高潜水位采煤沉陷区资源化、能源化、功能化利用构想与实践

高潜水位矿区井工开采往往造成地表大面积沉陷积水,矿区生态环境发生变化,沉陷区国土资源由以土地资源为主转变为水资源为主、水土资源共存的局面。目前,采煤沉陷区水资源开发利用不充分,可再生能源开发、多能互补利用和废弃矿井抽水蓄能等方面具有得天独厚的条件和巨大发展潜力,采煤沉陷区国土空间功能也需结合现有条件重新定位与建构。在此背景下,提出高潜水位采煤沉陷区资源化、能源化和功能化利用构想。系统阐述了“三化”面临的科学问题,如采煤沉陷水域水资源量和水生态环境演变规律、地表残余变形规律;“三化”涉及的关键技术与模式,包括监测与评价技术,如“天-空-地-水-井”一体化协同监测技术体系、采煤沉陷区水生态环境调查评价方法、采煤沉陷区建设场地地基稳定性评价方法,以及治理利用技术及模式,如采煤沉陷区水生态环境修复技术模式、采煤沉陷区水资源保持与高效利用技术模式、水资源区域协调开发与高效利用技术模式、风光互补模式、制氢-合成氨-掺氨燃烧发电模式、废弃矿井抽水蓄能模式、农业用地功能构建(复垦地土壤重构)技术、建设用地功能构建(采空区注浆地基加固)技术、生态用地功能构建(地表水系重构与生态湿地建设)技术;并从产业融合、资金筹集、科技创新、区域统筹等方面提出了具体的政策建议。

高潜水位采煤沉陷区微塑料赋存特征及风险评估

为探明高潜水位采煤沉陷区微塑料污染赋存特征及其环境风险,选取安徽省淮南市春申湖、舜耕湿地公园两个典型采煤沉陷区为研究区域,采集了表层水体,底泥及周边农田土壤样品,采用体视显微镜、扫描电镜、红外光谱对微塑料尺寸、形状、颜色及丰度等赋存特征进行表征.结果表明:采集的样本中多为纤维微塑料和薄膜微塑料,类型主要以聚乙烯,聚丙烯为主,颜色以黄色和透明为主,粒径大多小于500μm.采煤沉陷区的地表水丰度范围为0.77~7.1pcs/L,沉积物微塑料的丰度范围为540~2800pcs/kg,周边农田土壤微塑料的丰度范围为380~2380pcs/kg.采用污染负荷指数(PLI)模型进行评估,地表水和农田土壤的风险评估都为于Ⅰ级,属于轻微污染,而沉积物中的微塑料风险评估为Ⅱ级,属于中度污染.

基于多数据源的采煤沉陷区早期识别及地面形变特征监测——以神木市大柳塔镇为例

煤矿区生态环境问题受到社会的广泛关注,如何实现采煤沉陷区精准、高效、经济的早期识别和动态监测显得尤为迫切。本文在资料收集与整理分析的基础上,利用2000—2022年5期DEM数据进行差分解算,同时利用2015年6月15日至2023年7月15日共计164期长时间序列Sentinel-1数据,对煤矿区地面沉降进行动态监测,查明了神木市大柳塔镇采煤沉陷区现状分布与地面沉降特征,形成了一套基于多数据源的采煤沉陷区早期识别方法。研究结果表明:①大柳塔镇采煤沉陷区分布面积为252.70 km 2,包括地面塌陷、采空区悬顶两种类型,神华公司石圪台、哈拉沟、大柳塔、活鸡兔4大矿区煤矿塌陷问题严重;②将分辨率为2 m的DEM数据重采样为5 m后进行差值运算,误差为0.01 m,精度较高且计算高效;③DEM差分解算、SBAS-InSAR技术均能对地面塌陷范围进行精准识别,匹配度高,且各方法间互为补充,相互印证。

