铜川矿区地质环境保护规划及关键技术研究

一、煤炭赋存的地质环境状况

1.地质概况

地质学中的鄂尔多斯盆地是指中朝板块西部连片分布中生界(特别是二叠系和侏罗系)的广阔范围。长期以来，地质工作者把它看作是一个独立的、自成体系的中生代沉积盆地。本书所研究的鄂尔多斯能源基地的范围与地质学中的鄂尔多斯盆地范围基本一致，大致在北纬34°～41°20'，东经105°30'～111°30'。具体的地理边界为东起吕梁山，西抵桌子山、贺兰山、六盘山一线。南到秦岭北坡，北达阴山南麓，跨陕西、甘肃、宁夏、内蒙古、山西5省(区)。面积约40万km2。

鄂尔多斯盆地是一个不稳定的克拉通内部盆地，盆地基底形成后，在其后的盖层发展演化过程中，先后经历了坳拉槽—克拉通坳陷(内部和周边)—板内多旋回的陆相盆地及其前渊—周边断陷等盆地原型的多次演化，现在的鄂尔多斯盆地是上述若干个盆地原型的叠加(孙肇才等，1990)。从中生界开始，基底地层对于盖层的影响就已经很不明显，并且表层褶皱在盆地内部也极不发育。所以盆地内中生界以上的地层产状大都比较平缓，断裂和裂隙比较少。

鄂尔多斯盆地的基底岩系分为两类，一类是由变粒岩岩相(麻粒岩、浅粒岩、混合花岗岩及片麻状花岗岩等)组成的太古宇另一类是由绿岩岩相组成为主(绿片岩、千枚岩、大理岩和变质伪火山岩)的中古元古界。基底岩系之上的沉积盖层年代自中元古界至第三系(古、新近系)，累积最大厚度超过10000m。其中，中古元古代在全盆地范围内沉积了厚达1500m的长城系石英砂岩和蓟县系合叠层石的硅质灰岩。早古生代在盆地中部沉积了400～700m的碳酸岩海相沉积，在南缘和西缘同期沉积达4500m。晚石炭至早二叠世早期，在本区形成了一个统一的以煤系地层为特征的滨海相沉积，沉积厚度为150～530m。晚三叠世盆地范围内部形成内陆差异沉降盆地，包括了5个明显的陆相碎屑岩沉积旋回，即晚三叠世延长组，早中侏罗世延安组、中侏罗世直罗-安定组、早白垩世志丹群下部及上部(孙肇才，1990)。早白垩世末期的燕山中期运动，导致本区同中国东部滨太平洋区一起，在晚白垩世至第三纪(古、新近系)期间，作为一个统一的受力单元，在开阔褶皱基础上发生大面积垂直隆起。就在这个隆起背景上，形成了环鄂尔多斯中生代盆地的以汾、渭、银川和河套为代表的新生代地堑系，并在其中沉积了厚达数千米至万米的以新第三系(新近系)为主的地堑型沉积。而盆地中心部位的晚白垩世至第三纪(古、新近纪)地层大面积缺失。

第四纪以来，鄂尔多斯盆地中南部大部分地区沉积了大厚度的黄土而其北部却由于隆起剥蚀而没有黄土沉积。

鄂尔多斯盆地南部大部分为黄土高原。黄土高原的地形外貌在很大程度上受古地貌的控制。基底平坦而未受流水切割的部分为黄土塬，而受到较强侵蚀的塬地则变为破碎塬。在陕北的南部和甘肃陇东地区的塬地保存较完好，如著名的洛川塬和董志塬。在流水和重力作用下，黄土地层连同基底遭到严重切割的地貌成为黄土梁和峁。另外，由于流水侵蚀还可形成狭窄的黄土冲沟和宽浅的黄土涧地，使梁峁起伏，沟壑纵横，地形支离破碎，是人为活动频繁、植被破坏与水土流失最为严重的地区。

鄂尔多斯北部隆起的高平原地区由于气候干旱，长期受风力侵蚀，形成众多的新月形流动沙丘和半固定、固定沙地。北部有库布齐沙漠，南部有毛乌素沙地，东部为黄土丘陵。库布齐沙漠为延伸在黄河南岸的东西带状沙漠，大部分流动和半流动沙丘边沿水分较好。毛乌素沙地多为固定和半固定沙丘，水分条件较好，形成了沙丘间灌草地。

2.煤炭赋存的地质环境

鄂尔多斯盆地煤炭资源丰富，已探明储量近4000亿t，占全国总储量的39%。含煤地层包括石炭系、二叠系、三叠系和中下侏罗统的延安组。

(1)侏罗纪煤田

含煤岩系为下中侏罗统的延安组，由砂、泥岩类及煤层组成，其中泥岩、粉砂岩约占70%左右，透水性弱，其上覆直罗组、下伏富县组均为弱透水岩层。侏罗纪地层中地下水的补给、径流条件差，以风化裂隙为主，构造裂隙不很发育，风化带深度约40～60m，风化带以下岩层的富水性很快衰减。矿井涌水量在一定深度后不仅不再随开采深度的增加而增大，而且会减少，风化带以下地下水径流滞缓，水质很差，矿化度高。矿床水文地质类型一般属水文地质条件简单的裂隙充水型。但在有第四系松散砂层(萨拉乌苏组)广泛分布及烧变岩分布区，水文地质条件往往变得比较复杂，特别在开采浅部煤层时、可能形成比较严重的水文地质和地质环境问题。按照矿井充水强度及水文地质条件的差异，可将侏罗纪煤田划分为4个水文地质分区:①黄土高原梁峁区。主要分布于盆地北部。区内地形切割强烈，上部无松散岩层覆盖或砂层巢零星分布，降水量少而集中，不利于地下水的补给与汇集，岩层富水微弱，矿床充水以大气降水为主，矿井涌水量很小，矿床水文地质条件简单。②烧变岩分布区。沿主要煤层走向呈带状分布，深度一般在60m以浅，宽度受煤层层数、间距、倾角、地形等因素控制。岩层空隙发育，透水性能好，其富水性取决于补给面积和含水层被沟谷切割程度，当分布面积较大或上覆有较广泛的第四纪砂层时，富水性较强，对浅部煤层开采有影响，也常是当地重要的供水水源。③第四系砂层覆盖区。砂层出露于地面且广泛覆盖于煤系之上，厚度数米至数十米，甚至更厚。区内大气降水虽然较少，但砂层的入渗条件很好，可以在大范围内获得大气降水的就近渗入补给，然后汇集到砂层厚度较大且古地形低洼处，以泉或蒸发的形式排泄，在矿井开采浅部煤层时常是最主要的充水水源，可能出现涌水、涌砂问题。该区浅部煤层开采矿床水文地质条件中等至复杂居多。砂层水和烧变岩水往往有密切的水力联系，赋存有宝贵的水资源，但不适当的采煤和采水都可以导致大面积补给区的破坏和水质的污染及生态环境的恶化。因此，在煤田开发中应将采煤、保水和生态环境的保护作为一项系统工程统一规划。④一般地区。不用上述3个水文地质分区的其他地区。该区煤系地层地下水的补给条件不好，含水微弱，矿床水文地质条件属简单，少数中等，矿井涌水量多数为每小时1m3至数十立方米。

(2)陕北三叠纪煤田

该煤田位于盆地中部的黄土梁峁地区。地下水在黄土梁区接受大气降水的少量补给，在沟谷中排泄，径流浅，水量小，岩层富水性弱，风化带以下岩层富水性更弱，矿化度很高，水文地质条件多为简单，属裂隙充水矿床。

(3)石炭、二叠纪煤田

分布于盆地东、南、西部盆缘地区的石炭二叠纪煤田，煤系基底为奥陶、寒武系灰岩，是区域性的强含水层，煤系本身含水比较微弱，属裂隙-喀斯特充水矿床。其矿床水文地质条件的复杂程度，取决于煤系基底灰岩水是否成为向矿井充水的水源及其充水途径和方式。现分区叙述如下:①东部地区。包括准格尔煤田和河东煤田。煤系下伏灰岩强含水层的地下水位埋藏很深，常在许多矿区的可采煤层之下，煤系地层含水微弱，矿床水文地质条件简单，奥陶系灰岩水为矿区的主要供水水源。从长远看，当煤层开采延伸到奥陶系灰岩水位以下时，灰岩水将威胁到下部煤层的开采。②南部渭北煤田。奥灰水地下水位标高为380m左右，而煤层赋存标高从东至西逐渐始升。如在东部太原组煤层的开采普遍受到奥灰水的威胁，而西部铜川矿区的多数煤层则均赋存在灰岩地下水位以上。在渭北煤田，由于奥灰与煤系的接触关系为缓角度不整合，使得不同地区煤系下伏的灰岩岩性和富水性不同，形成不同的水文地质条件分区。380m水位标高以上的煤层，其矿床水文地质条件多为简单至中等，而380m水位标高以下的煤层，水文地质条件属中等至复杂。奥陶系、寒武系灰岩沿煤田南部边缘有部分山露或隐伏于第四系之下，接受大气降水直接或间接补给，灰岩和强径流带也沿煤田的南部边缘分布于浅部地区。故开采浅部煤层时，矿井涌水量大，开采深部煤层时突水的可能性增大，但水量则有可能减少。在韩城矿区北部，黄河水与灰岩水之间有一定的水力联系。灰岩水是当地工农业的最主要水源、要考虑矿坑水的综合利用和排供结合。③西部地区。煤系与奥陶系灰岩之间有厚度较大的羊虎沟组弱含水层存在，奥灰水不能进入矿井，煤系含水比较微弱，矿床水文地质条件多属以裂隙充水为主的简单至中等类型(王双明，1996)。

二、煤炭开发过程中的地质环境状况变化

煤炭开发引起的地质环境问题受矿山所处的自然地理环境、地形地貌、地层构造、水文气象、植被，以及矿产工业类型、开发方式等经济活动特征等因素的影响。目前鄂尔多斯盆地煤矿地质环境问题十分严重。地下开采和露天开采对矿区地质环境影响方式和程度不同。该区煤矿以地下开采为主，其产量约占煤炭产量的96%。尤以地下采煤导致的地质环境问题最为严重，主要地质环境问题以煤矿业导致的地质环境问题结果作为分类的主要原则，可以分为资源毁损、地质灾害和环境污染三大类型及众多的表现形式(表3-2)(徐友宁，2006)。

