煤矿开采塌陷区土壤裂隙优先流对地表水土流失控制作用模拟研究

陕北煤矿区采动地裂缝对土壤抗蚀性的影响规律研究宋世杰;彭芮思;左靖;刘露;陈宝灯【期刊名称】《煤炭科学技术》【年(卷),期】2024(52)2【摘要】采动地裂缝作为黄河流域中游陕北煤矿区最突出且典型的采动损害问题,引发的水土流失效应已经不容忽视。

为了研究采动地裂缝发育对周边土壤抗蚀性的影响,以陕北煤矿区内宽度分别为0~10,10~20,20~30 cm的采动地裂缝为研究对象,采集周边水平距离80 cm以内,垂直深度40 cm以浅的土壤,测定了土壤水稳性团聚体、微团聚体、无机黏粒、有机黏粒、物理性质类等14个国内外学者普遍关注的用于量化表征土壤抗蚀性的指标,采用层次分析法、敏感性分析和因子分析相结合的方法甄选出陕北采动地裂缝发育区土壤抗蚀性的重要量化指标,构建了陕北采动地裂缝发育区土壤抗蚀性综合指数模型。

结果表明:①综合层次分析法、敏感性分析和因子分析,甄选确定>0.25 mm水稳性团聚体含量、平均重量直径、<0.001 mm细黏粒含量、土壤团聚度、土壤有机质含量5个指标作为量化表征陕北采动地裂缝发育区土壤抗蚀性的重要指标;②采动地裂缝会降低周围土壤的5个土壤抗蚀性重要指标,其中>0.25 mm水稳性团聚体含量变化最为明显;③根据土壤抗蚀性重要指标,基于因子分析原理构建了陕北采动地裂缝发育区土壤抗蚀性综合指数模型;④采动地裂缝会降低周围土壤的抗侵蚀综合能力,且该效应随着裂缝宽度的增大和水平距离的减小而增强,当距采动地裂缝的水平距离超过170 cm时,采动地裂缝对周围土壤抗侵蚀综合能力的负效应基本消失,其可作为陕北采动地裂缝发育区土壤侵蚀防控的关键区域。

研究结果可为黄河中游陕北矿区水土流失的精准防控提供科学依据。

【总页数】16页(P378-393)【作者】宋世杰;彭芮思;左靖;刘露;陈宝灯【作者单位】西安科技大学地质与环境学院;西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院;陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TD88【相关文献】1.黄土丘陵区柠条林地土壤抗蚀性规律研究2.花岗岩红壤区不同地类土壤抗蚀性分异规律研究3.陕北煤矿区采动地裂缝对土壤微生物和酶活性的影响4.黄河流域陕北煤矿区采动地裂缝对土壤可蚀性的影响5.黄土覆盖区采动地表裂缝对土壤水分扰动影响的模拟试验研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第52卷 第3期V ol. 52，No. 3May ，20152015年5月土 壤 学 报ACTA PEDOLOGICA SINICADOI：10.11766/trxb201409030446土壤裂隙及其优先流研究进展*张中彬　彭新华†（土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所），南京 210008）摘　要 土壤在干燥脱水的过程中易收缩产生裂隙。

裂隙的产生是土壤性质与外界条件等多种因素综合作用的结果，其形态结构也非常复杂，难以准确描述。

裂隙能够作为优先流的路径，增加农田水分和养分的流失以及地下水污染的风险。

本文总结和归纳了裂隙产生的影响因素、裂隙的表征指标与测定方法、裂隙导致的优先流的研究方法、裂隙对优先流的影响和模拟等方面的研究进展。

今后应进一步加强裂隙产生机理的全面深入的研究；构建和完善裂隙三维指标体系及其测定方法；推进裂隙导致的优先流的定量化和数学模拟研究；加大田间原位裂隙及其优先流的研究。

