够数量的作物残茬或秸秆，以保护土壤，减少土壤水分的损失。植物残留物吸收大量地面水，延迟了地表的水流，使水分有更多的时间渗入地下。根据生产实际，并针对伏秋旱象确定留茬，若伏秋雨水充足，留茬20cm以上，干旱则留茬20cm以下。

·倒茬轮作技术

合理轮作是通过肥(施用有机肥、肥田保水)、作(农作物调剂用水)、蓄(改善土壤条件，扩大蓄水量)、用(挖掘不同层次的有效水，加以利用)等途径来解决有限天然供水下的农业持续增产问题。在大多数情况下，适合当地的轮作能提高水分利用率。轮作倒茬种植结构根据作物种以及其生物学特性而制定，一般深根性作物与浅根性作物、禾类作物与豆、薯类作物搭配，轮作地一般都要加进经济作物，总产值也高(神华集团，2007)。

·微地貌与覆盖措施有机结合的土壤水利用技术

该技术能够改变土壤水流动系统特征，调控土壤水流动系统的上下边界条件，改善土壤浅部介质的渗透性与储水性，增加降水入渗，减少土面蒸发，从而使土地更有利于植被的生长。根据塌陷区的地貌类型及作物类型，研究区内可行的技术应为秸秆覆盖、沟播方式。

(3)大柳塔矿区周边地方煤矿地质环境保护治理

大柳塔矿区周边归属地方或个人的小型煤矿，无论是否存在越界开采，均使开采地的地质环境遭到较大破坏。产生的地面塌陷、地裂缝、煤矸石占地、水土环境污染等地质环境问题需要进行综合治理。该治理项目，技术上仍采用前述大柳塔矿区各种地质环境保护治理适用技术。关键在管理制度上存在的问题，建议采取以下措施:首先，坚持依法治理的原则，结合实际情况，制定相应的《大柳塔地方煤矿地质环境治理与保护条例》，对大柳塔地方煤矿地质环境治理的责任划分、治理目标、治理原则、指导思想、办理程序、奖惩兑现等具体事宜做出明确规定，从而将该区地方煤矿地质环境治理与保护纳入法制化、制度化的轨道，增加工作透明度，保证地质环境有序治理。

其次，在治理费用方面，主要采取收取地质环境治理保护费用的方式，按照制定的条例，对区内地方煤矿强制收取生态地质环境保护治理费用。依据“谁破坏、谁治理”的原则，将地质环境治理保护纳入煤炭生产成本，向造成地质环境破坏的煤炭企业收取一定比例的治理费用，并将耕地开垦费、耕地占用费等捆绑起来使用。

最后，要依法监督地质环境治理与保护条例的执行情况，加大执行力度，实行严格的目标责任制，使治理工作有组织、有计划地向前推进。

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