采煤沉陷区框架结构抗变形研究现状与展望

针对我国矿山城市采煤沉陷区土地资源工程建设利用难的问题,在统计采煤沉陷区发展现状、综合治理及其工程建设利用率的基础上,分析了利用采煤沉陷区场地进行工程建设的必要性。从框架结构抗变形原理、共同作用机理、混凝土框架结构及钢框架结构抗变形技术等4个方面,总结分析了框架结构建筑物变形损害与保护技术的研究发展历程与不足之处;并展望了框架结构建筑物抗变形技术的发展方向:地表移动变形下大跨及多高层框架结构附加效应的动态演化规律,地表移动变形下地基-基础-结构共同作用的力学行为及变形协同机制,框架结构建筑物新型抗变形技术,框架结构建筑物抗震抗变形调控技术,以便形成地表移动变形下框架结构建筑物的综合理论与技术体系,为实现采煤沉陷区进行大型框架结构建筑物工程建设利用提供理论和技术支撑。

采煤沉陷区地裂缝对土壤含水率的影响

为了探究地裂缝对深层土壤含水率的影响,以陕北某煤炭基地煤矿区为研究对象,利用统计分析方法分析动态地裂缝和边缘地裂缝对浅层(0.1~0.3 m)和深层(0.5~6.0 m)土壤含水率的影响,并基于克里金插值法解析土壤含水率的时空变化规律.研究结果表明:①竖直方向上,深度为0~2.0 m时,动态地裂缝区和边缘地裂缝区的土壤含水率均低于未扰动区的值;深度为2.0~6.0m时,各区土壤含水率差异不明显,表明地裂缝对土壤含水率的影响深度约为0~2.0 m,即地裂缝对浅层土壤含水率的影响较大,对更深层土壤含水率的影响相对较小.②水平方向上,动态地裂缝区土壤含水率整体低于闭合区,而1年边缘裂缝区土壤含水率整体高于2年边缘裂缝区,表明地裂缝会对土壤含水率的空间分布产生较大影响.综合来看,地表塌陷与地裂缝的出现改变了土壤的结构状态,加速了土壤水分的蒸发,降低了土壤持水性.

采煤沉陷区模拟土壤侵蚀胁迫对灌木生理生长特性的影响

【目的】探究半干旱地区采煤活动造成的土壤侵蚀对北沙柳Salix cheilophila、小叶锦鸡儿Caragana microphylla生长生理特性的影响,阐明植物在逆境胁迫下的适应性及生存策略。【方法】在野外原位试验条件下,对北沙柳、小叶锦鸡儿根部进行原位根系断裂试验来模拟土壤侵蚀胁迫,设置对照组(CK)和轻度胁迫(S1)、中度胁迫(S2)和重度胁迫(S3)四种不同程度的土壤侵蚀,测定了不同胁迫处理下两种灌木的生长指标和生理指标变化,并使用模糊数学隶属函数综合评价其抗逆性。【结果】土壤侵蚀胁迫显著抑制北沙柳和小叶锦鸡儿的株高、冠幅、枝条长度和枝条直径,且随着侵蚀胁迫程度增大,抑制程度越明显;北沙柳叶片叶绿素含量随着土壤侵蚀胁迫程度增大而降低,且随胁迫时间延长呈逐渐降低趋势,而小叶锦鸡儿的叶绿素含量在胁迫后期恢复至侵蚀胁迫前期;北沙柳的丙二醛含量随胁迫时间的延长呈先降低后升高趋势,而小叶锦鸡儿的丙二醛含量呈先升高后降低趋势;侵蚀胁迫后期北沙柳和小叶锦鸡儿叶片超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性和过氧化氢酶活性升高;隶属函数分析显示,在土壤侵蚀环境中,小叶锦鸡儿抗逆性最强,北沙柳次之。【结论】小叶锦鸡儿对采煤沉陷区土壤侵蚀的破坏致损效应具有更好的抵抗力和恢复力,更适于干旱、半干旱矿区的生态修复与植被建设。

