新疆煤炭资源开发潜力与开发策略

鉴于新疆煤炭资源赋存条件的独特性以及煤炭赋存区生态环境的脆弱性,科学开发新疆煤炭资源成为当务之急。为此,简要论述了新疆煤炭资源地质赋存条件、赋煤区水文地质条件、自然地理与生态环境条件,分析了新疆煤炭资源开发潜力。结果表明:新疆煤炭资源极为丰富,全区预测煤炭资源量2.19万亿t,占全国总预测储量的40%以上;新疆共有24个预测资源量超过100亿t的煤田,其中5个煤田预测资源量超过1 000亿t,8个煤田预测资源量在400亿~1 000亿t,11个煤田预测资源量在100亿~400亿t;潜在煤炭资源量中,1 000 m以下浅储量占比52.8%。新疆煤炭资源以低阶烟煤和中阶烟煤为主要煤阶,其次是中煤阶煤中的高阶烟煤,而低煤阶煤中的褐煤和中煤阶煤中的超高阶烟煤以及高煤阶煤中的无烟煤,分布范围和数量极为有限,所占资源总量的比例很低;综合考虑疆煤外运、疆电外送、西气东输以及本地煤化工产业规划,预计2035年新疆煤炭产能有望超8亿t。在此基础上,构建了生态环境承载力评价指标体系,对新疆规划建设的五大煤矿区生态环境承载力进行了评价,得出:新疆煤炭资源赋存区生态环境承载力整体处于中低水平,五大煤矿区生态环境承载力均值排序为伊犁(0.42)>库拜(0.38)>和丰(0.31)>准东(0.25)>吐哈(0.22),呈现出由西到东递减的趋势。针对新疆煤炭资源开发条件与潜力,提出了优化煤炭资源开发布局、推动开采技术升级、推进智能采矿技术、强化绿色开采理念、拓展煤炭多元化利用渠道等策略。

公路桥梁裂缝修复用改性新材料性能测试及效果研究

针对传统混凝土桥梁裂缝修复困难的问题,提出通过改性石蜡、碳纤维布与内置钢丝网水泥砂浆板对混凝土桥梁裂缝进行协同修复。试验对工业石蜡的改性条件进行优化,研究了改性石蜡、碳纤维布与内置钢丝网水泥砂浆板对混凝土桥梁裂缝的修复效果。试验结果表明,工业石蜡∶石墨粉∶乳化剂∶环氧树脂=100∶1.5∶12∶12时,对工业石蜡的改性效果最好,在改性石蜡厚度为9 mm,侧面单面铺设2层碳纤维布,底面铺设一层内置钢丝网水泥砂浆板的条件下,桥梁混凝土开裂载荷提升至15.8 kN,破坏载荷提升至16.9 kN,裂缝的最终修复率约为32.1%,表现出良好的增韧效果和修复效果。

基于PLUS-InVEST模型的天山北坡生态系统碳储量时空变化与预测

土地利用变化作为影响陆地生态系统碳储量的重要因素,研究两者间的关系对维持区域碳平衡和实现双碳目标具有重要意义。基于第三次新疆综合科学考察背景,分析天山北坡1990年、2000年、2010年、2020年土地利用变化与碳储量的定量关系,结合PLUS和InVEST模型,模拟在历史趋势、水资源保护和经济发展3种情景下2030年区域碳储量的空间格局。结果表明:(1)草地和裸地是天山北坡主要土地覆被类型,1990—2020年耕地、林地、水域、建设用地和湿地面积增加,耕地面积增加最多,其余土地利用类型面积减少,草地减少最多。(2)1990—2020年天山北坡碳储量呈“先升后降”趋势,草地、裸地、耕地和林地间的转化是总碳储量变化的主要成因。(3)3种情景下碳储量均低于2020年水平,经济发展情景减幅最为显著,草地减少、裸地增加是碳损失的主要原因。

