半干旱地区矿区生态系统土壤保持功能评价——以神府-东胜矿区为例

[目的]评价2000—2020年神府—东胜矿区生态系统土壤保持功能变化情况,探讨矿区生态系统功能现状和存在问题,总结半干旱地区生产建设项目集中区生态功能提升途径,为半干旱地区生产建设项目区生态和经济协调发展提供借鉴。[方法]采用中国土壤流失方程(CSLE)和风力侵蚀模型,基于栅格像元计算不同时期(2000,2010和2020年)神府—东胜矿区土壤保持量,评价不同土地利用类型、不同植被覆盖度、不同矿井土壤保持量的时空变化。[结果]①神府—东胜矿区潜在土壤侵蚀量为3.76×10^(6) t/a,矿区生态系统土壤保持量由2000年的2.30×10^(6) t增长到2010年的3.17×10^(6) t,矿区生态系统减少风蚀量作用显著增加。②2000—2020年,矿区耕地、沙地和裸土地面积持续减少,园林草地面积持续增加。园林草地土壤保持量由1.18×10^(6) t/a增加到2.78×10^(6) t/a。③矿区植被由低覆盖度向中高覆盖度转变。2020年,中覆盖度和中高覆盖度林地土壤保持量占矿区生态系统土壤保持总量的67.12%。④治理程度不同的矿井土壤保持量均明显提高。[结论]2000—2020年,神府—东胜矿区土壤保持功能显著提升。半干旱地区生产建设项目可以通过实施有效的生态措施,改善生产、生活环境,探索生态经济实现路径,实现经济发展和生态改善双赢。

神府东胜煤田开发建设弃土弃渣冲刷试验研究

采用野外放水冲刷实验,对神府东胜煤田弃土弃渣侵蚀产沙规律进行了系统研究。结果表明:弃土弃渣堆积年限越短,可蚀性越大,侵蚀程度越强。经过4～7年的自然沉降过程,其表面的紧实度逐渐趋于稳定值。流量相同时不同下垫面条件下的产沙量1997年弃渣>1994年弃渣>煤渣>煤矸石。径流量、产沙量与放水流量呈线性关系,产沙量与径流量亦呈线性关系。集中的水流冲刷对弃土弃渣坡面造成严重的侵蚀,使含沙量保持在一个较高的水平,随着时间的变化含沙量出现剧烈的上下波动,总体上表现出逐渐减小的趋势,同时,会出现高含沙水流过程甚至泥石流过程。

神府-东胜采煤塌陷区裂缝对土壤含水量的影响

为揭示采煤塌陷区裂缝对土壤含水量的影响,以神府-东胜煤田石圪台采煤塌陷区为研究对象,采用数理统计法对塌陷区不同宽度(8、4、3、2和1 cm)的裂缝和非裂缝区土壤含水量进行对比分析,并利用地统计方法、Surfer11. 0对采煤塌陷区土壤含水量空间变异性进行分析。结果表明:对于同一深度的土层,裂缝区土壤含水量明显小于非裂缝区,且随着裂缝宽度的增加,土壤含水量减小幅度不断增大。垂向分布上,裂缝宽度≤3 cm的测点,土壤含水量随土层深度的增加而增大,说明宽度较小的裂缝对较深的土层含水量影响较小;而在裂缝宽度> 3 cm的测点,地面以下30 cm至60 cm的土层含水量明显偏小,说明宽度较大的裂缝对相对较深的土层含水量影响较大。对于土壤含水量的平面变化,各土层土壤含水量低值区均位于裂缝区的裂缝发育带,高值区位于非裂缝区的植被覆盖区。以上结果说明采煤塌陷区裂缝在一定程度上破坏土体结构,造成土壤含水量减少,影响土壤水空间分布,造成土壤水分流失,导致生态退化。

神府东胜矿区不同下垫面产流产沙试验研究

针对神府东胜矿区煤田开采过程中所引发的严重新增水土流失问题，采用野外模拟降雨实验的研究方法，对神府东胜矿区不同下垫面降雨人渗、侵蚀产沙规律进行了初步研究。结果表明：在相同雨强条件下，不同类型下垫面对人渗速率的影响差异性较大，稳渗率大小顺序为扰动地面〉原状地面〉非硬化路面；在降雨过程中不同类型下垫面的径流量随时间增加而增大，其大小顺序为非硬化路面〉扰动地面〉原状地面；不同类型下垫面的侵蚀产沙高峰期均出现在降雨初期的0～20min内，此后侵蚀产沙均下降并趋于稳定．并且不同类型下垫面间的侵蚀产沙量差别不大；非硬化路面的径流含沙量一直稳定在较低水平，而其它类型下垫面的径流含沙量降雨初期很大而后急剧下降，并逐渐接近于非硬化路面的径流含沙量。

