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。

菌根真菌对煤矿区生态修复作用的研究进展

煤矿开采对地表的土壤理化性质、结构和植被生长、群落多样性造成了极大的破坏,同时,土壤微生物也受到严重扰动,导致人工栽种的植被生物多样性低、群落稳定性差。菌根真菌是一类重要的功能微生物,既能与植物互惠共生促进宿主生长,又能通过地下菌丝网络影响土壤理化性质、改善土壤微粒结构以及调节植物群落结构,对矿区生态修复具有显著作用。文章综合归纳了近年来关于菌根真菌在矿区生态修复中的研究进展,包括菌根真菌的分类、生态学特征及其在矿区土壤改良、植被恢复和环境保护方面的应用。同时,针对目前存在的问题与挑战,提出了未来研究的发展方向和重点。

基于LY-1离子型抗蚀剂的半干旱区边坡土壤保水性能优化研究

矿山开采导致植被破坏和水土流失等问题,其中,排土场边坡受雨水冲蚀导致水土流失最为严重。本试验以LY-1离子型土壤抗蚀剂为材料,在其基础之上添加植物纤维,以未添加抗蚀剂和植物纤维的土壤为对照,设4种植物纤维用量处理,利用人工降雨冲刷模拟边坡的方式研究分析土壤保水性能、养分含量及植被长势情况等。结果表明:(1)边坡土壤含水量随植物纤维量增加而增加,植物纤维量为3%时,土壤含水量达到最大值,约为27.28%;(2)对照坡面土壤收缩量显著高于其他坡面,且土壤收缩量随着植物纤维增加而降低;(3)抗蚀材料和植物纤维的添加均不会影响土壤容重和氮、磷、钾总体和速效养分。说明LY-1离子型土壤抗蚀剂和植物纤维用量分别为2‰和3%时,土壤保水效果最优,植被覆盖率高且长势良好。

人工培育苔藓结皮生长特征对浇水间隔期的响应

苔藓结皮是由苔藓、微生物和土壤形成的复合体。所需苔藓种源不足一直是野外工程化生物结皮恢复的瓶颈。土壤水分是限制苔藓结皮繁育的重要因素,分析浇水间隔期对苔藓结皮生长的影响,可为苔藓结皮的人工培育提供理论依据。在科尔沁沙地开展5个浇水间隔期(每次浇水间隔3 d、5 d、7 d、10 d、15 d)苔藓结皮培育试验,测定苔藓植物的植株高度、植株密度、覆盖度,以及苔藓结皮层的厚度和干重,分析苔藓结皮生长特征对浇水间隔期的响应。结果表明:(1)苔藓结皮具有较强的耐旱性,浇水间隔期5 d条件下苔藓结皮生长状况最优,苔藓植物的植株高度、植株密度、覆盖度以及结皮层的厚度和干重均最大,分别为2.2 mm、12.64株·cm^(-2)、94%、2.6 mm、0.32 g·cm^(-2);苔藓结皮在轻度干旱条件下的生长特征优于过度湿润环境,其培育和拓殖在干旱半干旱退化生态系统的近自然恢复中具有较大的应用潜力;(2)10 d以上的干旱期对苔藓结皮的生长发育有显著影响,相比浇水间隔期5 d、15 d的苔藓植物的植株高度、植株密度、覆盖度、结皮层厚度及结皮层干重分别下降59.4%、41.1%、25.5%、43.3%和62.5%。综合考虑结皮生长发育与浇水成本,科尔沁沙地苔藓结皮培育较合理的浇水间隔期为5~10 d。

基于无人机与植被指数的排土场DEM模型构建关键技术

露天煤矿排土场具有地形复杂、堆存松散、异质性强等特点,长期存在整体非均匀沉降、边坡失稳变形、蠕动等地质环境问题。因此,掌握排土场精确地形数据是保证其地质稳定性的基础,然而传统地形测量技术难以满足高精度需求;无人机低空摄影测量所获地形数据虽分辨率高,但受地表植被影响导致垂直精度不足。针对这一问题,提出基于可见光植被指数-植被高度回归模型的地形数据获取方法,即利用回归模型对无人机摄影测量获取的地表高程值进行修正以提高垂直精度。以宝日希勒露天煤矿外排土场北坡为研究对象,利用无人机摄影测量技术获取研究区初始地形和正射影像数据,再基于可见光建立植被指数-植被高度回归模型对初始高程值进行优化。实验表明:可见光植被指数与植被高度具有较好的相关关系,基于不同波段建立的植被指数对植被高度的估算精度存在较大差异,其中利用红绿蓝3个波段建立的植被指数EXG模型(R 2=0.952)和RGBVI模型(R 2=0.95)具有较高的拟合精度。结合可见光植被指数-植被高度修正模型可提高无人机摄影测量获取的地形数据精度,研究区检查点均方根误差由0.111 m减小到0.045 m。与传统GPS RTK地形测量技术相比,此方法在地形复杂处精度更高,在中小尺度上获取高精度地形数据具有较大优势。

用测井曲线计算地应力的方法

由于煤矿开采地区存在着地应力,在整个地质作业过程中,从煤矿的钻孔到煤层巷道施工,都存在着应力失稳安全问题。为了预防岩爆、坍塌等地质灾害的发生,必须提前确定作业区地应力的大小和方向。目前,在地质矿产开发中地应力的测量方法比较多,但是用测井资料计算地应力有相对比较快速的特点,而且误差比较小。本文以纵波、横波、密度、自然伽马等测井资料为依据,计算地层的杨氏模量、剪切模量、最大主应力、最小主应力,确定钻探安全泥浆窗口;用带有方位的井径资料确定地应力方向,为钻探施工和采煤作业提供有效的地应力预警资料,以防止灾害的发生。