东部煤粮复合区采煤沉陷地边采边复时机

东部高潜水位煤粮复合区采煤沉陷导致连片耕地积水,加剧了区内煤炭保供和粮食生产之间的矛盾。为了协调耕地保护与地下采煤的关系,采用边采边复技术,可以实现地面复垦技术与井下采煤技术的耦合,在高潜水位矿区可显著提高复垦率。复垦时机的选择是边采边复的关键,直接决定复垦工程的成败。梳理了影响边采边复时机选择的自然因素和人为因素,提出了2种边采边复时机类型:(1)采动地表临界积水下的理论复垦时机;(2)采动地表浅积水(积水深度0~3 m)下的实际复垦时机。以单一煤层开采为例,研究了采动地表积水与地下开采的时空关系,提出了采动地表临界积水启动距及积水边界角,揭示了工作面推进速度与理论复垦时机的时空关系。提出以采动地表临界积水下沉值为约束的井下减沉的耕地源头保护措施,构建了采区尺度下的跳采全采工作面临界宽度模型和浅积水下的实际复垦时机模型。案例研究表明:以顾桥煤矿北一采区临界积水下沉值1.00 m为约束,所优化的跳采全采工作面宽度可将复垦时机延迟到全采阶段,即推迟复垦时间和延长耕地使用寿命12.5 a。模拟了龙固煤矿不同采动积水深度下的复垦耕地面积变化,构建了复垦时机与复垦率之间的定量模型,以此预测了不同复垦率指标下的最佳复垦时机区间及浅积水条件下的最佳复垦率,认为相对积水深度为0.6时,为该采矿地质条件下的最佳复垦时机,当复垦耕地率差值控制在5%时,最佳复垦时机为地表积水相对深度0.7067。最后,讨论了边采边复的投入产出效益,认为边采边复技术可显著提高土地复垦效益,从源头上将采煤引起的社会和生态负效益内部化,该技术具有技术可行、经济合理和生态友好的优势。研究结果可为高潜水位煤矿区边采边复时机优选和井上下采复耦合提供理论支撑和案例参考。

菌根对干旱区采煤沉陷地紫穗槐根系修复的影响

针对神东矿区采煤沉陷地干旱缺水、植物难以定植的特点,通过野外大田试验,研究接种丛枝菌根真菌对紫穗槐生长及其根系自修复能力的影响。结果表明,强化接种菌根提高了紫穗槐根系侵染率和菌丝密度,促进了紫穗槐的生长。接菌组紫穗槐根系的总长度、总投影面积、总表面积、总体积、总根尖数显著高于对照组,且随着接种时间延长根系各项指标增加迅速;菌根侵染率、菌丝密度和紫穗槐地上部参数(成活率、株高、冠幅)与根系指标相关参数呈显著正相关;主成分分析表明,菌丝长度、总根尖数、总根长、成活率是反映采煤沉陷地植被生态修复状况的主要因子。接种菌根缓解了煤炭开采对紫穗槐生长造成的不利影响,增强了紫穗槐根系自修复能力,促进了矿区生态系统稳定。

黄河泥沙作为采煤沉陷地充填复垦材料的可行性分析

目前已有的高潜水位平原地区的采煤沉陷地充填复垦技术存在充填物料数量不足和潜在污染性的问题。为分析黄河泥沙用作采煤沉陷地充填复垦材料的可行性,在济宁市梁山县陈垓引黄闸上游的黄河浅滩处及附近正常耕种的农田内采集了9个土壤剖面样和3个泥沙表层样,运用ICP-AES等手段对其土壤质地、pH值、电导率、有机质、营养物质和8种重金属(As,Cd,Cr,Cu,Ni,Pb,Zn,Hg)等理化指标进行了定量分析。结果表明:①黄河泥沙质地类型属于砂土,保水保肥性能差。②黄河泥沙的pH呈弱碱性,电导率值很小,能满足大多数作物的生长要求。③黄河泥沙的有机质、全氮、碱解氮、全钾、速效钾、全磷和有效磷含量处于中下、低或很低水平,用作充填复垦材料需要采取适当措施加以改良。④黄河泥沙中的Cd和Hg未检出,Cr,Cu,Zn,Pb,Ni和As含量均未超过《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)二级和三级标准值,不会造成污染。黄河泥沙用作采煤沉陷地的充填复垦材料是可行的,但需改善其保水保肥性能和肥力水平。