关键词 土壤裂隙；土壤收缩；土壤水；优先流中图分类号 S152.4 文献标识码 A随着全球气候的变化，区域性的干旱时常发生，给农业生产带来严重危害。

伴随着干旱的发生，土壤中水分不断减少，土壤颗粒会发生新的分离与结合，在土体的薄弱处会产生裂隙。

裂隙的产生与土壤自身的性质（有机质和黏土矿物含量等）和气候等外在条件密切相关。

裂隙产生会导致一些不良的后果，比如裂隙会增加土体的表面积，促使土壤水分通过裂隙的内表面迅速蒸发，加剧干旱的危害。

其次裂隙可能影响植物根系的分布和吸水过程，甚至造成根系生理损伤［1］。

再者裂隙在后来的灌溉或降雨过程中可作为优先流的路径，加速水分入渗，降低水肥的利用效率，增加地下水污染的风险［2］。

裂隙可加剧土壤侵蚀过程，导致土柱和土林等强侵蚀景观形成［3］。

因此研究裂隙及其优先流对节约农业用水、提高水分和肥料利用效率、减轻地下水污染、保护水土资源等均具有重要的指导意义。

本文主要介绍了裂隙产生的影响因素、裂隙的表征指标与测定方法、裂隙与优先流等方面的最新研究进展，并展望了未来裂隙及其优先流的研究重点。

矿区采煤塌陷地裂缝综合治理探究付小磊摘要：对于矿区开采形成的塌陷地裂缝，如果不及时治理，会对矿区的地表环境、植被等带来较为恶劣的影响。

基于此，作者结合多年来从事煤矿构造地质、瓦斯地质的研究工作以及实地勘察采煤造成的地表塌陷区和地裂缝发育区的经验，对地裂缝的成因及分级进行了分析，研究了地裂缝的危害，并给出了地裂缝综合治理的措施，希望可以为地裂缝研究提供参考。

关键词：采煤塌陷地裂缝；综合治理；措施引言随着我国工业化进程的加快，社会对于煤炭资源的需求逐渐增大。

随着煤炭资源的大规模开采，很多矿区的地质环境遭到了破坏，其中塌陷地裂缝是最常见也是危害最大的问题。

我国很多矿区塌陷、地裂缝严重，阻碍了矿区的可持续发展。

因此，为了保护矿区环境，促进采煤行业可持续发展，保障矿区经济利益，相关部门必须对采煤塌陷地裂缝问题加以重视，并研究出合理、可行的治理方案。

1地裂缝的成因及分级1.1成因矿区采煤塌陷地裂缝灾害主要由人类采矿工程活动引发，地裂缝往往会伴随采煤塌陷出现，地裂缝主要受采煤区巷道方位、采煤区范围、上覆岩土体的工程特性影响，煤矿开采的实际情况不同，地裂缝的空间分布范围和发展方向也各不相同。

地下煤层被开采出来之后，会打破其周围的受力平衡状态，采空区的顶板岩层失去支撑，在自身作用和其上覆岩层的压力下会逐渐向下弯曲和沉降，最终导致顶板发生断裂，此时在地表上就会有所显现，会造成地表土和地面发生下沉和变形，并在采空区形成裂缝带、沉降带等影响带，当煤矿开采扩大到一定程度时，会形成一个远远大于采空区的塌陷盆地，并在地表形成带状突起，形成地裂缝等灾害。

