黔北—滇东二叠纪锰矿主要成矿规律与成矿区带划分

这是一篇地球科学领域的论文。锰矿为我国十分紧缺的战略矿产之一。黔北-滇东地区是我国二叠纪锰矿最典型的分布区,在全球晚古生代也较为少见,该区锰矿资源丰富,找矿潜力巨大,称为“遵义式锰矿”。研究表明,该区锰矿产于二叠纪茅口晚期,分布严格受黔北裂谷盆地控制,锰矿在地堑盆地中心喷溢沉积成矿,在地垒区则无锰矿分布,矿体空间展布方向与盆地展布方向基本一致。其中,黔北遵义-黔西地区锰矿在空间上分布于盆地相区,并可分为中心相、过渡相、边缘相等三个锰矿相带,进一步指示了锰矿具体成矿位置,显示了锰矿受盆地中心控制非常明显的特点。在划分的遵义-宣威锰矿成矿带的基础上,详细划分出遵义-黔西锰矿成矿亚带中深溪—八里、龙坪—兴隆、团溪—尚稽、黔西4个锰矿矿集区,以及水城-宣威锰矿成矿亚带中水城—纳雍、格学2个锰矿矿集区。该研究成果对寻找黔北—滇东二叠纪隐伏锰矿床,开展成矿预测,具有重要的意义。

低碳矿区综合能源系统经济运行优化研究

针对煤矿开采过程中碳排放量高以及乏风、瓦斯、矿井涌水等伴生能源得不到及时有效利用的问题,提出一种低碳经济运行的矿区综合能源系统(coal mine integrated energy system, CMIES)。首先,为使矿区伴生能源得到充分利用,搭建了一个包含燃气轮机、乏风氧化发电单元、水源热泵等设备的CMIES模型。其次,为降低矿区碳排放量,在CMIES中加入光伏、风电、电转气与氢燃料电池等设备。同时,引入阶梯式碳交易机制与绿色证书交易机制(green certificate trading, GCT),通过“双机制”模型来约束系统碳排放、激励新能源设备出力。最后,调用CPLEX商业求解器,以购能成本、新能源设备运行成本、碳排放成本最小为目标函数进行求解。结果表明:优化后的CMIES碳排放量显著降低,运行成本大幅减少。

基于碳捕集-电转气的矿区综合能源系统协同优化调度

“双碳”战略目标下,为促进风光消纳与能源电力低碳转型、提高矿区能源利用率,提出一种含伴生能源和碳捕集与电转气耦合的矿区综合能源系统低碳经济调度模型。首先,综合考虑瓦斯、乏风、涌水等矿区伴生能源利用,建立矿区综合能源系统基本模型,并以碳捕集和电转气设备为耦合单元,促进节能减排与可再生能源消纳。然后,引入奖惩阶梯式碳交易机制,以矿区综合能源系统运行成本最小为目标,建立矿区综合能源系统协同优化调度模型。最后,以中国云南某大型煤矿为例,通过设置不同场景进行仿真分析。结果表明,所提模型能够促进矿区综合能源系统低碳经济运行,提高风光消纳率。

高寒露天矿区渣土基质粒度组成及养分特征

以青海省木里与江仓露天煤矿区渣土为研究对象,采集了矿区渣土样品20个,未受人为扰动和污染的沼泽草甸土壤样品17个作为背景值。通过测试分析矿区渣土和沼泽草甸土壤的粒径组成,发现两个矿区渣土粒级组成与沼泽草甸土壤相同,含量由高到低依次为粉粒-砂粒-黏粒,但是在组成比例上存在差异,沼泽草甸土壤粉粒的含量更为丰富。根据土壤质地分类标准,木里矿区的渣土归属于粉壤土,江仓矿区的渣土归属于粉壤土和壤土,以粉壤土为主,沼泽草甸土壤兼具粉壤土与壤土的特性。同时,对矿渣土的pH、有机碳、全钾、全磷、全氮、碱解氮、速效氮、有效磷、速效钾等指标进行统计分析,结果表明两个矿区的渣土pH值偏碱性且有机质含量低,全量养分与沼泽草甸土壤存在差异,其中全氮的含量远低于沼泽草甸土壤,全钾的含量略高于沼泽草甸土壤。速效养分中的速效氮含量非常贫瘠,有效磷与速效钾的平均含量均高于沼泽草甸土壤,尤其是速效钾更明显。相关性分析显示矿区渣土的黏粒与所有养分均呈正相关,粉粒、砂粒与养分关系逐渐减弱,因此在土壤修复和重构过程中不仅要关注渣土养分的变化,还应该改善渣土基质粒径的结构比例,加速土壤熟化,完善土壤-植物-微生物体系,构建适应高寒矿区植被生长的土壤。