根据总结资料与实地调查，结合重点区大柳塔矿区及铜川矿区实际情况，我们重点介绍以下5个突出的地质环境问题:①地面塌陷及地裂缝②煤矸石压占土地及污染水土环境③地下水系统破坏及污染④水土流失与土地沙化⑤资源枯竭型矿业城市环境恶化。

1.地面塌陷与地裂缝

地下开采形成的地面塌陷、地裂缝造成耕地破坏，公路塌陷，铁轨扭曲，建筑物裂缝，以及洼地积水沿裂隙下渗引发矿井透水等事故。在干旱地区由于地表水系受到破坏，导致矿区生产、生活，以及农业用水发生困难。同时，还可诱发山地开裂形成滑坡。

表3-2 煤炭开采的主要地质环境问题

地面塌陷和地裂缝在大中型地下开采的煤矿区最为普遍，灾害也最为严重。如甘肃的华亭煤矿，宁夏的石嘴山、石炭井煤矿和陕西的渭北韩城—铜川，以及神府—东胜煤田矿区。

由于黄土高原人口密集，地面塌陷对土地的破坏主要是对农田的破坏。陕西渭北地区的铜川、韩城、蒲白、澄合等矿务局各矿区位于黄土台塬，该区是陕西渭北优质农业产区和我国优质苹果生产基地，这些国有大中型老煤矿区几十年地下开采导致了地面塌陷、地裂缝，以及山体开裂，成为西北地区煤矿开发对农业生产破坏最为严重地区之一。陕西省采空区地面塌陷总面积约110km2，主要分布于渭北及陕北煤矿区。不完全累计，1999年底，铜川矿区地面塌陷63.82km2，占到全省地面塌陷区55.38%，其中80%为耕地。煤矿区的地面塌陷最为严重，这是因为煤层厚度较金属矿体要大，过采区的空间较金属及其他非金属矿山要大得多，且上覆岩层多为松软的页岩、粉砂岩及泥质岩层。煤矿地表塌陷和地裂缝的范围及深度与采煤方法、工作面开采面积、采区回采率，以及煤层产状等多种因素有关。一般而言，埋深愈浅，开采面积越大，地面塌陷、裂缝范围及深度也越大。榆林神府矿区大砭窑煤矿开采5#煤层，煤层4～6m，埋深90～100m，1992年5月5日，矿井上方发生地面塌陷12000m2，陷落深度0.7m。宁夏石嘴山市石嘴山煤矿开采面积5.15km2，而塌陷面积已达6.97km2，是其开采面积的135%，形成深达8～20m地表塌陷凹地，部分地段的裂缝宽达1m。矿区铁路运输基地高出塌陷区10～20m，使得矿山企业每年用于铁路垫路费高达100万元，穿越矿区的109国道被迫改道。

陕西省煤矿采空区地面塌陷总面积约110km2(表3-3)，主要分布于渭北及陕北煤矿区。其中铜川市老矿区因开采较早，地面塌陷比较严重，到1999年底，不完全统计其地面塌陷63.82km2，占到全省地面塌陷区55.38%，其中80%为耕地。而神木县近几年煤矿开发力度不断增大，加之煤层埋藏较浅，地面塌陷程度增大，截至2001年，该县乡镇煤矿造成地面塌陷达5.32km2。

表3-3 鄂尔多斯能源基地陕西境内煤矿区地面塌陷

(据西北地矿所)

陕西省渭北煤田的铜川、黄陵、合阳、白水、韩城各矿区、陕北神府煤田的大柳塔、大砭窑、洋桃瑁、沙川沟、刘占沟、新民矿等矿区，均出现有不同程度的地面塌陷、地裂缝及山体滑坡，造成大面积的农田被毁、房屋开裂、铁轨扭曲、公路塌陷、矿井涌水等。2001年7月，特大暴雨使黄陵店头陕煤建五处矿区仓村三组的1.2hm2耕地发生地面塌陷、地裂缝，地裂缝最宽可达15m，塌陷落差达7.45m，60%耕地已无法复垦，农田搁荒，预计经济损失达270万元。铜川煤矿区地裂缝5400余条，以王石凹煤矿为例，在1∶5000的地形图上填绘的裂缝就有70多条，总长度近7000余米。神府矿区大柳塔矿201工作面煤层埋藏浅，1995年7月10日开始回采，放顶后地表形成裂缝，实测裂缝区面积为5742.5m2。第一期开采计划完成后，预计未来大柳塔矿采空区总面积5.8hm2，可能发生地裂缝区域总面积约5.45hm2。裂缝区与采空区面积之比为0.94。目前塌陷面积达到7.7km2。20世纪90年代，甘肃窑街矿区矿井地面占地598.1hm2。地面塌陷20处共计443.54hm2，地面塌陷面积比80年代扩大了48.4%，每年以14.47hm2的速度扩大，10年间因塌陷引起的特大型山体滑坡等灾难性地质事故数起。80年代造成水土流失面积449～550hm2，90年代达到663～720hm2。

2.煤矸石压占土地及污染水土环境

煤矸石是采煤和选煤过程中的废弃物，通常占煤矿产量的12%～20%，是煤矿最大的固体废弃物之一，其堆积会压占土地植被。陕西黄陵店头地处黄土高原地带，小流域地区的森林植被良好，但是部分煤矿排放的煤矸石堆积在山坡上，压占了生长良好的杂木林。陕西韩城下峪口黄河滩地湿地芦苇茂密，生态环境良好，但是下峪口煤矿排放煤矸石填滩造地，却压占并破坏了黄河湿地生态资源与环境，应引起有关部门的高度重视。煤炭资源大面积连续开采，造成了难以恢复的地下水破坏，同时导致地表河流流量锐减，生态环境破坏。1997年以来，陕西神府煤田开发区已有包括窟野河在内的许多河流出现断流。

煤矸石堆积长期占压土地。截至2000年，铜川矿务局下属12个矿山，煤矸石累计堆存量1264.99万t，大小矸石山150余处，其中100万t以上的矸石山35处，矸石压占2.37km2。

堆积的矸石山易发生自燃，产生大量硫化氢等有害气体，对周边村民身体健康产生很大危害。据有关资料，每平方米矸石山自燃一昼夜可排放CO10.8kg，SO26.5kg，H2S和NO22kg等。依据国家卫生标准规定，居民区大气环境中有害物质的最高允许浓度SO2日均浓度为0.15mg/m3、H2S为0.01mg/m3，显然，煤矸石自燃区的大气环境污染超过了国家标准，必然危害居民身体健康。

陕西铜川矿务局下属共有13个矿井，其中6个矿井煤矸石堆存在自燃(图3-2)，矸石山周围SO2，TSP，苯并芘等都严重超标，据有关资料在自燃矸石山周围工作过5年以上的职工患有不同程度的肺气肿。陕西韩城桑树坪矿矸石山自燃造成空气中SO2和CO2严重超标，其中SO2浓度平均超标16倍，CO2浓度平均超标20倍。在这种空气环境下，甚至发生了工人昏倒在排矸场的现象。

图3-2 铜川矿务局王石凹煤矿正在冒烟的矸石山

煤矸石不仅造成大气污染，矸石山淋滤水还会造成临近地表水源、地下水，以及矸石山下伏土壤的污染。本次调查在铜川矿务局金华山煤矿采集的矸石山淋滤水样，颜色发黑，经检测发现是酸性水，pH值为2.82，COD为812.5mg/L，悬浮物含量128.0mg/L，重金属含量汞、镉、铜、镍、锌、锰均超标在三里洞煤矿采集的矸石山淋滤水pH值为1.77，COD为621.6mg/L，TDS含量达160.658g/L，水化学类型为Mg·SO4型这些矸石山淋滤水流入地表水体或渗入土壤，都会造成一定程度的污染。

3.地下水系统破坏及污染

鄂尔多斯能源基地煤炭开采区大多为严重缺水地区。矿井疏干排水造成地下水均衡系统的破坏，地下水位下降，水量减少。煤矿酸性及高矿化度井水造成地下水污染，加剧了水资源危机。煤炭资源大面积连续开采，造成了难以恢复的地下水破坏，同时导致地表河流流量锐减，生态环境破坏。1997年以来，陕西神府煤田开发区的不少河流断流，如2000年窟野河断流75d，2001年断流106d。由于煤矿采空区裂缝遍布，最宽达2m多，局部地区地面下降2～3m，导致原流量达7344m3/d的双沟河已完全干涸，400多亩水田变为旱地，杨树等植被大片枯死。

陕西渭北铜川、蒲白、澄合和韩城等煤矿是矿井突水主要发生地，素有渭北“黑腰带”之称的铜川、蒲白、澄合、韩城四大煤矿区又是高瓦斯矿区，1975年5月11日，铜川矿务局焦坪煤矿前卫矿井发生重大瓦斯煤尘爆炸事故，死亡101人，受伤15人，全井造成严重破坏。2001年4月，铜川、韩城两起瓦斯爆炸造成86人死亡的重大恶性事故，社会影响极坏。

陕西省的矿井突水主要发生在渭北铜川、蒲白、澄合和韩城等煤矿区。1989年，上述4个矿务局27个煤矿31处自然矿井，受地下水威胁的矿井占32.3%。据不完全统计共计发生矿坑突水36次，其中1975～1982年该区发生奥灰岩土石事故29次，占其矿井突水事故地80.56%。该区矿井下水灾主要来源于奥灰岩岩溶水和古窑采空区积水。1960年1月19日，铜川矿务局李家塔煤矿发生老窑突水53476m3，淹没巷道18条，总长1880m，直接经济损失7142元，死亡14人。20世纪60年代以前，该区带主要矿井巷道还位于+380m水平面上，70年代后，蒲白、韩城、澄合等新建矿区部分开拓巷道位于+380m水平面之下。1974年以后，象山、马沟渠、桑树坪、董家河、权家河、二矿、马村矿相继发生奥灰岩突水事故29次，淹没巷道万余米，致被迫停产，重掘巷道的巨大损失，直接经济损失近2000万元。

