生態(tài)脆弱區(qū)保水采煤礦井(區(qū))等級類型

李文平，王啟慶，劉士亮，王蘇健

(1.中國礦業(yè)大學 資源與地球科學學院，江蘇 徐州 221116; 2.陜西煤業(yè)化工技術研究院有限責任公司，陜西 西安 710065)

當前煤炭在我國一次能源消耗中占比60%以上(據(jù)預測，到2030年煤炭仍占一次能源消費總量的50%左右[1])，在未來相當長時間內(nèi)仍占據(jù)支配地位。隨著東部礦區(qū)煤炭資源的枯竭，我國煤炭資源開發(fā)重心已快速轉移到西部生態(tài)環(huán)境脆弱的干旱半干旱地區(qū)。陜、蒙、寧、甘、新是國家未來重點建設的五大煤炭開發(fā)省(區(qū))，煤炭探明儲量7 769億t(截止2012年)，約占全國的54%;2016年煤炭產(chǎn)量達到16.2億t，占全國的48%。然而，西北地區(qū)年均降水量在400 mm以下，水資源量僅占全國的3.9%[2]，在區(qū)域地形地貌和地層條件適宜時，形成的淺表層水(松散砂層潛水、地表徑流水及海子等)更是非常值得珍惜的水資源。十多年來，西北煤炭資源的大規(guī)模、高強度、粗放型開采，使本就脆弱的生態(tài)環(huán)境遭受嚴重破壞，如何實現(xiàn)大規(guī)模煤炭開采下水資源的保護(保水采煤)是西北干旱區(qū)面臨的重大科學技術問題。

多年來相關領域的專家學者圍繞“保水采煤”開展了多方面卓有成效的研究工作。范立民等[3-6]早在20世紀90年代初提出陜北煤炭開采過程中的地下水保護理念，之后圍繞“保水采煤”進行了長期研究，提出了保水采煤基本框架。原煤炭部“九·五”重點科研項目“我國西部侏羅系煤田(榆神府礦區(qū))保水采煤及地質環(huán)境綜合研究”(葉貴鈞，張萊，李文平，段中會等，1995—1999年)，對榆神府礦區(qū)保水采煤條件、保水區(qū)及失水區(qū)、采動生態(tài)地質環(huán)境變化等進行了宏觀研究和分區(qū)，提出了區(qū)域性防治對策[7-8]。王雙明等[9]提出了基于生態(tài)水位保護下煤層開采理念，提出了榆神府礦區(qū)生態(tài)水位保護開采區(qū)域地質條件分區(qū)。李文平等[10-11]以地質條件為基礎，對榆神府礦區(qū)工程地質條件進行了分區(qū)，研究了保水采煤關鍵隔水層釆動隔水性變化規(guī)律，提出了“隔水層再造”，解釋了N2紅土隔水性自然恢復機理。黃慶享等[12]研究了隔水層特性及其采動隔水性，給出了隔水層穩(wěn)定性判據(jù)，建立了保水開采的分類指標。馬雄德等[13-14]研究了采煤對上覆水體及濕地動態(tài)影響，確定了沙柳對榆神礦區(qū)地下水位變化的閾限。一些學者針對西部煤層覆巖破斷、導水斷裂帶高度等方面也進行了研究，分析了侏羅系煤層覆巖結構特征，建立了導水裂縫帶高度預計模型[15-18]。關于保水采煤技術方法，目前主要還是通過控制導水斷裂帶高度發(fā)育，包括分層(限高)開采、窄條帶開采、充填開采、短壁房柱開采等采煤法[4,19-21]。雖然，針對保水采煤的地質基礎、理論及工程實踐等方面已取得較多成果，但礦井開采前，如何進行科學產(chǎn)能礦井的規(guī)劃設計？依據(jù)是什么？目前還沒有解決。

筆者以陜北榆神礦區(qū)為例，在分析研究區(qū)地質條件的基礎上，分析了研究區(qū)生態(tài)-水-煤系地層空間賦存地質結構及淺表層水資源量分布特征;劃分了研究區(qū)保水采煤環(huán)境工程地質模式，進行了基于淺表層水資源量及環(huán)境工程地質模式類型的保水采煤礦井等級類型劃分。研究成果對陜北礦井規(guī)劃設計提供科學依據(jù)，對生態(tài)脆弱區(qū)保水采煤、生態(tài)地質環(huán)境保護具有重要意義。

