一、研究目标
通过广泛收集资料、遥感、野外地质调查、取样测试、野外试验、室内实验等工作手段对整个鄂尔多斯盆地内煤炭开发与地质环境的互馈效应进行调查研究;在此基础上，选择大柳塔矿区、铜川矿区作为两个重点研究区，结合重点区地质环境现状、环境保护现状及国外最新地质环境保护技术对其现有生态环境保护与建设方案进行优化;并根据前期研究找到重点区生态环境建设应解决的关键问题进行技术攻关，为煤矿区生态地质环境建设提供可靠的技术支撑。
二、研究内容
1)“基地”煤炭开发与地质生态环境互馈效应调查研究。
2)典型煤矿区现有生态环境保护与建设优化方案。
3)典型煤矿区关键技术攻关。
三、技术路线
1.在“基地”煤炭开发与地质生态环境互馈效应调查研究方面
采用采样、试验等方法，进一步调查“基地”煤炭开发引起的水-土-环境污染和生态环境破坏现状，对其种类、强度和内在机理进行分析，同时利用遥感解译方法调查“基地”煤炭开发引起的水-土-生态环境变化的面上分布特征和规律性。另外对研究区现在进行的环境保护措施对能源开采的反馈效应进行调查研究。
(1)地面调查
内容包括地下水疏干、矿坑废水排放、地面塌陷与地裂缝、地表植被破坏等。
(2)遥感解译
选择合适精度的遥感影像进行解译，解译内容为煤炭开采前后地质生态环境的变化，以及露天煤矿、尾矿堆分布情况等。
(3)环境保护措施对煤炭开采反馈效应调查研究
调查内容包括洁净煤生产技术应用情况、矿坑废水处理等环境整治措施和各种塌陷地复垦的生态效益和社会、经济效益。
2.在典型煤矿区现有生态环境保护与建设优化方案方面
在典型煤矿区互馈效应调查的基础上，进一步把重点区正在实行的生态环境保护和建设方案与国内外其他能源基地生态环境保护和治理的方法、手段进行对比研究，总结各种生态保护和建设方案的优缺点，根据重点区煤炭开发引起的水-土生态地质环境问题的特点，探讨重点区各种生态建设方案的优化措施，对在重点区具有利用前景的方法进行进一步深入调查研究，制定出具有可行性的优化方案。
3.在典型煤矿区关键技术攻关方面
根据前期研究找到重点区生态环境建设应解决的关键问题进行技术攻关，并利用攻关成果进行关键技术的应用示范。在进行深入分析的基础上，我们选择了大柳塔采煤塌陷区土壤水资源综合利用技术与铜川矿区水资源保护技术、地面塌陷和地裂缝灾害治理的技术、煤矸石利用技术开展重点攻关研究。
四、工作方法
通过广泛收集资料、遥感、野外地质调查、取样测试、野外试验、室内实验等工作手段，在两个典型研究区―――铜川矿区和大柳塔矿区进行重点研究，其中铜川矿区作为地处黄土地区的老型、即将封闭、面临转型的典型矿区，大柳塔矿区作为一个地处黄土与沙漠交接带的新型矿区，分析两矿区在煤炭开发过程中所面临的不同地质环境问题及防治措施。在此基础上针对两个不同类型矿区存在的关键技术问题进行技术攻关，提出地质环境保护优化方案。
下面将对遥感解译方法及重点区工作方法分述如下:
(一)遥感解译方法
1.研究内容
以大柳塔矿区为例，研究煤炭资源开发对地质环境的影响，利用多期遥感影像对比，分析环境保护治理技术对矿区地质生态环境的改善作用。
主要研究内容包括以下几个方面:
(1)遥感数字图像处理
对研究区遥感数字图像如TM，ETM+，SPOT-5进行预处理和增强处理，使矿区第五信息特征明显，易于识别。
(2)遥感信息提取
采取人机交互解译方式提取1989～2002年鄂尔多斯盆地矿区土地利用、覆盖变化信息;2007年矿区开发占用土地信息、引发的地质灾害及矿山生态环境恢复预治理信息等。
(3)遥感影像专题地图的制作
1989年、2002年大柳塔矿区土地利用、覆盖动态监测图;矿区生态环境遥感监测图;大柳塔矿区地质环境遥感影像解译等图件的制作。
2.技术路线
