开采对地下水运移规律的影响

一、矿区概况

大柳塔煤矿是神华集团神府东胜煤炭有限责任公司所属的一座特大型现代化矿井，地处陕西省神木县境内大柳塔镇南端的乌兰木伦河畔，所辖大柳塔、活鸡兔两个矿井，拥有井田面积189.80km2，煤炭地质储量23.18亿t，可采储量15.27亿t。井田地质构造简单，煤层倾角平缓，赋存稳定，具有埋藏浅、易开采的优势。煤炭品种为中高发热量的不黏煤和长焰煤，主采煤层煤质优良，具有低灰、低硫、低磷、化学反应性强、热稳定好的特点，是良好的动力、气化、化工和民用煤。

1.地理位置

大柳塔矿区位于陕西省榆林市神木县大柳塔镇与中鸡镇部分境内，地理坐标为东经110°05'00″～110°20'00″，北纬39°15'00″～39°27'00″，面积约376km2。区内交通便利，有西安—包头铁路，包头—神木铁路、神木—黄骅港铁路。神木—东胜公路贯穿矿区南北，府谷—新街公路经过矿区南部，矿区内各乡镇间均有公路相通(图4-1)。

2.地形地貌及水系

井田地处陕北黄土高原之北侧和毛乌素沙地东南缘。地势北高南低，中间高而东西低。最高点在井田北部的陈家坡附近，海拔1334.1m最低点在井田西南角乌兰木伦河谷，海拔1057.5m。相对最大高差276.6m，一般海拔1120～1280m之间。区内大部属风沙堆积地貌，沙丘、沙垄和沙坪交错分布，植被稀少。东西两部沟壑纵横，切割强烈，沟谷两侧基岩裸露。属河流侵蚀地貌。区内河流有:西界的乌兰木伦河、东界的牛川。井田中部柠条梁为分水岭，母河沟、王渠沟、双沟等河流均向西流入乌兰木伦河七概沟、活朱太沟、三不拉沟则向东流入牛川。

3.气象

本区属半干旱大陆性季风气候，冬季干旱寒冷，夏季干燥炎热，昼夜温差悬殊。年平均气温8.5°C，年极端气温38.9～28.1℃。年平均降雨量441.2mm，雨季多集中在7，8月份年平均蒸发量为2111.2mm。秋末、冬春盛行西北风，夏季多为东南风，年平均风速2.2m/s。

4.地震

井田地处稳定的鄂尔多斯向斜上，历史上未发生过破坏性地震，基本地震烈度为Ⅵ度。

图4-1 矿区地理位置图(据西安地质调查中心，2006)

5.经济

本矿区地处陕西省榆林市与内蒙古自治区的鄂尔多斯市交界处，生态环境脆弱，土地贫瘠，水土流失严重。地区经济基础薄弱，生产力水平低下，是一个经济落后的地区。但本地区地域广阔，矿产资源丰富，特别是煤炭资源得天独厚，适应建设特大型的现代化煤炭生产基地。井田内多为沙丘覆盖，当地农民居住稀散，耕地少且为沙土耕地，在各沟内有河滩淤积耕地，农产品以玉米、谷子、荞麦等杂粮为主。畜牧业主要是喂养猪、羊等牲畜。工业近年来发展迅速，主要有煤炭、电力、化工等。

二、煤炭开发引起的地质环境问题

自1985年大柳塔煤矿始建至今，现有大柳塔、活鸡兔两个年产原煤均超1000万t的矿井。大规模的矿业开发引起的水资源枯竭、水质恶化、地面沉降、露天边坡失稳及煤矸石的存放和污染等对地质环境及自然生态环境的危害也日趋严重，必须引起足够的重视。

