宁东能源化工基地燃煤电厂粉煤灰的矿物学及元素地球化学特征

粉煤灰的类型、元素及矿物组成等理化性质是决定粉煤灰资源化利用途径的基础。为实现宁东能源化工基地周边燃煤电厂粉煤灰的潜在高值化利用,以马莲台电厂和银星电厂原煤、炉渣、粗灰、细灰为研究对象,用X射线荧光广谱(XRF)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)手段分析粉煤灰化学组成及微量元素含量,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜分析粉煤灰矿物组成与形态特征。结果表明:马莲台电厂和银星电厂的粗灰、细灰氧化物化学组成以SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)和CaO为主,含少量TiO_(2)、MnO、MgO、Na_(2)O、K_(2)O、P_(2)O_(5);两电厂粉煤灰中CaO质量分数均小于10%、w(SiO_(2))+w(Al_(2)O_(3))+w(Fe_(2)O_(3))>75.39%,均属F型低钙粉煤灰;结晶矿物相均以石英、莫来石、赤铁矿、生石灰、钙长石、硬石膏、白云石、方解石等为主,玻璃质主要由SiO_(2)和Al_(2)O_(3)组成,且以SiO_(2)/Al_(2)O_(3)高质量比(2.18~2.36)为特征;粗灰和细灰中大多微量元素含量均低于欧洲飞灰中对应元素最大值,B、V、Co、Cu、Ga、Sn、Cs、Ti、Pb、Zn、Sn等挥发性强且冷凝性相对高的元素易在飞灰中富集,Mg、Ca、Sr、Fe、Mn、Cr、Ni等挥发性弱的元素易在炉渣中富集;两电厂粉煤灰中微量元素含量低、淋滤能力低、玻璃质含量高、SiO_(2)/Al_(2)O_(3)质量比高,表明其在资源化利用过程中利用价值高、环境风险低。

基于DinSAR技术的宁东煤炭基地区域性地表沉降监测

宁东煤炭基地开发已成为宁夏工业经济发展的重要引擎,而煤炭开采所引起的地表沉降成为该区主要的区域地质环境问题。笔者利用合成孔径雷达差分干涉测量技术(DinSAR)和2015~2019年的5期Sentinel-1A数据,对宁东煤炭基地区域性地表沉降特征进行监测。结果表明,不同区域、不同年份间的沉降特征存在较大差异,其中北部地区整体沉降量较大,年最大沉降量达到了0.13 m,南部整体沉降量较小;2015~2016年沉降量最大,而2016~2017年沉降量最小;2015~2019年沉降量超过0.1 m的区域面积为578 km²,沉降区与煤矿工矿开采活动区一致,主要为煤炭开采引发的地表沉降。其他微量地表沉降,一方面来自雷达影像的相干失真,另一方面与地表其他风沙侵蚀等变形有关。DinSAR技术在大范围监测地表沉降方面具有明显优势,但由于时间基线较长,存在一定的失相干现象。

宁东煤炭基地梅花井矿区地下水三氮特征及成因

为研究大规模综合机械化采煤氮污染来源及影响程度,选取宁东煤炭基地侏罗纪煤田鸳鸯湖矿区的梅花井井田为研究对象,通过调查取样分析,对梅花井井田地下水三氮污染分布、物源、水文地质条件进行研究。结果表明:(1)宁东煤炭基地鸳鸯湖矿区梅花井井田三氮NH4+、NO3-、NO2-含量范围分别为0.06～0.12mg/L、4.67～234mg/L、<0.01～2.01mg/L,与国家地下水质量标准Ⅲ类水质限值对比,NO2-达到重度或极严重污染,主要分布在潜水含水层;NO3-污染级别为中度、轻度污染,超标样点占调查样点的75%,垂向上已延伸到承压含水层。水平空间上无论矿权范围还是矿权外,污染样点均有存在。(2)部分水样中NO3-毫克当量百分数超过25%,对水化学类型产生影响。(3)煤矿区NO3-、NO2-的污染首先与丰富的物源有关,还受煤矿开采扰动、地形地貌条件、垂向补给径流、水文地球化学条件等因素的影响。研究结果为风积沙大型机械化煤矿开采区地下水氮污染的防治提供了可参考依据。

基于生态重建的宁东煤炭基地土壤环境质量评价

从环境保护和生态重建的角度出发,通过环境土壤样品采集测试,分析评价了宁东煤炭基地土壤环境质量现状,并与2007年调查资料对比,研究近10年来采煤对区域生态环境的影响。分析发现,区内土壤基本未受到煤炭开采诱发的重金属污染,只在已投产的清水营矿区和积家井矿区存在Cd和As的点源污染;与2007年相比,区内土壤各元素离散程度均有1～4倍的增加(Cr、P除外),表现为元素含量极大值点增多,但增幅不大,区内土壤依然低Se,缺P、N、富K,有机质仅在灵武—鸳鸯湖矿区一带略显富足。评价结果表明,植物生长所必需的N、P、K和有机质含量较10年前有所改善;尽管土壤基本未受到重金属污染影响,但Cd、As和Pb有轻度累积,应予以重视。评价结果可为宁东煤炭基地资源开发和生态重建提供依据。

