乌达煤田煤层自燃内因分析与自燃类型划分

采用野外地质调查、测试分析和数据处理等综合手段,研究内蒙古乌达煤田煤层自然发火的内因条件,揭示了煤层自燃趋向性与煤层厚度、煤变质程度、灰分含量、发热量、硫含量、硫化物矿物以及有机显微组分含量等煤物质组成要素之间的关系.以煤测试统计分析数据的聚类分析结果为依据,从内因条件控制角度,将乌达煤田主要发火煤层划分为三大类:以高硫含量和富硫化物矿物为特征的高硫助燃类型;以煤层厚度大和低变质程度为特征的厚层氧化类型;过渡类型.

基于遥感技术的乌达煤田火区变化监测

采用遥感反演、自然间隔点分割与空间叠加分析等技术手段,提取1989、2001、2005年的乌达煤田火区范围,分析煤田火区的空间分布格局、空间演变态势、变化速度与变化趋势。研究结果表明:1989—2005年乌达煤田火区面积增加了98.10万m2,每年新增约6.13万m2,年增加率为2.48%,乌达煤田南部的A(12、13与14号)火区面积在逐渐减少,其他火区的面积在逐渐增加,并向四周扩散蔓延形成新的燃烧带。

中国乌达煤炭基地尘土汞分布特征

针对乌达区约200km^2的区域按照1km网格法在185个点位采集了约1.5mm厚度的地表尘土样.热解-Lumex RA-915汞分析仪对其测试结果表明:煤矿区尘土汞含量范围117~765ng/g,平均值为285ng/g;工业园尘土汞含量范围160~6453ng/g,平均值为804ng/g;城区尘土汞含量范围41~382ng/g,平均值为160ng/g;农场尘土汞含量范围16~198ng/g,平均值为66ng/g;荒地尘土范围3~284ng/g,平均值为50ng/g.乌达区尘土汞分布具有显著的非均一性.与乌达区背景值(18ng/g)和中国潮土背景值(50ng/g)相比较,乌达工业园和煤矿区尘土汞明显富集.与国内金属矿区、城区尘土Hg含量相比,乌达煤矿区、城区尘土Hg含量较低;煤矿区尘土汞与煤火区、矸石山相对位置和本身地势有关;城区位于煤矿区下风向,受煤矿区煤火影响,植被稀少、空气干燥和夏季日照较长成为制约汞沉降的主控因素;工业园区的极大值点可能与区域地理位置和PVC生产相关.通过计算Igeo值,发现乌达区工业园污染严重,偏重污染区域占全区36.59%,7.32%达到极重污染程度;煤矿区多为偏中污染和中污染,在全区所占比例为84.09%,偏重污染区域仅为2.27%;城区、农场和荒地污染较少.

高硫煤中硫的地质演化模式——以内蒙古乌达矿区为例

以内蒙古乌达矿区为例,通过对高硫煤9煤层中黄铁矿和有机硫同位素的测定(有机硫同位素δ^(34)S=-12.3‰～5.8‰,黄铁矿硫同位素δ^(34)S=-18.7‰～1.1‰),结合煤岩学特征的综合分析以及黄铁矿化菌落和蓝藻胶壳的发现,提出了高硫煤中疏的演化模式,认为高硫煤中主要来源的硫的同位素由于硫酸盐的异化细菌还原作用导致大规模分馏,使之趋于负值。在高硫煤形成过程中,黄铁矿和有机硫表现出形成初期Fe^(2+)和有机质对硫离子的争夺性、形成过程中在剖面上的层次性、阶段性和时间上的相向性。层次性和阶段性表现为沼泽体系对SO_4^(2-)和H_2S的开放程度及黄铁矿的形成对^(32)SO_4^(2-)的过滤性,相向性表现为泥炭聚积初期和晚期,Fe^(2+)和SO_4^(2-)对高硫煤形成做出了贡献,具有剖面上的对称特点。