宁夏石嘴山煤矿区因地面塌陷，地裂缝交错，地面低凹积水，地表水沿裂隙进入地下巷道，使矿区多次发生突水事件，造成人员伤亡和巨大的经济损失(表3-4)。

表3-4 宁夏石嘴山煤矿矿井突水一览表

陕西黄陵县店头沮水河两岸分布着十几家个体小煤矿，不顾后果在河道下采煤，在8km2范围内形成4处较大的塌陷区，均横跨沮水河床，地裂缝达20cm，最大塌陷区面积达1000m2以上，大片耕地塌陷，民房出现裂缝，饮水井水量和水质发生变化。1998年9月13日个体小煤矿牛武矿非法开采沮河河床保安煤柱，并越界穿过沮水河，同个体水沟小窑多处相互打通，发生矿井透水，最终导致苍村一号斜井西采区被淹，使陕西黄陵矿业公司一号煤矿主平硐在1999年“3.24”发生重大突水事故，涌水量瞬间增至800m3/h，迅速淹没了3条平硐。小煤窑无序采煤不仅造成自己淹井停产，也给黄陵矿业公司造成直接经济损失3401万元，间接经济损失3100万元。同时，沮水河河水在上游进入煤矿采空区后，又在下游报废小煤窑井口流出排入沮水河，给居民生产和生活带来了很大困难。黄陵个体煤矿无序开采诱发的矿井突水事故再一次说明采矿业的发展必须遵循可持续发展原则，合理布局，加强矿业秩序的日常监督管理，才能使整个采矿业沿着健康的轨道发展。

长期以来，由于技术水平所限和认识不足，矿井水被当作水害加以防治，矿井水被白白排掉而未加以综合利用和保护。2000年，西北地区国有矿井煤产量3785万t，平均吨煤排水量1.3t，其他矿井煤产量5209万t，平均吨煤排水量0.324t。西北地区的煤矿主要位于干旱、半干旱地区，矿区水资源匮乏，毫无节制的排水不仅大大破坏了地下水资源，增加了吨煤成本，而且还导致地面塌陷、地下水资源流失、水质恶化，还可能造成地下突然涌水淹井事故。

煤矿矿井水多属酸性水，未加处理直接排放，加剧了干旱地区矿山用水危机。陕西、宁夏、内蒙古部分矿井水pH值均小于6，陕西铜川李家塔矿井水pH值更低为3。酸性矿井水直接排放会破坏河流水生生物生存环境，抑制矿区植被生长。甘肃、宁夏、内蒙古西部大部分矿井及陕西中部和东部等矿井水是高矿化度水，一般矿化度均大于1000mg/L。

2002年7月在陕西渭北煤矿区的一些矿务局调查时发现，陕西白水部分矿山存在将坑道废水直接排入地下岩溶裂隙，导致岩溶水污染，此问题应引起有关部门的高度重视，尽快采取措施保护岩溶水，使地下水资源不受污染。

4.水土流失与土地沙化

水土流失导致的土壤侵蚀是生态恶化的重要原因。黄土区、黄土与风沙过渡区的矿区水土流失量最大。陕西的铜川、韩城、神府煤矿区宁夏的石嘴山、石炭井煤矿区陕蒙神府—内蒙古东胜水土流失都十分严重。有关环境报告资料预测，陕西神府—内蒙古东胜矿区平均侵蚀模数按1.21万t/km2·a，面积按3024km2计算年土壤侵蚀量为3659.04万t。据几个矿区开发前后不同时期的遥感资料以及河流、库坝、泥沙资料综合分析和计算表明，煤矿开采后水土流失量一般为开采前的2倍左右。内蒙古的乌达等矿区，侵蚀模数达10000～30000t/km2·a，是开采前水土流失量的3.0～4.5倍。陕西黄陵矿区建矿前土壤侵蚀模数为500t/km2·a，建矿5年后，土壤侵蚀模数已达1000t/km2·a。随着矿区的开发水土流失问题日益严重，不仅破坏了生态环境，还直接威胁矿区安全。例如，陕西神木中鸡煤矿由于矿渣倾入河道，占据河床2/3的面积，1984年8月雨季时河水受阻回流，造成特大淹井事故。

煤炭开采形成的地面塌陷造成浅层地下水系统破坏，使塌陷区植被枯死，为土地沙漠化的活化提供了条件。其次，露天煤矿、交通及天然气管道工程建设占用大量耕地，破坏植被，使表土疏松，使部分原已固定和半固定沙丘活化。戈壁沙漠区煤矿废渣堆放，风化加剧了土地沙化。

陕西神府煤田矿区大规模开发以及地方、个体沿河沟两岸乱挖滥采，破坏植被，导致沙土裸露，加剧水土流失和土地沙化。自80年代中期开发以来，毁坏耕地666.7hm2，堆放废渣6000多万t，破坏植被4946.7hm2，增加入黄泥沙2019万t。据“神府东胜矿区环境影响报告书”提供的预测结果，若不采取必要的防沙措施，矿区生产能力达到3000万t规模时，将新增沙漠化面积129.64km2，煤矿开发导致的沙漠化面积为自然发展产生沙漠化面积的1.53倍，新增入河泥砂量480万t，比现有条件下进河泥砂量增加13.7%。

5.煤炭资源枯竭与城市环境恶化

鄂尔多斯现有煤田有些开发较早，可以追溯到20世纪五六十年代。起初，由于技术落后，造成资源浪费，加之很多矿区达到服务年限，到现在已无资源可采。如铜川矿务局是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。矿业城市的可持续发展受到地方政府及相关学者的关注。煤炭资源枯竭的直接后果是矿业城市面临转型，大量问题需要解决，如人员安置、环境改善、寻找新的主打产业等。

三、煤炭开发引起的地质环境问题对煤炭开采的影响

大规模的煤炭开发活动不但极大地破坏了当地的地质环境和生态环境，也在很大程度上制约了煤炭开采活动的正常进行，主要表现在以下几个方面:

(1)采煤塌陷及地裂缝造成水资源量减少、地下水体污染，影响矿区采煤活动的正常运行

采煤塌陷造成含水层结构破坏，使原来水平径流为主的潜水，沿导水裂隙垂直渗漏，转化为矿坑水在采矿疏干水过程中又被排出到地表，在总量上影响地下水资源。采煤塌陷形成塌陷坑、自上而下的贯通裂隙，使当地本就稀缺的地表水、地下水进入矿坑而被污染，使地下水质受到影响，进而影响到地下水的可用资源量。如在神府东胜矿区，采煤塌陷一方面使萨拉乌苏组含水层中地下水与细沙大量涌入矿坑，造成井下突水溃沙事故另一方面矿坑排水需大量排放地下水，既浪费了宝贵的水资源，又破坏了矿区的水环境(张发旺，2007)。

另外，采煤塌陷对水环境造成影响的最重要因素是塌陷裂缝。其存在不但增加了包气带水分的蒸发，造成地表沟泉、河流等的干涸，而且增加了污染物的入渗通道，从而导致土壤水和地下水体的污染。

西北煤矿区水资源原本缺乏，再加上塌陷及地裂缝造成的可用水资源量的减少，使矿井用水、洗煤厂用水、矿区生活用水等均面临严峻挑战。

(2)煤层及煤矸石自燃不但浪费了大量煤炭资源，而且影响煤炭开采

鄂尔多斯盆地北部的侏罗系煤田分布区，煤层埋藏浅深度只有0～60m，并且气候干旱，植被稀少，形成了有利于煤田大规模自燃的气候条件。因此煤层及煤矸石自燃大面积分布，如乌海煤田、神东煤田等。煤层及煤矸石自燃不仅会烧掉宝贵的煤炭资源，并且会影响煤炭开采、污染空气，造成巨大经济损失。

(3)矿坑突水事故不但破坏了地表水和地下水资源，往往也会淹没矿井巷道，严重影响煤炭开采，造成重大人员伤亡和经济损失

在我国，大部分石炭-二叠系煤炭开采时会受到水量丰富的奥陶系灰岩水的威胁。由于水量巨大，流速快，水压高，奥陶系灰岩水造成的突水事故往往十分巨大，如1984年6月发生的开滦范各庄煤矿发生的世界罕见的特大奥陶系灰岩水突水事故，突水4d内把范各庄煤矿淹没，又突入相邻的吕家坨煤矿并将其全部淹没，并向另一相邻矿林西矿渗水，经过4个月才完成封堵工作，造成的经济损失达5亿元以上。在鄂尔多斯盆地，石炭-二叠系煤层主要分布在铜川、蒲白、澄合和韩城一线，历史上共发生矿坑突水事故40余次。如1960年1月19日铜川矿务局李家塔煤矿发生老窑突水53476m3，淹没巷道18条，死亡14人。

陕西黄陵县店头沮水河两岸个体小煤矿无序生产，1998年9月至1999年3月造成一系列突水事故，给黄陵矿业公司造成的直接经济损失就有3401万元，间接经济损失3100万元。

陕西省煤炭资源丰富，含煤面积5.71×104km2，埋深2000m以浅的煤炭资源蕴藏总量超过3800×108t，煤炭资源分布呈现北富南贫的特点，秦岭以北约占全省的98%，以南不足2%。成煤时代主要为石炭－二叠纪、三叠纪和侏罗纪，主要煤田有渭北石炭－二叠纪煤田、陕北石炭－二叠纪煤田、陕北三叠纪煤田、黄陇侏罗纪煤田、陕北侏罗纪煤田、商洛石炭－二叠纪煤田和镇巴侏罗纪煤田等七个煤田（图0.1）。各个煤田均有煤层气分布，但具有资源价值的煤层气主要分布在陕北石炭－二叠纪煤田、渭北石炭－二叠纪煤田和黄陇侏罗纪煤田。全省2000m以浅煤层气资源量13095×108m3，位居全国第三位。

