高潜水位矿区土地利用和碳储量时空变化规律与预测

高潜水位矿区采矿活动及城镇化发展会导致土地利用类型明显变化,进而影响矿区的固碳能力。采用潘谢矿区2002-2021年5期土地利用数据,利用FLUS(Future Land Use Simulation)模型,选取了采矿、社会经济和气候环境等方面数据作为驱动因子,分别预测了自然发展和生态保护两种情景下2028年土地利用变化,再结合InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)模型,计算了潘谢矿区2002-2021年的历史碳储量以及2028年不同情景下的未来碳储量,并对潘谢矿区碳储量的时空变化特征进行了分析。结果表明:(1)2002-2021年潘谢矿区土地利用变化表现为耕地不断减少,湿地和建筑用地持续增加,其中耕地减少了147.93 km^(2),湿地和建筑用地分别增加了71.01 km^(2)和75.76 km^(2)。在此期间,潘谢矿区碳储量减少了1.62×10^(5)t,减少幅度为3.83%,其中在2018-2021年碳储量下降最快。(2)预测结果显示,2028年2种情景下研究区内土地利用变化均为湿地和建筑用地持续增加,耕地不断减少。但相较于自然发展情景,生态保护情景下矿区内耕地受到保护,面积有所增加,湿地和建筑用地的增长减缓。与2021年相比,自然发展情景下的碳储量减少了0.74×10^(5)t,生态保护情景下的碳储量减少了0.53×10^(5)t。研究结果表明,受采煤沉陷和城镇发展影响,沉陷湿地和建筑用地扩张导致耕地减少是碳储量下降的主要原因,采取生态保护措施能够在一定程度上减缓碳储量的下降。

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。

长江经济带矿产——经济——生态环境系统耦合协调发展研究

为贯彻落实“共抓大保护,不搞大开发”的建设思想理念,实现长江经济带绿色可持续发展,基于2001—2019年长江经济带11省市的相关数据,构建了矿产资源—区域经济—生态环境评价体系。通过设定三大子系统的优先发展级,运用熵权法、耦合协调度模型定量分析不同优先级下的矿产资源—区域经济—生态环境系统耦合协调发展水平,并从中选取最优发展模式。结果表明:长江经济带三系统耦合协调发展特征显著,整体上由轻度失调区间上升至中级协调区间,且耦合协调度值上游<中游<下游。分省来看,耦合协调程度由低到高依次为云南、江西、贵州、安徽、湖南、上海、重庆、江苏、四川、浙江、湖北。除了湖北、浙江、四川三省位于良好协调区间外,其余8省市均位于中级协调区间。同时,“经济优先”仅适用于短期发展,“环境优先”更适合长期发展。故为促进长江经济带协调可持续发展,整体上应坚持以环境保护为重心的发展战略,个体上要进一步针对不同省市采取差异化的措施。

基于GEE的多源数据耕地自动提取研究

为更好地保护耕地资源实现中国式现代化的重要粮食安全局面,提升耕地资源提取精度、自动化程度是必不可少的。针对目前使用单一遥感数据进行耕地提取时存在的不足,本文以淮南市为例,基于Google Earth Engine(GEE)平台,获取Sentinel-1和Sentinel-2图像并进行预处理利用Sentinel-1的VV、VH波段以及Sentinel-2的NDVI、NDWI、BSI等指数。加入研究区的高程、坡度和坡向信息后,使用支持向量机(SVM)和随机森林(RF)分类算法对影像进行土地利用类型分类,通过开运算的形态学处理提取耕地并做精度分析。结果表明:与仅使用单一光谱数据相比,引入SAR数据和高程数据后,SVM算法和RF算法的总体精度(OA)分别提高了0.06和0.16,其中RF算法精度更高,总体精度达到了0.89。此外,形态学处理可以消除一些非耕地的细小图斑,进一步提高了耕地提取精度,总体精度达到了0.93,Kappa系数达到了0.90。

