一、煤炭开发地质环境保护与治理适用技术研究
煤炭开发地质环境保护与治理适用技术，需要针对不同类型的矿区，以及矿区存在的主要地质环境问题，结合当地气候、地貌、经济条件等，选择合适的治理技术进行地质环境的保护与治理。如在广泛收集资料以及调研的基础上，我们发现大柳塔矿区存在的最主要地质环境问题有以下几方面:一是地面塌陷与地裂缝;二是煤矸石山堆放及自燃;三是水资源破坏问题。铜川矿区除存在地面塌陷、地裂缝、煤矸石山、水源污染问题外，还面临煤炭资源枯竭城市转型问题。下面以大柳塔矿区地面塌陷与地裂缝、煤矸石山堆放、水资源破坏问题，以及铜川矿区存在的煤炭资源枯竭城市转型问题为例，探讨两个重点区煤炭开发地质环境保护与治理适用技术。
(一)地面塌陷与地裂缝的治理适用技术
1.矿区土地利用分布状况
大柳塔地区地处毛乌素沙地与黄土高原的接壤地区，属盖沙黄土丘陵区和黄土丘陵区。大柳塔镇农业人口平均14.2人/km2，耕地(水浇地和川地)为15亩/km2，山地为18亩/km2，为地广人稀的地区。土地面积的70.5%为草灌地、沙地和基岩区，综采形成的塌陷区系整体冒落，与原有的丘陵地貌难以区分，在这些地区塌陷治理的重点是对较大的地裂缝进行回填。
同时，我们不能忽略塌陷对耕地的破坏性作用，以及对塌陷区耕地的治理与恢复利用。据2005年7月31日的SPOT5卫星遥感影像和实地调查(徐友宁，2006)，大柳塔矿区耕地面积占整个矿区面积的15.8%，其中包括旱地6.6%和水浇地9.2%。旱地分布于沙丘间滩地、台地、低缓丘陵、沟谷平原，面积24.84km2，主要作物有玉米、黍子、糜子、土豆、谷子、向日葵等。水浇地主要分布于乌兰木伦河以及水源地的沟谷中。如双沟、母河沟、活鸡免沟、郝家沟、哈拉沟等。主要作物为玉米、黍子、糜子、土豆、谷子、蔬菜、瓜类、药柴等植物，面积9.24km2。这些农耕地在整个矿区所占比例虽然不大，但却是当地农民赖以生存的根本。因此对耕地的破坏需要重点治理。
2.地面塌陷与地裂缝治理适用技术
根据大柳塔矿区的地貌及土地利用情况，对草灌地、沙地及基岩区等，可对大的裂缝进行简单填充即可，塌陷坑、洞等只要不影响煤炭开采，就不需要特别治理，可待其自然稳定，与当地的丘陵地貌自然融合即可。
对于农耕地则需要应用一些工程治理技术配合生物治理技术等，恢复耕地的使用。鉴于大柳塔矿区煤矸石中含有一定量的重金属及氟化物，故不能用其对塌陷坑、洞等进行充填复垦。因此，对大柳塔矿区塌陷农耕地的复垦可以采用简单的挖深垫浅法以平整土地后，恢复耕地适用。再配合泥浆泵复垦技术或者酸碱中和法、绿肥法等简单价廉又有效的生物复垦技术，使复垦后的土壤容重、孔隙度、含水量及入渗性、有机质含量、养分含量等适宜，以提高土地的生产力。
(二)煤矸石山治理适用技术
1.矿区煤矸石性质与存在问题
神东矿区各煤层均属低变质煤，煤岩类型属半亮型、半暗型及暗淡型煤。其成分为亮煤、暗煤，夹少量镜煤及丝煤，有机质总量达到98%以上，易燃。煤中有害成分低，绝大多数为特低灰及低灰、特低硫，特低磷，高发热量煤。煤矸石和选煤矸石是以煤层夹石、伪顶、伪底岩石为主的黑矸组成，在开采矸石中混入煤炭增加了矸石的可燃性，机械化程度愈高，混入的煤矸石愈多。因此，即使在矸石含硫低的情况下，矸石中混有易燃的煤后，在外部条件具备的情况下，矸石堆的自燃在所难免。调查区前柳塔大柳塔煤矿矸石堆场就存在矸石自燃现象。
矸石在堆场存放的过程中，遇到大风天气容易产生风蚀扬尘，其扬尘条件主要取决于其粒度、表面含湿量和风速大小。根据气象统计资料，该地区年平均风速1.7m/s，春季多风，一年中风速超4.8m/s的频率在5.53%左右，说明矸石堆在特定条件下是可以起尘的。
另外，煤矸石中含有一定量的重金属及氟化物，因此随意堆排、不采取措施复垦，矸石扬尘、降水淋溶会对土壤环境造成一定的污染。
2.煤矸石山综合治理适用技术
对于煤矸石山自燃问题，预防最重要。鉴于大柳塔矿区选煤机械化程度高的实际情况，防止煤矸石自燃最有效的措施是有效剔除混入其中的煤屑或煤块。此外，针对矿区煤矸石存在重金属污染可能性的问题，采用分层堆积，覆土复垦再绿化的方式是行之有效的。对已经自燃的煤矸石山，针对火区范围、自燃严重程度、地理环境，以及施工作业条件等的差异，选择合理有效的矸石山自燃治理方案。从国内外工程实践来看，以注浆法为主，辅以表面密封和压实及灌注泡沫灭火剂的综合措施是目前较为成熟、有效的矸石山自燃治理技术。
