煤矿开采沉陷对四合木的影响与保护对策研究
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摘要
四合木具有植物中的大熊猫之称，是我国一级保护植物。本文结合野外调查、实验测试、遥感监测、情景模拟等多种技术手段，研究煤矿开采沉陷对四合木生长的影响，并此基础上优选植被生长免受损伤的煤矿开采方式。本文得到的研究成果对于指导其他特殊植被下优选煤矿开采方式具有重要意义。
首先，利用遥感技术宏观上认识了乌海市四合木具有零星分布，典型荒漠植被的特征，其空间自相关范围与空间变程都较小。论文从四合木生产有机质、净化环境、气体调节、涵养水源、生物多样性、保护土壤及防风固沙等角度，建立了基于植被指数的四合木生态服务价值估算体系，为分析煤矿开采引起的环境成本提供了参考。四合木保护区周边矿业开发活动剧烈，土壤采样测试表明，大量露天坑、矸石堆场、堆煤场、道路等土地利用方式不仅直接破坏地表植被，还引起了四合木保护区土壤中Cd，Hg与Pb等元素富集。
其次，本文提出了控制煤矿开采地表沉陷变形和裂缝发育是保护四合木生长的关键。基于开采沉陷学相关原理，推导了地表拉伸应变的计算公式，得出开采厚度与地表拉伸应变的对应关系。对四合木根系抗拉力学特性进行了测试；根的直径与其最大抗拉力值具有线性关系；四合木根的抗拉强度随着直径的增加，呈现出下降的趋势；根据根的应力应变关系提出四合木根系三种级别损伤程度对应的地表允许水平变形阈值，并建立沉陷区四合木根系损伤量评价模型，为定量分析不同井工开采方式下地表沉陷对四合木根系的损伤程度提供了理论基础。
最后，通过情景模拟比较分析了全部垮落开采、条带开采、充填法开采方案引起的地表水平变形与四合木根系抗变形损伤能力的关系；在此基础上提出了采用充填法开采控制地表四合木免受损伤的保护性煤矿开采技术对策。
Tetraena mongolica is called as panda in the plant family and it is the grade one ofnational protected plants. The mining subsidence’s impacts on Tetraena mongolica’s growth wasstudied to find an environmental friendly coal mining solution by using field investigation,laboratory test, remote sensing and scenario simulation. The research results are significant forchoosing optimization coal mining solution to protect the other special vegetation.
Firstly, it is found that Tetraena mongolica is of the typical desert characteristics, withsporadical distribution, small spatial variation and autocorrelation range by using the remotesensing technique. The Tetraena mongolica ESV’s evaluation system associated with NDVI,which includes producing organic matter, refining environment, balancing air, holding water,biodiversity, protecting soil, resisting wind and fixing sand into consideration. This system canbe regarded as a reference to analyze the environment cost of coal mining. Since the explorationaround the Tetraena mongolica is violent, there are many open pits, stock dump of gangue androads. The soil, coal, coal gangue were sampled at different location to test the content of variouselements. It displays that a lot of vegetation was destroyed; and accumulation of Cd, Hg and Pbetc. in the Tetraena mongolica’s area was induced by these adjacent mining activities.
Secondly, we put forward that controlling the surface deformation and fissures is the key toprotect Tetraena mongolica. The computing model of the surface tensile strain was deducedbased on the theories of mining subsidence. The relationship between mining thickness and thesurface tensile strain was analyzed.
It is found that the maximum surface tensile strain has a linear relationship with the root’sdiameter; the root tensile strength declines while the diameter rises by testing the tensileresistance of Tetraena mongolica. Therefore, the surface deformation threshold values whichmatch the three damage levels according to the relationship between stress and strain were putforward. A quantitative evaluation model for computing the injury of Tetraena mongolica rootwas provided, which could provide a theoretical basis for analyzing the surface subsidence’sdamage to Tetraena mongolica’s root induced by different coal mining methods.
In the end, the relationships between the tensile resistance capacity of Tetraena mongolicaand the deformation respectively caused by all caving method, strip method, filling method wereanalyzed by using scenario simulation. On this basis, the filling mining method was put forwardas the technical countermeasures to protect Tetraena mongolica.
首先，利用遥感技术宏观上认识了乌海市四合木具有零星分布，典型荒漠植被的特征，其空间自相关范围与空间变程都较小。论文从四合木生产有机质、净化环境、气体调节、涵养水源、生物多样性、保护土壤及防风固沙等角度，建立了基于植被指数的四合木生态服务价值估算体系，为分析煤矿开采引起的环境成本提供了参考。四合木保护区周边矿业开发活动剧烈，土壤采样测试表明，大量露天坑、矸石堆场、堆煤场、道路等土地利用方式不仅直接破坏地表植被，还引起了四合木保护区土壤中Cd，Hg与Pb等元素富集。
其次，本文提出了控制煤矿开采地表沉陷变形和裂缝发育是保护四合木生长的关键。基于开采沉陷学相关原理，推导了地表拉伸应变的计算公式，得出开采厚度与地表拉伸应变的对应关系。对四合木根系抗拉力学特性进行了测试；根的直径与其最大抗拉力值具有线性关系；四合木根的抗拉强度随着直径的增加，呈现出下降的趋势；根据根的应力应变关系提出四合木根系三种级别损伤程度对应的地表允许水平变形阈值，并建立沉陷区四合木根系损伤量评价模型，为定量分析不同井工开采方式下地表沉陷对四合木根系的损伤程度提供了理论基础。
最后，通过情景模拟比较分析了全部垮落开采、条带开采、充填法开采方案引起的地表水平变形与四合木根系抗变形损伤能力的关系；在此基础上提出了采用充填法开采控制地表四合木免受损伤的保护性煤矿开采技术对策。
Tetraena mongolica is called as panda in the plant family and it is the grade one ofnational protected plants. The mining subsidence’s impacts on Tetraena mongolica’s growth wasstudied to find an environmental friendly coal mining solution by using field investigation,laboratory test, remote sensing and scenario simulation. The research results are significant forchoosing optimization coal mining solution to protect the other special vegetation.
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It is found that the maximum surface tensile strain has a linear relationship with the root’sdiameter; the root tensile strength declines while the diameter rises by testing the tensileresistance of Tetraena mongolica. Therefore, the surface deformation threshold values whichmatch the three damage levels according to the relationship between stress and strain were putforward. A quantitative evaluation model for computing the injury of Tetraena mongolica rootwas provided, which could provide a theoretical basis for analyzing the surface subsidence’sdamage to Tetraena mongolica’s root induced by different coal mining methods.
In the end, the relationships between the tensile resistance capacity of Tetraena mongolicaand the deformation respectively caused by all caving method, strip method, filling method wereanalyzed by using scenario simulation. On this basis, the filling mining method was put forwardas the technical countermeasures to protect Tetraena mongolica.
引文
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