新能源背景下动力工程及工程热物理专业实践教学改革与探索

近年来,随着全球对能源可持续发展的追求,动力工程及工程热物理专业在新能源领域发挥着重要作用。然而,在实践教学中,该专业仍存在着实践教学难度大、安全风险高、教学资源浪费等问题。为了解决这些问题,本文提出了引入计算机仿真虚拟实践的教学改革措施,包括引进虚拟仿真教学软件、建立计算机仿真虚拟实验室、提供多样化虚拟实验课程、加强教学指导和评估等措施。这些措施旨在提高学生的实践操作能力和技能水平,从而提高动力工程及工程热物理专业教学质量。

离层注浆开采关键层变形特征及地表沉陷控制效应

为研究覆岩离层注浆开采条件下关键层变形特征及地表沉陷控制效应,准确预计地表移动变形值,对离层注浆开采关键层变形进行了力学分析,将关键层下方离层注浆充填体和煤岩体的组合视为弹性地基,并将之划分为压实区、欠压实区和实体煤区3种不同的区段,基于弹性地基梁理论,给出了关键层挠度方程和弹性地基系数计算方法;采用“两步法”,通过分层模拟的方式开展了离层注浆开采关键层变形与地表沉陷数值模拟,研究了不同工作面宽度条件下离层发育和关键层破断特征,以及不同注采比条件下地表移动变形特征;借鉴等价采高理论,将离层注浆开采条件下关键层弯曲下沉空间等效视为开采空间,结合概率积分法,建立了适用于离层注浆开采的地表沉陷预计模型。以淮北矿区袁店二矿7221离层注浆开采工作面为例进行了验证,结果表明:该地质条件下,离层注浆开采工作面宽度宜设计在90~120 m;采用提出的预计模型和方法能够对离层注浆开采条件下的地表沉陷进行有效预计,预计值与实测值平均误差9 mm,在允许误差范围内;离层注浆开采地表沉陷控制效果显著,减沉率约83%。

基于纹理特征的煤岩识别方法

煤岩识别技术是煤矿智能化开采的关键技术之一,近年来,基于纹理特征的煤岩识别方法备受关注。该方法采用阈值分割和图像滤波结合的方式,通过计算图像的灰度共生矩阵得到纹理特征,探究在不同输入特征(以对比度、相关性和均匀度为输入特征F1,以对比度、相关性、能量、均匀度和角二阶矩为输入特征F2以及以对比度、相关性、能量、均匀度和角二阶矩主成分分析结果为输入特征F3)下,建立支持向量机煤岩分类识别模型并分析其可行性。

基于分布式光纤的松散含水层失水沉降规律研究

煤矿开采扰动间接引起的地下水散失会使松散层压缩,造成地表沉降,威胁煤矿安全生产。为深入分析此类非采动因素对松散含水层失水沉降的影响,根据已有的地质水文资料将研究区松散层自上而下划分为一含、一隔、二含、二隔、三含、三隔和四含。利用分布式光纤监测技术、水文观测技术和土力学实验对研究区域松散含水层进行全面观测,分析了非采动情形下各层位的形变特征,探究了深层隔水层的黏土弱化规律,明确了深层含水层形变量和该层位水头高度变化之间的关系。结果表明:①四含及上部部分隔水层持续压缩是造成研究区域地表沉降的主要原因。对地层形变贡献最大的两个层位分别为四含和一含,其中一含形变具有季节性特征,春季夏季抬升,秋季冬季沉降,而四含则在观测周期内呈持续沉降态势。②结合布设水文孔、分布式光纤和土力学实验,实现了对目标层位黏土弱化程度的监测,研究区四含上覆黏土层受四含地下水的影响产生黏土弱化,其弱化程度与埋深成反比,与地下水流通性成正比,黏土层弱化将导致含水层顶部隔水层压缩,加剧地表沉降。③四含形变与四含层位水头高度变化的趋势一致,两者呈线性关系,观测结果与理论计算结果相符,表明四含失水是造成四含压缩形变的主要原因。