近年来大柳塔矿区为提高效益降低成本减少污染，在矿井设计和建设阶段考虑和实施矸石矿渣井下处理技术，在井下消化处理全部矸石(叶青，2002)。
井下矸石矿渣处理就是用矿用铲车配合无轨自卸胶轮车将生产过程中产生的矸石矿渣就近排至联巷、排矸巷、施工巷，以及其他废弃的巷道内，并配以其他的安全辅助措施。
(1)大巷延伸、平巷开口及平巷胶带机头硐室施工阶段矸石的处理
根据排矸量就近在预留永久煤柱内开掘井下排矸硐室，并尽可能充分利用矿井原有的废弃巷道。
(2)掘进过程中煤层变薄或其他构造时矸石的处理
按照设计，两条临近平巷之间每隔50m开一条15m的联巷，除生产过程中必须预留的联巷外，其他均可作为排矸巷。如果预留的联巷仍不足以排矸，根据需要，就近在平巷煤柱内开掘深8m左右，与联巷同断面的排矸巷。对于一些废弃的施工巷，也作为排矸巷使用。排矸时，在矸石少的情况下，直接由矿用铲车将矸石铲至排矸巷;矸石多的情况下，先由无轨自卸胶轮车将矸石倒至排矸巷，再用矿用铲车将其堆积，最大限度地利用排矸巷。
为防治矸石自燃，在所有堆满矸石的排矸巷口处砌上挡墙。对排满掺有碎煤的排矸巷，煤矸表面一律用黄土覆盖严密;为了防止矸石二次污染，要设置隔水层;巷口打上永久密闭，以防自燃。
采用矸石矿渣井下处理技术，降低吨煤成本，不占用土地，杜绝了煤矸石中有毒有害物质在风化和淋滤作用下对环境和水体的污染;杜绝了煤矸石的自燃，降低了空气中硫化物及其他有毒有害物质的含量，达到了很好的经济、生态环境效益。
(三)矿区水资源综合利用适用技术
1.矿区水文地质条件及水资源破坏情况
矿区位于毛乌素沙地与陕北黄土高原的接壤地带，地势呈西北高而东南低，西部及北部为沙丘沙地、沙丘草滩和风沙河谷，东部及东南部为黄土梁峁丘陵区。矿区地下水类型可分为松散岩类孔隙含水岩组，烧变岩裂隙孔洞含水岩组，侏罗系碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组三大类。煤炭开发影响的含水岩组主要是:第四系上更新统萨拉乌苏组含水层和烧变岩含水层。
由于煤炭资源的开发活动，对区内水资源的破坏情况是全方位的:地下采煤导致的地表塌陷及地裂缝改变了包气带岩土结构，矿井疏干排水使地下水补、径、排条件发生了变化，导致含水层疏干，地下水位下降，地表水体干涸，水质恶化等一系列问题，从而在总量和质上影响矿区可用水资源。矿区受影响最大的为风积沙含水层，部分区域含水层已经疏干，原有的含水层变为深厚包气带。现状条件下对区内地下水的影响范围受天然含水层规模控制，有数百米到数公里不等。在乌兰木伦河西侧，由于风积沙和黄土含水层规模较小，影响范围小;而在乌兰木伦河东侧，特别是在敖包十里一带，含水层规模大，采矿对地下水的影响范围大(徐友宁，2006)。
2.矿区水资源综合利用适用技术
大柳塔矿区在神东煤炭公司的有效管理下，已经基本实现了矿井水的资源化。具体措施是采用先进技术对生活污水进行处理的同时，结合矿井水和采空区及其充填物的特点，重点开发了矿井水采空区过滤净化技术，并在大柳塔井田成功实施，取得了客观的经济、环保生态效益。
尽管大柳塔矿区成功实现了矿井水的综合利用，然而由于矿区地处西北干旱沙漠地带，降水少，蒸发多，水资源量天然不足，再加上煤炭开发造成的水资源破坏问题，使水资源的损耗成为一个越来越大的亏空，因此还需要考虑其他途径进行矿区水资源的综合有效利用。
国内外有关学者针对这一现状，已经把目标转移到对土壤水利用的研究上。但这些研究均处于基础理论研究阶段，涉及的内容包括:塌陷对土壤水分的影响研究、塌陷区土壤水分运移机理研究、采矿造成的土壤水污染研究等。真正提高到塌陷区土壤水利用方面的研究还没有。2005～2007年，张发旺负责开展的国家自然科学基金面上项目“采矿塌陷条件下包气带水分运移机理研究”(项目编号:40472124)开展了神府东胜采煤塌陷区包气带水分运移及生态环境研究，得出一些初步成果，对煤矿区土壤水资源的保护与综合利用提供了理论依据和技术支持。我们将在此基础上，进一步探讨采煤塌陷区土壤水的综合利用问题，提出适用于大柳塔矿区土壤水综合利用的保护治理方案，为矿区节约生态用水做出一定贡献。
(四)煤炭资源枯竭城市转型适用技术
1.矿业城市发展现状