引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地技术的试验研究

为探寻适合中国东部高潜水位平原矿区的土地复垦新技术,该文选取济宁市北部试验场为研究对象,介绍了引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地的新技术,包括技术工艺流程、复垦后地貌景观、复垦土壤剖面状况、复垦土壤理化性状以及复垦农田生产力。结果表明：1）短距离引黄河泥沙充填复垦技术在济宁市北部试验场得到了成功应用,土地复垦率为100%,耕地面积恢复率达95%,证明了引黄河泥沙充填复垦技术的可行性;2）黄河泥沙充填复垦土壤剖面的保水保肥性能存在一定的不足,复垦农田的表层（0-20 cm）、中层（〉20-50 cm）和底层（〉50-80 cm）土壤的含水量、全氮、速效钾、有机质含量以及表层（0-20 cm）土壤的有效磷含量均小于对照农田相应层的含量,且复垦农田土壤全氮和有机质较为缺乏,限制了农作物的生长;3）实地测产发现充填复垦农田的产量只有对照农田的一半左右,说明需要对充填复垦工艺进行革新和复垦土壤进行改良。论文在分析引黄充填技术可行性的基础上,提出了未来需要革新的4个方面：复垦土壤剖面重构的革新、水沙快速分离的充填排水工艺革新、动水条件下高效取沙设备的优选与革新以及远距离管道输沙技术参数优选。引黄河泥沙充填复垦技术对滨黄河流域的河南、山东等省很多矿区的采煤沉陷地都具有推广应用价值。

接种AM真菌对采煤沉陷地复垦植物光合作用和抗逆性的影响

【目的】研究接种AM真菌对采煤沉陷地复垦植物生长特性、光合作用和抗逆性的影响,为矿区生态恢复提供理论依据。【方法】在内蒙古神东矿区采煤沉陷地种植野樱桃、文冠果、欧李和山杏4种复垦植物,设接种AM真菌和不接种对照(CK)两种处理,测定接种AM真菌对复垦植物株高、地径、菌根侵染率、根系活力、净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO_2浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)、相对水含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量、相对电导率和过氧化氢酶活性的影响,并分析其相互关系。【结果】与CK相比,接种AM真菌后野樱桃、文冠果、欧李和山杏的根系与AM真菌形成典型的菌根结构,侵染率为65.42%~76.22%,显著高于各自对应的CK(P<0.05,下同);根系活力分别高17.3%、23.0%、32.5%和28.7%;P_n、G_s、T_r、C_i、叶片相对水含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量和过氧化氢酶活性均显著提高,进而提高了复垦植物抵抗干旱和高温的能力。相关分析结果表明,根系侵染率与根系活力、P_n、G_s、T_r、相对水含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量及过氧化氢酶活性呈显著正相关,与相对电导率和C_i呈显著负相关。【结论】接种AM真菌对神东矿区采煤沉陷地复垦植物恢复具有促进作用,AM真菌菌剂可在与神东矿区生态环境相似的采矿沉陷地生态恢复中推广应用。

基于黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地覆土材料的优选

黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地需要覆盖足够厚度的土壤以保证农作物生长,针对济宁市部分采煤沉陷地可取土量不足问题,该文提出利用当地表土、心土和黄河泥沙组配作为覆土材料研究,以达到增加覆盖土壤厚度和改良当地土壤质地的目的。研究表明,覆土材料有利于玉米生长发育,表土、心土和黄河泥沙组配(质量比)为1:1:1.33~1:1:2的覆土材料玉米苗期生物量显著高于对照土壤;组配为1:1:0.86~1:1:2的覆土材料质地为壤土,是较为理想的土壤类型;组配为1:1:0.86~1:1:2的覆土材料容重为1.38~1.41g/cm3,密度为2.64~2.68g/cm3,较为适宜农作物生长。覆土材料可以显著降低当地土壤p H值和电导率,对农作物不产生盐害作用;其入渗性能提升,增加了土壤储水能力,组配为1:1:0.86~1:1:2的覆土材料入渗能力接近多年耕种农田;其水分特征曲线左移,毛管孔隙度、有效水孔隙度和水分常数基本呈现下降趋势,持水和供水能力下降。根据尽量增加黄河泥沙充填层上覆土材料厚度原则,优选出表土、心土和黄河泥沙组配为1:1:2的覆土材料作为黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地的覆土材料,可在大田试验中进行进一步的验证。