(1)土地利用/覆盖动态监测
1)收集研究区1989年TM数据、2002年ETM+数据;
2)进行波段选择，同时进行数据的校正等常规的预处理，使相关数据统一在同一地理坐标;
3)进行野外调查工作，根据初步处理的遥感影像，建立基本解译标志;
4)采用人机交互方式对土地利用/覆盖动态变化进行解译，并分析解译精度;
5)对解译结果进行面积统计和分析。
(2)环境调查与监测技术路线
1)收集资料，了解矿区矿山地质、地貌和环境特征，矿山开采现状和历史，矿山尾矿和废矿的排放和堆积情况;
2)对SOPT-5数据进行图像增强、波段选择，并进行正射校正;
3)进行野外调查工作，根据初步处理的遥感影像，建立基本解译标志;
4)采用人机交互方式对SPOT-5数据进行矿产开发占用土地、地质环境破坏解译。
(二)大柳塔矿区运用的主要方法
在全面调查大柳塔矿区煤炭开发引起的地质环境现状、现有地质环境保护措施及现有保护措施对煤炭开发的促进作用等基础上，发现该矿区煤炭开发引起的主要地质环境问题是地面塌陷。地面塌陷造成该矿区土壤资源和水资源破坏严重。尤其是矿区地表塌陷造成的包气带结构变化及对土壤水分运移机制造的严重影响，是矿区生态环境恶化的主要原因。因此，为深入了解矿区采煤塌陷区包气带中土壤水分的运移情况，探讨采煤塌陷区的土壤水资源保护与综合利用技术方案，本项目采用野外试验与室内实验相结合的方法，在研究区内选取典型地点建立野外水分运移试验场;针对包气带水分运移中的难点，开展室内物理模拟实验作为野外试验的补充，对采煤塌陷条件下包气带水分运移机理及其生态环境效应进行了重点研究，继而提出了采煤塌陷区土壤水资源保护与综合利用技术方案。具体工作方法如下:
1.野外水分运移试验方法
(1)试验目的
为了分析、认识采煤塌陷区与非塌陷区包气带水分运移机理及其生态环境效应，获取可靠试验观测数据。
(2)试验地点
野外水分运移试验场(以下简称试验场)试验地点选择在陕西省神木县大柳塔镇前柳塔村原双沟农场，试验场布置如图1-2所示。
图1-2 大柳塔野外试验场布置图
(3)观测点
试验场包含两个观测点，即非塌陷区水分运移观测点和塌陷区包气带水分运移观测点。
(4)装置
在每个试验点安装1套4m深中子仪测管，1套负压计系统，每套负压计系统配带30个负压计测头(依据实际条件进行调整)。整个试验场需中子仪一套，WM-1型负压计系统两套。
(5)监测方法
土壤含水量采用中子仪进行监测。在试验场塌陷区试验点和非塌陷区试验点均安装中子水分仪观测管，野外测试点土壤剖面含水量的测量共40个测点。第一个测点距地表10cm，在200cm深度以上测点间距为10cm;200～400cm深度，测点间距为20cm，400cm为最深测点。各试验点在冻结期为每10d观测1次。在冻融期开始以后改为每3d观测1次。雨后第一、第三天各观测1次，以后改为正常的每3d观测1次。
土壤水势采用WM-1型负压计系统进行监测。负压计测量系统采用斜插暗埋式安装。测点位置与含水量测点位置一致，即第一个测点距地表10cm，在200cm深度以上测点间距为10cm;200～400cm深度，测点间距20cm，400cm为最深测点。总测点设计30个。负压计观测时间和次数与中子仪观测同步进行。
2.水分运移室内物理模拟实验方法
(1)实验目的
1)了解细砂(风积沙)、粗砂(萨拉乌苏组粗砂)、二元结构体(上细砂下粗砂)条件下包气带水分运移状况;
2)了解不同降雨条件下包气带水分运移规律;
3)了解包气带水分渗漏过程及规律。
(2)试验地点
中国地质科学院水文地质环境地质研究所物理模拟大厅。
(3)装置
土柱，水位测压管，马里奥特瓶―――水位控制装置，排泄量测量装置，物理模拟实验降雨装置，WM-1型负压计系统。