基于遥感技术的宁东煤炭基地土地利用变化及驱动力分析

研究大型矿业基地土地利用动态变化过程可间接评估矿产开发对区域生态环境的影响。采用2005年、2010年和2015年3期SPOT-5和GF-2卫星影像数据,通过人工目视解译与计算机自动提取相结合的手段,提取宁东煤炭基地土地利用信息,并收集2000年土地利用遥感解译信息,构建土地利用程度综合指数、动态度等,定量研究宁东煤炭开发引起的土地利用变化,结合经济社会发展指标,构建驱动土地利用变化的定量评价体系,分析了宁东煤炭基地土地利用格局变化的驱动因素。结果表明,2000—2015年宁东煤炭基地一直处于土地持续开发利用阶段,主要表现为草地、林地及耕地向工矿用地为主的建设用地转变,但土地利用程度综合指数的增幅有所下降,表明基地建设逐渐进入稳定期,土地利用压力趋于下降;主成分分析表明,人类活动驱动着宁东土地利用格局的变化,主要有封山禁牧政策、产业化和规模化、人口增长、城镇化等因素。该研究结果可为宁东煤炭基地未来生态环境保护提供科学依据。

宁东煤炭基地植被生态特征及矿业开发对其的影响

准确评估大型能源基地矿业开发活动对区域植被生态系统影响具有重要的科学意义和实践价值。利用2000—2017年中分辨率成像光谱仪(MODIS)连续观测的生态系统参量,定量研究宁东煤炭基地开发建设以来的植被生态系统时空变化特征,分析矿业开发对植被生态系统的影响。结果表明,随着宁东煤炭基地开采活动的持续,区域植被生态系统的生产力及其与大气之间的水汽交换强度整体增强,归一化植被指数、总初级生产力、净初级净生产力和蒸散的年增长幅度分别为0.0053、5.10g·C/(m2·a-1)、4.10g·C/(m2·a-1)和6.62mm/a;这4种指标在空间像元上也以增长趋势为主,且未来多数像元有持续增强的特征,但生态系统的水分利用效率却在降低。空间分析表明,大尺度植被生态演变受矿业活动影响微弱,其主要受制于气候和区域性的生态治理工程。

矿井水开发利用模式分类研究

为实现矿井水纳入水资源统一配置,从矿井水空间利用格局出发,在明确矿井水利用分类的基础上,考虑供需双向协调要求,分析提出矿井水分类利用指标因子,采用自组织特征映射网络(SOM)方法构建了煤炭矿井水安全利用模式分类指标体系和评价模型。以宁东煤炭基地典型煤矿为实例,评价了矿井水开发利用模式分类,结果表明:构建的利用模式分类评价指标体系、评价方法能有效识别主要矿井水利用分类的相关指标和特征值对应的模式分类。

宁东煤炭基地水资源需求预测分析

宁东煤炭基地地处宁夏中东部,区域水资源匮乏,目前基地规划发展煤炭采选、燃煤发电、煤化工多个高耗水行业,导致水资源供需矛盾将日益紧张。本文针对宁东煤炭基地水资源开发利用现状进行计算分析,得出宁东煤炭基地工业用水量占基地用水总量的92%以上,基地内煤炭采选、燃煤发电、煤化工等高耗水工业高速发展面临着水资源条件的重大压力,亟需控制基地工业取水量,使未来宁东基地需水量与区域水资源条件相适应。在此背景下考虑我国煤炭行业产能过剩影响,以2015年宁东煤炭基地发展现状和2020年近期发展规划为依据,在分析宁东煤炭基地煤炭采选、燃煤发电和煤化工行业内不同生产工艺比重基础上,提出基于不同生产工艺路径的煤炭基地水资源需求预测方法,预测宁东煤炭基地2020年不同情景下的水资源需求量,为强化煤炭基地水资源管理提供支撑。

宁东煤炭基地矿井水供需双向协调评价——基于TOPSIS方法的实证研究

为了解宁东煤炭基地矿井水供需双向协调情况,一定程度上解决该区水资源供需矛盾。文中在水资源平衡分析理论的基础上,根据调查数据建立矿井水供需双向协调评价指标体系;采用基于熵权的TOPSIS方法评价宁东煤炭基地银川、石嘴山、灵武、吴忠区域矿井水供需双向协调。结果显示:在现有开采模式情况下,宁东煤炭基地银川区域矿井水供需双向协调情况最好,灵武次之,吴忠较差,石嘴山最差,宁东煤炭基地矿井水供需双向协调形势不容乐观,矿井水资源利用率有待提高。