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对矿井生产核定能力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。
2.资源枯竭矿业城市转型适用技术
参考国内外资源枯竭型城市转型的经验，我们认为以下几点对于铜川矿业城市的成功转型至为重要。
(1)以大力发展接续替代产业为核心推进其经济转型
具体有:充分挖掘现有煤炭资源的利用潜力;加强共伴生资源、废弃物的综合利用和再利用，减少资源浪费;积极申请接续矿井，延长煤炭资源开采期，延长开采时间;根据自身功能定位和特色及市场需求，尽早发展接替产业(如旅游业)，最终形成产业结构多元化格局。
(2)以推进就业和完善社保为重点推进其社会转型
具体措施有:培训下岗职工的技能;支持中小企业发展;鼓励自主创业;建立健全社会保障机制等。
(3)以改变矿业城市环境为目标推进其环境转型
具体措施有:将废弃矿井、露天矿坑等因地制宜地改造成矿山公园，以改善矿业城市的居住环境，并促进矿业城市旅游业的发展。
二、石油开发地质环境保护与治理技术研究
在鄂尔多斯油田开发区内大量存在以含油污水、落地原油、含有废气泥浆等形式的石油类污染物，这就意味着如不及时采取措施，石油类污染将成为该地区的主要污染方式，污染程度将会进一步加深，生态环境将会进一步恶化。分析研究以往研究成果和本次研究结论认为，含油污水、落地原油、含有废气泥浆对当地地下水的直接污染不存在，对地表水的污染程度相对较小，而对土壤的污染是非常严重的。土壤生态环境的保护与治理对人们的生存与生活有重要意义应受到普遍关注。根据黄土区的土壤性质及污染状况，再加上该地区地质、气候及城市规划等各方面的综合因素，可以考虑采用生物修复处理技术。通过分析调查测试，发现黄土土壤中生存有大量的微生物菌群，这为利用微生物修复油污土壤提供了先天条件。
因此，本着这样的事实，通过以落地原油造成土壤污染为突破口和示范，开展该地区微生物原位修复土壤的试验，为黄土地区的生态恢复探索可行性方法。
(一)修复黄土区石油污染土壤应考虑的因素
在陕北和陇东地区，土壤的油类污染情况比较严重，而且由于石油工业的发展，石油使用量不断增加，土壤的石油污染会越发普遍和严重。鉴于以上分析，黄土区土壤石油污染修复应考虑以下几点因素:①污染场地的气候特征，地质结构，土壤类型;②根据污染物的种类、数量、性质的差异，采用适宜的修复技术;③修复效果、时间、难易程度及费用;④所选方法应适合当地的经济发展和城市规划;⑤尽量采用低成本、无污染、高效率、操作性强的技术;⑥因地制宜开发新技术。
(二)修复方法的选择
对于黄土区，土壤容易吸附石油类污染物。一方面从石油类污染物的性质来说，石油类是大分子疏水黏性物质，故石油分子易于到达土壤表面且极易于黏附于土粒表面，而黏附于土粒表面的石油类污染物更易于黏附更多的石油类污染物;同时石油类比水轻，且水中的石油类以溶解相和乳化油为主，分散性较好易于被土壤颗粒胶体所捕获并吸附;而且石油类在水中溶解度较低，根据吸附的经验规则溶解度越低吸附量越大;最后水中石油类在水湍流状态下是以极细小的微粒存在的，其吸附机理除了油分子以分子间力和电荷力等作用下与颗粒的吸附外，更主要的是整个油粒在颗粒物上的黏附，所以使油以较大的速度在短时间内达到吸附平衡，这也是油吸附的特点;另一方面从黄土的性质来说，一般多孔介质吸附速度主要取决于颗粒的外部扩散速度和空隙扩散速度。颗粒外扩散速度与溶解浓度成正比，也与吸附剂的表面积大小成正比，与吸附剂的粒径成反比，空隙扩散速度一般与吸附剂的颗粒粒径更高次方成反比。而黄土以粉粒(0.05～0.005mm)为主，颗粒粒径较小，具有更大的外表面积和较小的颗粒内扩散距离，致其吸附速度较快。正是由于黄土区具有这样的特点，在对黄土区石油污染的土壤进行修复时就需要采用一种高效、经济、生态可承受的清洁技术。微生物修复技术是在生物降解的基础上发展起来的一种新兴的清洁技术，它是传统的生物处理方法的发展。与物理、化学修复污染土壤技术相比，微生物修复可通过环境因素的最优化而加速自然生物降解速率，无疑是一种高效、经济、生态可承受的清洁技术，是治理石油污染最有生命力的方法。
鉴于上述，目前在黄土区采用微生物技术修复石油污染的土壤较适用。