采煤沉陷区地形插值方法精度对比分析及改进

为探究采煤沉陷区精确的地形特征,在常用地形插值模型的基础上提出一种改良插值模型。运用图像对比、交叉验证、相关性分析等方法对各插值方法进行精度分析,选取最合适该区域的插值方法;再根据非充分采动区沉陷地质结构和无法保留地形细节的情况,采用合适的插值法、使用K-means聚类法将整个研究区域分块,选取地表粗糙度Sr较大的区域,用薄板样条插值法重构局部地形DEM。线性三角网法插值曲面与真实的沉陷地形更吻合且连续性和趋势符合性良好,其评价指标精度最高。采用拟合度为0.9的薄板样条插值法重构Sr>1.50的地形DEM,并计算得整个区域的决定系数R2为0.981 5。结果表明,该组合插值方法在保持高精度的同时,具有可靠的平滑性,可以保留更多的地形细节。结论可为无人船数据构建沉陷区水下地形DEM选择最佳的插值方法及相关工作提供一定的参考。

油烟对催化燃烧式甲烷报警器响应特性的影响研究

甲烷报警器精准探测可以预防甲烷气体泄漏造成的火灾爆炸事故,然而油烟等恶劣环境对其报警效果会产生一定影响。针对上述问题,研究讨论了油烟对催化燃烧式甲烷报警器的响应特性如量程指示偏差、报警动作值以及报警重复性的影响,并对影响规律进行了分析。结果表明:相比于无油烟环境,有油烟环境会使量程指示偏差变大,当箱体甲烷浓度为12%LEL时,油烟浓度为7.30 mg/m^(3)时甲烷报警器的量程指示偏差增加了4.95%;相对于无油烟环境,油烟环境会使报警动作值变大,油烟浓度为7.30 mg/m^(3)时的报警动作值相比于无油烟时增长了4.01%;另外,同时还研究了油烟和温度耦合环境对甲烷报警器响应特性的影响,结果发现随着环境温度的升高,量程指示偏差和报警动作值均增大。研究为进一步解决油烟对甲烷气体报警器影响提供实验依据,有利于提高甲烷气体泄漏的精准探测从而预防火灾爆炸事故的发生,保障城市生命线安全。

充填开采对地表建筑物稳定性影响研究

针对淮南矿区深部煤层充填开采对建筑物的影响问题,以某矿充填开采工作面为例进行实验,通过现场观测和数值模拟的手段研究充填开采对地表建筑物的保护情况。结果表明:工作面达到稳沉后最大下沉量为143 mm,不足以危害建筑物安全使用;整个开采活动周期内地表最大倾斜变形为1.8 mm/m、最大曲率变形为0.088 mm/m^(2),均小于建筑物安全使用的阈值,地表移动变形过程中最大下沉速度为1.32 mm/d,没有达到危险变形阶段;通过数值模拟发现当充填率提升至60%时所产生的倾斜变形不足以对建筑物构成危害;根据模拟结果发现该工作面上方建筑物稳定性主要受下沉量和倾斜变形影响,通过计算发现充填率与地表沉陷、倾斜变形之间近似呈一种线性关系,由线性拟合可得保证该工作面上方高层建筑稳定的最小充填率为88%。

基于分布式光纤的矿区非采动沉降规律研究

非采动沉降是威胁煤矿工业广场建构筑物安全运行的重要因素之一。为研究厚松散层矿区非采动沉降,以童亭矿工业广场为研究对象,采用分布式光纤感测技术和数值模拟对厚松散层矿区非采动沉降进行监测与分析。结果表明,矿区厚松散层整体呈压缩状态且压缩量不断增加;第二含水层、第三隔水层和第四含水层为主要压缩层,压缩量分别占总压缩量的30%、42%、11%;当第二含水层固结趋于稳定,第四含水层失水导致的第三隔水层和第四含水层压缩是造成非采动沉降的主要原因;随着第四含水层不断失水,地表沉陷盆地的最大沉陷值与沉陷范围都在一直增大,且增长速率逐渐减小并趋于稳定。结论可为矿区的非采动沉降规律研究提供一定参考。