城市沥青路面裂痕修复材料与施工技术优化

为增强沥青路面裂缝的修补效果,试验制备了面层修复材料和半刚性基层修复材料,并对修复材料的性能和施工工艺进行研究。结果表明,面层修复材料中的最佳聚氨酯掺量为30%时,材料拉伸强度和断裂伸长率分别是32.5 MPa、28.1%,老化后强度仅下降18.3%。用该面层修复材料对路面裂缝进行修补,可使路面裂缝强度恢复79.4%。半刚性基层修复材料中的最佳含水量为0.75%时,材料黏度为207.6 mPa·s,膨胀性能较好,且修补后的试件劈裂抗拉强度恢复超过80%。采用焊接裂缝法,将面层修复材料和半刚性基层修复材料结合,对路面裂缝进行修补,可以达到路面修复标准。

采煤塌陷地充填复垦土壤呼吸的研究

以徐州垞城矿区复垦耕地为例,对以煤矸石和粉煤灰为充填物的复垦场地土壤的理化性质以及生物学特性——土壤呼吸进行了试验分析.参考美国土壤质量评价方法,采用将土壤温度和土壤湿度修正到标准状态土壤呼吸的方法,得出煤矸石充填土壤标准呼吸率为(CO2)(8.35±0.39)μmol/(m2.s)、粉煤灰充填土壤标准呼吸率为(CO2)(6.00±1.34)μmol/(m2.s)、对照土壤标准呼吸率为(CO2)(8.04±1.70)μmol/(m2.s).结果表明:煤矸石充填复垦土壤的生物活性要高于粉煤灰,并且与对照土壤的土壤质量相差不明显,其生物活性接近理想土壤.

黄河流域煤炭资源开发战略研判与生态修复策略思考

黄河流域煤炭资源富集与生态环境脆弱并存,亟待破解煤炭资源开发与生态环境保护的矛盾,构建黄河流域高质量发展新格局。按流域水系划分并结合《全国矿产资源规划(2016—2020年)》,有57个国家规划煤矿区应隶属黄河流域。为此,构建了黄河流域资源环境承载力指标体系,揭示了黄河流域资源环境承载力指数的时空规律;重新审视了煤炭资源开发强度测算方法,量化了黄河流域34个煤矿区的煤炭资源开发强度;利用耦合协调度模型测度了矿区尺度煤炭资源开发强度与区域尺度资源环境承载力的匹配程度。结果发现,下游以高级协调为主,显著高于中上游且较稳定。但2010—2018年中上游变化趋势有差异:中游从初级协调(0.62)降至勉强协调(0.51);上游以初级协调为主,耦合协调度从0.60提升至0.62。随着能源战略重心西移,晋陕蒙宁四省区的煤炭开发强度不断增大,特别是榆横、榆神、吴堡、离柳等矿区煤炭资源开发强度已然与资源环境承载力不匹配;青海木里矿区从勉强协调(0.53)降至中度失调(0.25),降幅超50%;甘肃整体改善幅度较大,各矿区均有不同程度提升。基于此,研判黄河流域煤炭资源保护性开发利用战略:①要从“水资源-煤炭资源-社会经济-生态”的全局性视角探析黄河流域“煤水双保”;②与资源环境承载力不相匹配的煤炭开发方式亟需改进或退出;③煤炭资源开发应与更大尺度的国土空间规划相协同;④加强闭矿后矿业废弃地与废弃矿井的资源化利用。鉴于黄河流域地域跨度大、矿区分布广,历史遗留问题较多、潜在生态风险较高,点上问题亟待解决、线上问题不容忽视、面上问题更需重视。建议将黄河流域煤矿区划分为青甘保育区、蒙宁陕风沙区、晋陕黄土区、豫鲁平原区4类区域,未来煤炭资源开发与生态修复应实施分区管控、分类治理、分级修复、分步推进,坚持生态保护与修复并举、自我恢复与人工修复并重,以期为黄河流域生态保护与煤炭高质量发展提供科技支撑。