黄河泥沙间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术及实践

为研究黄河泥沙充填采煤沉陷地复垦新技术,选取山东省德州市邱集煤矿采煤沉陷地为研究对象,提出了间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术工艺流程并进行实践,通过研究复垦农田地貌景观、土壤剖面、复垦土壤理化性质以及复垦农田生产力,揭示复垦新技术工艺的优越性。结果表明:黄河泥沙间隔条带式一次性充填采煤沉陷地复垦技术可行,土地复垦率为100%,耕地面积恢复率可达95.12%;技术实现表土和心土的分别剥离与回填,构造出与原有农田相似的上部60 cm土层结构,具有较好保水性和持水性,但在覆土过程中存在机械压实情况,具有较高的密度和较低的孔隙度;复垦农田覆盖土壤p H值较高,覆土层属于中度盐土,其基本不缺全磷、全钾(中高水平),轻度缺少速效钾状态(中级水平),缺少速效氮、有效磷、有机质(低级水平)和严重缺少全氮(极低水平),因此在复垦农田耕种过程中注意施加氮肥和有机肥;实地测产发现,复垦农田玉米产量(11 961.07 kg/hm2)与对照农田产量(13 032.80 kg/hm2)无显著差异(P<0.05),说明复垦当年即可达到原有农田产量。通过山东省邱集煤矿采煤沉陷地黄河泥沙充填复垦的实践,验证了黄河泥沙间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术的可行性,并可为该技术在其他地区的推广提供借鉴。

采煤沉陷地粉煤灰充填复垦土壤元素淋溶特性实验研究

以采煤沉陷地粉煤灰充填复垦土壤的污染问题为研究背景,从措施的实地可操作性出发进行实验设计,采取了灰土、灰矸不同比例混合和隔层排列处理措施,对淋溶液中各检测元素的含量进行了分析和比较。结果表明,粉煤灰中大部分元素在淋溶液中含量高,淋溶作用强烈;在各种元素中,大多数污染重金属元素在淋溶液中的含量极低,只有铬的含量略高。不同处理设施对粉煤灰的淋溶特性有显著影响。

采煤沉陷地新型修复材料研究

采煤引起的土地不均匀沉陷是造成水土流失、环境污染和土地荒芜的主要原因,但在目前的复垦工作中,矿区覆土来源的缺乏严重影响着复垦的进度。本研究利用有机、无机废渣混配的一种新型复垦材料(基质)进行了试验分析。研究结果表明:粉煤灰和糠醛渣以4:1～9:1的质量比混配的新型基质适合苜蓿、黑麦草和其它类似植物正常生长的肥力标准,为沉陷地的修复提供了新的理论与途径,而且以废治废,大大降低了复垦成本。同时,对有效控制水土流失,扩大耕地面积,促进经济、社会及生态环境的持续健康发展具有重要作用。

采煤沉陷地夹层式充填复垦原理与方法

充填复垦是提高耕地恢复率的有效途径。现有充填技术采用一次性充填方式,形成典型的"土壤层+充填层"双层土壤剖面构型。在覆盖土壤厚度不足的情况下,复垦土地的生产力低,为此,提出"土壤层+充填层+夹层+充填层……"的夹层式多层土壤剖面构型,并以黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地为例,从夹层式充填复垦的原理和方法两个方面进行研究分析。结果表明:根据不同充填材料土壤质地情况,在充填材料层中设置与其质地相异的夹层,可以改善充填材料的水分和营养元素状况,改良了"土壤层+充填层"的双层土壤剖面构型存在的弊端,提高复垦耕地的质量。提出了一种充填复垦采煤沉陷地交替多层多次充填土壤重构方法,通过条带间交替充填工艺和多次充填与土壤回填,实现了夹层式土壤剖面结构重构的连续施工作业。在山东省邱集煤矿进行了实践,夹层式土壤剖面构型的小麦产量可以当年达到甚至高于对照农田。

未稳沉采煤沉陷地超前复垦时机的计算模型

为了科学地确定超前复垦的时机,研究了开采方法、地下水位、表土剥离厚度等影响因素,以开采沉陷学中的概率积分法为理论基础,建立了复垦时机计算的数学模型,通过实例验证,计算得T(复垦时机)≤47 d,通过与开采44 d后走向主断面上地表点的下沉情况对照及考虑季节因素,认为自开采47 d内可以进行复垦,也能够满足工程的需要.

