PROBLEMS AND COUNTERMEASURES FOR RESOURCES DEVELOPMENT AND ENVIRONMENTAL RENOVATION IN THE CONTIGUOUS AREA OF SHANXI,SHAANXI AND INNER MONGOLIA

The studied area consists of 16 counties belonging to 3 provinces or autonomous re-gion, which are Hequ, Baode, Pianguan and Xinxian counties of Shanxi Province; Yulin,Shenmu, Fugu, Hengshan, Jingbian and Dingbian counties of Shaanxi Province;Dongsheng, Tuoketuo, Qingshuihe counties and Yijinhuoluo, Dalate, Zhungeer banners

蒙陕矿区内钢板-钢筋混凝土钻井井壁非均匀受力特性研究

以蒙陕矿区某煤矿风井为工程背景,利用双向不等压模型推导出水平地应力下井壁的受力形式,并得出了非均匀系数k的计算公式,确定了蒙陕矿区地层的不均匀系数范围为0.06~0.20,研判了钻井井壁全深受力关键横断面的受力破坏特征。根据有限元软件ANSYS模拟非均匀荷载条件下的井壁受力规律,井壁混凝土外缘环向应力为控制应力,井壁应力呈现非均匀分布,90°位置的不均匀程度大于0°位置,外荷载较小的90°位置受拉,而外荷载较大的0°位置受压。通过对井壁压力试验台对内钢板-钢筋混凝土进行非均匀加载试验分析,非均匀荷载对钻井井壁受力影响极为明显,在k=0.15时模型的峰值应力仅为均匀荷载条件下的23.1%~33.3%;在k=0.20时模型的峰值应力为均匀荷载条件下的20%左右,且破坏形式为混凝土先受拉破坏,随后钢筋和钢板屈服。研究结果表明,内钢板-钢筋混凝土钻井井壁对非均匀荷载较为敏感,在蒙陕矿区使用钻井法应该考虑非均匀系数的影响,且需要在井壁设计阶段重点关注井壁外荷载较小位置的受力。

蒙陕接壤区典型煤层开采顶板周期性变形破坏及涌水响应特征

【目的】煤矿开采扰动破坏覆岩含/隔水层结构,造成集中涌水,影响矿井安全生产。【方法】以面临典型顶板砂岩水影响的蒙陕接壤区主采煤层3-1煤开采涌水过程为研究对象,采用物理相似材料模拟、数值仿真模拟、现场原位监测3种方法,并通过周边地质和开采条件相似矿井实测数据对比,分析3-1煤典型工作面开采煤体支承压力周期性演变规律、采空区覆岩垂直位移演变规律,定量获取实验室尺度顶板周期来压瞬间微震能量事件变化特征,综合确定顶板导水裂隙带随采发育特征,以及顶板涌水随覆岩周期来压变化趋势。【结果和结论】结果表明:工作面开采覆岩初次来压步距约40 m,周期性来压步距12~28 m,覆岩破断瞬间围岩周期性来压呈现“先增后稳定”的趋势,在推进至第5次周期来压(推进距离约140 m)时,超前支承压力达到最大,覆岩周期性来压、破断瞬间垂直位移峰值随采呈现“之”字型变化特征,同样,位移监测数据、微震事件总能量、事件频次等综合指标指示,在第5次周期来压瞬间,覆岩垂直位移变幅达到最大值,塑性区发育高度基本稳定;导水裂隙带发育最大高度在120 m左右,将直接沟通顶板直罗组砂岩含水层,地下水随采涌入过程呈现两种波动变化趋势,工作面全局尺度上呈现长周期“阶梯式”增长趋势,“阶梯式”增长周期约800 m,局部尺度呈现短周期“振荡”变化趋势,振荡周期16~48 m,并表现出与覆岩来压周期之间的较强关联性。研究结果为工作面涌水量预测以及防排水系统布设提供参考。