中国地质调查局2005年初部署了“陕西大柳塔煤矿区地质环境问题调查”项目，经过两年研究，西安地质调查中心的研究人员调查得出，截至2005年底，调查区煤矿井下开采形成了采空区，煤矿地面塌陷、地裂缝都对农业生产造成了不良影响，并对地面建筑物形成了不同程度的损坏，对当地群众的人居生活和农业生产产生了一定程度的危害。调查还发现，采煤塌陷区77.3%的村民水井干涸或水位下降，73.3%的泉水干涸或流量显著下降。

另外，大矿周边分布有十余家地方和个体煤矿，年产原煤约500万t(徐友宁等，2007)。高强度、大规模的机械化采煤引发了一系列地质环境问题，加剧了脆弱生态环境的恶化。结合本项目野外调查结果，本区由于采煤引起的地质环境问题可以归结为以下三个方面:①地面塌陷与地裂缝②土壤环境恶化③地表水与地下水系统破坏。

1.地面塌陷与地裂缝

地面塌陷与地裂缝是煤矿区普遍存在的一种地质环境问题。随着煤炭开采量的不断增加，地下采空区急剧扩大，采煤塌陷已成为矿区危害范围最广、危害程度最大、延续时间最长的一种环境地质灾害。

神东公司矿井均采用综合机械化开采技术，综采工作面长200～240m，采高4m，每向前推进1m，就会形成800～960m3的采空区，加之所采煤层埋深仅为50～150m，开采后地表会立即发生下沉、地表形成裂缝等。截止2005年7月，大柳塔矿区累计形成采空区面积42.69km2(其中，大柳塔矿井采空区面积已达27.087km2)，地面塌陷影响面积48.23～54.64km2(徐友宁等，2008)。

采煤塌陷是由于矿层采出后，采空区在上覆岩土层重力作用下，发生变形弯曲，冒落而形成塌陷。地下煤层采出后，采空区围岩体内原有的应力状态失去平衡，出现应力集中现象，经过一段时间后，集中应力超过岩石的强度时，顶板岩层开始断裂、冒落，形成冒落带。冒落带上部岩层也随后发生弯曲、断裂，随着采空区的逐渐增大，地表开始坍塌、破坏(图4-2)。

图4-2 塌陷剖面示意图

大柳塔矿区主要分布的塌陷类型为基岩上覆薄土层塌陷类型以及基岩上覆厚风积沙层塌陷类型。前者为上覆第四系砂土或黄土，但土层都很薄，一般为0.2m左右。地表植被较少，塌陷表现明显，如出现塌陷洞、地裂缝等(图4-3)。在废弃的房屋壁上也发现有裂缝存在。后者第四系覆盖砂层很厚，塌陷表现为地裂缝、塌陷坑、塌陷阶地等，塌陷初期表现为菱形网格状地裂缝，稳定后，地裂缝易被风积沙所填埋(图4-4)。

采煤过程造成的地表塌陷与地裂缝不同程度地损害了土壤、水体、植被等人类赖以生存的基本环境因素，从而对生态环境产生了严重的影响。

2.土壤环境恶化

(1)土壤结构破坏

煤炭开发造成的地面塌陷使地表产生很多地裂缝、塌陷坑、塌陷洞等，破坏了土壤结构。地表土壤在经历了最初的破坏、重组，以及随后的再度沉压、密实，使土壤的粒度组成、孔隙度、容重、含水量等均发生一定程度的改变。

图4-3 基岩上覆薄土层塌陷区塌陷洞

图4-4 基岩上覆厚风积沙层塌陷区地裂缝

本项目在大柳塔采煤塌陷区建立了两个土壤剖面，一个在非塌陷区，记为 S1另一个在塌陷区，记为 S2。土壤剖面图见图 4-5，分层描述如下:

非塌陷区剖面 S1:

细砂层 ( 0 ～160 cm) : 含细粒细砂，夹极少量砾石

粗砂层 ( 160 ～175 cm) : 含砾粗砂，夹较多砾石

细砂层 ( 175 ～ 275 cm) : 其中 175 ～ 250 cm为粉质亚砂土 ( 细粒土) ，泥质含量较多250 ～265 cm 为 粉 土 质 粉砂，黑色，泥 质 含 量 较 多265 ～ 275 cm 为含细粒细砂