乌达矿区高硫煤中菌藻类体的发现及意义

聚煤环境是高硫煤形成的主要控制因素，在成煤作用过程中，细菌和藻类的参与是高硫煤形成的关键所在．应用带能谱仪的扫描电镜（ＳＥＭ－ＥＤＸ）和透射电镜（ＴＥＭ），在乌达矿区高硫煤９煤层和１０煤层的基质镜质体中发现了黄铁矿化的杆状菌落，在无结构镜质体中发现了蓝藻胶鞘及其降解有机质，这些菌藻类体的发现表明低等生源在高硫煤形成过程中起了重要作用．

乌达矿区主采煤层煤相特征与煤的可选性

对内蒙古乌达矿区主采煤层９煤层的煤岩学特征和煤相进行了分析，用煤样密度组成的煤岩学方法讨论不同煤相煤的可选性。研究表明，相同煤相不同煤的可选性相似，聚煤环境决定了煤中矿物的含量和赋存状态，同时也决定了煤的可选性。高位泥炭沼泽形成的煤可选性好，而低位泥炭沼泽形成的煤可选性差。

内蒙古乌达矿区煤中硫的同位素组成及演化特征

通过对内蒙古乌达矿区高硫煤 9煤层和低硫煤 13煤层剖面上有机硫和黄铁矿硫同位素的测定 ,结合煤岩学综合分析 ,着重论述了煤中硫同位素的分布特点及成因 ,分析了有机硫同位素和黄铁矿硫同位素之间及其和全硫的关系 ,提出高硫煤硫同位素形成过程中在剖面上具有层次性和时间上具有的相向性 ,层次性表现为随泥炭沼泽深度的增加 ,体系对 SO42 -和 H2 S的开放程度及黄铁矿的形成对 32 SO42 - 的过滤性 ;相向性不仅表现为泥炭聚积初期 ,Fe2 + 和 SO42 - 对高硫煤形成的贡献 ,更重要的是泥炭沼泽形成后期 ,海水的影响及 Fe2 + 供给是乌达矿区高硫煤形成的主要因素。

内蒙古西部乌达矿区煤层自燃的控制因素

煤层自燃是一个复杂的物理、化学和环境作用过程,是多种内在原因和外在条件综合作用的结果。本文分析了内蒙古乌达矿区煤层自然发火的内在原因和外在条件,揭示了煤层自燃的各种控制因素。影响煤层自燃的内在原因包括煤层厚度、变质程度、灰分含量、发热量、硫含量和有机显微组分含量等;外在条件包括地质构造、气候、水文地质、地形地貌、煤层的赋存状况、大矿和小煤窑的开采情况等。最后探讨了对不同成因的煤层自燃采取不同的预防和治理方法,为今后煤火的研究和治理奠定了理论基础。

乌达烟煤微观结构参数解算及其与自燃的关联性分析

借助傅里叶变换红外光谱仪对乌达矿区典型火区的6种煤样的微观结构与煤自燃的关联性进行探讨,通过红外光谱的定性与半定量分析及煤结构参数的解算可知:乌达烟煤分子结构的芳香度和环缩合度较小,烷基侧链的平均长度较短,桥键较多,致使煤结构具有较强的化学活性,易于被氧化,继而导致乌达烟煤易于自燃.

内蒙古乌达煤田火区相关裂隙研究

针对当前煤层自燃研究中的薄弱环节,以强化地质因素研究为切入点,选择内蒙古乌达石炭二叠系煤田为工作区,深入研究裂隙系统在煤田火区形成的点→线→面扩展演化动力学过程中所起的重要作用.从成因角度将与煤田火区相关的裂隙划分为构造裂隙、采动塌陷裂隙、燃烧裂隙等3种基本类型和5种复合类型.其中,构造裂隙对采动塌陷裂隙和燃烧裂隙具有控制作用,燃烧裂隙通常在构造裂隙和塌陷裂隙基础上发育,单独的燃烧裂隙少见.野外调查和高分辨遥感解译证实,乌达煤田火区分布在裂隙密度较大的区域,裂隙类型与火区类型具有良好的相关性.

