目錄
前言
第1章 西部煤炭開采與生態修復技術發展 1
1.1 西部地區煤炭資源與開采地質條件 1
1.1.1 西部地區煤炭資源基本情況及開采地質條件 1
1.1.2 神東礦區煤炭資源及開采地質條件 5
1.2 煤炭現代開采技術特點及發展趨勢 9
1.2.1 現代煤炭開采的主要特點 9
1.2.2 神東礦區煤炭現代開采工藝技術 12
1.2.3 西部地區煤炭現代開采技術發展趨勢 15
1.3 西部煤炭開采地下水與地表生態保護及研究方法 17
1.3.1 煤炭現代開采面臨的難題及相關科學問題 18
1.3.2 國內外研究與實踐現狀 20
1.3.3 研究分析思路和方法 24
第2章 基於四維地震的現代開采覆岩損傷規律研究 32
2.1 采動覆岩結構變化探測與分析方法 32
2.1.1 煤岩層地球物理測井方法 32
2.1.2 高精度四維地震數據采集與處理方法 43
2.1.3 四維地震資料數據處理 47
2.2 采動覆岩結構變化的信息提取與分析方法 56
2.2.1 時移地震數據體顯示方法 56
2.2.2 采動覆岩靜態描述方法 59
2.2.3 煤繫地層動態描述 67
2.3 現代開采工作面采動覆岩結構變化分析 79
2.3.1 開采前煤層覆岩地震響應特征 79
2.3.2 開采中采動覆岩地震響應特征 80
2.3.3 開采後采動覆岩地震響應特征 83
2.4 現代開采技術下采動覆岩結構變化趨勢分析 85
2.4.1 采動覆岩結構變化的地震“三帶”響應特點 85
2.4.2 采動覆岩結構變化信息增強方法 87
2.4.3 基於地震振幅譜信息的采動裂隙發育變化分析 88
2.4.4 采動覆岩滲透率變化趨勢分析 93
第3章 煤炭現代開采對淺表層結構及土壤水的影響 100
3.1 基於時移地質雷達的地表層含水性變化探測方法 100
3.1.1 時移地質雷達探測方法 100
3.1.2 第四繫地表層主要岩性結構及分布特征 118
3.1.3 地表層含水率信息提取方法 123
3.2 開采對地表層結構的影響分析 130
3.2.1 層位厚度提取算法研究 130
3.2.2 層位變化評價算法 133
3.2.3 開采不同階段主要岩性結構的變化分析 134
3.3 開采對地表層含水率的影響及變化趨勢分析 137
3.3.1 地表層含水率探測有效性及影響因素 137
3.3.2 采前地表層含水率空間分布情況 139
3.3.3 開采對地表層含水率的影響分析 140
第4章 現代開采對采動覆岩賦水性影響研究 144
4.1 現代開采影響的物理和數值模擬研究 144
4.1.1 模擬研究方法 144
4.1.2 含水層洩漏狀態響應模擬 145
4.1.3 地下水順層流動狀態響應模擬 148
4.1.4 地下充水采空區狀態響應模擬 150
4.1.5 開采覆岩破壞狀態響應模擬 151
4.2 時移高精度電法數據采集與處理方法 152
4.2.1 現場數據采集 153
4.2.2 數據預處理方法 153
4.2.3 數據精細反演與可視化成像 158
4.2.4 高精度電阻率解釋 160
4.3 補連塔試驗區采動覆岩富水性變化綜合分析 165
4.3.1 試驗區基本地電情況 165
4.3.2 采動覆岩賦水性剖面分析 167
4.3.3 采動覆岩賦水性變化綜合分析 171
第5章 現代開采基岩裂隙水模擬預測分析 180
5.1 地下水流法模擬方法 180
5.1.1 法簡介 180
5.1.2 FEFLOW軟件介紹 182
5.2 基岩裂隙水流場數值模擬 183
5.2.1 地下水繫統概念模型 183
5.2.2 地下水繫統數學模型 184
5.2.3 地下水繫統數值模型的建立 185
5.2.4 地下水數值模型的識別與驗證 188
5.2.5 地下水數值模型的預測 190
5.3 烏蘭木倫井田開采對基岩裂隙水影響預測分析 191
5.3.1 水文地質概況 191
5.3.2 基岩裂隙水產生礦井水量預測 193
5.4 補連塔井田開采對基岩裂隙水影響預測分析 195
5.4.1 水文地質概況 195
5.4.2 基岩裂隙水產生礦井水量預測 197
5.5 大柳塔井田開采對基岩裂隙水影響預測分析 200
5.5.1 水文地質概況 201
5.5.2 基岩裂隙水產生礦井水量預測 205
5.6 榆家梁井田開采對基岩裂隙水影響預測分析 209
5.6.1 水文地質概況 209
5.6.2 基岩裂隙水產生礦井水量預測 212
第6章 現代開采沉陷區地表移動變形規律研究 216
6.1 現代開采地表移動變形觀測與分析方法 216
6.1.1 觀測繫統及觀測點布局 216
6.1.2 地表移動觀測方法 218
6.1.3 地表移動觀測數據處理 220
6.2 現代煤炭開采對地表移動變形規律影響分析 222
6.2.1 基於實測的地表移動變形規律 223
6.2.2 基於模型的地表移動變形參數求取 228
6.2.3 地表動態參數求取與分析 231
6.2.4 動態參數對比分析 232
6.3 開采沉陷地表破壞預測分析 234
6.3.1 基於參數的地表沉陷預測分析比較 234
6.3.2 基於Suffer的開采沉降區三維動態模擬分析 235
6.3.3 地表變形區自修復能力分析 235