神府-东胜矿区采煤塌陷对包气带结构的影响

通过对比采煤前和采煤塌陷过程中及稳定后包气带结构的变化,详细研究了神府—东胜矿区采煤塌陷对包气带结构的影响。研究结果表明:在采煤塌陷前,包气带组成岩性主要为风积砂岩和萨拉乌苏组粗砂岩,相对较薄,包气带组成介质层序较清晰,各岩性介质颗粒排列有序、均一,包气带内部结构以孔隙为主;在采煤发生后的塌陷非稳定阶段,塌陷裂隙贯通含水层,使地下水大量渗漏,同时产生大量贯穿地表的裂隙,引起岩土孔隙性发生变化,使得塌陷区包气带变厚,在一定深度上结构不均,浅部包气带结构转化为以裂隙为主;到塌陷稳定阶段,包气带结构变化趋于稳定,厚度增加,但在地表以下仍存在一些断续的裂缝(隙),使塌陷区包气带形成以孔隙为主,间夹断续裂隙的特殊包气带结构。

神府东胜煤田沉陷区三种人工林生长状况比较研究

采用野外调查与室内试验相结合的方法,研究了神府东胜煤田沉陷区不同立地条件下三种人工林的生长状况,并对林下土壤含水量进行了测定,分析了人工林生长指标与林下土壤含水量的相关性,结果表明:不同立地条件下,樟子松的生长状况为梁地阴坡>覆沙地>梁地坡顶>梁地阳坡,方差分析表明差异显著(P<0.05)。沙棘与山杏的生长状况为梁地阴坡>梁地坡顶>梁地阳坡,方差分析表明沙棘生长状况差异性极显著(P<0.01),山杏生长状况差异不明显。不同立地条件樟子松,沙棘,山杏的各项生长指标之间有较好的相关性,山杏各项生长指标之间的相关性最好,相关系数大于0.9。樟子松,沙棘,山杏的生长状况与土壤含水量有较好的相关性,相关系数均在0.6以上。

神府─东胜矿区一、二期工程与人为泥石流

在野外调查神府矿区一、二期工程中所出现人为泥石流情况的基础上，分析研究了泥石流的分布、类型、形成条件及发展趋势，并提出了今后该地区泥石流的防治对策。

神府—东胜矿区未来降水变化及其对侵蚀产沙的影响预测

神府—东胜矿区开发对入黄泥沙的影响是普遍关心的问题之一。该文利用矿区６０年代以来的降水资料进行谐波分析，预测未来１５ａ降水量的变化和年内变化。结果表明：未来降水量比多年平均值增加６％左右，且年际波动性增大，年内分布更加集中，洪水量和输沙量有增大的趋势。

神府东胜煤矿沉陷区沙棘生态修复试验

在神东煤矿沉陷区沙棘种植试验的基础上,对试验种植的沙棘人工林的萌蘖和生长情况进行调查,初步调查结果显示在地处毛乌素沙地的神东煤矿沉陷区,沙棘具有较好的适应性。

神府−东胜矿区高强度开采顶板涌水特征及防治技术

针对我国西部矿区煤炭开采顶板水害威胁问题,以神府−东胜矿区为研究对象,统计了50个工作面的涌水量数据,总结了不同煤−水组合下5种典型的工作面顶板涌水特征:动态补给主导的持续增长型;“动−静”储量共同作用的先增后稳型;微涌水持续稳定性;水文地质条件差异化局部凸显型以及静储量主导先增后减型。针对每种涌水规律,分析了其成因机制,并提出相应的水害防治思路及措施:当工作面受侧向补给较强时,根据实际水文地质条件可采用帷幕截流措施为主、疏水降压措施为辅的防治手段;当工作面受顶板含水层静储量补给为主时,可提前疏水降压,削峰平谷;当工作面受顶板含水层局部富水区域或采空区涌水补给时,可有针对性地采取疏放、注浆治理等综合措施,消除局部水患等。研究成果对于受顶板水害威胁的西部矿区水害防治工作具有借鉴意义。