0.1.1 陕西省主要煤田

渭北石炭－二叠纪煤田：东起韩城，西至耀县，地层走向由北东向南西展布，有渭北“黑腰带”之称。东西长约220km，南北宽37～50km，含煤面积近1×104km2，划分为铜川、蒲白、澄合、韩城四个矿区。总体构造为一向北西倾斜的单斜，倾角5°～15°。蒲白、澄合两矿区断裂构造较发育，断层多成为井田自然边界。煤系为山西组和太原组，含煤11层，可采者3～4层，即3＃、5＃、10＃、11＃煤层。煤类以瘦煤、贫煤为主。

黄陇侏罗纪煤田：东起黄陵，经宜君、旬邑、彬县、凤翔、千阳等，西至陇县，长约280km，宽30～40km，含煤面积约1.1×104km2，为一向北倾斜的单斜。煤田内多出现宽缓的背、向斜，倾角多在3°～10°之间，个别地段15°左右。构造线以东西向或北东向为主。煤系为侏罗系中统延安组，含煤4层，可采者1～2层。划分为4个矿区和一个勘探区，即：黄陵矿区、焦坪矿区、旬耀矿区、彬长矿区、永陇勘探区。煤类主要为不粘煤、弱粘煤，黄陵矿区有少量气煤。

陕北三叠纪煤田：含煤地层分布范围包括延安、子长、子洲、安塞、米脂、横山等县、市，南北长约75km，东西宽约30km，含煤面积约2200km2，为一向西倾斜的单斜，倾角1°～5°。煤系为三叠系上统瓦窑堡组，含煤7～15层，可采者1～2层，即3＃、5＃煤层，主采为5＃煤。主采煤层的特点是薄而分布广，0.7m以上厚度仅分布于子长县境内，现仅规划一个矿区（子长矿区）。煤类为气煤。

陕北侏罗纪煤田：东北起于府谷至西南的靖边、定边，经神木、榆林、横山等县、市，长约300km，宽25～80km，含煤面积约17400km2。地层倾角1°～5°左右，为一大型向北西倾斜的单斜。煤层赋存稳定，划分为神府矿区、榆神矿区、榆横矿区和靖定预测区。煤系为侏罗系中统延安组，分五个含煤段，分别含5个煤层组，自下而上编为1＃、2＃、3＃、4＃、5＃，主采煤层为1＃－2、2＃－2、3＃－1、4＃－2、5＃－2五层。煤类主要为不粘煤、长焰煤，局部有弱粘煤。

图0.1 陕西省煤炭资源分布图

陕北石炭二叠纪煤田：分布于府谷、佳县、吴堡沿黄河以西一带，是山西河东煤田西延部分。以煤层埋深2000m为深部界线，划分为两个不相连接的分区，即府谷矿区和吴堡勘探区。府谷矿区与吴堡勘探区之间的佳县地区，因煤层埋深超过2000m，未作规划分区。煤田地层走向近于南北，为向西倾的单斜，断层稀少，褶皱不发育，地层倾角＜10°。煤系地层为山西组和太原组，含煤10层，主要可采煤层为3＃、8＃、9＃三层。煤类为焦煤。

0.1.2 陕西省煤层气资源

0.1.2.1 煤层气区块划分和资源量

根据全省煤田地质勘探钻孔的瓦斯资料，全省的煤层气可按含气量及平面分布特点划分为15个含气区，其中：①单层可采煤层烃类气体含量≥4m3/t，具有一定分布面积的矿区或勘探区，有渭北石炭－二叠纪煤田的铜川、蒲白、澄合、韩城矿区和陕北石炭－二叠纪煤田的府谷矿区和吴堡勘探区六个含气区；②单层可采煤层烃类气体虽≥4m3/t，但分布面积较小，并以孤立点出现的矿区或勘探区，有黄陇侏罗纪煤田的黄陵、焦坪、彬长矿区三个含气区；③单层可采烃类气体含量小于4m3/t的矿区或勘查区，有陕北侏罗纪煤田的神府矿区、榆神矿区、榆横矿区、孟家湾勘查区和陕北三叠纪煤田子长矿区，共五个含气区。

根据全省煤层气赋存情况，对韩城、澄合、蒲白、铜川、府谷、吴堡6个含气区计算了煤层气资源量。对黄陵、焦坪及彬长矿区，估算了煤层气资源量。全省1500m以浅共蕴藏煤层气资源量约13121×108m3（表0.1、表0.2）。

表0.1 石炭－二叠纪煤田煤层气资源量

表0.2 侏罗纪煤田煤层气资源量（埋深＜1500m）

通过对煤田煤储层展布、煤层气含量、煤层渗透率、煤变质特征、煤的吸附性能等条件的综合分析，认为渭北与陕北石炭－二叠纪煤田煤层厚度大（图0.2），煤层埋深适中，甲烷含量较高，生、储、盖条件较好，目前有在建和生产矿井，是煤层气勘探开发的理想地区，并具有重要的理论和实际意义。

图0.2 陕西省煤层气资源分布图

彬长矿区至2007年底，已有下沟、火石嘴、水帘、亭南、大佛寺等煤矿生产，其中有的矿井瓦斯涌出量每分钟超过150m3，从目前井下抽放获得的资料分析，本区具有良好的开发前景。

0.1.2.2 不同含气区煤层气地质特征

（1）渭北石炭－二叠纪煤田

煤层的埋深主要受地形和构造的影响。煤田边浅部地层倾角较陡，一般20°左右，局部有直立甚至倒转现象，一般埋深小于500m。煤田的中深部，地层倾角变小，一般5°～10°，地形高差变化较大，在澄合、蒲白、铜川三矿区，地层倾向近于正北。黄土台塬区煤层埋深一般为600～1500m，低山区煤层埋深一般在1800～2300m之间。韩城矿区地层倾向北西，煤层在山区边部埋深仅为0～200m。

3＃煤层厚0.18～9.26m，一般3.0m；4＃煤层厚度0～3.56m，一般1.00m；5＃煤层在韩城矿区厚0～7.19m，澄合矿区厚0.40～10.54m，蒲白矿区煤厚0～8.28m，铜川矿区煤厚0～8.18m；10＃煤层澄合矿区厚0～7.39m，蒲白矿区厚0～20.25m，铜川矿区厚0～6.62m。

煤层裂隙、割理发育程度各可采煤层相近。一方面与宏观煤岩类型有关，光亮型和半亮型中，内生裂隙发育，一般为20条/5cm。另一方面，煤层的割理与构造的关系较为密切。韩城北区压性、压扭性构造较发育，不利于煤层割理的形成，并常形成构造煤，阻止了煤层气的运移和逸散，有利于煤层气的富集，从而使北区各矿为高沼矿，相对涌出量较高，下峪口矿可达55.3m3/t，桑树坪矿可达56.09m3/t，但煤层渗透性很低，并常出现瓦斯突出现象。韩城南区张性构造发育，有利于煤层割理形成，煤层渗透率最高达2.5×10－3μm2。

（2）陕北石炭－二叠纪煤田

陕北石炭－二叠纪煤田煤层的内生裂隙较发育，割理不发育，就影响孔隙度和透气性的因素而言，陕北煤的变质程度较低，有利于煤中大孔隙的存在，推测煤层的透气性较高。煤层埋深主要受后期构造影响。地层倾向正西，煤田边浅部沿倾向约5～10km的范围，煤层埋深从露头增加到1000m，中深部埋深在1000m以上，沿走向在佳县以西煤层埋深大于2000m，使煤田一分为二，即南部吴堡区和北部府谷区。

府谷矿区：东部以黄河为界，北以陕西与内蒙古自治区边界为界，西部延伸较远，但埋藏深度1500m的边界位于新民镇—三道沟乡一带。1500m以浅面积893km2，资源量140×108t，探明区面积200km2，资源量53×108t。矿区含煤地层为石炭系太原组和二叠系山西组，含可采煤层11层，自上而下编号为3＃、4＃、5＃、6＃、7＃、8＃、9＃－1、9＃－2、10＃－1、10＃－2、11＃，其中3＃、4＃煤赋存于山西组，其余赋存于太原组。主要可采煤层为4＃、6＃、7＃、9＃－2，其余为局部可采煤层，煤层埋深200～1200m。根据总体规划，划分为西王寨、冯家塔井田等。西王寨井田4＃煤层厚度0.96～12.41m，平均6.93m，埋藏深度125.29～473.84m；6＃煤层厚度1.16～5.29m，平均2.29m，埋深141.03～501.98m；7＃煤层厚度0.80～7.52m，平均1.74m，埋深150.13～506.33m；9＃－2煤厚度1.41～8.60m，平均3.20m，埋深171.76～543.60m。煤类均为长焰煤—气煤，该区是陕西省炼焦配煤基地之一。

吴堡矿区：南起吴堡县城，北至丁家湾乡，呈长条形沿黄河西岸南北向展布，南北长约26km，东西宽2.8～5.6km，面积93.1km2。按照总体规划，划分为柳壕沟井田和横沟井田，两井田以柳壕沟北断层为界。矿区内含煤地层为山西组下段和太原组，总厚度131m，含煤4～14层，其中可采煤层5层，可采煤层总厚度2.89～16.58m，平均9.05m，平均含煤系数9.4%。山西组含煤3层，自下而上编号分别是S3、S2、S1号煤层。其中S3煤层厚度0.31～1.34m，平均0.76m，埋藏深度284.24～952.50m，煤层底板标高－180～－360m，煤层整体向西倾斜，倾角5°左右；S2煤层厚度0.30～1.62m，平均0.99m，埋藏深度294.18～962.40m，煤层底板标高－190～－250m，煤层整体向西倾斜，倾角5°左右；S1煤层厚度1.20～5.10m，平均2.74m，埋藏深度301.41～969.92m，煤层底板标高－240～－350m，煤层整体向西倾斜，倾角5°左右。太原组含可采煤层1层，编号T1，煤层厚度3.51～8.98m，平均6.03m，煤层埋藏深度380.74～1074.28m，底板标高－285～－260m，煤层整体向西倾斜，倾角4.6°。1500m以浅含煤面积813km2，资源量90×108t，其中探明区面积78.5km2，资源量15.3806×108t。煤类为焦煤JM25为主，肥煤FM36、FM26次之，少量焦煤JM24、气煤QM34、瘦煤S13和S14、焦煤JM15及中粘煤1/2ZN23。由于埋藏较深、开采技术条件复杂，暂时尚未开采。

