风积沙区超大工作面开采后土地损伤与生态演变规律及其修复对策研究

Based on the review of past literatures and present research achievements, we found that the laws of mining subsidence, land damage and ecological degradation due to super large-size coal mining work face with sandy terrain are still not clear. The proposal emphasizes on the resolution of following issues: 1) discovering the laws of mining subsidence, including the distribution of surface movement and deformation, the distribution of surface fissures and their depth; 2) revealing the laws of land damage and ecological degradation by proposing indicators to evaluate the degree of land damage and ecological degradation, conducting the formula between those indicators and surface movement and deformation; 3) the model and methodology to predict the trends of land damage and ecological degradation with time by setting out the standards to praise the level of land damage and ecological degradation and ecological risk forecasting model by scenarios analysis; 4) the strategies for protecting land and ecological system before mining and the theory and measures for ecological reconstruction after mining.

针对风积沙区超大工作面的开采沉陷、土地损伤规律及生态演变趋势认识不清这些关键问题，重点研究：1）超大工作面开采引起的开采沉陷规律研究，包括地表移动变形分布、地裂缝发育与分布规律；2）开采沉陷对土地损伤与生态演变的规律研究，包括风积沙区开采引起的土地损伤与生态演变的指标表达、建立土地损伤及生态退化指标与超大工作面开采沉陷之间的定量关系及空间相关关系；3）采煤工作面上方土地与生态退化的预测与评价，包括土地损伤与生态退化的等级评价、土地退化与生态退化趋势的预测；4）采前土地与生态的保护及采后生态恢复对策，包括受开采影响土地与生态的保护方法、受开采影响风积沙区生态修复的原理与方法。旨在揭示风积沙区超大工作面开采对土地损伤与生态退化的规律，预测土地退化与生态系统演变的趋势，为超大工作面开采条件下的土地与生态环境保护与修复提供原理和方法。

本项目以中国最大井工矿区神东矿区为研究基地，针对风积沙区超大工作面开采具有生态环境脆弱、开采强度大两大显著特点；利用卫星遥感、无人机航拍、样方调查、探地雷达、植物检测、取样测试、数值模拟等多种手段，较系统地研究了地下煤炭开采对基岩导水裂缝、土体变形、地裂缝、土壤理化生性质、植被恢复演替等关键环境要素的影响；从矿区、矿井、工作面多尺度、多层次、井上下联动研究了煤炭地下开采对风积沙区土地损伤与生态退化的影响规律，为超大工作面开采条件下的土地与生态环境保护及其修复提供了原理和对策。. 通过四年的研究完成了预定的目标内容，取得了重要研究成果，主要包括：补充发现工作面采宽对导水裂隙带发育高度的影响特点，以及超大工作面地表沉陷参数与地裂缝发育规律，累积获得了该区域不同开采强度下的10套工作面地表沉陷参数。研究得到了风积沙开采沉陷区土地损伤特征和水土流失诱发规律，及其与工作面开采强度参数的定量关系；揭示了沉陷区受影响植物退化机理与植被生态系统恢复演替规律及其影响驱动机制；比较分析了沉陷区人工修复与自然恢复效果差异，总结了矿山生态要素的自恢复特征规律，提出了基于矿山土地生态系统自恢复力理论的引导型矿山生态修复模式，明确了对土壤水、地下水等关键限制性因素及其阈值的识别与修复，以及矿区影响范围尺度上植被衰退区的识别与空间修复规划是风积沙矿山生态系统引导自修复的关键；并基于开采强度与土地损伤关系分析，提出了优化开采强度参数的源头减损策略；此外，通过四年的大量的野外实验调查积累了一批有延续研究价值的科学基础数据。. 本项目围绕相关成果共发表标注论文27篇，其中SCI收录9篇， EI收录8篇，在审SCI 4篇、EI 2篇，出版专著1本，受理发明专利8项，授权发明专利4项；提供了该区域工作面开采沉陷参数30套。培养博士/硕士研究生29名，博士后5名，获2017中国测绘地理信息学会科学技术进步二等奖一项（矿区采动灾害监测、治理及生态恢复研究与应用）。