干旱矿区利用夏季和上年秋季土壤种子库恢复植被研究

【目的】针对西部干旱矿区实际情况,探究该地区表土资源中土壤种子库的可利用性以及制约因素,筛选出有效的利用模式,为矿区植被恢复提供理论依据和技术参考。【方法】对内蒙古自治区乌海市新星矿区周边低扰动区域的表土在上年度10月(秋季)和当年6月(夏季)进行剥离,采用覆土厚度、补种量和每日灌溉量3因素3水平的正交试验对不同季节表土中土壤种子库萌发效果影响进行研究,并结合生态和经济效益,评选出适宜干旱矿区植被恢复的技术组合。【结果】(1)10月土壤种子库萌发植物数量为(83.72±10.88)株/m^(2),物种共出现20种,6月土壤种子库萌发植物数量为(44.83±8.96)株/m^(2),物种共出现13种。秋季土壤种子库密度和物种丰富度均高于夏季土壤种子库。(2)灌溉对秋季土壤种子库萌发影响最重要,其次是覆土厚度,最后是补种。3种因素对夏季土壤种子库萌发影响程度基本相同。(3)覆土厚度因素对两组土壤种子库的植被覆盖度、群落高度物种丰富度的影响显著(P<0.05)。灌溉量对两组土壤种子库萌发植物数量、植被覆盖度和群落高度的影响显著(P<0.05)。补种因素未对两组任何相同指标产生显著影响。【结论】干旱矿区排土场植被恢复最优实施方案组合:利用秋季剥离的表土,覆土厚度2 cm,补种量50粒/m^(2),每日灌溉量2 L/m^(2)。该结论可为今后矿区植被恢复提供技术参考。

河南矿区高灰细泥煤泥水的絮凝沉降试验研究

目的随着采煤机械化程度的提高和重介质选煤工艺普及,入选浮煤泥中高灰细泥的含量逐渐增加。高灰细泥是影响煤泥水沉降效率的最直接因素,对煤泥水中的高灰细泥进行处理,直接关系着煤炭资源生产和水资源利用。针对河南矿区煤泥水具有高灰细泥的特性,方法通过设计正交试验测试不同种类的絮凝剂和搅拌速度对煤泥水的沉降率的影响及其之间的相互作用的效果,提高煤泥水沉降效率。结果结果表明:六偏磷酸钠与聚丙烯酰胺的分散性能及絮凝性能更优,搅拌速度、六偏磷酸钠用量、聚丙烯酰胺用量对高灰细泥煤泥水沉降率的影响程度依次减小,搅拌速度和聚丙烯酰胺用量之间的相互关系对沉降率影响最为显著;当六偏磷酸钠用量40.08 mg/L、聚丙烯酰胺用量5.75 mg/L、搅拌速度411.12 r/min,沉降率可达95.5%,沉降率提高的原因在于高灰细泥絮凝过程中絮团成球明显,絮凝剂的桥接作用可以使分散颗粒聚团并发展为球形,长条不规则颗粒明显减少,颗粒群粒形的改变有助于煤泥水的沉降,在一定搅拌速度下粒形保持较为规整,可增加沉降概率,使煤泥水得以有效沉降。结论通过改善煤泥水中颗粒的粒度粒形特性,可以有效提高河南矿区高灰细泥煤泥水的沉降效率。研究结果可为处理高灰细泥煤泥水提供理论支持和实践参考。