中砂层 ( 275 ～ 320 cm) : 其中 275 ～ 285 cm为黄色条带状粉土质中砂285 ～ 295 cm 为含细粒中砂295 ～320 cm 为粉土质中砂。

图 4-5 土壤剖面图

塌陷区剖面 S2:

细砂层 ( 0 ～70 cm) : 其中 0 ～60 cm 为含细粒细砂60 ～70 cm 为粉土质粉砂，夹少量砾石

中砂层 ( 70 ～100 cm) : 为粉土质中砂，含少量粘粒

粗砂层 ( 100 ～ 310 cm) : 其中 100 ～ 130 cm 为粗砂130 ～ 230 cm 为含细粒粗砂230 ～ 310 cm 为砾砂

砾石层 ( 310 ～330 cm) : 为细砾石，含少量粉土

中砂层 ( 330 ～400 cm) : 为中砂，夹少量砾石。

土壤的颗粒组成状况对土壤物理和化学性质均有很大影响。塌陷区和非塌陷区土壤粒组含量在研究深度范围内总体的差异情况如表 4-1 中所示。

从表中可以发现，塌陷区土壤层粒度较粗，砾粒组含量较多，而细粒组含量较少。

表 4-1 塌陷区和非塌陷区各土壤粒组总体含量 ( %)

另外，我们对矿区塌陷区、非塌陷区以及裂缝区表层 0 ～60 cm 的土壤容重进行了测试，结果表明裂缝区土壤容重较大，不利于植被正常生长，随着塌陷时间的增长，土壤容重大小趋近于正常土壤容重水平 ( 表 4-2) 。

表 4-2 表层土壤容重统计值

( 2) 土壤侵蚀加剧

采煤对土壤环境的影响还表现在使地表原有的地形、地貌与植被等自然景观受到破坏，加剧了土壤侵蚀作用，加速了土壤的干旱和沙化，造成地表土壤退化和水土流失加剧，使矿区的生态环境受到影响。研究表明，地表坡度的变化是引起土壤侵蚀与退化的主要因素。地下开采引起地表塌陷形成塌陷盆地、塌陷阶地等新的微地貌 ( 图 4-6) ，从而改变了原有的地表坡度，由此将引起原有的地表径流发生改变，坡度越大径流量越大，引起的水土流失和土壤侵蚀也越严重。另外，由于地表裂缝的产生，地表与地下水向深部渗漏，使潜水位下降，导致土壤湿度减小，使本来干燥的土地更加干燥。由于土壤侵蚀程度的加剧与土壤湿度的减小，使土壤退化、沙化现象日益加重，严重影响地表植被景观。

图 4-6 大柳塔双沟塌陷阶地

( 3) 土壤水分减少

包气带土壤水在西北干旱半干旱降雨稀少的地区显得尤为重要。矿区采煤塌陷后，包气带岩土结构被破坏，使包气带水分的分布和运移机制发生相应的改变。采煤产生的地裂缝使得降水入渗的补给水源更易渗入地下，补给地下水，从而减少了对包气带土壤水的补给，且地裂缝的存在增加了土壤层与外界的接触面积，因此土壤水的蒸发量也相应增加。补给减少而蒸发量增加，必然导致包气带土壤含水量的减少。另外，采煤塌陷作用引起的土壤侵蚀作用使包气带岩土层的土壤颗粒粗化，导致其持水能力的下降，也是包气带土壤含水量减少的一个重要原因。本次研究采集了大柳塔矿区内塌陷区和非塌陷区 0 ～60 cm的土样进行土壤体积含水量的测试分析，结果证实了采煤塌陷作用尤其是地裂缝对矿区土壤的持水能力具有明显的负面影响 ( 图 4-7、4-8) 。