1 生態(tài)-水-煤系地層空間賦存地質結構特征

1.1 生態(tài)脆弱區(qū)保水采煤生態(tài)地質環(huán)境類型

西北生態(tài)脆弱區(qū)天然生態(tài)地質條件差異性大，保水采煤實踐過程中面臨的關鍵問題有所區(qū)別，因此有必要開展天然生態(tài)地質條件的劃分，保水采煤生態(tài)地質環(huán)境類型是考慮以保水采煤實踐為目的的天然生態(tài)地質條件的分析，其劃分依據(jù)主要綜合考慮水資源類型、地形地貌、地表巖性、植被覆蓋等因素。通過對區(qū)域地形地貌、植被、地表水體等生態(tài)-水-地質信息的調(diào)查分析，將陜北生態(tài)脆弱區(qū)劃分為4種保水采煤生態(tài)地質環(huán)境類型(圖1):

(1)潛水沙漠灘地綠洲型:該類型地貌以風沙灘地為主，地下水主要為薩拉烏蘇組砂層潛水和基巖風化帶水，地表水以海子、沙漠濕地、湖泊為主，植被以沙蒿和沙柳灌木為主。

(2)地表水溝谷河流綠洲型:該類型地貌以河流階地為主，地下水主要為薩拉烏蘇組潛水、燒變巖水、風化帶裂隙水和第四系沖積層水，地表水以常年性溝谷流水和泉水為主，如研究區(qū)內(nèi)的榆溪河、禿尾河、考考烏素溝、蘆草溝等常年性河流，植被以喬木為主，植被覆蓋極好。

(3)地表徑流(黃土)溝壑型:該類型地貌以黃土梁峁為主，地下水以基巖風化帶水為主，地表水以季節(jié)性徑流為主，植被主要為稀疏的草本植物和溝谷少量喬木，植被覆蓋較差。

(4)區(qū)域性(深埋)地下水富集型:該類型地貌以丘陵和風沙灘地為主，水資源類型主要為巨厚白堊系洛河組砂巖水、基巖風化帶水和山前大型洪積扇水，植被在丘陵區(qū)以喬木和灌木為主，在風沙灘地區(qū)以灌木和草本植物為主。

選取研究區(qū)地形地貌、薩拉烏蘇組潛水含水層富水性、洛河組含水層厚度、地表高程、坡度、地表巖性、蒸發(fā)量、降雨量及植被覆蓋指數(shù)等作為評價因子，基于層次分析法確定其權重。通過改進的模糊C均值聚類算法，首先對樣本數(shù)據(jù)點和聚類中心之間的歐式距離dki=‖xk-ci‖乘以相應的權重加以修正，形成如下的屬性加權歐式距離:

dw-ij=d‖xj-ci‖w=[(xj-ci)TW2(xj-ci)]1/2

(1)

相應的評價聚類性能的誤差平方和準則函數(shù)改變成新的加權目標函數(shù)，即

(2)

式中，xk為第k個樣本數(shù)據(jù)點;ci為第i個族類的初始簇中心;dki為數(shù)據(jù)點和初始簇中心的歐氏距離;dw-ij為數(shù)據(jù)點和初始簇中心的屬性加權歐式距離;n為樣本數(shù)據(jù)點個數(shù);c為從樣本數(shù)據(jù)點中任意選出的作為每個簇類的初始簇中心的個數(shù);xj為第j個樣本數(shù)據(jù)點;W為屬性權重向量;JWFCM為加權目標函數(shù);uij為第j個數(shù)據(jù)點歸于Gi簇類的隸屬度，數(shù)值介于0到1之間;m為權指標，即模糊控制參數(shù)、加權參數(shù)，一般取值為2。

該算法的求解過程和標準模糊C均值聚類算法類似，利用拉格朗日乘子法求解。通過迭代求解最終獲得研究區(qū)保水采煤類型區(qū)劃圖(圖2)。由圖2可以得出，潛水沙漠灘地綠洲型主要分布在榆神礦區(qū)中部大片區(qū)域，約占研究區(qū)總面積的59%。地表水溝谷河流綠洲型主要分布在沙漠邊緣地下水溢出帶，約占研究區(qū)總面積的3%。地表徑流(黃土)溝壑型主要分布在研究區(qū)東北部，約占研究區(qū)總面積的15%。區(qū)域性(深埋)地下水富集型主要分布在研究區(qū)西部，約占研究區(qū)總面積的23%。