高潜水位矿区土地利用和碳储量时空变化规律与预测

高潜水位矿区采矿活动及城镇化发展会导致土地利用类型明显变化,进而影响矿区的固碳能力。采用潘谢矿区2002-2021年5期土地利用数据,利用FLUS(Future Land Use Simulation)模型,选取了采矿、社会经济和气候环境等方面数据作为驱动因子,分别预测了自然发展和生态保护两种情景下2028年土地利用变化,再结合InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)模型,计算了潘谢矿区2002-2021年的历史碳储量以及2028年不同情景下的未来碳储量,并对潘谢矿区碳储量的时空变化特征进行了分析。结果表明:(1)2002-2021年潘谢矿区土地利用变化表现为耕地不断减少,湿地和建筑用地持续增加,其中耕地减少了147.93 km^(2),湿地和建筑用地分别增加了71.01 km^(2)和75.76 km^(2)。在此期间,潘谢矿区碳储量减少了1.62×10^(5)t,减少幅度为3.83%,其中在2018-2021年碳储量下降最快。(2)预测结果显示,2028年2种情景下研究区内土地利用变化均为湿地和建筑用地持续增加,耕地不断减少。但相较于自然发展情景,生态保护情景下矿区内耕地受到保护,面积有所增加,湿地和建筑用地的增长减缓。与2021年相比,自然发展情景下的碳储量减少了0.74×10^(5)t,生态保护情景下的碳储量减少了0.53×10^(5)t。研究结果表明,受采煤沉陷和城镇发展影响,沉陷湿地和建筑用地扩张导致耕地减少是碳储量下降的主要原因,采取生态保护措施能够在一定程度上减缓碳储量的下降。

基于CWT-CARS-CNN综合方法的矿区土壤煤源碳质量分数高光谱估测

目的目前,尚无可靠方法定量识别土壤中煤源碳,为此,方法采集焦作矿区耕地土壤,配制249个不同质量分数的煤源碳土壤样品,利用ASD FieldSpec4获取样品光谱数据,采用连续小波变换(continuous wavelet transform,CWT)-竞争性自适应重加权采样(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)-卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)方法估测土壤中煤源碳质量分数,并对比CWT-CARS-CNN方法与传统光谱指数法构建的煤源碳估测模型估测效果,检验CWT-CARS-CNN估测模型的适用性。结果结果表明:350~2500 nm波段内,煤与土壤光谱特征截然不同,含煤土壤样品光谱反射率随煤源碳质量分数增加而降低;CWT方法提高了光谱对土壤煤源碳的敏感性,CARS方法提取的煤源碳敏感波段数量明显增加,基于CWT-CARS-CNN方法的煤源碳质量分数估测模型精度明显高于传统光谱指数法的;以L8分解尺度构建的CWT-CARS-CNN模型精度最高,验证集R2=0.9993,RPD=40.3081。结论基于CWT-CARS-CNN的高光谱估测方法能较准确地估测矿区不同土地利用类型下土壤中的煤源碳质量分数,可为“双碳”背景下矿区土壤碳固存与肥力评估提供参考。

基于哨兵-2数据的白岗岩型铀矿构造蚀变特征研究——以纳米比亚罗辛矿区为例

白岗岩型铀矿是重要的铀矿资源,但针对该类铀矿典型矿床遥感特征的研究还十分薄弱。文章以纳米比亚罗辛铀矿区为研究对象,获取了该矿区哨兵-2遥感影像,总结了矿区典型蚀变矿物的光谱吸收特征,建立了针对矿区地质体的增强与构造解译方法。在此基础上,对获取的遥感影像进行了大气校正与几何校正,并应用主成分分析、波段比值等方法,提取了铁染、羟基和碳酸盐化蚀变信息。结果表明,罗辛铀矿中碳酸盐化蚀变在空间上与卡里毕比组的分布较为一致。通过选取合理的阈值,识别出与铀成矿相关的含大理岩地层。同时,对图像进行增强,并利用建立的构造解译方法,对罗辛铀矿的构造进行了识别。经野外查证,发现遥感识别构造、蚀变与野外查证结果一致,说明利用哨兵-2数据可以对白岗岩型铀矿的成矿条件与控矿要素进行识别,进而为铀矿勘查提供参考。