图 4-7 塌陷区与非塌陷区土壤含水量垂向变化特征

图 4-8 裂缝壁与非裂缝壁土壤含水量垂向变化特征

( 4) 地表植被破坏

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。

由于地面塌陷作用破坏了地面原有形态和包气带岩土层固有结构，地表塌陷坑、塌陷洞、地裂缝等发育，土壤颗粒粗化，容重改变，对地表植被和农作物产生不利影响。塌陷区内植被覆盖率小，植物种属少，许多在非塌陷区分布的沙生植物 ( 如柠条、沙柳等)在塌陷区不能生存，而且，塌陷区的原生植物 ( 如沙蒿等) 部分枯死，农田全部废弃。

另外，水作为植被正常生长必不可少的要素，土壤中水分含量的多少直接影响着地表植被的生存环境。当土壤水分低于凋萎点时，植物将无法萌发和成活。煤炭开采造成的地表塌陷作用导致土壤持水性减弱，含水率降低，不利于地表植被的生长。研究结果显示，塌陷区土壤含水量在 0 ～60 cm 的深度层内均小于非塌陷区，由此造成了两者地表景观上的显著差异 ( 图4-9、4-10) 。从图中可以看到，塌陷区尤其地裂缝发育的初塌区，塌陷还未稳定，土壤结构仍处在动态变化过程中，在此过程中土壤被拉伸或压缩变形，易导致植物根系被扯断、植物枯死，从而表现出塌陷条件下的典型景观特征 ( 宋亚新，2007) 。

3. 煤炭开发造成地表水与地下水系统的破坏

煤炭开发对水环境的影响是生态环境恶化的最主要因素之一。露天矿床的开采大面积剥离矿体上覆岩层，其上的含水层被破坏，改变了地下水的储水条件和补给、径流、排泄条件，造成矿区地下水位的大幅度下降，使影响范围以内的一些大泉断流或消失，一些取水建筑物的供水能力降低。有研究表明，活鸡兔露天矿先期露天矿排水形成的地下水降落漏斗最大影响范围为 2. 029 km2。

井硐矿的煤层采空区将引起顶板岩层的变形、破裂，直至岩体的冒落和塌陷，当这些冒落、冒裂带的裂隙与上覆含水层连通时，将改变地下水径流条件，使地下水沿着这些裂隙通道涌入矿井，引起地下水位下降，甚至疏干。另外，为了保证安全生产，往往是在大规模开采之前就要先排去巷道上部的地下水，造成地下水流失，以致其影响范围内的植被因缺水而干枯死亡，土地无法耕种。

图 4-9 塌陷区地表植被状况

图 4-10 非塌陷区地表植被状况

首先，地表塌陷与地裂缝在某种程度上直接改变了地面大气降水的径流和汇水条件，使部分地表水通过塌陷裂缝渗入地下，使地表水系流量减小，甚至干涸其次，地表由于地裂缝的存在，使土壤水的蒸散面积增大，包气带土壤的持水能力下降最后，大的地裂缝将沟通煤层上覆各含水层，使地下水位降低，地表井泉干涸。

( 1) 煤炭开采造成地表水减少

煤炭开采对地表水的影响主要有两方面。一方面是对地表沟泉的影响。大规模的采煤活动产生的地裂缝、塌陷洞、塌陷盆地等使地表径流条件发生变化。原有沟水、泉水易于沿地裂缝、塌陷洞等渗漏到地下，导致采煤塌陷区范围内的沟泉干涸。最典型的是神府-东胜大柳塔矿区塌陷区范围内的双沟水源地，1996 年发生初塌，据 1996 年 9 月观测资料，双沟水流量为 0. 079 m3/ s到 2005 年笔者去大柳塔双沟水源地调查的时候，双沟塌陷区范围扩大，沟中水已完全干涸，沟壁两侧树木也大部分枯死 ( 图 4-11) 。而与乌兰木伦河流域仅一梁 ( 柠条梁) 之隔的 牛川流域，目前尚属于未开采区域。其所属一级支流七概沟和二级支流大、小水头沟均有水。小水头沟宽约20 m，沟深约8 m，两侧长有树木和茂盛的芦苇。沟脑处有一侵蚀下降泉，侵蚀切割至潜水位以下，流量约 3 m3/ h。沟两侧也可见地下水从第四系或侏罗系地层接触面流出，与泉水汇合成溪。该沟为季节性河流，每年 8 ～10 月有水。小水头沟北为大水头沟，与小水头沟同是七概沟的支流，是常年性河流，四季有水。大、小水头沟水均流入七概沟，再汇入 牛川。七概沟河流量约0. 04 m3/ s，两岸长有茂盛蒲草 ( 图 4-12) 。