资源型城市采煤沉陷区不同人工植被对土壤养分、酶活性及有机碳库组分的影响——以安徽省淮南市为例

【目的】探讨淮南采煤沉陷区种植不同人工植被下土壤养分、酶活性及有机碳库组分的含量,为该地区选择适宜的人工植被类型、改善矿区复垦土壤质量提供参考。【方法】选取未改造地、人工草地、石楠林地、水杉林地、刺槐林地、刺槐-侧柏混交林地6种人工类型样地为研究对象,研究土壤养分、酶活性及有机碳库组分含量差异及相关性。【结果】种植人工植被有效降低了土壤pH值;人工植被地的土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷含量均显著高于未改造地,而全钾及速效钾含量低于未改造地。除过氧化氢酶以外,其余4种酶活性在未改造地中均处于最低水平。刺槐-侧柏混交林土壤脲酶、多酚氧化酶、蔗糖酶含量均高于其他人工植被。不同类型人工植被土壤酶活性之间也存在着显著差异。除过氧化氢酶以外,其余4种酶活性与土壤养分之间相关性显著。各人工植被均不同程度提高了土壤有机碳库各组分含量,刺槐-侧柏混交林的总有机碳量与可溶性有机碳量均高于其余5种类型样地,刺槐林土壤易氧化有机碳的含量在所有类型样地中达到最高水平,水杉林土壤微生物量碳的含量在在所有类型样地中达到最高水平。相关性分析结果表明,土壤有机碳库组分含量与土壤酶活性之间存在显著相关性。冗余分析结果表明,土壤有机质、全氮、全钾、速效钾是土壤酶活性重要的影响因子,能解释酶活性变异的66.04%。【结论】种植人工植被改善了复垦矿区土壤质量,提高了土壤有机碳库组分的含量。土壤酶活性显著影响土壤养分及有机碳库,可以用来表征淮南采煤沉陷区土壤肥力质量及有机碳固持能力。刺槐-侧柏人工混交林模式对土壤肥力、固碳能力提升效果更显著,对矿区土壤整体质量和生态环境有明显的改良作用。

动态采煤沉陷区预回填施工控制模式研究

鉴于传统采煤沉陷区“先稳沉后治理”方式存在治理滞后的问题和国家对于生态环境保护的愈加重视,动态采煤沉陷区预治理的理念和思想越来越成为业内共识。对于预治理为农业用地或建设用地的动态采煤沉陷区场地而言,一项基础性工作就是需要对上述场地进行预先回填以满足该场地对于设计使用标高的要求。动态采煤沉陷区内预回填工程的传统控制模式是通过施工高程进行控制,且施工高程随着地表动态沉陷呈降低趋势,即不同沉陷时刻对应不同的施工高程。由于预回填工程的实际施工时间往往滞后于勘察设计时间,施工时如果仍采用勘察设计时间节点所确定的施工高程,则会造成最终稳沉后场地实际高程与原预期规划高程出现偏差。为解决传统的以高程控制预回填工程施工模式存在的问题,提出了以土方回填厚度控制预回填施工的新思路,分析推导了地表各点不同情况下土方预回填厚度的计算公式,为绘制土方回填等厚线平面图提供理论依据。研究表明:在地下工作面开采计划和地表规划高程不变的情况下,以填厚控制预回填工程的施工模式克服了以高程控制的不足,该方法具有预回填土方厚度不随时间变化的特点,对于动态采煤沉陷区预治理设计和施工具有一定的适用性。

采煤沉陷区水土资源评价及生态修复技术实践研究

为进一步探究采煤沉陷区的有效治理路径,以某地采煤沉陷区现存问题为研究案例,首先对该区域水土资源进行全面评价,明确存在的水污染和土壤污染问题。而后针对两类污染问题,以湿地净化池和底泥干化技术为生态修复方法,针对该采煤沉陷区进行针对性的生态修复。从实际结果来看,本次生态修复技术模式在经济效益和生态效益上均有较优表现,因此其具有一定的参考价值。