鄂尔多斯煤田高强度井工煤矿开采对土壤物理性质的扰动

为给矿区水土流失防治与生态保护等提供理论依据,在对大柳塔52303工作面不同地表影响区域(非采区、外拉伸变形区、内拉伸变形区、压缩变形区和中性区)0.10~0.15 m深度土壤进行开采前后同位置取样测试的基础上,基于统计学和地统计学理论相结合的方法,分析了煤炭开采对土壤物理性质扰动的统计变化规律和空间变异规律。研究结果表明:1从开采后相对于开采前的平均值变化来看:天然含水量、容重、黏聚力显著减小,尤其天然含水量和黏聚力减小更明显,两者分别减小24%和48%;内摩擦角增加了9%。说明开采显著降低了容重,尤其是天然含水量和黏聚力的平均值,增大了内摩擦角平均值。2开采对天然含水量、内摩擦角以及黏聚力的扰动具有明显的空间规律性,并且受天然含水量变化的影响,开采对黏聚力和内摩擦角扰动的空间规律性与开采对天然含水量影响的空间规律具有很强的相关性。在外拉伸变形区开采降低了黏聚力;由内拉伸变形区向中性区方向,开采降低天然含水量和黏聚力越来越明显,增大内摩擦角越来越明显。3开采后,天然含水量、内摩擦角以及黏聚力的块金值不同程度减小,有机质和天然孔隙比的块金值不同程度增加,说明开采增强了天然含水量、内摩擦角以及黏聚力的空间依赖性,减弱了有机质和天然孔隙比的空间依赖性。因此,建议该区域水土流失防治应该重点针对内拉伸变形区、压缩变形区以及中性区进行,土壤修复应重点针对天然含水量、黏聚力、内摩擦角以及容重进行,生态恢复则要考虑区域间和变量间的联系性。

煤矿矸石处理与利用的合理途径探讨

提出了煤矸石处理与利用应遵循减量化排放、再利用、再循环,适宜性、经济高效和环境效益最佳的原则;煤矸石的分类以及物理化学与矿物组分分析是矸石得到合理利用的基础工作,矸石的岩石类型、有机碳含量、全硫含量、Al2O3/SiO2比值、Fe2O3含量及CaO和MgO含量等指标是矸石分类的基础,煤矸石的不同用途对矸石的成分有一定的要求,煤矸石的不同处理与利用方式消耗的资源量（或环境容量）不同,利用处理单位数量的矸石占用的生态足迹及处理利用矸石产生的万元经济效益占用的生态足迹两个指标综合确定徐州矿区煤矸石的合理利用途径,得出徐州矿区发热量达到2100-4200 kJ/kg的矸石发电优于制砖.

水分和冻融循环对酷寒矿区煤矸石风化崩解速率影响的定量研究

酷寒矿区表土瘠薄,陆地覆被破坏后可利用表土稀缺是制约煤矿区土地复垦的重要因素之一,难以获得足够的可用表土不仅直接影响到煤矿土地复垦效果,同时也限制煤矿区可持续发展的进程。因此在缺土区拓展可利用表土来源不仅是煤炭土地复垦中亟待解决的生产问题,也是一个重要的科学问题。煤矸石是矿产资源开发利用的副产物,也是潜在的表土来源之一。针对特殊环境下的土地复垦需要,以酷寒矿区未风化煤矸石为研究对象,从水分变化、冻融循环单独作用和水分-冻融循环叠加作用于煤矸石的角度进行试验设计,分析了3类14种处理下煤矸石风化崩解的差异性。结果表明:水分-冻融循环处理下煤矸石风化崩解速率明显大于水分和冻融循环单独处理,风化崩解速率差异较大。运用聚类分析把煤矸石14种处理下的崩解速率分为2类,2类间的崩解速率差异显著,引起风化崩解速率差异显著的因素主要是较大的温差变化引起水分和盐分结晶膨胀。其中饱和含水-冻融循环组风化崩解速率大于非饱和水分组,大温差组大于小温差或恒温组。指出了温差变化中冰晶作用的存在引起了煤矸石的快速崩解主导因素。本研究揭示了水分作用对煤矸石风化崩解的影响大于温度作用,冻融循环有利于煤矸石风化崩解。

采煤废弃物对作物生长的影响

通过室内栽培试验,研究了煤矸石和粉煤灰作为培养基对作物生长的影响。结果表明:(1)粉煤灰物理性质不适于作物生长,对作物长势影响最大,在粉煤灰排放场不覆土直接种植作物不可取;(2)煤矸石和粉煤灰会对作物产生重金属污染,尤其是细颗粒煤矸石的污染最大;(3)充填采煤废弃物复垦应该保证足够的覆土厚度。