另一方面是对地表河流的影响。矿区内河流的补给方式主要有三种: 一是降雨入渗补给二是沟泉侧向补给三是地下水上渗补给。由于采煤形成许多地裂缝使得降雨补给来源大部分渗漏到地下，使地表径流明显减少，对河流的补给也相应减少另外，地表沟泉干涸使得河流的侧向补给来源明显减少有的地裂缝贯通上下含水层，造成潜水向深层渗漏，潜水位大幅下降，也导致地下水对地表河流补给的减少 ( 赵红梅，2006) 。

( 2) 煤炭开采破坏地下水系统

地下水是影响矿区生态环境的关键因素。地下水位的深浅对沙地植物群落组成、地貌景观及治理的难易有举足轻重的影响。煤层开采后，上覆岩层不断发生冒落，形成冒落带及导水裂隙带，从而使含水层结构和地下水径流、排泄条件发生变化。第四系松散层潜水由水平径流、排泄为主转化为以垂向渗漏为主，地下水位发生较大变化 ( 张发旺等，2006) 。

图 4-11 双沟水流植被状况

图 4-12 七概沟水流植被状况

· 煤炭开采对地下水补给的影响

在大柳塔地区，潜水主要靠降雨入渗补给。由于采煤塌陷造成的地裂缝的存在，当降雨强度很大，地面出现积水并产生径流时，径流经过塌陷裂缝时都会被截流，从而缩短了降雨入渗补给时间，减少蒸发，加大入渗量。

另一方面，大柳塔矿区自煤矿开采以来，由于采煤活动 ( 矿坑疏干排水以及采煤塌陷) 造成地下水位大幅下降，从而形成了厚度可达 40 m 左右的深厚包气带。这种深厚包气带对上部接收到的水分具有明显的滞后分配作用，当包气带厚度很大时，这种滞后分配作用的时间尺度甚至可以达到年，其结果是降水通过深厚包气带对潜水实现均匀补给。因此，采煤塌陷使降雨入渗补给量增加，并且通过深厚包气带实现对潜水的均匀补给，对地下水补给的影响为正效应。

·煤炭开采对地下储水空间及地下水运动的影响

采煤塌陷作用往往会破坏潜水含水层，使其与地下采空区连通，成为新的、统一的含水层，称之为 “含水层再造” ( 张发旺等，2006) 。由于含水层与采空区相连通，明显加大了地下水的储水空间，形成一个 “含水层再造”后的地下水库。

在天然条件下，煤、水资源共存于地质体中，并且各有其自身的赋存条件和变化规律。由于煤矿排水以及塌陷渗漏打破了地下水原有的自然平衡状态，形成以矿井为中心的降落漏斗，使地下水向矿坑汇流，在其影响半径内，地下水流速加快，水位下降，贮存量减少，局部由承压转为无压，使地下水运动受到明显影响。因此，采煤塌陷将加大地下储水空间，并改变地下水的运动规律。

·煤炭开采对地下水排泄的影响

如前所述，采煤塌陷造成地下含水层再造，使原本相对独立的含水层变成统一含水体，引起潜水位降低，导致地下水流场、水头压力发生变化，形成以矿井为排泄点的新的地下水排泄方式，进而使原有的地下水排泄点干枯或泉流量减少。