遥感技术在乌达煤田火灾监测中的应用

文章利用2001、2003、2007、2010年Landsat热红外数据对内蒙古乌达煤田的地表温度进行反演,分析了煤田火区的空间分布格局、空间演变态势与变化趋势,并监测了矿区十年的植被覆盖变化。结果表明:高温异常区范围明显,反演出的煤火区符合实际煤火区分布;12、13、14号火区面积减少,其他火区继续蔓延,并形成了新的煤火区;十年来矿区的归一化植被指数(NDVI)从0.0926减少到-0.0378,植被覆盖度逐年减少。

内蒙古乌达煤田煤火治理效果的遥感监测与评估

为了评估内蒙古乌达煤田煤火治理的效果,采用2008年治理前、2011和2013年治理中以及2015年治理后期的Landsat 5/8热红外波段影像,利用单窗算法反演4个年度的乌达煤田地表温度;采用自适应梯度阈值(selfadaptive gradient-based thresholding,SAGBT)法圈定该煤田煤火区,分析煤火空间分布格局演变动态,并对探测结果进行了实地验证。结果表明,所识别煤火区的准确率为75%;煤火区面积由2008年的1.194 km^2演变到2015年的0.873 km^2,呈显著下降趋势。总的来说,煤火治理取得了初步成效,实现了煤火区面积26.88%的减量;但仍有73.12%的存量,说明今后仍须加大煤火治理力度。

基于遥感技术的内蒙古乌达煤田火区碳排放计算

为了获得煤田火区的碳排放量,建立了计算煤田火区CO2排放通量法模型,其中,确定火区面积是该模型的关键基础参数。采用2011-01-24的ASTER L1B热红外遥感数据反演内蒙古乌达煤田火区的地表温度,提出基于梯度的自适应阈值法,以热红外图像梯度极值为阈值圈定火区范围,估算得到乌达煤田火区面积为239.6 hm2。利用排放通量法模型,依据遥感和其他手段获得的基础参数数据,计算了乌达煤田火区的碳排放量,结果显示乌达煤田火区每年的CO2碳排放量达37.9×104t。

基于DS-InSAR的乌达煤田火区长时序地表形变监测与分析

煤火燃烧不仅浪费了大量煤炭资源,而且严重破坏了火区生态环境,而传统监测方法存在范围小、频率低、成本高、危险大等问题。为此,研究了一种基于分布式目标合成孔径雷达干涉测量(distributed scatterer interferometric synthetic aperture Radar,DS-InSAR)技术的煤田火区监测方法。该方法通过快速同质点识别算法(fast statistically homogeneous pixels selection,FaSHPS)选取同质点,然后利用特征值分解方法对这些同质点进行相位优化,并根据时间相干性获取最终的分布式目标,最后结合短基线集(small baseline subsets,SBAS)InSAR处理步骤解算时序地表形变。以2017年3月—2019年4月63景Sentinel-1A影像为数据源,利用本文方法获取了乌达煤田时序地表沉降,并与临时相干点合成孔径雷达干涉测量(temporarily coherent point interferometric synthetic aperture Radar,TCP-InSAR)技术监测结果进行了可靠性验证,结果表明:两者间的相关系数为0.84,监测点位密度比TCP-InSAR提高1.24倍;乌达煤田存在严重的地表形变现象,研究区域内最大形变速率为-215 mm/a;煤火区在秋冬季节地表形变变化相对较快,且具有多个形变延伸方向及发育程度不同的沉降中心。