河南省嵩县九仗沟-东湾金矿区深部地球物理特征与找矿预测

深部金属矿探测是目前资源勘查的重要课题和方向,地球物理方法探测深度大、分辨率高,是深部金属矿探测最有效的手段之一。河南省嵩县九仗沟—东湾矿区处于熊耳山—外方山矿集区内的蛮峪—店房金矿带之北段,目前九仗沟—东湾矿区已发现的金矿床主要为500 m以浅深度,深部(500~2000 m)找矿勘查工作基本为空白。为了查明九仗沟—东湾矿区深、边部成矿潜力,实现接替资源找矿突破,在九仗沟—东湾矿区主矿段南北两端延伸方向上,布设EH-4双源大地电磁测深和大功率激电测深剖面。以九仗沟—东湾金矿床为背景,在分析地质背景、岩石物理性质基础上,综合区域重磁资料、物探剖面反演结果,分析各物探方法异常特征,厘清了研究区内与金矿有关的F1构造破碎蚀变带深部空间分布特征等信息,揭示了研究区内深部F1构造带附近的中低电阻、高极化区为找矿有利部位,根据此特征在500~2000 m深度范围内确定了4个深部预测找矿靶区,为下一步找矿勘查提供了相关依据。研究方法和成果为区域上开展同类型金矿床的深部找矿工作提供了思路和方向,具有重要的指导和实践意义。

矿区生态环境调研评估与修复方案研究

以某矿区为例,对矿区水文环境、工程地质、基本设施等生态环境进行调研分析,结合调研结果预估矿山地质环境影响,分析矿区采矿活动对各类矿区地质环境因素所造成的影响。根据地质环境影响预测评估结果,实施矿区地质环境治理分区,介绍工程生态环境修复方案设计,为后续矿区生态环境修复方案设计,提供调研评估方法与修复设计方案参考。

基于改进YOLOv8的露天矿区行车障碍物检测

露天矿区场景复杂,行车障碍物检测受扬尘和颗粒物等粉尘噪声干扰严重,难以准确识别障碍物,尤其是光线较差的夜间,不利于做出正确决策,从而影响无人作业的安全性和整体效率。针对以上问题,提出了一种基于YOLOv8n模型的露天矿区行车障碍物检测算法YOLOv8n-Enhanced。该算法主要从3个方面进行了改进,具体包括:首先,针对受粉尘噪声干扰严重和夜间光线不足的问题,提出了C2fCA模块结构,提高了模型特征提取能力;其次,使用轻量级卷积技术GSConv和VoV-GSCSP模块,减轻模型复杂性,实现检测器更高的计算成本效益;最后,使用WIOU损失函数,提高了模型泛化能力。试验结果表明:改进算法在保持实时性的前提下,可将YOLOv8n的平均精度(mean Average Precision,mAP)分别提高1.8%和2.6%,实现白天与夜间场景下不同尺度的障碍物识别。

矿产资源可供性财务模型的构建与应用研究——以霍林河矿区为例

矿产资源可供性财务模型研究有助于在一定时期内获取有效的矿产资源供应能力信息,保证矿产资源持续稳定供应和国家安全。传统的模型评价方法对矿产资源供给能力评价体系的建立较少涉及外在成本因素,如环境成本、技术费用。文章首先分析传统的矿产资源可供性财务模型的不足,提出改进思路,即基于静态指标与动态指标结合,以及在传统的矿产资源可供性财务模型中添加环境和技术指标,以改进矿产资源可供性财务模型评价指标体系,并以霍林河矿区为例,预测评价未来中长期不同可供价格、不同内部收益率下的霍林河矿区矿产资源供应能力。研究表明,2025年和2030年霍林河矿区矿产资源具有实际的可供能力,但是呈现出递减趋势。