如大柳塔井田 201 工作面，该工作面上部为第四系萨拉乌苏组含水层，属母河沟泉域，沙层厚度20 ～50 m，含水层厚度0 ～30 m，富水性中等至强。采矿前，地下水以母河沟泉为排泄点，而开采后，由母河沟排泄变成了矿井排水 ( 通过疏放排水钻孔和导水裂隙带进入矿井) 排泄活鸡兔矿试生产时间不长，其顶部也出现了地面裂隙和塌陷，引起了含水层水位下降，其中王家壕一带地下水位也由开矿前埋深 1 m 左右，降至 6 m 左右布袋壕一带煤矿开采前，地下水位埋深仅 1 ～2 m，低洼地带常年积水形成海子，近年来随着煤矿的开采地下水位已下降至4 m 以下，多数海子已经干枯。矿区内民井水位也有明显下降趋势 ( 李连娟，2005) 。

·煤炭开采对地下水资源量的影响

大柳塔地区的地下水资源，主要是赋存于第四系松散含水层中的潜水，其次是烧变岩中的基岩裂隙水，二者为统一的含水系统，具有统一的水位和良好的水力联系，第四系松散含水层中的潜水，是其下伏烧变岩裂隙潜水的补给来源。煤炭开采对地下水资源量的影响主要来自两方面。

1) 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。

2) 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。

在大柳塔矿区，煤炭开采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。

三、地质环境问题对煤炭开发的反作用

煤炭开发破坏了矿区的生态环境，严重影响当地居民的生存环境。恶化的生态地质环境反过来又给煤炭开发带来了严重的影响，造成了巨大的直接和间接经济损失。

首先，地面塌陷破坏农田、损毁房屋，所造成的经济损失要由煤矿来承担，增加了煤炭生产成本，也加剧了煤矿与当地居民的矛盾，甚至可能成为阻碍煤矿进一步发展的重要因素。如大柳塔煤矿开采造成前柳塔村除村子及附近农田以外的大面积塌陷，使双沟沟泉干涸，地下水位下降至40 m 以下，当地居民饮用水要依靠神东公司从镇上引来的自来水。2006 年，项目组通过访问前柳塔村民了解到，大柳塔煤矿要把原本保留煤柱的前柳塔村及附近大片农田也都纳入下期开采规划中，正与村民协商补偿问题。村民没了土地，要求的补偿较高，而矿上又不肯答应，于是双方协商陷入僵局，问题迟迟不能解决，煤炭开采的下一步工作也将无法顺利实施。

其次，煤炭开发破坏了地表水和地下水系统，使该地区本来就十分缺乏的水资源变得更加稀缺，使煤矿生产用水和工人、居民生活用水面临无水可用的境地，形成了煤炭开发过程中难以逾越的障碍。据报道，陕北神木县中鸡镇李家畔村，由于地面塌陷，地下水遭到破坏，塬上的井水干涸，村民吃水非常困难，人吃水必须到 1. 5 km 以外的地方去运水，每次用牛车拉一罐，得 4 元钱。羊吃水就到附近煤矿的进风口去，吃那种混着煤屑的黑乎乎的地下水。

再次，煤矿旧采空区容易发生冒顶，贯通正在开采的工作面，造成煤矿工人受伤，甚至死亡，也使开采工作陷入混乱。据 《三秦都市报》2008 年 12 月 5 日最新报道，12 月 3日15时10分，神木县大柳塔镇后柳塔煤矿井下旧采空区发生大面积冒顶事故，冲击波将两处标准密闭墙冲塌，从旧采空区涌出的有毒气体致运输大巷中的9名运煤车司机不同程度中毒，经全力抢救升井并立即送往当地医院救治，其中4人不幸遇难，5人正在医院救治并已脱离危险。冒顶地点距主井口约1200m处的主运大巷西侧旧采空区(1996～1997年采空，已封闭多年)，事故发生时，共有19人在井下作业，除9人中毒以外，其余人员都安全升井。