西部重点煤矿区土地退化的影响因素及其评估

中国西部生态环境极其脆弱,煤炭资源开发与自然因素共同作用导致的矿区土地退化不容忽视,本文旨在揭示我国西部煤矿区土地退化的成因、程度、分布与趋势,为矿区土地退化防治与国土空间生态修复提供数据基础与决策依据。提出了煤矿区土地退化的概念,将煤矿区土地退化的直接因素划分为挖损、塌陷和压占,间接因素或外在表现划分为土壤侵蚀、植被退化与沙漠化或石漠化,结合实地调查并辅以高分辨率与高光谱遥感数据解译,提取了上述土地退化因素信息,并提出了土地退化外在表现的分级评价标准,进而构建了西部煤矿区土地退化的综合评价模型,对分布于黄土高原区、西南山地丘陵区、北方草原区和西北干旱区的12个重点煤矿区进行了土地退化信息提取、土地退化因素分析与土地退化综合评价。结果表明:①影响井工煤矿的万吨塌陷率的因素有累计采厚、平均采深、煤层倾角及上覆岩性,影响露天煤矿的万吨损毁率的因素包括煤层厚度、剥离岩土厚度及其堆放方式。②不同地域的矿区土地退化主要表现有所不同:黄土高原区为植被退化和土壤侵蚀,西南山地丘陵区为土壤侵蚀,北方草原区与西北干旱区植被退化、土壤侵蚀与沙漠化3者兼有。③矿山尺度的土地退化要比矿区尺度的更为剧烈,露天开采引起的土地退化要强于井工开采;矿区尺度的土地退化程度与煤炭资源开发强度(用煤矿扰动面积与矿区总面积之比表示)有关,开发强度越大,矿区土地退化程度越严重,而土地退化程度与开发强度并不呈正比,它还与矿区的生态脆弱性或承载力有关。因此,不同区域、不同采煤方法造成的土地退化形式及退化程度不一,因此需要采取不同的修复策略;为防止过度土地退化,需要根据矿区生态承载力确定合适的开发强度。

模拟降雨条件下氮素在土壤中的迁移转化对比研究

为提高氮肥利用率,解决如何施用氮肥能够减少由于降雨造成的肥料损失与环境污染,采用室内土柱模拟试验的方法,研究了向土柱中施入硝酸钠和尿素2种不同肥料的条件下,氮素在土壤中的迁移转化规律。结果表明,土壤中氮素的迁移转化与土壤含水率、肥料种类有着密切的联系,在试验过程中,含水率高的土壤层能明显提高氮素的迁移转化速率;土壤对硝态氮的吸附量较小,底部总氮含量较高,大部分硝态氮随降雨入渗到土壤底部,土壤对尿素态氮的吸附量较大,底部总氮含量低;对比不同施肥情况下的氮素含量情况,发现施加尿素后,土壤底部的氮素含量明显比施入硝酸钠的低,且随时间的波动变化较小。由此可知,施尿素比施硝酸钠作为氮肥对氮素的利用率要高,且不易发生淋溶现象。

资源型城市可持续发展动态评价研究——以江苏省徐州市为例

应用考虑环境污染的生态足迹计算方法对徐州市1996-2006年生态足迹进行计算分析,从纵向比较分析了近年来发展过程中所承受的环境压力。结果表明:徐州市生态负债指数在时间序列上呈"S"型曲线增加,1996-2002年间小范围波动但总体呈上升趋势,2002-2006年间高速增长;生态效率由1996年的4770元/hm2增加到2006年的7993元/hm2;徐州市发展模式正在由粗放型向集约型转变。

徐州东部矿区失地农民生活水平变动分析

研究目的:研究徐州东部矿区煤炭开采活动对失地农民生活水平现状的影响程度。研究方法:实地调查与对比分析等相结合的方法。研究结果:(1)失地农民收入水平有较大幅度提高;(2)失地农民非农业收入比重增加;(3)失地农民收入方式呈多样化趋势;(4)失地后支出水平增加、支出结构优化;(5)征迁安置使农村周边环境有较大改善。研究结论:徐州东部矿区农民失地后得到合理安置补偿,其生活水平有一定改善,由于征迁区域和时间的不同,失地农民生活水平有一定差异。