圖1 生態(tài)地質環(huán)境類型示意Fig.1 Sketch map of eco-geological environment type

圖2 研究區(qū)生態(tài)地質環(huán)境類型分布Fig.2 Distribution of eco-geological environment types in the study area

1.2 研究區(qū)煤層與含(隔)水層空間組合特征

榆神礦區(qū)煤層與含(隔)水層空間組合的總體特征為:煤水共生，水在上，煤在下。區(qū)內(nèi)主要含水層包括薩拉烏蘇組砂層含水層、洛河組砂層含水層等;隔水層包括紅土、黃土和侏羅系組合隔水巖組。研究區(qū)內(nèi)煤層與含水層之間的間隔變化較大，且煤層頂板基巖厚度與含水層厚度呈負相關，具體表現(xiàn)為基巖薄，含水層厚度大，富水性較強;基巖厚(多分布在地下水分水嶺附近)，含水層厚度小、富水性較弱。通過對含隔水層分布，以及含水層間的水力聯(lián)系分析，考慮煤層開采對含(隔)水層結構的影響，將研究區(qū)的含隔水層空間組合類型分為10類(圖3)。由圖3可知，研究區(qū)保水采煤生態(tài)地質環(huán)境類型區(qū)內(nèi)煤層與含(隔)水層空間組合特征為:潛水沙漠灘地綠洲型的多分布Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ類，局部分布Ⅵ類;地表水溝谷河流綠洲型多分布Ⅰ和Ⅵ類;地表徑流(黃土)溝壑型以分布Ⅱ類為主;區(qū)域性(深埋)地下水富集型主要分布Ⅶ,Ⅷ,Ⅸ和Ⅹ類。

圖3 生態(tài)地質環(huán)境類型區(qū)內(nèi)煤層與含(隔)水層空間組合特征Fig.3 Spatial combination characteristics of coal seam and the aquifer (aquifuge) interval in eco-geological environment type area

1.3 研究區(qū)淺表層水資源量分布特征

研究區(qū)主要水資源有地表水、薩拉烏蘇組砂層潛水、侏羅系風化基巖裂隙承壓水、白堊系洛河組承壓水及燒變巖裂隙水等。其中，風化基巖承壓水和白堊系下統(tǒng)洛河組承壓水由于相對埋深較大，且普遍上覆紅土和黃土隔水層，不能直接被植被生態(tài)所利用。只有在局部溝谷深切處基巖出露，通過上升泉和排泄的方式補給地表徑流，對工農(nóng)業(yè)和植被生態(tài)有直接影響。而地表水、薩拉烏蘇組砂層潛水等淺表層水對西部生態(tài)脆弱區(qū)具有直接的供水意義和生態(tài)價值，也是西部生態(tài)脆弱區(qū)采煤水資源保護的主要對象。因此，對淺表層水資源量的分析，是開展保水采煤的重要環(huán)節(jié)。為此，根據(jù)地表水動態(tài)監(jiān)測點數(shù)據(jù)和鉆孔揭露的含水層資料，分別計算確定地表水和薩拉烏蘇潛水單位面積(1 km2)儲存量分布，采用ArcGIS空間分析疊加方法，疊加計算研究區(qū)淺表層水資源單位面積總儲量(圖4);按等效砂層潛水厚度(給水度取0.2)，應用自然分級法將淺表層水資源量分布劃分為3種類型:水資源貧乏區(qū)(等效砂層潛水厚度<5 m))、水資源中等區(qū)(5 m≤等效砂層潛水厚度<25 m)和水資源豐富區(qū)(等效砂層潛水厚度≥25 m)。

圖4 研究區(qū)淺表層水資源單位面積總儲存量分布Fig.4 Distribution of total amount per unit area of shallow water resources in the study area

2 保水采煤環(huán)境工程地質模式

保水采煤環(huán)境工程地質模式是采礦擾動覆巖土影響淺表層水系統(tǒng)進而誘發(fā)淺表層生態(tài)地質環(huán)境變化的方式，是一礦井(區(qū))環(huán)境工程地質條件與采動環(huán)境工程地質問題的結合表現(xiàn)形式，是條件和問題結合的模式。研究保水采煤環(huán)境工程地質模式是確定保水采煤礦井等級(類型)的重要基礎和前提。