采煤沉陷区立体化调查监测技术体系研究

采煤沉陷带来耕地受损、生态破坏和地灾隐患等一系列问题,开展采煤沉陷区调查监测,识别沉陷范围、预测沉陷边界、监测沉陷速率,有利于及时掌握沉陷地类、沉陷机理和稳沉状态,为耕地保护、生态修复及灾害防治等工作提供参考。本文通过合成孔径雷达干涉测量(Synthetic Aperture Radar Interferometry,InSAR)、微动勘探实测数据和沉陷区地层相近区域的地面沉降光纤孔监测数据研究皖北某煤矿沉陷区边界和采空区,结果表明:以10 mm为界线,利用InSAR可以快速划定沉降边界;通过微动勘探实测数据发现1000 m深度煤系地层的横波速度比正常地层低25~50 m/s,InSAR结果也显示该区域出现了地面沉降;分析收集到相近区域12组光纤孔监测数据,77.7~200 m深度段地层为主要变形区域,压缩量约为163.77 mm,数据频率能达到分钟级。由此可见,基于InSAR、微动和光纤孔监测三种方法实现多源异构数据耦合,能够在“高潜水位、中厚煤层、千米以深”的采煤沉陷区达到“由表、及里、实时”的立体化调查监测效果,构建立体化调查监测技术体系存在可行性。

采煤沉陷区高压架空杆塔监测系统的设计与分析

为解决采煤沉陷区因地质特殊而导致的高压输电杆塔容易发生倾斜、位移等问题,采用多传感器数据融合的方法,研发了针对采煤沉陷区的输电系统位移监测预警系统,应用于采集、传输和分析输电线路杆塔及变电站的倾斜、沉降、环境风速、风向等关键参数。通过采集输电杆塔的倾斜角和绝缘子串风偏角等数据,并对这些数据进行融合处理,得到杆塔的实时倾斜数据,在此基础上分析了输电杆塔健康状况。结果表明,该系统能够较为准确地监测输电杆塔倾斜情况,并在必要时发出预警信号,提高输电杆塔的巡检效率,为确保电力设施安全稳定运行提供了有力保障。

基于智慧城市理念的采矿沉陷区滨水景观提升设计

随着矿业开采建设,矿区废弃地的环境景观提升至关重要。在智慧城市背景下,智慧型景观是采矿沉陷区域环境综合治理和文化记忆再塑的重要途径。以河南省赵固一矿为研究对象,通过实地调研和场地分析,基于智慧城市景观理念,针对矿区进行智慧型景观专项设计,探索采矿沉陷区滨水景观提升的路径方法,提出景观提升设计策略,以期改善矿区的生态、文化环境,增强使用者的归属感和认同感。

多阶段采煤沉陷区生态环境保护模式研究——以淮南潘谢矿区为例

我国是一个产煤大国,煤炭资源开采势必引起地表沉陷,随之带来一系列社会问题和生态环境问题,采煤沉陷区生态环境修复治理尤为迫切。本文以淮南潘谢矿区采煤沉陷区为研究对象,基于该采煤沉陷区的矿山地质环境调查成果,将采煤沉陷阶段划分为稳沉阶段、相对稳沉阶段和非稳沉阶段。针对不同阶段采煤沉陷区的沉陷状态,提出差异化的分区治理政策措施及保护模式,旨在于为潘谢矿区采煤沉陷区生态环境的开发利用和生态环境保护提供科学依据。

探究光伏发电与采煤沉陷区治理的融合发展

我国是煤炭资源消耗大国,在经济社会发展过程中,我国对煤炭资源产生了较强的依赖性。但煤炭开采过程中会留下较大面积的采空区和沉陷区,这些区域的面积会随着煤炭开采进度推移不断变化,导致现场土地遭受严重破坏,为减少煤炭开采遗留的各种问题,加强对生态环境的保护,国家采取相关措施加强对采煤沉陷区的治理。其中“光伏+采煤沉陷区”的治理方式,能够在有效修复、治理采煤沉陷区的同时,将闲置资源转化为经济优势,兼具强大的生态与经济价值。为此,本文重点对光伏发电与采煤沉陷区治理的融合路径展开探索,以供参考。