（3）黄陇侏罗纪煤田

黄陵矿区：位于陕西省黄陵县境内，东距县城约55km。受沮水河及其支流长期切割和侵蚀，基岩裸露，沟壑纵横。区内森林植被广泛分布。地势呈西北高而东南低，最高点位于野猪窝附近，海拔1537m，最低点位于索罗湾一带，海拔1022.75m，相对高差514.25m。属地形较为复杂的中—低山区。延安组为含煤地层，地表无出露，属一套生油含煤内陆碎屑河、湖沼相沉积。厚度7.44～135.18m，平均92.30m，区内呈南薄北厚的变化规律，可采煤层有2＃、3＃两层，2＃煤层厚度0.05～6.75m，平均3.91m。3＃煤层厚0.85～3.80m，平均厚2.09m，煤层厚度变化较大。煤类以弱粘煤为主，少量1/2中粘煤。勘探阶段发现有3个孔煤层中甲烷含量大于4m3/t，分布面积约15km2，预计储量约3×108m3。勘探阶段施工的1个水文孔，当钻进到延安组第二段时，孔内有煤成气逸出，气量不大，导管引出点燃后火焰呈淡蓝色，火苗短而弱，30～40cm。分2次采集气体样品进行了化验测试，第一次测试结果，氧含量6.31%，氮含量41.69%，二氧化碳含量0.16%，甲烷含量51.27%，乙烷含量0.37%，丙烷含量0.20%；第二次测试结果，氧含量0.25%，氮含量13.54%，二氧化碳含量0.06%，甲烷含量85.06%，乙烷含量1.09%。2004年5月20～21日对孔内气体压力进行了测量，采用0.6MPa压力表，每30分钟测量一次，其值介于0.05～0.145MPa之间。另有1个孔钻进到三叠系时，天然气喷出，导管引出，火焰高达1m。

焦坪矿区：焦坪矿区位于陕西省铜川市耀州区和印台区境内，距铜川市约70km，矿区南北长26.5km，东西宽3.84km，含煤面积103.1km2。现由陈家山、下石节和玉华煤矿开采。矿区含煤地层为侏罗系中统延安组，厚度105～147m。主采4＃－2煤层和局部可采的3＃－2煤层。4＃－2煤层属全区可采，煤层倾角2°～5°，厚度一般6～14m，平均约10m。靠近煤层底板，普遍发育1～3m的劣质煤。煤层结构复杂，一般含矸2～3层，为炭质泥岩或泥岩，夹矸总厚度为0.1～0.5m。煤层直接顶为粉砂岩，厚度2～6m；老顶为中、粗粒砂岩，厚度10m左右；底板为根土岩及花斑泥岩，遇水极易膨胀，厚度4～12m。矿区4＃－2煤层赋存较稳定，构造及水文地质条件简单。3＃－2煤层仅局部可采（分布于下石节煤矿，现未开采），煤层厚度一般4～6m，平均厚度5m。煤质特征是，原煤灰分产率15%，全硫含量小于1%，发热量25～32MJ/kg。矿区三矿属高瓦斯矿井，煤层属极易自燃煤层，发火期3～6个月，最短24天。由于开采中煤、油、气共生，所以焦坪矿区开采地质条件既特殊，又十分复杂。2006年在该矿区转角勘查区钻探施工时，遇到井喷，喷出气体以二氧化碳气为主。

彬长矿区：位于彬县及长武县境内，彬长规划矿区东西长70km，南北宽25km，详查区面积913km2。矿区地层总体为一倾向北西—北北西的平缓单斜，在单斜背景上有少量方向单一的宽缓褶曲，地层倾角小于9°，构造简单。含煤地层为侏罗系延安组，4＃煤为主采煤层，位于延安组第一段的中部，厚度0.15～43.87m，平均10.64m。4＃煤为本区主要气源层，最大埋藏深度700m，结构简单，厚度大，分布面积广，可采面积达577.39km2。煤层气与成煤环境、煤化程度、煤厚、沉积构造及围岩性质等关系密切。彬长矿区4＃煤层气分带呈南北展布，即矿区东西部大面积范围内为煤层气风化带（CO2－N2带）。中部为N2－CH4带，局部地段为CH4带。煤层埋藏深度、煤变质程度、镜质组含量、煤层的顶、底板泥岩厚度与煤层气含量呈正相关关系。在顶、底板泥岩厚度＞4m时，其甲烷含量＞2.5mL/g；当泥岩厚度＜4m，其甲烷含量＜2.5mL/g。

0.1.3 煤层气赋存规律

研究表明，煤层中甲烷含量与煤层埋深、上覆基岩厚度等呈正相关关系（图0.3，图0.4），在渭北石炭二叠纪煤田，煤层瓦斯含量不仅受控于煤层埋深，同时也受控于地质构和煤层厚度。

图0.3 煤层瓦斯含量与煤层埋深关系

（据闫江伟等，2008）

图0.4 煤层瓦斯含量与上覆基岩厚度关系

（据闫江伟等，2008）

煤层气含量与构造的关系：一般在张性断裂发育的地区，煤层气含量低，如蒲白矿区杜康沟逆断层以南，有数条断距在100～300m的较大的正断层，呈北东向斜交于杜康沟逆断层之上，此处煤层气含量明显偏低。另外，在铜川矿区和澄合矿区边浅部以及韩城矿区的边浅部和南区，张性断裂也比较发育，因此，这些区域甲烷浓度和含量均较低。褶皱构造较发育的地区，有利于煤层气的局部富集，一般向斜轴部受挤压，孔隙少，吸附甲烷含量较背斜低，但易于保存；背斜轴部受到拉伸，裂隙、孔隙较发育，当顶板为泥质岩石时，甲烷含量高，当顶板为砂质或脆性岩石时，甲烷易于通过张裂隙散失，甲烷含量低。

甲烷含量与煤层埋深的关系：从渭北煤田四个矿区来看，浅部基本上属于瓦斯风化带，如铜川、蒲白、澄合三个矿区，埋深300m以浅，煤层气组分以N2为主，甲烷含量一般都小于4mL/g。各可采煤层甲烷含量＞4m3/t的分布区，韩城、澄合矿区多在煤层埋深300m以深，蒲白、铜川矿区多在400m以深。而韩城矿区，煤层埋深在1000m左右时，甲烷含量已达到19.99m3/t。甲烷含量随深度增加而增大，在本煤田中表现极为明显。

甲烷含量与煤层厚度的关系：一般煤层厚度越大，生、储气越多，甲烷含量就高。从煤田中各可采煤层所采瓦斯煤样统计分析，在正常情况下，同一煤层，深度相近时一般煤层厚的地区甲烷量较高。

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。

西北地区煤炭开采区主要分布在黄土高原的陕西韩城—铜川—彬长—黄陵等渭北煤田区、陕西神府及内蒙古东胜煤田区，甘肃平凉华亭、阿干镇、窑街煤田区，宁夏灵武、石嘴山、石炭井煤田区，内蒙古乌达、海勃湾、包头石拐煤田区，新疆的乌鲁木齐、哈密三道岭煤田区等。

总体而言，西北地区煤矿开采引发的环境地质问题十分严重，是所有矿产工业类型中矿山环境地质问题最为严重的一种类型。地下开采和露天开采对矿区地质环境影响方式和程度不同，以地下采煤导致的环境地质问题最为严重。西北地区煤矿以地下开采为主，其产量约占煤炭产量的96%，主要环境地质问题见表3-7。煤矿开采的环境地质问题示意图见图3-3。

表3-7 煤炭开采的主要环境地质问题

图3-3 煤矿开采环境地质问题示意图

露头煤及浅部煤层采用露天开采，改变了原有的地形地貌：高陡边坡诱发滑坡(①)，外排土矸场占压土地(②)，废渣堆积沟坡上，暴雨诱发形成滑坡(①)和泥石流(③)地质灾害。煤层采空区(④、⑤)上方地裂缝(⑥)会造成建筑物开裂、农田被毁，稍深部煤层采空区上方发生地面塌陷(⑦)，耕地被毁，村庄搬迁。煤矸石堆积占压土地的同时，矸石山粉尘及自燃(⑧)产生的有毒有害气体、风井排出的沼气、二氧化碳等污染大气环境(⑨)，危及人类健康。露天矿排矸场及煤矸石淋溶水造成地表水土(⑩)及农作物污染，下渗造成地下水及岩溶水污染( )

3.4.2.1 煤矸石压占土地

煤矸石是采煤和选煤过程中的废弃物，通常占煤矿产量的12%～20%，是煤矿最主要的固体废弃物，主要危害是堆积压占土地破坏植被。陕西黄陵店头地处黄土高原地带，小流域地区的森林植被良好，但是部分煤矿排放的煤矸石堆积在山坡上，压占了生长良好的杂木林。陕西韩城下峪口黄河滩湿地芦苇茂密，生态环境良好，但是该矿排放的煤矸石填滩造地，破坏了黄河湿地生态资源与环境。

3.4.2.2 对水资源的影响

产于鄂尔多斯盆地周边的石炭-二叠系中的煤田，其下部是奥陶系石灰岩，上部为侏罗系砂泥岩，属干旱盆地严重缺水地区。矿井疏干排水导致地下水均衡系统破坏，地表水水量减少，地下水位下降。煤矿酸性及高矿化度的井水造成地下水污染，加剧了水资源危机。新疆乌鲁木齐市六道湾煤矿煤系地层倾角67°～78°，开采后形成自上而下的采空区塌陷和裂缝带，造成水资源流失的环境破坏。煤炭资源大面积连续开采，造成了难以恢复的地下水破坏，同时导致地表河流流量锐减，生态环境破坏。1997年以来，陕西神府煤田开发区的不少河流断流，如2000年窟野河断流75d，2001年断流106d。由于煤矿采空区裂缝遍布，最宽达2m多，局部地区地面下降2～3m，导致原流量达7344m3/d的双沟河已完全干枯，26.67ha水田变为旱地，杨树等植被大片枯死。