(4)实验试土
物理模拟实验模型试土取自大柳塔，为双沟野外试验场两种主要的土壤―――细砂(风积沙)和粗砂(萨拉乌苏组粗砂)试土机械组成见表1-1。试土分别填装在4根4m高的土柱中，其中1#土柱内全部为风积砂;2#土柱内全部为粗砂;3#、4#土柱内为二元结构体(上部为风积沙，下部为粗砂)，开展平行实验。
表1-1 试土颗粒分析表
(5)实验前期工作―――试土预处理及负压计安装
试土填装后，对土柱进行由下向上饱水处理。完全饱水持续15d，而后排水，使试土在排水过程中自然稳定。排水结束后，对土柱进行负压计安装，详细信息见表1-2。
(6)试验内容
1)单次40mm降雨入渗试验;
2)3次叠加降雨入渗试验(降雨量拟为10mm，20mm和8mm，降雨间隔分别为7d和15d);
表1-2 室内实验土柱信息一览表
3)单次100mm降雨入渗试验(各土柱各次降雨信息见表1-3至表1-6)。
(7)观测方法
室内实验使用WM-1型负压计系统对土水势进行长期观测，一般每天观测2次，分别在早7:00和晚6:00。降雨期间及随后几天内进行加密观测(具体次数根据湿润锋前移速度定)，为实验期间正常工作的WM-1型负压系统观测板。土壤含水量则进行取土观测。
表1-3 1#土柱模拟降雨信息一览表
表1-4 2#土柱模拟降雨信息一览表
表1-5 3#土柱模拟降雨信息一览表
表1-6 4#土柱模拟降雨信息一览表
(三)铜川矿区运用的主要方法
1)通过收集资料和调查走访的形式，初步了解铜川矿区所存在的矿山地质环境问题。通过收集资料、野外调查和采集样品，分析铜川矿区所存在的矿山地质环境问题，并分析成因，尤其要注重煤炭开发与矿区地质环境问题之间的关系。针对铜川矿区的主要地质环境问题，重点研究煤矸石对环境造成的影响、煤炭开发对水资源的影响和引起的地面塌陷的影响。
2)为了研究煤炭开发对水资源的影响，在铜川矿区的井下水仓、排水口、污水处理场、煤矸石淋滤液及河流中采集了水样，以研究煤炭开发对水资源污染方面的影响，同时还调查收集了煤炭开采引起的地下水资源的水位、水量、水质、水源地等的变化情况。
3)为了研究煤矸石对环境的影响和开展综合利用，在不同的矿区采集了煤矸石样品，测定其化学含量，同时还调查走访了矿区中煤矸石现在的利用情况。
为了观测矸石山扬尘对土壤的影响，在矸石山的下风向方向采集了表土样品。沿风向布设采样线，各个采样点距离矸石山的距离分别为5m，10m，15m，20m，30m，50m，150m，300m，500m，在1000m以外采集样品作为背景值，每个土壤样品均取表土(0～15cm深)。
为了研究煤矸石山对土壤的影响，在距离矸石山1m和5m的距离采集了两个土壤剖面样品。两个剖面中采样点距离地面的距离分别0cm，10cm，20cm，30cm，40cm，50cm，60cm，80cm，100cm，120cm，140cm，160cm，180cm，200cm。每个样取200g，对所取的样品进行土壤易溶盐全分析及重金属含量测试。
为了研究矸石山对植物的影响，在矸石山周边和背景区分别采集了植物全茎样品，进行重金属含量的测定。根据植物中重金属含量的富集情况，一方面可以了解煤矸石对周边植被的影响;另一方面也可以根据植物对某些重金属的富集能力进行重金属污染的治理修复。
4)为了研究矿区的地面塌陷和地裂缝情况，课题组除了收集铜川矿务局关于地面塌陷资料外，还对矿区中的部分塌陷和地裂缝进行了实际的野外调查工作。
5)为了改善矿区的环境，促进城市的转型，在前述工作的基础上，对铜川矿区对环境影响较大的地面塌陷、煤矸石和水资源问题进行了治理规划优化方案，希望实现煤矸石资源化和矿井水资源化，减少污染，保护环境，改善环境，为城市的顺利转型做好基础工作。