地裂缝是地表岩土体在自然因素和人为因素的作用下，产生开裂并在地面形成一定长度和宽度裂缝的现象，是一种缓慢发展的渐进性地质灾害。

1.2分级煤矿开采形成的地裂缝一般会沿着采空区开裂，其走向与煤炭开采方向基本一致。

地裂缝会呈现出折线、弧形、锯齿形等不同形态，大部分地裂缝发育在山顶和山坡，与斜坡走向基本平行。

老空区下煤炭资源开采覆岩导水裂隙发育规律数值模拟【摘要】本文主要研究了老空区下煤炭资源开采对覆岩导水裂隙的影响以及覆岩导水裂隙发育规律。

通过数值模拟方法，分析了覆岩导水裂隙的发育规律，并对模拟结果进行了详细的分析和验证。

研究结果表明，煤炭资源开采会加剧覆岩导水裂隙的发育，进而影响地下水的流动和矿区的稳定。

结论部分对研究结果进行了总结分析，并展望了未来的研究方向。

本研究对煤炭资源开采在老空区下的影响具有一定的理论和实践意义，为进一步完善矿区开采管理策略提供了参考依据。

【关键词】煤炭资源开采, 覆岩导水裂隙, 发育规律, 数值模拟, 结果分析, 验证, 总结分析, 展望未来研究方向1. 引言1.1 背景介绍老空区下煤炭资源开采覆岩导水裂隙是煤矿开采过程中必须面对的重要问题之一。

随着煤炭开采的不断深入和扩大规模，覆岩导水裂隙的发育程度和影响程度也越来越受到矿山公司和科研机构的关注。

覆岩导水裂隙的产生与煤炭开采活动密切相关，其发育规律直接影响着矿井的安全生产和资源开采效率。

研究覆岩导水裂隙的发育规律对于有效的预防和控制煤矿涌水、冒顶等地质灾害具有重要意义。

通过对覆岩导水裂隙的形成机制、演化规律及其对矿井的影响进行深入的研究，可以为煤炭资源开采提供科学的技术支持和依据。

本研究旨在通过数值模拟的方法，探讨煤炭资源开采对覆岩导水裂隙的影响，分析覆岩导水裂隙的发育规律，并通过模拟结果验证研究成果，为煤炭开采过程中的覆岩导水问题提供有效的解决方案和技术支持。

1.2 研究意义覆岩导水裂隙是指在煤炭开采过程中，由于采空区下岩层破裂导致的裂隙。

这些裂隙对煤矿地下水系统的稳定性和煤炭开采安全性具有重要影响。

深入研究覆岩导水裂隙的发育规律对于指导煤炭资源开采、预防矿井涌水和地质灾害具有重要意义。

研究覆岩导水裂隙的发育规律可以为矿山设计提供科学依据。

了解裂隙的分布特征、规模大小以及发育趋势，可以为地质勘探和矿山开采提供有效的参考，减少矿山开采过程中的安全隐患。

老空区下煤炭资源开采覆岩导水裂隙发育规律数值模拟随着我国经济的不断发展，对煤炭资源的需求也在不断增加，煤炭资源的开采已经成为我国能源产业的重要组成部分。

而煤炭资源开采过程中，对煤层覆岩的稳定性以及裂隙水文地质的研究尤为重要。

老空区是煤炭资源开采中常见的地质问题之一，其覆岩导水裂隙发育规律对煤炭资源的开采具有重要意义。

为了深入了解老空区下煤炭资源开采覆岩导水裂隙发育规律，进行数值模拟研究十分必要。

1.1 老空区概述老空区是煤炭资源开采中的地质现象，指在煤炭资源开采过程中，上方的岩层发生塌陷，从而形成上方的龙门倾斜。

老空区是煤矿开采中非常普遍的地质灾害，对煤矿的生产和安全产生了严重的影响。

对老空区的深入研究是十分必要的。

1.2 覆岩导水裂隙发育规律在煤炭资源开采过程中，覆岩层是一个重要的地质要素。

煤层开采过程中，覆岩层的稳定性直接影响煤矿的安全生产。

覆岩层中的裂隙对水文地质的影响也是不容忽视的。

裂隙的发育会导致水文地质条件的变化，从而影响煤炭资源开采的正常进行。

1.3 数值模拟研究的意义数值模拟是一种重要的研究方法，可以通过模拟实验来深入了解地质现象的规律性。

通过数值模拟研究老空区下煤炭资源开采覆岩导水裂隙发育规律，有助于科学预测老空区的形成、演化过程以及覆岩层裂隙发育的规律，并为煤炭资源的开采提供理论依据和技术支撑。