基于遥感生态指数的神东矿区1995-2020年生态环境质量的时空变化特征分析

[目的]分析神东矿区1995—2020年生态环境质量时变化特征,为改善该区域生态环境提供科学依据。[方法]基于1995—2020年6期Landsat 5 TM及Landsat 8 OLI数据,利用主成分分析法,选用干度指标(NDSI)、绿度指标(NDVI)、热度指标(LST)、湿度指标(WET)构建遥感生态指数(RSEI)。运用重分类将RSEI分为5级,按照重心迁移方法分析RSEIⅠ—Ⅴ等级的重心迁移情况,并分析RSEI的空间变化规律,实现利用RSEI对神东矿区的生态环境质量的动态监测和评价。[结果]①神东矿区在1995—2020年生态环境状况明显提升,其中呈上升趋势的面积占矿区总面积的42.22%,绿度、干度指标对矿区生态环境质量影响较大。②矿区生态环境质量各级土地利用类型以草地、耕地为主,且生态环境质量变化受耕地、草地面积变化影响较大。③矿区生态环境质量主要以Ⅱ,Ⅲ级为主,Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅴ级迁移幅度较大且重心整体向矿区西南、西北方向迁移。[结论]1995—2020年神东矿区生态环境质量呈现总体上升态势,受植被生长情况和人类活动因素影响较大。

神府东胜矿区生态环境问题及对策

在调查研究分析的基础上,从分析矿区生态环境影响的特点入手,针对矿区开发建设中存在的主要生态问题,提出了保护生态环境的对策和措施,对于矿区的生态环境保护和可持续发展具有一定的参考价值。

风沙区和黄土区采煤塌陷裂缝对土壤物理性质的影响研究

为了探明风沙区和黄土区采煤扰动塌陷后对土壤原有物理性质的影响。以陕西省神东矿区大柳塔镇(风沙土区)与内蒙古上湾镇(黄土区)采煤塌陷裂缝为研究对象,采用野外原位取样的方法,在两种土壤类型条件下,对比分析了不同裂缝宽度(7、32、54和68 cm)距裂缝不同距离(0、1、3和5 m)土壤的含水量、容重及机械组成的差异,结果表明:土壤含水率整体表现为随裂缝宽度和距裂缝距离的增加而减少的趋势;土壤容重整体表现为距裂缝距离的增加呈增大趋势;土壤砂粒、粘粒和粉粒的比例为7∶2∶1,其中,砂粒含量均占据主导地位,但其含量在风沙土和黄土中具有一定差异;而粘粒含量在风沙土和黄土中分别为13.38%~26.79%、13.13%~26.56%,变化幅度较大;粉粒含量均较低。综上所述,土壤机械组成表现出采煤塌陷区土壤物理性质质量较差,采煤塌陷裂缝会影响土壤物理性质的变化,局部土壤水分和颗粒物散失,这一点在矿区植被恢复与建设过程中不容忽视。

论神府东胜矿区煤炭洗选加工的必要性

通过对神府东胜矿区煤质的分析 ,结合大同、平朔、准格尔矿区煤炭洗选加工的实际以及用户对煤质的要求 。

采场顶板O-X型垮落空气冲击灾害预测

神东矿区煤层地质赋存特点是浅埋深、薄基岩及厚煤层,工作面长度大和推进距离远。开采实践中,均发生过采场顶板大面积垮落的空气冲击灾害。依据采场顶板初次来压的O-X型垮落模式,采用顶板关键块体的回转下沉理论,建立了采场顶板O-X型垮落的空气冲击灾害的耦合模型,用数值差分解法研究了顶板O-X型垮落过程中巷道空气冲击灾害的变化规律。结果表明:1)与顶板自由落体模型和整体切落耦合模型相比,空气冲击灾害时间延长。2)巷道口附近最大的空气冲击灾害发生在顶板垮落结束前,距顶板垮落结束尚有0.21 s的时差。3)距离出口越远,冲击风流速度越低,空气冲击灾害威胁愈小。4)在巷道的不同位置和不同时刻,冲击风速大小不同,在选定密闭墙位置的情形下,可按最大临界流速设计给定材料结构的抗冲击墙厚度参数。