废弃矿区周边受污染水体生物修复技术

废弃矿区中受污染的水体可能会渗入地下水或河流,导致附近的水源污染。为此,采用生物修复技术,对废弃矿区周边受污染水体的修复方法展开研究。分析了矿区周边环境以及相关气候信息,确定该矿区周边污染水体污染物分布特征,根据分布结果布设样本测试点;利用生物膜法在样本测试点中进行污染水体的修复,修复过程中,需要对微生物实施培养、驯化,进一步增加微生物降解污水的活性;将驯化好的污泥转置进IC厌氧反应器中,产生氧化生物膜,投入测试点水域中,通过污泥吸附作用产生氧化生物膜,实现污染水体生物修复。实验结果表明,利用生物膜方法对污染水体进行修复,能够有效去除水体中总石油烃、多环芳烃等污染物质,并中和水体酸碱度,使水体完成修复后达到可排放安全标准。

基于PS-InSAR技术的晋城矿区地表形变监测及地质灾害风险预警

地表形变是一种严重的地质灾害现象,不仅严重影响灾害区居民的日常生活,而且会造成巨大的社会经济危害,尤其在采煤区。针对传统地表沉陷监测方法费时费力、无法获取地表沉降面状信息、难以进行地表沉陷灾害评估的不足,基于高分辨率SAR卫星影像,利用永久散射体合成孔径雷达干涉测量(PS-InSAR)技术对山西省晋城市晋城矿区2018年1月至2018年12月期间地表沉陷进行监测,分析获取了该地区地表连续形变情况,并利用该技术获取的海量PS点建立支持向量机(SVM)地质灾害风险评估预警模型,对晋城矿区周边居民点地质灾害风险进行了识别和预测。结果表明:晋城矿区10个煤矿及其周边区域存在较大的地表形变;晋城矿区平均LOS向年平均地表形变速率范围为-37~30.3 mm/a;PS-InSAR技术在晋城矿区地表形变监测中具有可行性,且可以实现矿区地质灾害风险综合识别和预警。

淮南矿区1/3焦煤二次氧化煤样孔隙特性实验研究

采空区二次氧化煤样自然发火为煤矿安全生产带来了巨大隐患。以淮南矿业集团顾桥煤矿1/3焦煤为研究对象,利用实验研究的方法,系统研究了不同预氧化温度和预氧化时间对煤孔隙特性的影响,研究发现:新鲜煤样和不同预氧化处理煤样的等温吸附曲线均呈典型的第Ⅱ类等温吸附曲线;预氧化处理对煤中孔隙的影响主要集中在0.45~20 nm,其中,2~4 nm内微孔的数量和总孔容在减少,在4~20 nm内的孔隙的数量和总孔容则显著增大;煤样的比表面积随着预氧化温度的提升呈现出先增大后变小的趋势,并在70℃时达到最大值;预氧化处理后,孔径处于0.45~5.9 nm时,孔隙的数量和总孔容有较大的变化。研究成果可为采空区自然发火防控提供必要的科学理论支撑。