二、数值模拟方法2.1 建立数值模型我们需要建立老空区下煤炭资源开采的数值模型。

该模型应该包括煤炭资源的地质特征、覆盖层的结构和裂隙发育情况等。

通过对煤层和覆盖层的地质构造参数和裂隙参数进行精确的描述和建模，从而确保模拟结果的准确性和可靠性。

2.2 数值模拟方法在建立模型的基础上，我们可以通过有限元分析、离散元方法等数值模拟方法来进行研究。

通过数值模拟方法，我们可以模拟老空区下煤炭资源开采过程中覆岩层的变形和裂隙发育情况，进而得出一些规律性的结论。

2.3 模拟结果验证模拟结果的验证是数值模拟研究中的重要环节。

煤矿开采对地表地质条件的影响及评估方法探讨煤矿开采是我国能源产业的重要组成部分，但同时也对地表地质条件产生了一系列的影响。

本文将探讨煤矿开采对地表地质条件的影响，并介绍评估方法，以期为煤矿开采的可持续发展提供参考。

一、地表地质条件的影响1. 地表沉降煤矿开采会引起地下矿井的塌陷，进而导致地表沉降。

地表沉降的程度与开采方法、煤矿规模以及地质条件等因素有关。

沉降不仅会对地表建筑物造成损害，还可能导致地下水位变化和地表地貌变化，对生态环境产生不可逆转的影响。

2. 地表裂缝煤矿开采过程中，地下矿井的塌陷会引起地表的裂缝。

这些裂缝不仅会对地下水系统产生影响，还会对地表建筑物的稳定性造成威胁。

因此，煤矿开采对地表地质条件的评估必须充分考虑地表裂缝的形成和发展。

3. 地表水资源煤矿开采会对地下水系统产生直接或间接的影响。

直接影响是指煤矿开采过程中，地下水被抽取或排放，导致地下水位下降或水质变化。

间接影响是指地表沉降和裂缝引起的地下水流动路径改变，进而影响地表水资源的补给和排泄。

二、评估方法的探讨1. 地质勘探地质勘探是评估煤矿开采对地表地质条件影响的基础。

通过地质勘探，可以获取煤矿地质条件、地下水位、地下水流动路径等信息，为评估提供依据。

2. 数值模拟数值模拟是评估煤矿开采对地表地质条件影响的重要方法。

通过建立地下水流动、地表沉降和地表裂缝等数学模型，可以模拟煤矿开采对地表地质条件的影响程度和范围。

数值模拟可以帮助预测地表沉降量、裂缝发展情况等，为煤矿开采的规划和管理提供科学依据。

3. 监测与评估监测与评估是评估煤矿开采对地表地质条件影响的直接手段。

通过设置监测点，对地表沉降、地表裂缝、地下水位等进行实时监测，可以及时发现和评估煤矿开采对地表地质条件的影响。

同时，监测数据也可以用于验证数值模拟结果的准确性。

三、可持续发展的探索为了实现煤矿开采的可持续发展，除了评估煤矿开采对地表地质条件的影响外，还应采取一系列的措施来减轻这些影响。

老空区下煤炭资源开采覆岩导水裂隙发育规律数值模拟随着煤炭资源的日益枯竭和国家对于清洁能源的推广，老空区煤炭资源的开采成为当前工业化进程中的一个重要课题。

煤矿开采中许多问题都是由于煤层下方的岩石结构和水文地质情况所引起的。

为了更加准确地掌握老空区煤炭资源开采时岩石的裂隙发育规律，需要进行数值模拟研究。

老空区煤炭资源开采时，覆岩的质量和稳定性是决定煤炭开采安全的重要因素之一。

覆岩的不稳定性是由于裂隙的发育所致。

煤层下覆岩层破碎程度和裂隙发育情况对矿井地面沉降、地表塌陷和区域地面断裂等造成的影响非常明显。

所以，准确地预测和分析覆岩层的裂隙发育规律对于煤炭开采的安全具有非常重要的意义。

老空区煤炭资源开采过程中，裂隙发育如何暴露受到许多因素的影响：首先，煤炭开采过程中应用的矿井排水系统会使水位下降，进而引起压水。

另外，由于地表地质结构的复杂性以及深部动力学过程的复杂性，裂隙分布也与地表地质构造和深部应力场有关。

因此，裂隙发育具有很强的复杂性。

据此，本文利用有限元数值模拟方法，进行煤炭资源开采覆岩的裂隙发育规律数值模拟。

在数值模拟中，采用均匀有限元法，采用ADOQ(Adaptive Degree of Quadratic)方法对工程中增补的质量能量方程加以处理，得到了覆岩裂隙发育的数值模拟解。