宁东煤矿基地采煤沉陷区植被动态变化研究

宁东煤炭基地经过长期大规模煤炭开采造成大面积植被损毁,产生一系列生态环境问题。以韦州矿区为例,基于11期Landsat影像,应用归一化植被指数(NDVI)、植被覆盖度(FVC)及一元线性回归分析方法,探讨了煤炭开发对生态的影响及时空表征,为生态治理和生态安全保障提供理论支持和技术支撑。结果表明,韦州矿区近11 a间NDVI年均值总体呈现上升趋势,大部分区域以低植被覆盖度为主。在2007-2017年期间韦州矿区大部分区域植被均得到了中度和轻微改善,植被改善的区域面积占全区面积的95.27%,退化区域仅为0.25%。而在2013-2017年大部分区域植被覆盖度基本保持不变,植被改善面积比为13.44%,退化面积比为11.69%。韦二矿区重度损毁区植被退化程度要大于中度和轻度损毁区,植被退化区域所占面积比依次为18.56%、12.85%、6.64%,表明采煤沉陷在一定程度上对矿区生态环境造成了一定的破坏,影响着植被生长。

宁东能源化工基地煤炭资源保障能力分析

宁东能源化工基地是国家规划建设的大型煤炭、煤化工及西电东送火电基地,是全国能源战略基地的重要组成部分。宁东基地包括横城、灵武、鸳鸯湖等七大矿区和一个独立井田,已查明资源量273亿t、预测资源量1394亿t;区内地质构造较为简单、开采条件相对较好,适宜建设大、中型现代化矿井;煤类以不粘煤为主,低灰、低硫、低磷、中高发热量、高化学活性,是优质的动力用煤,可用于煤化工和新材料等多种领域,具有广阔的开发前景。在分析宁东基地煤炭资源量保障能力、勘查程度、开采技术条件等主要因素基础上,提出建设宁东基地需合理规划井田生产规模、提高矿井回采率、进一步加强井田勘探及煤质研究工作,注重矿井水的综合利用和生态环境治理。

宁东基地煤基能源产业发展节水潜力研究

宁东能源化工基地依托煤基能源优势,经济发展迅速,但用水过度依赖黄河水,受用水红线限制,基地发展面临严峻的水资源约束。在对宁东基地产业和供用水现状分析的基础上,指出了基地存在水资源利用效率低下,煤化工产业单位产值耗水量偏高,以及用水结构不合理,非常规水利用少等重大水问题;结合产业发展规划,为煤炭、煤电、煤化工产业提出了系列节水方案,以缓解水资源与经济发展的矛盾;以基地内16家煤炭企业、14家煤电企业、10家煤化工企业作为样本,计算了各产业的节水潜力。结果表明:宁东基地用水已接近控制指标;矿井水具有较大开发潜力,通过提高利用率可回用水量为3041万m^3;煤炭开发、煤炭发电和煤化工节水潜力分别为788万m^3、686万m^3和2522万m^3,三者合计节水潜力为3996万m^3。

宁东煤炭化工基地绿色矿山建设成效及考评建议

绿色矿山建设是我国矿业发展史上的一件大事,事关国家执政理念的贯彻落实。国土资规[2017]4号明确了行业绿色矿山建设要求,提出了普适性指标及考核要求,依托《宁东煤炭基地绿色矿山建设模式和标准研究项目研讨会》形成的各类专家意见,结合宁东煤炭化工基地(以下简称宁东基地)绿色矿山建设的实际情况,构建了一套适合宁东基地绿色矿山建设的指标体系及考评标准,旨在为未来宁东基地绿色矿山建设的持续推进,以及绿色矿业示发展范区的建设提供参考。

关于加快推进宁东煤电一体化的探讨与思考

通过对我国煤电一体化推进实施的现状分析,结合宁夏煤电、煤化工一体化推进现状和存在的问题,提出加快推进宁东煤电一体化的可行性思路,指出推进煤电一体化不啻为解决煤电之争的一条创新之路。

宁东能源(煤)化工基地物质流分析

在分析能源(煤)化工基地物质代谢特点的基础上,构建能源(煤)化工基地物质流分析框架,并以宁东能源(煤)化工基地为案例,深入分析基地内不同行业物质代谢规模、效率以及污染结构。研究结果表明:火力发电行业是基地内最大的污染物排放源,其污染物排放量占大气污染物排放总量的82.98%;煤化工行业水资源利用效率最低,其新鲜水生产率最低,而废水排放率最高;新型材料制造行业物质消耗强度和污染物排放强度在各行业中均是最高的。