2.1 保水采煤環(huán)境工程地質模式類型

根據(jù)煤層開采對生態(tài)層及淺表層水(保水目的含水層)的影響程度，結合實際調(diào)查理論分析，提出4種保水采煤環(huán)境工程地質模式(圖5):

(1)環(huán)境友好型。煤層開采后，導水斷裂帶在基巖內(nèi)發(fā)育或發(fā)育到隔水黏土層(紅土、黃土)，且基巖或隔水黏土層較厚的區(qū)域，淺表層水基本不受煤層采動的影響，地表生態(tài)環(huán)境基本不受影響(圖5(a))。

(2)環(huán)境漸變恢復型。煤層開采后，導水斷裂帶在基巖內(nèi)發(fā)育或發(fā)育到隔水黏土層(紅土、黃土)，基巖或隔水黏土層相對較薄的區(qū)域，由于受煤層采動的影響，淺表層水會通過較薄的隔水層發(fā)生輕微滲漏，水位恢復緩慢，地表生態(tài)環(huán)境受到輕微影響(圖5(b))。

(3)環(huán)境漸變惡化型。煤層開采后，導水斷裂帶在基巖內(nèi)發(fā)育或發(fā)育到隔水黏土層(紅土、黃土)，基巖或隔水黏土層相對較薄的區(qū)域，隔水層尚有一定的有效隔水性，但砂層潛水會出現(xiàn)較大量漏失，砂層潛水水位持續(xù)緩慢下降，地表生態(tài)環(huán)境緩慢持續(xù)惡化(圖5(c))。

(4)環(huán)境災變型。煤層開采后，導水斷裂帶導穿基巖或隔水黏土層(紅土、黃土)，波及砂層潛水含水層，砂層潛水完全漏失，地下水位迅速下降，地表生態(tài)環(huán)境短期內(nèi)發(fā)生明顯惡化(圖5(d))。

圖5 環(huán)境工程地質模式典型剖面示意Fig.5 Environmental engineering geological patterns

2.2 關鍵指標的確定

2.2.1 殘余隔水層釆動隔水性

環(huán)境工程地質模式劃分標準的確定主要依據(jù)淺表層水的漏失量，而影響淺表層水漏失量的主要因素為殘余隔水層厚度。為確定有效隔水層厚度，必須分析研究采動對巖土體隔水性的影響。對于殘余(位于彎曲下沉帶內(nèi))隔水巖土層，雖總體上未有宏觀豎向貫通裂縫，但隔水性能也會受不同程度影響，通過現(xiàn)場采前、采后壓水試驗及室內(nèi)卸載試驗均發(fā)現(xiàn)隔水層滲透性增加約1個數(shù)量級[8,22]，然而，采后應力恢復對殘余隔水層滲透性仍有較大影響。

本次采用損傷巖土試樣進行加載試驗(模擬彎曲下沉帶內(nèi)隔水巖土層在采后應力恢復過程中滲透性變化特征)，其中對巖樣首先進行三軸卸載損傷，損傷后的巖樣未發(fā)生明顯變形或破壞，首先獲取巖樣應力-應變特征曲線，在TAW-1000巖石伺服巖石力學實驗系統(tǒng)上，對應圖6(a)所示的曲線特征點(P1,P2試樣為殘余隔水巖樣、P3為裂隙試樣)，利用位移控制分別對巖石樣品進行卸載試驗，從而對預制不同損傷巖樣。以1 MPa/min的速度對試樣施加圍壓，每組測試包括從1 MPa到5 MPa共5個水平，圖6(b)為泥質砂巖測試結果。

圖6 損傷巖樣蠕變滲透試驗Fig.6 Creep permeability test of damaged rock samples

由圖6(b)可得，在恢復應力達到5 MPa時，殘余隔水巖樣的隔水性已恢復到了開采前的水平，采動損傷程度越小，應力恢復后的巖石滲透系數(shù)越小，恢復的程度越大，越接近完整狀態(tài)。結合文獻[22]可得，位于彎曲下沉帶內(nèi)的隔水巖土層采后滲透性雖然有所增加，但在采后應力恢復過程中，隔水性基本能夠恢復到開采前狀態(tài)，因此，確定保水采煤環(huán)境工程地質模式標準時，可采用殘余隔水巖土層天然隔水性計算。