3.4.2.3 崩塌、滑坡、泥石流

露天矿山高陡边坡开挖或堆积在斜坡体上的采矿废渣因暴雨、地面塌陷、地裂缝等原因引发崩塌、滑坡。煤矿区滑坡主要发生在露天矿、黄土高原以及山地矿山。如新疆哈密三道岭露天煤矿1967、1983 和1999年先后三次发生较大规模的滑坡，造成矿区运输中断，直接经济损失上百万元。内蒙古包头石拐矿区由于采煤使地下采空区面积增大，近几年滑坡活动加剧，目前滑坡体东西长100～370m，南北宽600余m，面积约16×104m2，体积约400×104m3。从1979年至今已毁坏民房及其他建筑物达5000m2，堵塞了通往五当召旅游点的道路600m，造成经济损失约400万元。红旗山出现了多组东西向宽约0.1～1.5m、南北走向长约100～300m的地裂缝，危及山脚下677户1947人的生命财产安全。

陕西韩城象山煤矿因地下采煤及渠道渗水等原因，引起山体蠕滑，直接威胁坑口电厂——韩城电厂主厂房的安全，为此付出了上亿元的防治费用。陕西彬县百子沟煤矿地下采煤采空区上方岩层垮落、下沉，使地表斜坡失去平衡导致1995年7月6日的黄土滑坡，滑距约30m，180×104m3土方量堵塞河道形成堰塞湖。滑坡将矿部三座大楼整体向前推移5～7m，楼房墙壁出现裂缝，地板鼓起，地基被毁。由于事先的预报准确，所幸无人员伤亡。1991年8月9日，陕西铜川金华山煤矿西侧黄土塬边由于地下采煤引起崩塌、滑坡，土方量达1050×104m3，将坡脚处的西龙村埋没，大片良田被毁，损失巨大。

陕西铜川焦坪、王石凹、李家塔、金华山、桃园等煤矿均发生过严重的滑坡，铜川矿区有中等以上规模滑坡1000多处，铜川市区有154处，崩塌体361处。陕蒙神府—东胜矿区地处干旱半干旱地带，植被覆盖率低，土壤风蚀、水蚀交错，岩层结构疏松，易风化，自然灾害频繁，生态环境十分脆弱。20世纪80年代以来煤田大面积开采，采矿废石及排土乱堆乱放，沿山坡开挖加大了地面坡度。矿区人为泥石流均分布在河道两侧，泥石流直接注入河床，使河床过水断面缩小，行洪能力降低，即使中等水深洪水，也能造成很大灾害。1989年7月21日，矿区上游突降暴雨，3h降雨120mm，在乌兰木伦河形成含沙量高达1360kg/m3的泥石流，淤平坑井11处和露天矿坑9处，其中马家塔露天矿被淹没，泥沙淤积15×104m3，冲毁两岸矿堤1870m、水浇地600亩、路基挡墙60m，导致铁轨悬空，中断行车一月之久，经济损失2000多万元。

3.4.2.4 地面塌陷和地裂缝

地下开采形成的地面塌陷、地裂缝造成耕地破坏、公路塌陷、铁轨扭曲、建筑物裂缝，以及洼地积水沿裂隙下渗引发矿井透水等事故。在干旱地区由于地表水系受到破坏，导致矿区生产、生活以及农业用水发生困难。同时，还可诱发山体开裂形成滑坡。

地面塌陷和地裂缝在大中型地下开采的煤矿区最为普遍，灾害也最为严重。如新疆的六道湾煤矿，甘肃的华亭、窑街、阿干镇、王家山等煤矿，宁夏的石嘴山、石炭井煤矿和陕西的渭北韩城—铜川以及神府—东胜煤田矿区。

调查资料表明，在579座各种类型的矿山中，有115座矿山存在地面塌陷，塌陷面积达20236km2。其中非煤矿山10座，仅占8.70%；而煤矿山有105座，占塌陷矿山的91.30%。根据塌陷面积及严重程度，大于10km2的极差级别矿山8座，占8%；1～10km2差级别矿山 37座，占 35%；0.1～1km2中等级别矿山 37座，占 35%；小于0.1km2较好级别矿山23座，占22%。

煤矿区的地面塌陷最为严重，这是因为煤层厚度较金属矿体稳定，分布范围大，煤层产状较平缓，采煤形成的采空区较金属矿山要大得多，并且上覆岩层多为松软的页岩、粉砂岩及泥质岩层。煤矿地面塌陷和地裂缝的范围及深度与采煤方法、工作面开采面积、采区回采率以及煤层产状等多种因素有关。一般而言，在其他因素相同的条件下，充分采动(用长壁工作面全部垮落法采煤时)比非充分采动(条带部分冒落法采煤)引起的地面塌陷影响范围及深度要大。而煤层采厚越大，倾角越小，埋深愈浅，开采面积越大，地面塌陷、裂缝影响范围及深度也越大。地表最大下沉量W可用公式估算：W=qMcosα。

式中：q为下沉系数，全部冒落采煤法 q=0.70～0.90，条带部分冒落采煤法 q=0.02～0.30；M为煤层法线厚度；α为煤层倾角。

当采深与采厚之比小于20时，地表常发生剧烈变形，此比值大到一定程度后塌陷消失。榆林神府矿区大砭窑煤矿开采5＃煤层，煤层厚4～6m，埋深90～100m，1992年5月5日矿井上方发生地面塌陷12000m2，陷落深度0.7m。有关资料指出，塌陷面积与开采面积之比平均值为1.2，塌陷容积与开采体积之比平均值为0.6～0.7。当采深较大时，地面、地表裂缝则较少。当采深H ＞(100～150)m，或 F=H/M≥20(M 为煤层厚度)时，地表移动和变形在时间和空间上呈明显连续，不出现地裂缝。

根据煤炭工业“九五”环境保护计划，2000年全国(除西北地区，下同)煤矿地面塌陷面积为182.20km2，复垦面积为48.40km2，复垦率为26.6%。西北地区煤矿地面塌陷面积为35.76km2，复垦面积为 4.40km2，复垦率为12.3%，比同期全国平均值低54.9%。2000年西北地区煤炭产量达8994×104t，万吨煤塌陷面积为0.31ha，比全国万吨煤塌陷面积均值0.20ha高55%，而复垦率低51.5%。可见，西北地区煤矿地下开采塌陷区的防治工作应加紧加快。

乌鲁木齐市六道湾煤矿距友好商贸中心仅1.5km，该矿煤层倾角67°～78°，属急倾斜煤层，50年来，地下不同开采水平分段放顶煤采煤后，由于上位顶煤和覆盖层的周期性塌陷断裂，出现与煤层走向一致的条带状塌陷深坑，深度达40～50m，并在塌陷坑两侧形成平行裂缝，造成了连续性的地面塌陷凹槽、地裂缝和塌陷坑。塌陷区目前仅作为乌鲁木齐市城市工业垃圾的填埋场所，在其虚土表面又不断产生新的塌陷深坑和地裂缝，3km2的土地不能开发利用，迫使市政设施建设不得不绕道而行，成为乌鲁木齐城市建设发展的死角。

宁夏石嘴山市石嘴山煤矿开采面积为5.15km2，而塌陷面积已达6.97km2，是其开采面积的135%，形成深达8～20m的地表塌陷凹地，部分地段的裂缝宽达1m。矿区铁路运输基地高出塌陷区10～20m，使得矿山企业每年用于铁路的垫路费高达100万元，穿越矿区的109国道被迫改道。

陕西省煤矿采空区地面塌陷总面积约115km2(表3-8)，主要分布于渭北及陕北煤矿区，陕南秦巴山地区仅有零星分布。其中铜川市老矿区因开采较早，地面塌陷比较严重，到1999年底，据不完全统计其地面塌陷为63.82km2，占到全省煤矿区地面塌陷区的55.38%，其中80%为耕地。而神木县近几年煤矿开发力度不断增大，加之煤层埋藏较浅，地面塌陷面积增大，截至2001年，该县乡镇煤矿造成地面塌陷达5.32km2。

表3-8 陕西省煤矿区地面塌陷

陕西省渭北煤田的铜川、黄陵、合阳、白水、韩城各矿区，陕北神府煤田的大柳塔、大砭窑、洋桃瑁、沙川沟、刘占沟、新民矿等矿区，均出现有不同程度的地面塌陷、地裂缝及山体滑坡，造成大面积的农田被毁、房屋开裂、铁轨扭曲、公路塌陷、矿井涌水等。2001年7月特大暴雨使黄陵店头陕煤建五处矿区仓村三组的1.2km2耕地发生地面塌陷、地裂缝，地裂缝最宽达15m，塌陷落差达7.45m，60%耕地已无法复垦，农田撂荒，预计经济损失达270万元。2000年4月，中央电视台《焦点访谈》对陕西铜川市王益区黄堡镇黑池塬乡镇煤矿地下开采造成的村民窑洞开裂、耕地被毁进行了曝光。陕西白水县县办煤矿开采导致白水县火车站候车室出现裂缝、铁轨下沉、广场地面鼓包。陕西渭北煤田地表水平拉伸变形值达到0.8～2.2mm/m时出现地裂缝，裂缝宽300～700mm，深度达5～15m。铜川煤矿区地裂缝有5400余条，以王石凹煤矿为例，在1：5000 的地形图上填绘的裂缝就有70多条，总长度近7000余米。20世纪90年代，甘肃窑街煤矿区矿井地面占地598.1ha，地面塌陷20处，共计443.54ha，地面塌陷面积比80年代扩大了48.4%，每年以14.47ha的速度扩大，10年间因塌陷引起的特大型山体滑坡等灾难性地质事故数起。80年代造成水土流失面积449～550ha，90年代达到663～720ha。甘肃靖远王家山煤矿1995年8月两次洪水携带泥石流从地面裂缝涌入井下，造成多人伤亡。