通过数值模拟，已经获得了一些有关煤炭资源开采覆岩的裂隙发育规律。

具体来讲，本文发现在煤炭开采过程中，岩石裂隙发育程度与煤厚、煤品质、地顶岩性、地下水级、熔岩流和断层等因素均有关。

另外，通过数值模拟发现，煤炭开采过程中，裂隙发育是一个动态的过程，与采煤速度和采煤方法有关。

在装甲煤采区，采煤极限采高为4.3m，因此裂隙行为表现为一系列竖向开裂，而不是水平裂缝破裂，这样会导致采煤安全隐患增加。

总的来说，数值模拟研究对于煤炭资源开采覆岩的裂隙发育规律的研究，具有很大的理论价值和实用意义。

未来应继续深化数值模拟研究，并以其研究成果为基础，提出保护煤层安全和开采煤炭资源的科学方法和技术手段。

煤矿采空沉陷影响区的水土保持措施贾芳;张治国【摘要】煤炭开采造成了大面积的采空区，极易引起地表沉陷，从而造成水土流失及地质灾害。

在探讨采空沉陷影响区面积预测方法的基础上，提出了采空沉陷影响区的水土保持措施。

【期刊名称】《山西水土保持科技》【年(卷),期】2012(000)004【总页数】2页(P43-44)【关键词】采空区;采空沉陷影响区;煤炭开采;水土保持措施【作者】贾芳;张治国【作者单位】山西省水土保持科学研究所;山西省水土保持科学研究所【正文语种】中文【中图分类】S157山西是一个煤炭资源大省，丰富的煤炭资源开采在带动地方经济快速发展的同时，也带来了地表沉陷、水资源破坏、水土流失及植被破坏等生态环境恶化问题。

据统计，山西因采煤形成的采空区现已达到2万km2，相当于全省国土面积的1/8。

采空造成的地面裂缝、变形、沉陷等，不仅造成部分农田毁坏，降低了土壤的蓄水保墒能力，而且导致植被生长环境变差、植被覆盖率降低，生态环境进一步恶化，更重要的是造成了铁路、公路等建筑物的破坏，严重地影响着人们的正常生产与生活。

因此，科学地对煤矿开采造成的采空区及其沉陷影响区范围进行预测，提出较为可行的水土保持生态修复措施，显得十分必要。

1 采空沉陷影响区范围预测由于煤炭开采形成采空区，容易发生沉陷，可能导致地下水位下降、地表下垫面条件的变化，从而使地表植物的生长受到影响，恶化生态环境。

因此，对采空沉陷区进行预测，是十分必要的。

采空沉陷后，还将对沉陷周边产生影响，所以，对采空沉陷区进行预测，还包括沉陷影响范围的预测。

一般整合煤矿采空沉陷影响区包括两部分:一是整合前已形成的采空沉陷影响区，二是整合后首采区或首采工作面形成的采空沉陷影响区。

由于采空沉陷，造成的水土流失主要表现在采空沉陷造成的裂缝、塌陷等地表变形，在预测采空沉陷范围时，主要应考虑煤层上覆岩层的岩性、厚度及岩层的移动倾角、回采系数等影响因素。