基于加权马尔可夫模型的土地利用预测——以徐州市为例

以正在进行功能转型的徐州市区为研究对象,通过遥感影像解译将该区域内土地分为水体、林地、建设用地、农田、未利用地5种用地类型,并计算了2001年、2005年和2008年的转移矩阵概率,利用加权马尔可夫方法预测徐州市未来9年内的土地利用变化。研究结果表明:徐州市在2009—2017年内,建设用地将增加7.363km2,水体和林地略有上升,耕地面积持续减少9.61km2;采用加权马尔可夫链进行修正,能提高预测结果的准确性。

基于农户行为的复垦耕地质量研究——以徐州市柳新镇复垦区为例

复垦耕地的质量不仅与复垦方式有关,而且与农民的生活水平和农户行为息息相关。以徐州市铜山县柳新镇复垦区的耕地作为调查研究对象,基于问卷调查方法,对柳新镇复垦区的农户进行调查,对收集到的数据采用统计学方法,利用SPSS软件和Excel进行数据分析。结果表明,在农户对复垦耕地质量的感性认识的调查中,持满意及非常满意态度的农户达42.5%,所占比例较高,由于非农收益日益提高,6%的农户对复垦耕地质量持无所谓的态度;在农户对复垦耕地质量的理性认识的调查中,粉煤灰充填土壤的含氮量和有机质含量明显低于煤矸石充填土壤和对照区土壤;现行农户的生产种植习惯并未有效地提高复垦区耕地质量,大部分农户按照习惯进行种植生产,应加强对农户的思想引导,科学种植,提高复垦耕地质量;复垦耕地年产量在第1年很低,随着投入的增加和地力的恢复,复垦耕地的年产量逐渐增长,趋近于正常单位产量。基于此,提出了相应的对策:一是改良土壤碱性,提高地力;二是重视技术指导,科学种植;三是严格执行复垦标准。

寓教于研的“土地复垦学”课程教学比较研究

教学、科研是高校发展中的两大任务,如何处理好教学与科研的关系,是目前高校健康发展的关键。本文从教学和科研相辅相成、相互促进的角度,以中国矿业大学和阿尔伯特大学讲授的"土地复垦学"为例,通过对比分析中外寓教于研课程的教学模式,为完善我国课程的教学模式提出建议。

资源环境基尼系数测算下的绿色贡献研究——以江苏省为例

以江苏省2009年13个城市废水的排放量、工业二氧化硫排放量、工业烟尘排放量及能源消耗量作为评价指标,计算其资源环境基尼系数和绿色贡献系数。计算得出4个指标的资源环境基尼系数分别为0.66,0.16,0.14,3.1。废水的基尼系数超过了0.5的悬殊值,能源消耗量的基尼系数快接近于"警戒值"的范围,说明江苏省的废水排放以及能源消耗分配差异很大。二氧化硫排放量、工业烟尘的排放量的分配差异较平均。从绿色贡献系数来看,南京市区、常州市区、淮安市区、镇江市区、泰州市区是引起不公平性因子的主要原因。因此江苏省首先应重点控制资源环境基尼系数大的污染物排放,其次应在控制能源消耗上加大力度。与此同时应实施有差异的废弃物排放政策,促进区域资源环境的协调发展。

东部平原矿区三种复垦方式复田土壤理化性状对比分析

在我国东部平原矿区,煤矸石充填复垦、粉煤灰充填复垦和泥浆泵复垦等三种土地复垦方式得到了广泛的应用。通过对比、分析了三种复垦方式对土壤的理化性状及耕作效果的影响,结果表明:①不同复垦方式对土壤理化性状及耕作效果产生明显的差异;②泥浆泵复垦地力恢复周期长,而煤矸石复垦、粉煤灰复垦地力恢复周期相对较短;③泥浆泵复垦土壤耕性较差,但无污染风险;煤矸石、粉煤灰复垦土壤耕性较好,但存在一定污染风险。结论:在现有的经济技术条件下,煤矸石、粉煤灰充填复垦方式更适合在我国东部平原矿区应用;但需对复垦方式进行一定改良。

徐州柳新采煤塌陷复垦区土壤呼吸研究

通过对徐州柳新采煤塌陷复垦区5个实验样区进行观测,分析了该地区两种不同植被土壤呼吸与环境因子的关系,建立了相关模型,并求出了各个实验样区土壤呼吸的Q10值和日均土壤CO2排放量.