陕西神木大柳塔煤矿区1997年以后形成采空区，1998年前后产生地面塌陷和地裂缝。大柳塔矿区采空区约为 3.9km2，总面积约 5.8km2，产生地裂缝的总面积约5.45km2。大柳塔活鸡兔井采空区面积过大，造成大面积地面塌陷，其中205工作面塌陷区宽0.3km，长为3km，面积为0.9km2，共发现16条地表裂缝，沿整个工作面呈断续分布，裂缝宽5～60cm，间距2～8m。206 工作面塌陷区宽0.3km，长为3.5km，面积为1.05km2，共发现 5条裂缝，裂缝宽 5～60cm，间距 5m 左右。207 工作面塌陷区宽0.3km，长为1.5km，面积为0.45km2，是整体陷落，其中裂缝十分发育，共发现5条，宽5～30cm，间距10m左右。从神东矿区大柳塔、补连塔和榆家梁3个矿井实测资料可知，其万吨煤地面塌陷面积为0.35～0.42ha，比全国万吨煤地面塌陷面积0.2ha几乎高出1倍，主要原因是煤层埋藏浅(61～110m)，煤层厚(3.4～5.0m)。

3.4.2.5 水土流失

据水利部1992年统计，西部地区轻度以上的水土流失面积为104.07×104km2，占全国水土流失面积的58.01%。水土流失导致的土壤侵蚀是生态环境恶化的重要因素。在黄土区、黄土与沙漠过渡区，矿区发生水土流失的可能性最大。据陕西铜川、韩城、神府煤矿区有关环境报告资料预测，陕西神府—内蒙古东胜矿区平均侵蚀模数按1.21×104t/km2·a、面积按3024km2计算，年土壤侵蚀量为3659.04×104t；准噶尔矿区平均侵蚀模数按1.30×104t/km2·a、面积按1365km2计算，年土壤侵蚀量为1774.5×104t。据几个矿区开发前后不同时期的遥感资料以及河流、库坝、泥沙资料综合分析和计算表明，煤矿开采后水土流失量一般为开采前的2倍左右。陕西黄陵矿区建矿前土壤侵蚀模数为500t/km2·a，建矿5年后，土壤侵蚀模数已达1000 t/km2·a。甘肃的窑街、阿干镇、靖远煤矿区，宁夏的石嘴山、石炭井煤矿区，陕蒙神府-内蒙古东胜煤矿区水土流失十分严重。内蒙古的乌达等煤矿区，侵蚀模数达10000～30000t/km2·a，是开采前水土流失量的3.0～4.5 倍。这不仅破坏了生态环境，还直接威胁矿区安全。例如，陕西神木中鸡煤矿由于矿渣倾入河道，占据河床2/3的面积，1984年8月雨季时河水受阻回流，造成特大淹井事故。

3.4.2.6 土地沙化

煤炭开采造成的地面塌陷破坏了浅层地下水系统均衡，因地下水位下降使部分地区的塌陷区植被枯死，形成或加剧土地沙漠化。露天煤矿、交通及天然气管道工程建设占用大量耕地，破坏植被，使部分原已固定和半固定的沙丘活化。戈壁沙漠区煤矿废渣的堆放、风化加剧了土地沙化。

陕西神府煤田矿区的大规模开发以及地方、个体开发沿河沟两岸乱挖滥采，破坏植被，导致沙土裸露，加剧了水土流失和土地沙化。自20世纪80年代中期开发以来，毁坏耕地666.7ha，堆放废渣超过6000×104t，破坏植被4946.7ha，增加入黄泥沙量达2019×104t。据“神府东胜矿区环境影响报告书”预测，若不采取必要的防沙措施，在矿区生产能力达到3000×104t规模时，将新增沙漠化面积129.64km2，煤矿开发导致的沙漠化面积为自然发展产生沙漠化面积的1.53倍，新增入河泥沙量480×104t，比现有条件下进河泥沙量增加13.7%。

3.4.2.7 水土环境污染

煤矿水污染源主要是煤矿开采外排的矿井水、洗(选)煤水以及煤矸石淋滤水。据有关文献，莫斯科近郊煤田矿井地质环境的研究表明，距矸石堆底部50～60m远的土壤中，每100g土壤中铁含量达146～160mg，铝含量达11～19mg，分别超过允许值的3～4和1.5倍，土壤被毒化。

长期以来，由于技术水平所限和认识不足，矿井水被当作水害加以防治，矿井水被白白排掉而未加以综合利用和保护。2000年西北地区国有矿井煤产量3785×104t，平均吨煤排水量1.3t，其他矿井煤产量5209×104t，平均吨煤排水量0.324t。西北地区的煤矿主要位于干旱、半干旱地区，矿区水资源匮乏，毫无节制的排水不仅大大破坏了地下水资源，增加了吨煤成本，而且还导致地面塌陷、地下水资源流失、水质恶化，还可能造成地下突然涌水淹井事故的产生。

煤矿矿井水多属酸性水，未加处理直接排放，加剧了干旱地区矿山用水危机。陕西、宁夏、内蒙古部分矿井水pH值均小于6，陕西铜川李家塔矿井水pH值为3。酸性矿井水直接排放会破坏河流水生生物的生存环境，抑制矿区植被生长。甘肃、宁夏、内蒙古西部、新疆大部分矿井及陕西中部和东部等矿井水是高矿化度水，一般矿化度均大于1000mg/L，其中甘肃靖远大部分矿井水矿化度在4000mg/L以上，尤其是王家山矿高达15000mg/L以上。

2002年7月在陕西渭北煤矿区的一些矿务局调查时发现，陕西白水县个别矿山存在将坑道废水直接排入地下岩溶裂隙的现象，导致岩溶水污染，此问题应引起有关部门的高度重视，应尽快采取措施保护岩溶水，使地下水资源不受污染。

第一个五年计划时期（1953—1957）

全县成功地完成了对生产资料所有制的社会主义改造，生产关系发生了根本性的变革。在此期间，引导农民由自愿组织农业生产互助组，发展到组织土地入股、实行统一经营的初级农业生产合作社。顺利地进行了以煤炭工业为主体的较大规模的经济建设。建设投资额为8862万元，先后有省耐火材料厂、王石凹煤矿、三里洞煤矿、铜川人民电厂、省耀县水泥厂动工修建和建成投产，新增固定资产5746万元；完成工业总产值10385万元，其中重工业产值8995万元（占工业总产值的86.6%），轻工业产值1390万元（占13.4%）。 第二个五年计划与经济调整时期（1958—1965）1958年8月，全市农村实现人民公社化；同时发动了“大跃进”运动，实行“以钢为纲”和“全面跃进”的方针，经济工作严重脱离实际。在生产上，盲目追求高指标，打乱了经济工作的正常秩序。是年，基本建设投资规模膨胀达3891万元，积累率由1957年的50.02%上升到57.85%，超过全市财力、物力所能承受的程度。加之，自然灾害的影响，农业生产连续三年大幅度下降，1960年，全市农民人均口粮仅115.5公斤；现金收入54元。市场供应和人民生活极为困难。

第三个和第四个五年计划时期（1966—1975）1966年“文化大革命”开始后，铜川各级领导机构先后陷于瘫痪，许多厂矿，特别是铜川矿务局所属矿厂动辄停工停产，规章制度废弛，社会、生产、生活秩序被打乱，武斗频繁，交通阻塞，使经济建设遭受到严重破坏。1970年以后，由于基本建设投资规模大，导致1975年全民所有制职工人数和工资分别比1970年增长26.9%和25.2%，均突破国家计划，国民经济出现失调局面，企业经济效益差。1975年，通过全面整顿，才使国民经济形势出现好转。在这10年期间，市铝厂、市水泥厂等厂矿开始建设；全民所有制固定资产投资共44.1亿元，新增固定资产投资2.72亿元；共生产煤炭5731.22万吨，水泥754.85万吨，电解铝（1969—1975年）2.14万吨，交流电机4.67万千瓦，变压器（1971—1975）24万千伏安。裸铝线、电石、灯泡、日用陶瓷、棉布、服装等重要产品生产能力都有很大提高。

第五个五年计划时期（1976—1980）1976年10月粉碎江青反革命集团以后，铜川制定的1976—1985年发展国民经济计划（不包括中央、省属工业企业）超越了市力地情实际。规划提出：10年内工农业总产值计划每年平均递增13%；农业要求1976年全市实现粮食上“纲要”（亩产200公斤），1977年过黄河（亩产250公斤），1985年跨“长江”（亩产400公斤），人均粮食640公斤；工业产值1985年达到2.59亿元；10年内基本建设总投资额为1.5亿元。从而，使全市经济比例失调的状况更加严重。

第六个五年计划时期（1981—1985）“六五”时期，铜川继续认真贯彻中央对国民经济实行调整、改革、整顿、提高的万针。1985年，工农业总产值完成75902万元，比1980年的49059万元增长54.72%，年均递增13%；国民收入38425万元。5年安置城镇待业人员45946人。全市农村经济取得了突破性进展。1985年，完成农业总产值12456万元，比1980年的6743万元增长84.72%，年均递增9.8%。“六五”期间，共产粮食14.6亿斤，比“五五”期间增产8亿斤，人均产粮由1980年495公斤提高到784公斤。乡镇企业总产值11057万元，比1980年增长3.2倍。林牧副渔业产值占农业总产值的比重，由1980年的22.6%上升到24.1%，农业商品率达到29.3%。1986年乡镇企业总产值11057万元，比1980年增长3.2倍。