1995—2021年榆神府矿区景观生态风险时空异质性研究

煤炭开采作为一种强烈的人类活动影响了矿区生态系统服务功能和经济价值,而相同气候环境不同地貌长时序空间尺度上矿区开发后景观生态风险演化特征对比研究较欠缺。以半干旱榆神府矿区为研究对象,基于1995—2021年Landsat数据,通过构建景观生态风险指数以及空间统计学分析,探究了近30年来矿区黄土丘陵和覆沙地两种不同地貌类型景观生态风险时空演化特征。结果表明:①1995—2000年间榆神府矿区两种地貌生态风险格局整体无明显变化;2000—2010年间黄土丘陵区景观低生态风险区向更高等级生态风险转变,2010年黄土丘陵区中高、中和中低生态风险区占比为70%,而覆沙区高生态风险区域虽增加但不显著,仍以中低生态风险区为主,占比为31%;2010—2021年矿区景观生态格局向着均匀化的方向发展,黄土丘陵区逐渐稳定为以中低、中和中高生态风险等级为主,2021年3个风险等级占比为74%,覆沙区也形成了以低、中低和中生态风险等级为主的分布情况,3个风险等级占比为77%,生态风险等级逐渐趋于稳定,生态风险格局不断优化;②1995—2021年榆神府矿区景观生态风险在空间上有明显的集聚分布特征,局部生态风险具有明显的热点、冷点区域,生态风险热点主要分布于煤炭开发时间长、地质环境损害较严重的东北部和东南部黄土丘陵区,生态风险冷点主要位于目前仍处于资源勘探普查的中部覆沙区;③人为干扰度是对榆神府矿区景观生态风险影响最大的驱动因子,黄土区与覆沙区决定力q值大小分别在0.49~0.72和0.38~0.55,在黄土丘陵区植被覆盖度是第二大影响因子,决定力q值在0.27~0.46之间,气温因子影响程度次之,而覆沙区植被覆盖度与气温的影响程度在1995—2021年间互有高低,两种地貌类型景观生态风险均受高程影响最小,q值均小于0.10;④景观生态风险时空演化相关分析表明,榆神府矿区生态修复过程中,应根据不同地貌类型特征优化景观生态格局,在黄土丘陵区应优化开采方案减小地表生态损害、积极开展损害地主动修复策略,在覆沙区由于开采对该区景观格局影响较小,矿区损害地可实施引导型生态自修复等以保障矿区生态安全。

河北省涿鹿县杏园矿区矿床成因及找矿标志

本研究通过系统的地质、地球化学及地球物理分析,深入探讨了河北省涿鹿县杏园矿区的成矿背景、矿床特征及其找矿指标。利用先进的地质勘查技术,首次明确揭示了矿区内斑岩型与热液脉型矿床的共生关系及其空间分布规律,提出了新的成矿模型和勘查方向。研究结果不仅深化了对杏园矿区成矿规律的理解,而且对指导未来的地质勘查工作,推动矿产资源的合理开发与利用具有重要意义。

城市工业遗址改造分析——以淮南谢家集矿区为例

工业遗址是每一座城市工业发展所遗留下来的必然产物,随着经济产业的不断发展和进步、经济结构的不断调整,大量的工业用地和工业厂房、工业设备遭受淘汰,而工业遗址改造则成为每一座工业城市发展进程中必然面对的课题。通过对城市工业遗址景观改造设计研究现状分析,归纳总结了生态文化多样性、资源再利用、现代公共艺术场所性3种改造设计原则及其思路,并以淮南市谢家集矿区为例,结合淮南市发展规划有计划性和目的性地提出城市工业遗址景观设计以及生态改造方案,最终目的是为了设计出满足人们对生态环境的向往和追求的工业遗址建筑空间。

基于SABS-InSAR的保德矿区地表形变监测与分析

煤炭开采是保德县的主导产业,长期高强度的矿产资源开发导致矿区内地表发生了不同程度的形变,地质灾害频发,对进一步采矿作业造成了极大的安全隐患,破坏了当地的生态环境。为了进一步探究矿区地表变形的时空分布变化规律以及地表形变的驱动因素,利用SBAS-InSAR技术对覆盖研究区的32景Sentinel-1A影像数据进行处理,得到了保德矿区2020-06-24—2022-09-13期间的地表形变信息。在监测时间段内,研究区整体以沉降为主,形成多处由中心向四周发展的漏斗状下沉区域,主形变区内形变量与时间大致呈线性关系。依据计算得到的形变结果将保德矿区划分为6个重点研究区,以5号重点研究区中的泰安煤矿为例,通过分析其工作面的采掘工程,得出以下结论:①煤矿地表并未达到稳定状态。②发生地表形变的区域与工作面空间分布相吻合。③作为矿区形变的主要驱动因素,随着采矿工程的推进,主形变区域的范围和沉降速率将会进一步增大。研究区内的地质构造和地层岩性对研究区整体形变的趋势和范围起到一定的控制作用,断层两侧上盘、下盘的相对运动以及不同区域地表的可压缩层厚度差异均对地面的形变速率有一定的影响。通过叠加对比重点监测点累积形变量与区域降水量信息,得出研究区地表形变与降水也有一定的相关性,且降水对地下井工开采和露天开采的地表影响结果有所不同。