最后，地表植被的破坏还使矿区风蚀严重，影响了煤矿的生产环境，也影响到煤炭的生产，如增加了成品煤的含沙量等。

水和煤之间的关系是密不可分的。

原因有以下几点:首先,煤炭的储藏位置在地下,煤炭开采必然对地下水造成一定的影响。 其次,煤炭开采过程中还伴随着矿坑的排水,矿坑水的利用是煤炭开采过程中的一个副效应。 第三,煤炭开采链条中不同环节的用水都会对水资源和水环境造成影响。 煤炭开采过程直接破坏了地下水含水层结构,改变了地下水含水层的补给、径流、排泄方式,影响了地下水含水层的水循环条件同时,煤炭开采过程中在采空区上覆岩层及其周边区域形成了垮落带、断裂带和弯曲带,引起土地塌陷和土壤沙化,改变了区域下垫面条件,影响了地表水入渗、产流过程以及地表水与地下水的交换条件,从而对区域的水循环条件产生了重大影响。 此外,不间断、大规模采煤引起的地面塌陷、地下水漏斗以及水污染等,对区域水资源造成极大的破坏。

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。

(1)煤炭开采导致土地资源破坏及生态环境恶化。由于露天开采剥离排土，井工开采地表 沉陷、裂缝，都将破坏土地资源和植物资源，影响土地耕作和植被生长，改变地貌并引发景 观生态的变化。开采沉陷造成中国东部平原矿区土地大面积积水受淹或盐渍化，使西部矿区 水土流失和土地荒漠化加剧。采煤塌陷还会引起山地、丘陵发生山体滑落或泥石流，并危及 地面建筑物、水体及交通线路安全。据调查，中国因采矿直接破坏的森林面积累计达106万 公顷，破坏草地面积为26.3万ha，全国累计占用土地约586万ha，破坏土地约157万ha ，且每年仍以4万ha的速度递增，而矿区土地复垦率仅为10%。另据测算，中国每采万吨煤 ，平均塌陷土地0.2ha；在村庄稠密的平原矿区，每采出1000万t煤需迁移约2000人。

(2)煤炭开采破坏地下水资源，加剧缺水地区的供水紧张。中国是世界上人均占有水资源量较低的国家，且水资源分布极不平衡。从含煤地区分布看，富煤地区往往也是贫水地区。据调查，全国96个国有重点矿区中，缺水矿区占71%，其中严重缺水矿区占40%。随着煤炭开采强度和延伸速度的不断加大提高，矿区地下水位大面积下降，使缺水矿区供水更为紧张，以致影响当地居民的生产和生活。另一方面，大量地下水资源因煤系地层破坏而渗漏矿井并 被排出，这些矿井水被净化利用的不足20%，对矿区周边环境形成新的污染。据统计，中国煤矿每年产生的各种废污水约占全国总废污水量的25%。2000年，全国煤矿的废污水排放量 达到27.5亿t，其中，矿井水23亿t，工业废水3.5亿t，洗煤废水5000万t，其它废水450 0万t。

(3)煤炭开采导致废气排放，危害大气环境。因煤炭开采形成的废气主要指矿井瓦斯和地 面矸石山自燃施放的气体。矿井瓦斯中的主要成分甲烷是一种重要的温室气体，其温室效应 为CO2的21倍。据统计中国每年从矿井开采中排放甲烷70～90亿m?3，约占世界甲烷总 排放量的30%，除5%左右的集中回收利用外，其余全部排放到大气中。矿区地面矸石山自燃 施放出大量含SO2、CO2 、CO等有毒有害气体，严重污染大气环境并直接损害周围居民的身体健康 。煤矸石产出量很大，其排放量约占煤矿原煤产量的15%～20%。据不完全统计，中国国有煤矿现有矸石山1500余座，历年堆积量达30亿t，占地5000ha。另据1994年的矿山环境调查， 淮河以北半干旱地区的1072座矸石山中，有464座发生过自燃，自燃率达43.3%。