第7章 現代開采地表裂縫發育規律研究 240
7.1 開采沉降區動態裂縫初始狀態及分布特征 240
7.1.1 下沉盆地動態裂縫初始狀態的分布特征 240
7.1.2 動態裂縫發育周期監測方法 242
7.1.3 動態裂縫產生的時機模型 242
7.2 典型動態裂縫發育規律分析 244
7.2.1 典型動態裂縫發育特征分析 244
7.2.2 動態裂縫的發育周期函數模型 246
7.3 典型邊緣裂縫分布特征與屬性 247
7.3.1 邊緣裂縫監測方法 247
7.3.2 邊緣裂縫的分布特征與屬性 248
7.3.3 邊緣裂縫寬度與深度關繫分析 249
7.4 地裂縫淺層地下軌跡研究 253
7.4.1 地裂縫淺層地下軌跡探測方法 253
7.4.2 地裂縫軌跡特征 255
第8章 現代開采沉陷區土壤水及滲流規律研究 262
8.1 地表土壤水及土壤滲流特性測定方法 262
8.1.1 地表裂縫處含水率測定 262
8.1.2 土壤垂直方向水分影響觀測 264
8.1.3 地表裂縫區土壤滲流特性測定 265
8.1.4 地表水土流失測定 268
8.2 開采地表裂縫及沉陷區土壤水變化特征 270
8.2.1 動態裂縫對土壤含水性的影響特點 270
8.2.2 邊緣裂縫對土壤含水性的影響特點 278
8.2.3 開采裂縫對土壤含水量的影響及自修復作用 283
8.2.4 塌陷時序上土壤含水量變化比較分析 285
8.3 開采沉陷不同區土壤垂直方向水分變化特征 286
8.3.1 對照區的土壤水分垂直特征 287
8.3.2 沉陷區谷底區土壤水分垂直特征 289
8.3.3 沉陷盆地邊緣土壤水分垂直特征 289
8.3.4 開切眼處土壤水分垂直特征 290
8.4 開采對土壤滲流影響規律 291
8.4.1 開采過程中土壤入滲變化規律 291
8.4.2 影響土壤穩定入滲速率的因素分析 294
8.4.3 土壤滲流變化趨勢分析 296
8.5 開采對地表水土流失影響研究 296
8.5.1 徑流小區地表和水流變化 296
8.5.2 水土流失影響現場試驗研究 297
第9章 現代開采沉陷區土壤損傷規律研究 299
9.1 土壤主要參數測定方法 299
9.1.1 土壤樣點時空布局及采集方法 299
9.1.2 植物土壤采樣布局與方法 301
9.1.3 土壤主要物理參數測定方法 303
9.1.4 土壤主要化學參數測定方法 306
9.2 現代開采沉陷區土壤物理特征時空變化 309
9.2.1 土壤容重變化特征 309
9.2.2 土壤孔隙度變化特征 312
9.2.3 土壤含水率變化特征 314
9.2.4 土壤入滲與蒸發能力變化特征 319
9.3 現代開采沉陷區土壤化學特征時空變化 321
9.3.1 土壤pH 321
9.3.2 土壤全氮 322
9.3.3 土壤速效鉀 323
9.3.4 土壤速效磷 325
9.3.5 土壤有機質 326
第10章 現代開采沉陷區植物生長及根際土壤環境變化研究 329
10.1 研究區植物概況及采樣方法 329
10.1.1 研究區植物概況 329
10.1.2 典型植物選擇 331
10.1.3 樣區布置與采樣方法 334
10.1.4 主要測試參數及測定方法 338
10.2 現代開采沉陷區植物生長變化研究 338
10.2.1 補連塔現代開采沉陷區典型植物變化研究 339
10.2.2 大柳塔現代開采沉陷區典型植物變化研究 348
10.3 現代開采對典型植物土壤環境的主要影響 354
10.3.1 補連塔現代開采沉陷區植物根際土壤變化 354
10.3.2 大柳塔研究區現代開采沉陷區植物土壤環境研究 369
第11章 現代開采沉陷區植物根際生物環境及多樣性變化研究 378
11.1 開采沉陷對植物根際微生物數量的影響 378
11.1.1 補連塔研究區 379
11.1.2 大柳塔研究區 388
11.2 開采對典型植物根際酶活性的影響 390
11.2.1 補連塔研究區 391
11.2.2 大柳塔研究區 398
11.3 現代開采沉陷區微生物菌群多樣性影響 400
11.3.1 不同開采時間根繫真菌種類 400
11.3.2 不同開采時間下繫統發育樹 401
11.3.3 根繫真菌多樣性分析 401
11.4 現代開采沉陷區植物群落演替變化分析 417
11.4.1 物種多樣性 418
11.4.2 植物群落特征 419
第12章 現代開采地表生態損傷程度與自修復研究 431
12.1 基於GIS的礦區生態環境損害評價 432
12.1.1 損害評價指標體繫構建 432
12.1.2 專題數據處理分析 436
12.1.3 評價方法 443
12.1.4 評價結果分析 443
12.2 基於現代開采的地表土地生態損傷自修復能力研究 445
12.2.1 土地生態環境自修復評價模型 445
12.2.2 評價體繫構建 449
12.2.3 評價模型應用 452
12.2.4 評價結果分析 454
12.3 基於現代開采的植被生態損傷及自修復能力研究 456
12.3.1 現代開采生態繫統損傷模型構建 456
12.3.2 現代開采對本底生態環境的影響程度評價(試驗區案例) 4