第七个五年计划时期（1986—1990）“七五”期间，铜川坚持把改革放在首位，积极改善农业生产条件；调整经济结构，重点发展机械、冶金和轻纺工业；大力发展第三产业；加强城乡建设和环境污染的综合治理；发展教育科技事业；进一步改善人民群众的生活。主要目标是：1990年，全市工农业总产值达到11.2亿元（市属7.2亿元），年均递增9.5%（市属13%）；农业总产值1.36亿元，年均递增6%；工业总产值9.84亿元（市属5.84亿元，比1985年翻一番），年均递增10%（市属15%）；国民生产总值达到8亿元，国民收入5.91亿元；地方固定投资计划3.5亿元；城乡居民消费水平递增6%。

初步核算，2008年铜川实现生产总值128.65亿元，剔除价格因素，比上年增长17.1%。其中第一产业实现增加值9.68亿元，增长7.8%；第二产业实现增加值77亿元，增长19.8%；第三产业实现增加值41.97亿元，增长14.7%。铜川人均生产总值达到15362元，较上年增长16.6%。三次产业结构由上年的7.7：57.5：34.8调整为7.5：59.9：32.6。

2010年11月12日，陕汽集团铜川汽车零部件加工基地一期项目在铜川市新区南部工业园区投产，为铜川市优化经济结构、振兴装备制造业揭开了新的一页。总投资12亿元汽车零部件加工基地项目突出重型车零部件、电动车桥、特种电动车三大产品，使基地逐步成为集团公司汽车零部件配套主力军。已建成锻造、机加、热处理、涂装、总装等17条生产线，完成了电动车桥、微型车桥生产线的搬迁，形成年产20万根重型半轴、22万根微型车桥、8万根电动车桥的生产能力，年可实现销售收入3.8亿元。

“十五”期间，该市食品工业发展较快，已成为一个重要的接续产业，旺旺、绿想、棋智等食品加工企业初具规模，李华葡萄酒厂、绿想集团、祥云公司等企业的系列产品在市场上有一定知名度，占有一定份额。食品工业年总产值已超过2亿元，占到铜川工业总产值的9%。

2012年，全年实现生产总值282.92亿元，剔除价格因素，比上年增长15.8%，连续7年经济增长速度保持在15%以上；其中，第一产业增加值19.47亿元，增长6.3%；第二产业增加值186.43亿元，增长19.4%；第三产业增加值77.02亿元，增长10.5%，三次产业占比分别为6.9:65.9:27.2。按常住人口计算，人均生产总值33701元，比上年增长15.6%。

全年非公经济增加值133.53亿元，占生产总值的47.2%，比上年提高1个百分点。全年居民消费价格累计上涨2.8%，涨幅较上年回落2.1个百分点；其中，食品价格上涨4.5%。工业生产者出厂价格累计上涨0.6%，较上年回落10.8个百分点；工业生产者购进价格累计下降1.1%，较上年回落12.9个百分点。 粮油生产

“十五”以来，铜川按照“稳定面积、主攻单产，确保总产”的思路，以小麦、玉米、油菜生产为重点，进一步优化作物布局，大力推广“三项”技术，认真实施“种子”工程，加大地膜覆盖、配方施肥的技术推广力度，实现玉米品种优良化、包衣化、杂交化，并且采取典型示范、行政推动、实用技术组装配套等措施，使粮油生产得到稳步发展，总产稳定在20万吨以上。

2005年，铜川播种粮食作物108.45万亩，油料11.18万亩。其中小麦51万亩，玉米37.65万亩，粮食作物在粮食面积比2000年减少4.15万亩的情况下，总产达23.69万吨，单产达到218.5公斤，分别比2000年增长3%和7%，均创历史最好水平。油料面积11.18万亩，较2000年增加1.03万亩，总产达0.91万吨，平均单产81.7公斤。

畜牧业

“十五”期间，铜川市畜牧业发展迅速，特别是2002年市委、市政府制定《关于加快发展畜牧业产业化建设的决定》和召开畜牧产业化会议以后，铜川各级党委、政府认真贯彻落实《决定》精神，加大行政推动力度，重点扶持陕西正立乳业有限责任公司、金圣公司、齐天乳业等龙头企业，增强辐射带动能力，并依托正立公司，以“公司+农户”的奶牛饲养模式，辐射带动耀州、王益、印台奶牛养殖基地，积极引导龙头企业与养殖户结成紧密的利益共同体，发展订单畜牧业。坚持“引导、支持、保护、调整”的方针，积极培育和大力扶持民办技术推广组织和各类专业协会及中介服务组织，搞活畜产品流通，逐步形成产加销一条龙的畜牧产业化发展格局，有效地激发了广大人民群众发展畜牧业的生产热情，有力推动了铜川畜牧业的快速发展，畜牧业产值在大农业产值中的比重逐年上升，畜牧业生产规模不断扩大，生产水平显著提高。

2005铜川肉牛19.01万头比“九五”末增长29%、肉羊23.74万只，奶牛新增2002头，存栏达到10268头较“九五”末 20.4倍。为加快畜牧良种化进程，铜川奶牛、肉牛、肉羊、生猪、鸡的良种覆盖率分别达到100%、80%、60%、80%、90%，畜禽良种化水平不断提高。畜牧业产值的连年增加，现已成为铜川市农村经济的重要支柱和农民增收的重要渠道。

中药材

中药材产业在铜川市是一个传统产业，但同时是一个新兴的产业。铜川是“药王”孙思邈的故里和行医的地方，农民种植中药材的传统古已有之，但是中药材作为一个产业发展还是进入新世纪后。“九五”末铜川的中药材种植面积仅为3000多亩，但为顺应市场发展的需求，市委、市政府将中药材产业确定为铜川“果、牧、药、菜”四大农业主导产业之一，各区县为顺应市场潮流，响应政府号召，从政策、资金方面也给予了大力支持，耀州区、宜君县都分别制定了中药材产业发展规划，耀州区被定为陕西省中药材GAP规范化种植示范县，杨凌麦迪森，方舟制药，耀州医药公司等中药材加工销售企业分别将药源基地建在该市，积极开展中药材GAP和SOP规程的研究工作，这些企业的进入为铜川市中药材发展发挥了积极的推动作用，中药材产业得以迅速发展。2005年铜川的中药材发展到7.22万亩，比“九五”末的3000亩增长24倍。

农业龙头

龙头企业是农业产业的排头兵，壮大龙头企业是发展农业产业化经营的关键所在。“十五”期间，为加快铜川市农业产业化进程，全面实现农村小康社会的目标，在结合实际，认真分析，深入调研的基础上，以市委市政府名义下发了《铜川市关于做大做强农业产业化经营龙头企业的意见》（铜发〔2003〕26号）。同时为使铜川市的农业产业化龙头企业真正起到“龙头”作用，又紧密围绕主导产业，重点抓了绿想集团、祥云公司、核桃乳品加工、核桃精炼油四个果业加工龙头企业；正立公司、齐天乳业、凯撒肉牛育肥场等三个畜牧龙头企业；方舟制药、秦塬药用化工厂两个药材龙头企业，这些龙头企业依赖“公司+农户”、订单农业等新型机制和模式，在农副产品深加工、延长产业链、提高附加值、吸纳农村富裕劳动力等方面发挥了不可替代的作用，有力地推进了农业产业化的经营。 铝业

“十五”期间，鑫光铝业公司完成了老厂“6改8”技改工程，董家河二期技改工程基本建成，新增产能7.5万吨，到2005年底电解铝产能将达到15.5万吨。同时，铝厂5万千瓦自备电厂的建成生产，使铝业形成集铝冶炼、深加工、铝电联产为一体的支柱产业。

煤炭

该市煤炭行业经过“十五”期间的关井压产，取缔关闭了一批浪费资源、不具备安全条件的小煤矿。因国际国内经济增长速度加快又能源需求旺盛，煤炭行业产销两旺，但监管和安全工作压力较大。该市严格按照“扶大抑小、适应环保，延伸开发”的产业调整政策，合理开发利用煤炭资源，确保安全，有序发展，重点做好国有统配煤矿的技术改造和接续矿井的建设。柴家沟煤矿通过技改由30万吨的能力提高到60万吨，照金煤矿60万吨技改项目2006年初完成，铜川煤炭年开采能力已达到1600万吨，实际开采能力在1500万吨以上。

建材

按照“调整结构，发展先进，淘汰落后，根治污染”的产业政策，积极推进建材工业的重组，抓住机遇，上大关小，提升能力。2004年成功关闭了川口地区的9条机立窑，改善了地区人居环境。为了保持建材工业在全省的优势地位，关小的同时，根据国家产业政策积极上大。2005年秦岭、声威两条日产5000吨水泥熟料生产线相继建成投产，年新增产能400万吨左右，在建的还有惠塬水泥工业园区日产5000吨水泥熟料项目。十五末，铜川地区水泥产能达到近千万吨。

陶瓷

陶瓷产业在该市有悠久的历史，丰富的资源，雄厚的生产基础。从已探明的局部储量看，耐火粘土资源量居全省第一，陶瓷粘土资源量居全省第三。90年代以来，该市陶瓷行业机制、资金、人才等各方面原因没有得到大的发展，甚至失去了优势，但该市陶瓷业依靠已形成的基础和天然气过境的有利条件，仍然会大有作为。“十五”期间确定的思路是在详勘资源的基础上，加强与陶瓷发达地区的联系协作，引进资金、技术、人才，培育打造铜川陶瓷的知名品牌，建设具有相 当规模的现代陶瓷企业。市建陶厂与山东鲁宏沃尔森陶瓷公司年300万平方米墙地砖项目基本落实。市电瓷厂经过技术改造，工业电瓷产能达到近千吨，占有一定市场份额。

纺织

该市纺织业抓住沿海地区同行业向内陆转移的机遇，加大外引内联力度，增加投入，扩大规模，年生产能力达到5.6万支，创历史最好水平。为了使生产上规模，产品上档次，将着重发展无纺高档织物和精纺多高支棉纱，落实100台喷气机项目和6000吨涤纶纺粘非织造布项目。

机电

“十五”期间，变压器厂、东风昌河车轿股份有限公司加大科技投资，积极开发新产品，市场占有份额得到不断攀升，代表了该市传统机电工业的发展趋势。同时，兰芝、麟字等民营电源企业落户新区，给该市机电工业的发展注入了新的活力。