济宁市采煤沉陷地引黄充填沉沙排水量预测及利用效益分析

在我国东部高潜水位平原矿区,引黄河泥沙充填复垦技术有广阔的应用前景。引黄充填过程中会产生大量的外排水,但目前排水损失测算及利用效益分析的研究较少。以济宁市北部采煤沉陷区为研究对象,通过估算3种时间情景下,沉沙和调水过程中的水量损失率、总可供利用水量,对不同情景下的排水利用效益加以测算分析。结果表明：在立即排水、停留24 h和48 h情景下,排水损失率分别为3.75%、13.18%和25.30%。在供给农业灌溉情景下的排水效益为0.64～0.82亿元,补充本地水系的潜在效益为1.15～1.48亿元,供给工业生产的效益为22.36～28.84亿元。研究结论表明：对沉沙排水加以合理利用可以获得显著的经济和环境等综合效益,前景广阔。

对淮南矿区采煤沉陷地生态环境修复的思考

本文以华东最大能源基地——淮南矿区为例,基于“三大基地”和“生态淮南”建设背景,贯彻持续发展观,科学确立基于采煤沉陷地生态环境修复的大型生态矿区建设战略思路,及以凸显“一个目标、两个主题、三大分区、四项原则、五类工程”的采煤沉陷地生态环境修复具体方略。

平原矿区采煤沉陷地复垦耕地生产力评价

针对采煤沉陷区复垦耕地质量不高和缺乏科学合理的验收标准问题,从土壤学、植物学角度选取了与复垦耕地生产力密切相关的有机质、pH、全氮、速效磷、速效钾等土壤养分指标和与农作物生长密切相关的土层厚度、地下水埋深、农田水利、坡度等外部环境指标共同构建复垦耕地生产力评价指标体系,并建立了评价模型,在兖州采煤沉陷区对该评价模型进行了实地应用验证,评价结果与实测结果相关性显著,表明建立的耕地生产力评价模型可用于高潜水采煤沉陷区复垦耕地生产力的评价定级。

高潜水位矿区采煤沉陷地DEM的无人机构建方法

针对高潜水位矿区采煤沉陷地植被密度大、无人机摄影测量难以获取地面点云的问题,从采煤沉陷地地形特征出发,提出了一种基于断面式点云滤波和DEM模型修正的采煤沉陷地DEM构建方法,经分析,精度可达到1∶500比例尺地形图要求,可以为采煤沉陷地损毁评价和土地复垦工作开展提供重要依据。

采煤沉陷地复垦土壤团聚体碳氮磷化学计量特征

为明确不同林型复垦土壤团聚体养分及其化学计量变化,揭示采煤沉陷地土壤养分的固持及限制特征,进而筛选出最佳的复垦林型。本研究在神府-东胜矿区采煤沉陷地上设置长柄扁桃、欧李、文冠果3种复垦林型,同时以附近未沉陷且未种植的废弃农田作为对照,基于干筛法探究0~40 cm土层土壤机械稳定性团聚体组成、土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量及其化学计量特征对长期植被复垦的响应规律。结果表明:不同复垦林型土壤微团聚体含量下降而大团聚体含量增加,各林型>0.25 mm大团聚体总量均超过了70%。不同林型土壤<0.053 mm矿质颗粒中SOC、TN、TP含量最高,大团聚体次之。团聚体对土壤SOC、TN以及TP的贡献随团聚体粒级的增大而增加,3种林型>0.25 mm大团聚体对土壤SOC、TN和TP的贡献率分别为72%~83%、66%~74%、65%~82%。不同林型土壤团聚体C/N、C/P和N/P均低于全国及全球平均水平。土壤TN与SOC、TP呈显著正相关,与C/N呈显著负相关;TP与C/P、N/P呈显著负相关。主要结论为植被复垦增加土壤大团聚体含量,而大团聚体对土壤碳氮磷的贡献率最大,其中文冠果对土壤碳氮磷的贡献率大于其他林型。不同林型土壤团聚体C/P的变化范围为5.44~20.83,低于全国及全球平均水平,表明采煤沉陷区土壤缺乏氮元素,氮元素是主要养分限制因子。