2.2.2 侏羅系煤層開采導水斷裂帶高度

導水斷裂帶高度是影響保水采煤環(huán)境工程地質模式的一個重要指標，由于侏羅系煤田地質條件、覆巖結構及其組合類型與東部相比差異較大，侏羅系煤田導水斷裂帶發(fā)育實際高度與現(xiàn)有規(guī)程公式[23]計算的結果不相符。本次通過收集侏羅系煤田導水斷裂帶高度實測數(shù)據(jù)(綜放/綜采，采厚2～12m)，采用多元回歸分析，建立適用于侏羅系煤層開采導水斷裂帶發(fā)育高度預測的多元非線性公式[24]:

(3)

式中，Hli為導水斷裂帶高度，m;M為采厚，m;s為采深，m;b為工作面寬度，m。

2.3 環(huán)境工程地質模式分區(qū)閾值確定

2.3.1 環(huán)境友好型與環(huán)境漸變恢復型閾值

煤層開采后，淺表層水漏失量QL小于沉降引起的側向補給增加流量QC時，認為砂層潛水基本不受影響，以此確定的保護層厚度作為環(huán)境友好型與環(huán)境漸變恢復型閾值，即QL=QC?？傻帽Ｗo層厚度:

(4)

式中，Hb為保護層厚度，m;Kb為保護層滲透系數(shù)，m/d;ΔH為滲透水壓力差;F為滲透面積，m2;t為滲透時間，d;Kq為砂層滲透系數(shù)，m/d;A為潛水側向補給增量的面積，m2;J為潛水側向補給增量的水力梯度。

以陜北為例，Kq取3.73 m/d;潛水補給增量的面積A=4×b×0.7×M;J=(0.7M)/(b/2);ΔH=3 m;漏失面積F=b2;其中，b為工作面寬度，M為開采煤層厚度;代入式(4)中得:Hb=7 189.363 7Kb。通過壓水試驗可得出隔水土層滲透系數(shù)，計算隔水土層保護層厚度(表1)。因此，取隔水土層厚度40 m;參考基巖平均滲透系數(shù)為隔水土層的3倍的關系，取基巖厚度為120 m。

表1 隔水土層滲透系數(shù)及其保護層厚度計算Table 1 Permeability coefficient and thickness calculation of protection water soil layer

2.3.2 環(huán)境漸變恢復型與環(huán)境漸變惡化型閾值

將淺表層水滲漏量是否超過區(qū)域一個水文年平均補給量QS作為兩者閾值確定的標準，當QL=QS時，得保護層厚度:

(5)

式中，Hb為保護層厚度，m;Kb為保護層滲透系數(shù)，m/d;ΔH為滲透水壓力差;t為滲透時間，d;ΔS為水文年中區(qū)域的豐水期與枯水期水位差，m;μ為含水介質給水度。

根據(jù)神南礦區(qū)檸條塔煤礦長觀孔SK1兩年砂層潛水水位觀測，一水文年中區(qū)域的豐水期(水位標高:1 262.6 m)與枯水期(水位標高:1 261.0 m)水位差為1.6，取ΔS=1.6 m;μ=0.15;得:Hb=5 214.4Kb。計算結果見表1，取隔水土層厚度30 m;基巖厚度為90 m。

2.3.3 環(huán)境漸變惡化型與環(huán)境災變型閾值

考慮到計算導水斷裂帶高度可能存在的誤差值，取隔水土層厚度5 m，基巖厚度15 m作為環(huán)境漸變惡化型與環(huán)境災變型的閾值。

3 保水采煤礦井等級(類型)劃分

西北生態(tài)脆弱區(qū)在保水采煤實踐過程中，不僅要考慮煤層開采對淺表層水的影響程度，還要分析淺表層水資源量的分布，將兩者結合才能更直觀的指導礦井規(guī)劃設計。本文考慮淺表層水資源量的分布和煤層開采對淺表層水的影響，劃分礦井保水采煤等級類型。