煤矸石充填复垦地理化特性与重金属分布特征

为研究煤矸石充填复垦地农作物产量达到最佳时的覆土厚度及煤矸石充填复垦地重金属分布状况，该文以新庄孜矿煤矸石充填复垦地作为研究对象，采取室外田间小区试验和室内试验分析方法，选取不同覆土厚度50～60，60～70，70～80，80～90 cm的4类试验地块及对照地块对其土壤理化性质及农作物根系分布、长势产量、重金属元素含量进行调查分析，发现复垦地块各项指标与对照地块差异显著，劣于对照地块；煤矸石充填基质土壤理化性质较差；70～80 cm的厚度是煤矸石充填复垦造地较经济合理的覆土厚度。煤矸石复垦地重金属元素有向上迁移的趋势；复垦土壤及煤矸石基质中Pb、Zn、Cr元素含量处于安全水平；大部分监测的Cu、Ni、Cd元素含量高于淮南土壤背景值，低于中国土壤环境质量标准二级标准，对复垦土壤已构成潜在的威胁性，应予以重视；覆土厚度50～60 cm地块的煤矸石基质中Cu、Ni元素含量处于安全水平，煤矸石基质中Cd元素含量高于淮南土壤土壤背景值，低于中国土壤环境质量标准二级标准，应予以重视。结果表明70～80 cm的厚度是煤矸石充填复垦造地最佳覆土厚度；新庄孜煤矸石充填复垦地重金属有向上迁移的趋势，复垦土壤中重金属含量符合国家二级标准，未出现重金属污染情况，但部分重金属元素含量高于淮南市土壤背景值，应予以重视。

煤矸石粒径结构对充填复垦重构土壤理化性质及农作物生理生态性质的影响

为了研究自然煤矸石充填复垦地和不同覆土厚度条件下不同颗粒级配煤矸石充填复垦地重构土壤理化性质及在其之上生长的玉米（Zea mays L.）的生理生态特性,以淮南创大“煤矸石充填复垦示范基地”为研究区域,通过分区分层采集实验区范围内土壤样品,检测并分析其主要营养元素及重金属含量,监测实验区内玉米各生理生态指标变化情况及其植株各部分的重金属含量,探究以不同颗粒级配煤矸石作为填充基质对其充填区域农作物的影响.实验结果表明：经过分选后的煤矸石作为填充基质比自然状态下的煤矸石填充基质具有较好的保水保肥性和透气性,尤其以70%-100%粒径为〈80 cm 的煤矸石作为填充基质的重构土壤培育的玉米,其各项生理生态指标均表现良好,说明该复垦方案更有利于玉米的生长.但两种以煤矸石作为主要填充基质的复垦方案都面临土壤中部分重金属含量超标和向植物体迁移的问题.如何降低重构土壤中重金属含量,减少土壤中重金属向植物体内的迁移将成为今后研究的重点.

粉煤灰充填复垦地理化特性与重金属分布特征研究--以淮南洛河电厂粉煤灰复垦地为例

本文以淮南上窑储灰场中的粉煤灰充填复垦地为研究对象,选择粉煤灰复垦地与灰场周边非复垦区对照地块进行布点采样,在复垦地中分六层[H1(0～20cm)、H2(20～40cm)、H3(40～60cm)、H4(60～80cm)、H5(80～100cm)、H6(100～120cm)]分别采集土壤、粉煤灰样品并进行监测,对照地块按照同样方法采样监测,分析复垦地土壤理化性质和重金属的分布特征。研究结果显示,随着采样深度的增加,复垦地pH值从8.21到8.49呈递增的空间分布特征,各采样层pH值均高于对照地块;随着采样深度的增加,复垦地的含水量呈增加的空间分布特征,对照地块的含水量则是先增加后减少,粉煤灰基质具有良好的保水性能;养分含量在不同层位存在较大差异,粉煤灰复垦地速效氮、速效钾含量从H1至H6层呈现减少后增加的空间分布特征,在H3层处达到最小值16.23mg·kg-1、158.97mg·kg-1,复垦地各层位的速效氮含量均低于对照地块、速效钾含量均高于对照地块;复垦地与对照地块的速效磷含量均呈现先减少后增加再减少的空间分布特征,最大有效磷含量分别为10.01mg·kg-1、11.91mg·kg-1。对比土壤养分分级标准,复垦地土壤中速效氮、速效磷含量均处于缺乏水平,应增施磷肥、氮肥或有机肥以增加土壤养分。粉煤灰复垦地表层土壤和粉煤灰中的Cu、Cr、Pb、Zn、Cd、Ni等元素中Cr、Pb、Zn含量均低于淮南土壤背景值和中国土壤背景值,其中粉煤灰层中各重金属元素均处于土壤环境质量标准的二级范围内,其余各层位重金属元素除Cd均处于土壤环境质量标准的一级范围内;土壤中各重金属元素含量除Zn外均低于粉煤灰中的含量,且粉煤灰层中重金属有向表土迁移的趋势。

