[发明专利]一种井工开采区地表环境损伤的监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，特别涉及井工开采区地表环境损伤的监测方法。

背景技术

风沙区的主体矿区位于我国黄土丘陵与毛乌素沙漠之间，沙漠化及潜在沙漠化土地面积约占总面积的85％。沙层上覆的薄表层土颗粒较为松散，人为干扰或恶劣天气的侵扰均会导致其迅速分散，并发土壤侵蚀。随着我国煤炭开采“战略西移”，势必也将对该区域的生态环境带来相应的负面影响，其主要破坏形式为地表移动变形引起的塌陷、地表裂缝以及由此引起的土壤质量损伤。

目前，许多学者从遥感与遥测以及现场实地监测等多个尺度对该区域进行比较广泛的研究。遥感与遥测属于大尺度调查的范畴，部分研究成果表明，煤炭开采导致该类型的部分区域内景观破碎度的增加；雷少刚(荒漠矿区关键环境要素的监测与采动影响研究，中国矿业大学博士论文，2009)利用多时序的遥感图像，通过植被覆盖指数(NVDI)与区域内的大气降水量之间的关系以及热表征惯量反演地表含水量等研究发现，该区域煤炭开采对植被生长以及地表水变化影响不大，主要受大气降水量的影响；神华遥感勘查有限责任公司2010年完成的“神华矿区环境地质调查及环境治理综合研究”项目，对该区域的地质灾害、水环境以及水土污染四个方面的水文地质及环境地质现状，并进行了采煤对地质环境的影响评估、预测、治理措施及成效的研究。而在小尺度调查领域：针对地表移动规律，宣以琼(薄基岩浅埋深煤层覆岩破坏移动演化规律研究，岩土力学，2008，2(29)：512～516)等采用模拟试验或理论推算的方法研究了该类型开采的覆岩破坏移动规律、压力显现和沉陷预计；针对地裂缝，吴侃(吴侃，胡振琪，常江，葛家新.开采引起的地表裂缝分布规律中国矿业大学学报，1997，26(2)：56～59)等针对中东部地表裂缝进行大量研究，部分学者也初涉了风沙区地裂缝研究；针对土壤损伤，赵红梅等也开展了部分研究。

然而，上述研究结论却不尽相同，采煤塌陷对风沙化地区的土地生态影响程度没有统一定论，究其原因可能是风沙区土地的土地受损有特定的演化过程，从长期看也许逐渐会自修复，但短期内势必会有影响。因此，需要从开采损伤全过程的角度去研究动态演化规律，而以往的研究，主要是对塌陷后的土地选择适宜的位置进行取样分析，缺乏动态观测地表损伤。

风沙区采煤沉陷地土地损伤监测方法的难点在于：

1)风积沙层的存在，采动引起的土地损伤的形式与中东部地区存在明显差异，损伤因子的监测位置的选取非常困难；

2)风沙区煤矿主产区多为快速推进开采，损伤因子(特别是地裂缝、地表水)的时空演变数据变化速率很快，获取其变化的全过程中的完整的信息非常困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于，提出一种井工开采区地表环境的监测方法，以更加全面科学地检测土地损伤情况，为区域土地复垦与生态环境修复提供数据信息。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种井工开采区地表环境的监测方法，所述方法包括以下步骤：

a、布设地表移动观测站：在采煤工作前，采用剖面法在下沉盆地的主断面分别布设走向观测线和倾向观测线，所述观测线由多个地表移动观测站组成，观测线的两端应保证超出采动影响范围；

b、观测开采扰动前后观测站的空间位置的变化数据，获取地表移动信息；

c、监测动态裂缝，对工作面前端新出现的地表动态裂缝进行监测，测定随工作面的推进动态裂缝宽度的变化；

d、获取土壤浅层含水量的时序变化规律：根据工作面推进位置，选取工作面前端未受采动影响区布设采样区，在倾向方向上工作面边界的外部相似区域设置对照采样区，通过同一观测时段采样区与对照采样区土壤水分含量的差值，得到随工作面的推进过程中采煤扰动对土壤水分含量的变化；

e、获取土壤理化性质的时序变化规律：根据工作面推进位置，选取工作面前端未受采动影响区，沿工作面倾向布设土壤取样点，测定不同采煤扰动程度下土壤理化性质的变化。

优选地，步骤c中采用如下过程监测地表动态裂缝宽度变化：

c1、找出最前端裂缝：当工作面推进到第一位置为A时，对其前方新出现的疑似裂缝进行标记观测，找出这些疑似裂缝中随工作面的后续推进而发育的裂缝，这些发育的裂缝中与第一位置距离最大的裂缝即为最前端裂缝，测定最前端裂缝的第二位置为B，得到第二位置与第一位置之间的距离C；