创新点
指出了“对采煤沉陷区的区域特性认识不充分”、“对采煤沉陷过程中土壤侵蚀关键因子的认识不全面”、“缺少采煤沉陷区不同采动损害类型的土壤侵蚀效应研究”是目前我国煤炭开采区水土流失效应与防控研究存在的主要问题；剖析了黄河上中游7大国家级煤炭基地面临着“能源安全保供与水土流失防治的双重压力”、“解决煤炭开采与水土保持矛盾的余地小且难度大”、“采煤沉陷区将成为水土保持攻坚克难的主战场”3大焦点矛盾；提出了“地下采动+地下覆岩+地表微地形”耦合下的土壤侵蚀时空演化规律与机理、不同损害类型的土壤侵蚀效应及时空演化规律与机理、构建“地下联合地表”策略下水土流失全生命周期精准防控关键技术体系是黄河上中游采煤沉陷区水土流失效应防控的重点研究方向。为破解黄河上中游煤炭开采与水土保持的矛盾，支撑黄河上中游的生态保护与高质量发展提供了有益参考。
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黄河上中游采煤沉陷区水土流失效应的探索与思考
引用格式：宋世杰，张家杰，杨帅，等.黄河上中游采煤沉陷区水土流失效应的探索与思考[J].绿色矿山，2024，2(2):169-182.
摘要
引言
在“双碳目标” 的驱动下，煤炭在我国未来能源 生产消费结构中的地位由主体能源逐渐转变为主要能源。2023年，我国原煤总产量达47.1亿t，同比增长3.4%，占能源生产总量的65%，创历史新高， 同年煤炭消费量也占到全国消费总量的55.3%。 有数据预测，即使到2030碳达峰当年，煤炭在我国能源生产消费结构中的占比也不会低于40%，继续为我国的能源安全发挥兜底保障的重要作用。 随着国家煤炭生产重心“战略西移” 的持续推进，黄河 流域已经成为我国煤炭生产的核心区。 截至目前，黄河流域煤炭资源量占全国总储量的70.9%，以致国家规划建设的14个大型煤炭基地中有9个分布于黄河流域，其中宁东、神东、陕北、黄陇、晋北、晋中、晋东等7个煤炭基地又集中于黄河上中游。2023年黄河流域煤炭总产量超过 37亿t，占全国总产量的78.6%，其中黄河上中游煤炭总产量超过35亿t， 在支撑国民经济发展和保障国家能源安全方面发挥着举足轻重的作用。
黄河上中游作为我国重要的生态屏障，在发挥不可替代的生态功能的同时也面临着生态本底脆弱、自然水土流失严重等生态问题。因此，2021-10-22，习近平总书记在深入推动黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上进一步强调“要抓好上中游水土流失治理”。 然而，大规模的煤炭开采使得黄河上中游的煤炭基地出现了严重的采煤沉陷及衍生的生态损害问题，并最终引发和加剧区域水土流失，以致黄河上中游煤炭开采与水土保持间的矛盾日益凸显。这既不符合习总书记对黄河流域生态保护与高质量发展的重要指示精神，也不符合中共中央、国务院印发的《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》，更不符合黄河上中游5省区广大人民群众的根本利益。
因此，科学认识采煤沉陷产生的水土流失效应、 研究探索采煤沉陷区水土流失精准防控的技术策略已经成为支撑黄河上中游生态环境保护与高质量发展的重大科学问题和战略需求。鉴于此，笔者在系统梳理相关研究进展和总结凝练笔者团队相关探索成 果的基础上，提出黄河上中游采煤沉陷区水土流失效应研究的重点方向以及精准防控的技术思路，希望为黄河上中游煤炭开采区的水土保持和生态保护提供有益借鉴。
部分图片
图 1 黄河上中游国家级煤炭基地与水土流失重点治理区的空间关系示意
图 2 “地下采动＋地表自然微地形”耦合下黄土沉陷坡面的坡度变化对比
图 3 “地下采动＋地表自然微地形”耦合下黄土沉陷坡面的土壤侵蚀模数变化对比
图 4 不同宽度采动地裂缝影响下周围土壤可蚀性K的变化
图 5 不同形态采动地裂缝影响下周围土壤可蚀性K的变化
宋世杰，男，汉族，1983年6月生，山东济南人，中共党员，副教授，博士，硕士研究生导师，师从中国工程院王双明院士，“三秦学者创新团队”和中国煤炭工业“西部煤炭绿色智能开采地质保障创新团队”骨干成员，国家自然科学基金网评专家，陕西省发改委资源节约与环境保护领域专家库专家，绿色矿山青年科技奖、陕西省优秀博士学位论文奖、陕西省煤炭工业优秀科技工作者等荣誉称号获得者。长期从事矿山地质环境保护与生态修复方面的教学科研工作。主持国家自然科学基金、陕西省重点研发计划项目、宁夏回族自治区重点研发计划重点项目子课题、陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室重点基金、陕西省教育厅科学研究计划专项等纵横向项目30余项，获省部级科技成果二等奖2项，厅局级科技成果一等奖2项，发表SCI、EI论文20余篇，其中ESI高被引论文1篇，出版学术专著2部，获各类专利20项。兼任《绿色矿山》编委，《煤炭科学技术》《煤田地质与勘探》《西北大学学报（自然科学版）》《矿业科学学报》《中国矿山工程》《绿色矿冶》青年编委；国际SCI期刊《Environmental Earth Science》《Environmental Geochemistry and Health》《Ecotoxicology and Environmental Safety》《Environmental Development》特邀审稿人。
研究方向
煤矿区地质环境保护与生态修复、开采沉陷及衍生生态损害形成机理与防控
主要成果
致力于我国煤矿区开采沉陷及衍生生态环境损害机理与预测防控关键技术研究。第一，揭示了砂层系数、砂泥比、砂岩平均厚度、岩土比等4个煤层覆岩层状结构关键特征对开采沉陷的影响规律，弥补了地质因素影响开采沉陷的研究不足；提出了基于覆岩层状结构关键特征的开采沉陷分层传递预计方法，拓展了开采沉陷预计理论体系，推动了开采沉陷精准化预计的发展。第二，阐明了陕北黄土沟壑区采煤沉陷对地表微地形及沉陷坡面土壤侵蚀强度特征的影响机制，建立了考虑地下采煤厚度、地表自然坡面坡形及坡度的坡面土壤侵蚀模数增量预测模型；深化了沉陷区水土流失的科学认识，指导了西部采煤沉陷区水土流失的采前预判、采中控制和采后治理。第三，发现了西部黄土采煤沉陷区采动地裂缝在小空间尺度下对土壤微生物特性和可蚀性的影响规律，确定了采动地裂缝影响土壤可蚀性和土壤微生物特性的作用边界，丰富了沉陷区土壤环境损害的全面理解，支撑了沉陷区土壤环境的精准修复。上述3项成果经鉴定均达到了国际先进水平，其中采煤沉陷区黄土坡面土壤侵蚀模数增量预测方面达到了国际领先水平。研究成果先后被相关企事业单位应用，在陕北煤炭基地采煤沉陷区微地形改造与水土流失防控、生态精准修复工程建设、支撑黄河中游生态保护与高质量发展和陕西省生态文明建设等方面产生良好的经济效益、社会效益和生态环境效益。