根據(jù)提出的4種環(huán)境工程地質模式，將煤層開采對淺表層水和生態(tài)環(huán)境的影響，后期可自行恢復的類型，即環(huán)境漸變恢復型和環(huán)境友好型劃歸為正常開采礦井類型;將煤層開采對淺表層水和生態(tài)環(huán)境的影響，后期無法自行恢復的類型，即環(huán)境漸變惡化型和環(huán)境災變型劃歸為保水開采礦井?；跍\表層水資源量的分布規(guī)律，進一步將保水開采礦井劃分為:保水采煤一級礦井、保水采煤二級礦井和保水采煤三級礦井(表2)。根據(jù)表2標準，將圖8和圖4疊加，獲得研究區(qū)保水采煤礦井等級類型分布圖(圖9)。由圖9可知，研究區(qū)西部大部分為正常開采礦井，局部出現(xiàn)保水采煤一級礦井和保水采煤二級礦井類型，這主要因為該區(qū)域首采煤層厚度較大、埋深較小，煤層開采后導水斷裂帶以上殘余隔水層厚度普遍較小，環(huán)境工程地質模式為漸變惡化型，且水資源相對豐富。研究區(qū)東部由于煤層開采環(huán)境工程地質模式主要為環(huán)境漸變惡化型和環(huán)境災變型，另外淺表層水資源屬于相對貧乏區(qū)，因此主要分布保水采煤三級礦井類型。

表2 保水采煤礦井等級類型劃分標準Table 2 Zoning standard of grade types of water-preserved-mining coalmines

圖9 研究區(qū)保水采煤礦井等級類型Fig.9 Grade types of water-preserved-mining coalmines in the study area

保水采煤一級礦井是指在水資源儲存量最豐富的區(qū)域，環(huán)境工程地質模式為災變型或者漸變惡化型的礦井，這種礦井類型必須采取強制的措施才能進行開采;保水采煤二級礦井是指在水資源儲存量中等豐富的區(qū)域，環(huán)境工程地質模式為災變型或者漸變惡化型，這種礦井類型需要采取一定的措施方可開采;保水采煤三級礦井是指在水資源儲存量貧乏的區(qū)域，環(huán)境工程地質模式為災變型或者漸變惡化型，這種礦井類型采后可人為進行生態(tài)環(huán)境修復。

4 保水采煤礦井(區(qū))等級劃分的應用方向

保水采煤礦井等級(類型)的劃分，使得礦井“科學產(chǎn)能”(據(jù)錢鳴高[25-26])的規(guī)劃設計成為可能。對于正常開采礦井，可以主要按煤炭資源儲量大小等，規(guī)劃設計產(chǎn)能。對于不同保水采煤等級的礦井，應根據(jù)其煤炭資源量和保水采煤礦井等級類型，確定不同的科學產(chǎn)能。一級保水采煤礦井，應指定采用分層開采、充填開采、隔離水體開采等保水采煤技術方法，限定其產(chǎn)能規(guī)模(資源儲量條件相同時，科學產(chǎn)能小于正常開采礦井);二級保水采煤礦井，應采用限高開采、分層開采、集中導水通道封閉等保水采煤技術方法，限定其產(chǎn)能規(guī)模(科學產(chǎn)能大于一級保水采煤礦井，小于正常開采礦井);三級保水采煤礦井，由于淺表層水資源量貧乏，天然生態(tài)環(huán)境差(主要為黃土溝壑區(qū))，在確保實施采后生態(tài)環(huán)境修復、采空區(qū)儲水等措施后，可以按正常開采礦井，規(guī)劃較大的科學產(chǎn)能。

5 結 論

(1)提出了西北生態(tài)脆弱區(qū)基于以保水采煤為目的的4種天然生態(tài)地質環(huán)境類型:潛水沙漠灘地綠洲型、地表水溝谷河流綠洲型、地表徑流(黃土)溝壑型及區(qū)域性(深埋)地下水富集型，將研究區(qū)保水采煤生態(tài)地質環(huán)境類型區(qū)內(nèi)的煤層與含隔水層空間組合分為十類。

(2)分析了研究區(qū)煤層上覆水資源類型，計算確定了淺表層水資源(保水采煤目的層)單位面積總儲存量分布特征，將淺表層水資源量分布劃分為:水資源貧乏區(qū)、水資源中等區(qū)和水資源豐富區(qū)。

(3)基于煤層開采對生態(tài)層及淺表層水的影響程度，提出4種保水采煤環(huán)境工程地質模式:環(huán)境友好型、環(huán)境漸變恢復型、環(huán)境漸變惡化型及環(huán)境災變型，建立了環(huán)境工程地質模式分區(qū)標準。

(4)根據(jù)研究區(qū)淺表層水資源量和保水采煤環(huán)境工程地質模式分布，將研究區(qū)劃分為正常開采礦井和保水開采礦井，進一步將保水開采礦井劃分為保水采煤一級礦井、保水采煤二級礦井及保水采煤三級礦井，為礦井科學規(guī)劃設計提供了可操作的依據(jù)。