煤矿塌陷水域水环境现状分析及综合利用--以淮南矿区潘一煤矿塌陷水域为例

为提供淮南煤矿塌陷水域水资源综合利用的理论基础,选择潘一煤矿典型的2个塌陷水域,采用格网法布设39个采样点对水质进行全面采样监测,分析水体的重金属元素且运用模糊综合评判法对水质进行评价.结果表明:西塌陷水域由于较为封闭,水质由水体中间向两岸呈递减趋势,水体中央部分采样点水质为Ⅲ类;与泥河连通的东塌陷水域,受泥河影响较大,水质较差,大部分采样点水质为Ⅳ,Ⅴ类.由于矿业污染源的影响,导致东塌陷水域的重金属元素污染强度高于西塌陷水域.各塌陷水域均已受到不同程度污染,针对面积、污染不同的塌陷水域,可采取相应措施治理后分类进行水资源综合开发利用.

煤矿塌陷区覆土造地综合研究——以新庄孜矿为例

以新庄孜矿为例,针对覆土造地过程中,煤矸石充填可能带来的重金属元素的迁移污染作了相关分析。采用煤矸石充填塌陷区,既减少矸石山占地面积,又能在塌陷区覆土造地;同时,填埋矸石有利于保护环境,防止环境污染,具有较大的经济效益、社会效益和环境效益,对淮南矿区覆土造地及工农业持续发展具有重要的示范意义。

淮南矿区塌陷水域环境效应

为提供煤矿塌陷区水资源综合利用的理论基础,选择了淮南矿区塌陷时间不同的塌陷水域,监测、分析评价水体的理化指标、重金属元素.结果表明:矿区内塌陷水域均受到了不同程度的污染,部分理化指标随塌陷水域形成时间增长有累计作用,具有随季节变化的特征;对照渔业水质标准和地表水质量标准,塌陷水域中重金属元素除Hg超标外,As,Cd,Cu,Pb,Se,Zn等元素均不超标,未对塌陷水域构成重金属污染.

厚松散层开采条件下覆岩运动与地表移动规律研究

为分析厚松散层条件下采煤引起的覆岩运动与地表移动变形规律,以淮南矿区顾北矿13121工作面、谢桥矿11316工作面、张集矿1217(1)工作面等3个厚松散层开采条件下的地表移动观测站实测资料为基础,并结合相似材料模拟试验进行研究,总结归纳了厚松散层开采条件下产生的地表下沉系数偏大和地表移动变形活跃期等问题,获得了厚松散层条件下覆岩运动与地表移动变形规律研究方面具有一定参考价值的结论。

安徽省两淮矿区地质环境治理技术

由于采煤、采石活动影响,两淮矿区内分布着大面积的沉陷区、积水域和采石场遗迹地。针对两淮矿区矿山地质环境现状,提出了因地制宜、多元综合整治的地质环境治理理念,在矿区内采用沉陷区复垦、设立特色矿山公园、山地地质环境治理等技术对地质环境进行治理。探讨了矿山地质环境治理的多元治理技术模式,提出采煤沉陷区的"两大层次、三大类型、六种模式"复垦技术,因地制宜设立了淮北矿山公园及采石场遗迹的治理技术等模式。