翟镇采煤沉陷地复垦潜力评价研究

通过选取沉陷地的自然条件和社会经济条件组成潜力评价的指标体系,对翟镇采煤沉陷地的复垦潜力进行了有效的评价,并依据评价结果把该沉陷地划分为三种不同的潜力类型区,针对不同的潜力类型区的不同限制条件提出了相应的复垦方向和措施。

中国东北多煤层老矿区采煤沉陷地损毁特征与复垦规划

多煤层老矿区开采时间长,土地损毁程度严重,沉陷地再利用情况复杂。该文通过实地调查和搜集各煤矿地质地形图、采掘图、储量图和采矿历史等资料,借助矿区沉陷预计软件(MSPS),运用概率积分法对鹤岗矿区沉陷地近期(2014-2020年)和远景(2021年-闭矿)2个阶段进行沉陷预测,并采用ArcGIS软件对数据进行统计分析。根据有关规程中各地类沉陷地损毁程度判定标准对鹤岗采煤沉陷地损毁程度进行划分。基于鹤岗采煤沉陷地损毁特征,提出鹤岗矿区沉陷地时空复垦的规划模式。结果表明:随着煤炭不断开采,多煤层老矿区沉陷范围不断扩大,土地损毁程度加重,地表最大下沉深度达39.4 m;沉陷地在进行再利用过程中存在阶段性变化特征,可根据特定阶段沉陷地损毁特征制定土地用途。沉陷地区域稳定性特征和损毁程度是进行沉陷地时空复垦规划的重要依据。从时间安排看,应以闭矿沉陷地损毁程度为着眼点,全面考虑,确定各区域稳沉时序,鹤岗采煤沉陷划分为优先永久治理区、优先临时治理区、动态治理区和未来治理区;从空间布局看,前3个治理区功能定位依次为接续替代产业用地、短期工业用地和农业用地。

高潜水位采煤沉陷地构建平原水库可行性分析与实践

针对我国高潜水位矿区中普遍存大面积积水的问题,为了更好地兼顾水资源与采煤沉陷地土地利用,改善沉陷区生态环境,基于目前沉陷区平原水库建设存在的问题,从技术和经济2方面探讨了构建平原水库的可行性。在此基础上提出了构建采煤沉陷地平原水库建设的流程与模式,并以安徽淮南张集煤矿采煤沉陷区为例进行了平原水库建设的实践案例分析。研究结果表明:主动式平原水库建设能更有效提高复垦耕地率、增加水库库容,节约水库建设成本,具有良好的推广与应用前景。

采用HYDRUS模拟采煤沉陷地裂缝区土壤水盐运移规律

煤炭的开采带来经济快速发展的同时也会带来一系列的生态环境问题,其中采煤沉陷产生的地裂缝是最直观的一种,其分布广、对土地破坏性大、对周边植物生长影响严重。西部矿井水矿化度较高,极易产生次生盐碱化,裂缝区的水盐运移对于该区域植物生长具有潜在的影响。为探究采煤沉陷地裂缝对土壤中水盐运移规律的影响,通过室内模拟试验,研究不同土壤盐浓度条件下,裂缝区土壤水盐分布特征,并运用数值模拟方法,建立采煤地裂缝土壤水盐运移模型,采用HYDRUS 2D软件进行模拟,将模拟值与实测值对比,结果表明:HYDRUS模拟数值与实测值呈现出相同的规律,满足精度要求,说明HYDRUS能够较好的模拟裂缝区域内的水盐运移。在56 d的模拟试验中,裂缝区土壤含水量在前3周为快速下降期,4~5周为中速下降期,5周之后为稳定期。越靠近地裂缝处土壤含水量下降越快,对于台阶为20 cm的地裂缝,其水盐含量影响范围约为水平距离裂缝45 cm处,地裂缝区域内土壤盐分运移趋势与水分基本一致,遵循盐随水行的运移规律,裂缝区含盐量有向下迁移的趋势,具有减轻次生盐碱化发生的潜力。