内蒙古乌达地区早二叠世早期植物群

通过对内蒙古乌达地区早二叠世早期山西组植物化石进行研究，共鉴定出植物化石７属１１种，即Ｔｉｎｇｉａｃａｒｂｏｎｉｃａ（Ｓｃｈｅｎｋ）Ｈａｌｅ，ＴｐａｒｔｉｔａＨａｌｅ，ＰｌａｇｉｏｚａｍｉｔｅｓｃｆｏｂｌｏｎｇｉｆｏｌｉｕｓＨａｌｅ，ＳｐｈｅｎｏｐｔｅｒｉｓｎｏｒｉｎｉＨａｌｅ，ＳｎｙｓｔｒｏｅｍｉＳｚｅ，ＳｔｅｎｕｉｓＳｃｈｅｎｋ，ＰｅｃｏｐｔｅｒｉｓａｎｄｅｒｓｏｎｉＨａｌｅ，ＰｌａｔｉｖｅｎｏｓａＨａｌｅ，Ｔａｅｎｉｏｐｔｅｒｉｓｓｐ，Ｃａｕｌｏｐｔｅｒｉｓｓｐ，ＰｔｅｒｏｐｈｙｌｕｍｄａｉｈｏｅｎｓｅＫａｗａｓａｋｉ。研究结果表明，这些植物化石均为华夏型分子，可以和华夏植物区的一些同期植物群进行对比。根据植物群的总体组成，该区山西组植物群的地质时代属于早二叠世早期，大致相当于阿谢尔期（Ａｓｅｌｉａｎ）至萨克马尔期（Ｓａｋｍａｒｉａｎ）。

基于遥感和GIS的内蒙古乌达矿区煤火变化监测研究

以1997年TM和2002年ETM+热红外及多光谱遥感影像作为基本信息源,利用多时相热红外影像的煤田火灾识别技术及GIS技术提取煤火信息,通过叠置分析研究了煤田火灾随时间的变化过程。结果显示,1997～2002年期间,内蒙古乌达矿区煤火发生了显著变化,煤火范围逐渐扩大,煤火强度逐渐增强,平均每年增加煤火面积达6210m2。

乌达煤田雾冰藜汞的初步调查

50多年前内蒙古乌海市乌达煤田随着工业采煤出现了煤层自燃亦称地下煤火,历经曲折的一轮又一轮治理,目前仍有火点分布。笔者等在深入煤田腹地调查基础上采用Lumex RA-915M/PYRO-915+汞分析仪检测了298件当地的戈壁草本植物雾冰藜(Bassia dasyphylla)的叶和茎样品。结果是:火点附近雾冰藜的叶汞含量总均值达到903ng/g,茎汞328ng/g;远离火点的煤田公路沿线雾冰藜的叶汞为131ng/g,茎汞62ng/g。表明:乌达煤田存在空气汞污染;污染源是区内煤层自燃;污染水平介于典型汞矿区与垃圾焚烧厂附近环境之间。建议:一年生草本雾冰藜有潜力成为空气汞污染的生物指示;它作为荒漠先锋植物很可能适于中国北方地下煤火的环境地球化学研究和调查。

内蒙古乌达矿区矸石山对生态环境的影响

通过对矿区新老矸石及土壤和地表水与地下水环境中微量元素含量变化的研究,分析自燃矸石山对周边土壤和水环境所造成的影响.研究发现,矿区地表水和地下水As元素、pH值以及SO42-严重超标,矿区自燃矸石区大气污染严重,周边土壤中部分元素也存在含量过高的特征.

乌达煤田煤层自燃动态变化和产生原因

通过对乌达煤田煤火燃烧历史和燃烧面积的动态变化分析,划分出了煤火产生和治理的四个阶段:1961～1980年,煤炭开采遗留煤井下自燃为主阶段;1980～2006年,小煤窑滥采和忽视煤火治理导致煤火蔓延阶段;2006～2009年,煤火不恰当治理导致再生煤火,煤火更加扩张阶段,和2009年至目前的再次煤火治理取得突破性进展的阶段。在此基础上,探讨了煤火产生的四大原因:开采遗留煤和煤柱煤自然氧化,瓦斯爆炸着火,小煤窑开采引发煤火和煤火治理期发生再生煤火。这一研究对乌达煤田的煤火治理及其对其他矿区的火灾治理提供了参考或借鉴。

乌达矿区煤层自燃综合成因分类

分析了内蒙古乌达矿区煤层自然发火的内在原因和外在条件,从内在原因控制角度将乌达矿区8个主要发火煤层划分为高硫助燃型、厚层氧化型和过渡型等3种类型;根据外因条件不同将乌达矿区16个火区划分出大矿采空区起火、小煤窑起火和煤层露头起火3种类型;根据内外因条件不同分别划分的3种类型进行两两组合,将煤层自燃划分出9种成因类型,并将实验区16个火区进行了综合成因分类.