高潜水位采煤沉陷区地表水与地下水水力联系探析

山东济宁是全国重要的煤炭基地之一,沉陷积水已成为高潜水位采煤沉陷区面临的首要生态环境问题。探析沉陷区地表水与地下水是否存在补排关系,是采煤沉陷区治理和水资源合理利用的重要依据。以济宁典型高潜水位采煤沉陷区为例,利用氢氧稳定同位素溯源的特点,结合水文地质条件和水化学特征,对沉陷区地表水和地下水水力联系进行分析,结果表明:孔隙潜水和沉陷区地表水氢氧稳定同位素具有显著线性相关性,水化学组分演化具有明显趋势性和相关性,符合同源自然水体演化规律。

李一矿采煤沉陷区典型地块碳储特征与碳汇潜力研究

在对李一矿采煤沉陷区典型地块植被、土壤进行采样测试分析的基础上,分析了李一矿生态系统高大杨树区、矮小杨树区、正常农田和场地平整区4个典型地块的碳储量特征。采用植被异速生长模型和类比法分别对植被和土壤的碳汇潜力进行了评估。发现李一矿生态系统中4个典型地块的总碳储量为23 650.44 t;李一矿生态系统中,林地比耕地具有更高的碳储存量;目前的土地利用情况下,李一矿生态系统仍具有一定的碳增汇潜力。研究结果可为淮南矿区生态修复提供基础性参考依据。

大数据在采煤沉陷区综合治理中的应用

围绕采煤沉陷区多源大数据、数据整合与处理、综合治理评价几个关键环节,研究多源大数据在采煤沉陷区进行综合治理的应用。基于上报数据、国家自然资源和地理空间基础信息库资源本地数据等资料,结合多时相多类型遥感动态监测信息,利用地理信息系统(GIS)、人工智能等新型技术,实现全方位、多尺度、多时相的信息采集与融合,进一步摸清特殊类型地区总体情况,设计有效的指标体系和综合评价分析方法,为采煤沉陷区的综合治理提供全面客观的数据支持和治理依据。

采煤沉陷区坡向对耕地土壤理化性质的影响研究

【目的】地形因素(坡位和坡向)对土壤性质具有深刻的影响,但针对采煤沉陷形成的微地形条件,尤其是坡向对土壤性质的影响研究较少,有必要对其进行研究。【方法】以焦作九里山矿典型平原型采煤沉陷区为研究区,以耕地土壤为研究对象,通过野外调查和室内分析,研究了沉陷区坡向对土壤理化性质的影响。【结果】结果表明:与阳坡相比,采煤沉陷区阴坡土壤含水量、电导率、有机质含量、全磷含量和钠吸附比均相对较高,而土壤pH相对较低;土壤含水量、pH、电导率和全磷含量在不同坡向之间存在显著差异且上述指标与坡向之间存在极显著相关性(p<0.01);坡向对土壤化学指标的影响效应要强于坡位,坡向与坡位对土壤全磷含量的影响具有交互作用。【结论】研究结果可为探明沉陷区土壤空间异质性的成因及土地的精准复垦提供参考。

采煤沉陷区变良田——新星冯雷光伏电站助力乡村振兴纪实

冯雷村自古便有煤窑,资源枯竭后,留下了大片的采煤沉陷区。长期开采使得土地无法灌溉,甚至裂陷。直至十年前,冯雷村的景象仍是荒草枯枝、垃圾满地。2017年,农光互补集中式光伏项目—新星冯雷光伏电站建成,产生清洁能源的同时,帮助冯雷村实现了土地复垦,带动了周边就业,走出一条企业助力乡村振兴的成功之路。

浅谈淮北市采煤沉陷区生态地质问题研究

淮北市是中国煤炭建设重点城市,煤炭资源开采,压占毁损土地资源,同时对地形地貌景观造成程度不同的破坏。煤矿地下开采引发的采空塌陷,使大片肥沃平坦的土地沦为坑洼不平的荒滩、水塘等,城市工业和非煤产业用地缺少发展空间,资源型城市转型发展受限。本文通过研究淮北市采煤沉陷区生态地质问题,为采煤沉陷区生态地质脆弱性评价、采煤沉陷区积水溯源评价、北部闸河矿区治理效果评价、南部临涣矿区生态问题发展评价提供基础依据。