1.1 已有采空沉陷影响区面积预测首先根据井田开拓方式图，确定采空区范围。

第36卷第3期 2017年6月河南理工大学学报（自然科学版）JOURNAL OF HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE)Vol. 36 No. 3Jun.2017聂小军，吕洋，刘昌华，等.土地利用与裂缝对采煤沉陷土壤养分的影响[J].河南理工大学学报（自然科学版），2017,36 (3)：073-078. do i：10. 16186/j. cnki.2017. 03. 012NIE X J, LYU Y, LIU C H, et al. Impacts of land-use and ground fissure on soil nutrients in coal-mining subsidence landscapes [J ] . Journal of Henan Polytechnic University ( Natural Science) ,2017,36(3) ：073-078. doi ：10. 16186/j. cnki. 2017. 03. 012土地利用与裂缝对采煤沉陷土壤养分的影响聂小军，吕洋，刘昌华，于吉涛，王世东(河南理工大学测绘与国土信息工程学院，河南焦作454000)摘要：为更好地理解矿区土壤退化机理，选择焦作采煤沉陷区4种代表性土壤景观即有裂缝耕地、无裂缝耕地、有裂缝林地、无裂缝林地，评价土地利用与裂缝对沉陷土壤养分的影响。

沉陷区耕地与林地2种利用方式中土壤有机碳（S0C)、全氮（T N)、全磷（T P)含量差异不显著>0.05)，但裂缝有无对这3个养分参数影响显著<0.05) ;土地利用方式（耕地、林地）与裂缝因素（裂缝有无）之间的交互作用对S0C含量影响显著（尸<0.05)。

沉陷区S0C，T N，T P含量均表现为：无裂缝的林地与耕地 > 有裂缝的林地与耕地<0. 05)。

与对照区相比，4种景观的S0C含量均显著下降<0. 05)，T N，T P仅在有裂缝的耕地与林地显著降低<0. 05)。

《基于MCR模型的采煤沉陷区生态修复优先级分析》一、引言随着煤炭资源的开采利用，采煤沉陷区问题日益突出，对生态环境和人类生活产生了严重影响。

生态修复作为解决这一问题的有效途径，其优先级分析显得尤为重要。

本文以MCR（多准则决策分析）模型为基础，对采煤沉陷区生态修复的优先级进行分析，以期为相关决策提供科学依据。

二、研究区域与数据准备本研究选取了某地区的采煤沉陷区作为研究对象，收集了该区域的地质、地貌、气候、植被、土壤等相关数据。

同时，根据生态修复的目标和原则，确定了评价指标体系，包括土壤质量、植被覆盖、水体质量、地形地貌等。

三、MCR模型应用MCR模型是一种多准则决策分析方法，可以综合考虑多个因素对决策的影响。

在采煤沉陷区生态修复优先级分析中，MCR模型通过建立评价指标体系，对各评价指标进行量化评分，然后根据权重系数进行综合评价，得出各区域的生态修复优先级。

四、沉陷区生态修复优先级分析1. 土壤质量评价：通过对土壤的pH值、有机质含量、养分含量等指标进行检测和评价，发现沉陷区土壤质量普遍较差，需要进行土壤改良和植被恢复。

2. 植被覆盖评价：沉陷区植被覆盖率较低，植被种类单一，需要进行植被恢复和多样性提升。

3. 水体质量评价：沉陷区水体污染严重，需要进行水体净化和水生态修复。

4. 地形地貌评价：沉陷区地形地貌破坏严重，需要进行地形地貌的恢复和整治。

根据MCR模型，综合考虑了土壤质量、植被覆盖、水体质量、地形地貌等多个因素，可以得出各区域的生态修复优先级。

五、生态修复优先级综合分析基于MCR模型的综合评价结果，可以对采煤沉陷区的生态修复优先级进行如下分析：1. 优先级高的区域：这些区域通常土壤质量较差，植被覆盖较低，水体污染严重，地形地貌破坏明显。

在这些区域，应优先进行土壤改良和植被恢复，同时进行水体净化和生态修复，以及地形地貌的恢复和整治。

这些措施可以有效地改善区域生态环境，提高生态修复的效果。

2. 优先级中等的区域：这些区域可能存在一定程度的土壤和水体污染，植被覆盖有所改善，但仍然需要进一步提升。