(4)为满足社会对洁净煤的需求，中国原煤入洗比例连年提高。1999年原煤入洗量3.17亿 t，入洗比例30%，其中国有重点煤矿入洗比例达到48%。原煤被入洗的同时，也排放出大量 的煤泥水污染土壤植被及河流水系。据调查，因洗煤全国每年排出洗矸4500万t，洗煤废水 4000万t，煤泥200万m3。

(5)在中国，由于煤炭生产与消费之间巨大的空间差异，导致“北煤南运，西煤东输”的 长距离运煤格局。运输中产生的煤尘飞扬，既损失大量的煤炭，又污染沿线周围的生态环境 。据统计，1999年全国铁路运煤量为64917万t，平均运距为550km；经公路运输或中转到 铁路的煤炭量达6亿t，平均运距为80km。若以0.5%的扬尘损失计算，因运输向大气中排放的 煤尘达600多万t，直接经济损失超过6亿元人民币。

(6)中国长期以煤炭为主的能源消费结构，不仅形成以酸雨、二氧化硫和烟尘为主要危害 的煤烟型大气污染，也是中国污染物排放量居世界第二的主要原因。统计资料显示，2000年 ，全国废气中SO2排放总量1995万t，其中工业来源的排放量1612万t，生活来源的排放量3 83万t；烟尘排放总量1165万t，其中工业烟尘排放量953万t，生活烟尘排放量212万t； 酸雨区面积约占国土面积的30%。

煤炭从地下挖出来，一个方法是煤炭是从地面向下挖竖井，把煤炭开采出来，然后再运到井上；另一个方法是从地面比较大面积的挖开，成为露天煤矿，然后把煤挖出来，这是浅层的煤矿挖煤的方法。

煤洞水：水质是相当恶劣的，含有大量的重金属、有毒化合物。

地下水：定义有三种：一是指与地表水有显著区别的所有埋藏在地下水的水，特指含水层中饱水带的那部分水；二是向下流动或渗透，使土壤和岩石饱和，并补给泉和井的水；三是在地下的岩石空洞里、在组成地壳物质的空隙中储存的水。

1、按起源不同,可将地下水分为渗入水、凝结水、初生水和埋藏水。

渗入水：降水渗入地下形成渗入水。

凝结水：水汽凝结形成的地下水称为凝结水。当地面的温度低于空气的温度时，空气中的水汽便要进入土壤和岩石的空隙中，在颗粒和岩石表面凝结形成地下水。

初生水：既不是降水渗入，也不是水汽凝结形成的，而是由岩浆中分离出来的气体冷凝形成，这种水是岩浆作用的结果，成为初生水。

埋藏水：与沉积物同时生成或海水渗入到原生沉积物的孔隙中而形成的地下水成为埋藏水。

包气带水：指潜水面以上包气带中的水，这里有吸着水、薄膜水、毛管水、气态水和暂时存在的重力水。包气带中局部隔水层之上季节性地存在的水称上层滞水。赋存在地下岩土空隙中的水。含水岩土分为两个带，上部是包气带 ，即非饱和带 ，在这里，除水以外，还有气体。下部为饱水带，即饱和带。饱水带岩土中的空隙充满水。狭义的地下水是指饱水带中的水。

补给方式

地下水主要有降水入渗、灌溉水入渗、地表水入渗补给，越流补给和人工补给。在一定条件下，还有侧向补给。地下水的排泄主要有泉、潜水蒸发、向地表水体排泄、越流排泄和人工排泄。泉是地下水天然排泄的主要方式。

主要功能

地下水作为地球上重要的水体，与人类社会有着密切的关系。地下水的贮存有如在地下形成一个巨大的水库，以其稳定的供水条件、良好的水质，而成为农业灌溉、工矿企业以及城市生活用水的重要水源，成为人类社会必不可少的重要水资源，尤其是在地表缺水的干旱、半干旱地区，地下水常常成为当地的主要供水水源。