半干旱草原露天矿区生态累积效应:评估模型与应用

为揭示半干旱草原露天矿区生态环境质量状况,分离矿区人类活动生态累积效应并识别其演变态势,在厘清矿区生态累积效应概念的基础上,构建适用于半干旱草原的露天矿区生态环境质量评估指数(Surface Mining Areas Eco-environmental Evaluation Index,SMAEEI)以及矿区生态累积效应定量评估模型。选取内蒙古胜利矿区为研究区,量化分析1986—2020年区域生态环境质量和生态累积效应的时空分布规律,以及主要人类活动的生态累积效应差异。结果表明:①SMAEEI适用于半干旱草原露天矿区,能客观呈现各地类生态环境质量高低顺序。35 a间研究区生态环境质量呈极显著下降趋势,且其空间差异显著减弱。露天矿场、城镇扩张区、锡林河湿地及北侧草地生态环境质量出现极显著、显著的退化趋势。②半干旱草原露天矿区生态累积效应定量评估模型能剔除气候因素对生态系统的耦合影响,分离并量化人类活动对矿区生态系统的累积效应,揭示累积的方向、程度和空间范围。35 a间研究区生态服务价值累积量(Change of Ecosystem Service Value Cumulant,COESVC)共减少1186157.03万元,出现负向生态累积效应,生态系统服务功能下降。高度、中度负向累积区集中在湿地和草地退化区、城镇区、露天矿场。③露天开采、城镇建设造成的单位面积负向生态累积效应最明显,前者在单位时间内带来的负向累积变化最剧烈,后者负向累积效应的局部影响程度和偏离度最大;放牧活动引起的负向生态累积效应影响范围最广、总量最大,但局部影响程度最小,生态系统服务功能较其余人类活动更稳定。研究成果可将矿区人类活动引起的生态环境实物量变动转化为价值量描述,为采用货币形式测算矿区生产生活行为的环境损害成本提供可行方法。

晋陕蒙采煤区水土流失现状调查与分析研究

以晋陕蒙采煤区为研究对象,采用文献资料收集、野外调查与室内分析相结合的方法,重点对松散堆积物、排土(矸)场、塌陷区域等人为水土流失进行典型调查研究,查明在建、在产的煤矿和采石场的分布、数量及规模,阐明引起水土流失的原因,为晋陕蒙能源区水土流失治理和生态环境建设提供依据。

创建黄河中游水土保持高质量监管示范区的机制与模式

黄河中游地区是国家重要生态功能区、能源基地,防治水土流失、保护生态任务艰巨,迫切需要科学、精准、高效监管。针对黄河流域生产建设项目水土保持监管工作面广量大、监管能力不足、传统监管方式时效性不强等问题,提出了在晋陕蒙接壤地区创建水土保持高质量监管示范区的工作机制、模式等:一是创新工作目标,率先做到无违规项目;二是创新合作共建工作体制,构建目标一致、行动自觉、协同发力的工作机制;三是创新内生动力,以自律守约为核心,整体提升水土保持信用水平;四是创新认知提升路径,各级领导、建设单位、青少年、社会公众整体提升水土保持生态文明认知水平与能力,做到知行合一;五是创新高质量评价内涵,全面提升科技支撑水平;六是数字赋能,科学分类管理,创新智慧监管平台,使生产建设项目水土保持监管工作实现智慧技术指导、智慧跟踪、智慧预警。

蒙陕接壤区煤矿采空区水−岩系统中氟来源及释放规律

采空区是高氟矿井水形成的关键区域,其水−岩系统中氟的来源与溶解释放决定了矿井水中氟的富集或贫化。针对蒙陕接壤区3-1煤采空区矿井水氟来源及释放规律不清晰问题,采用水化学测试、岩石矿物成分分析、矿物扫描电镜与能谱检测,以及室内水−岩作用仿真模拟试验,查明矿井水氟物质来源与赋存载体,揭示岩石中氟释放规律。结果表明:研究区3-1煤矿井水水化学类型主要为HCO_(3)-Na与SO_(4)-Na型,3-1煤采空区矿井水氟浓度高于3-1煤生产工作面的矿井水浓度,且采空区矿井水pH、Na^(+)/Ca^(2+)浓度比均大于工作面矿井水。3-1煤采空区矿井水F−的物质来源为泥岩与粉砂岩,2种岩石中氟平均含量分别为741、610 mg/kg,氟在固相中的主要赋存载体为蒙脱石、高岭石、伊利石及绿泥石。采空区水−岩系统中氟的释放受岩性、粒径、pH、温度及Na^(+)/Ca^(2+)浓度比5个因素影响。其中,泥岩及粉砂岩中的氟比细砂岩中的更容易释放进入水中;无论何种岩性,随着粒径的减小,氟释放F−的浓度增大;此外,碱性、高温及高钠低钙的水化学环境均可促进岩石中氟的溶解释放。

蒙陕接壤区矿井水中典型污染组分特征及来源

蒙陕接壤区是我国能源兜底保障的核心区域,但是煤炭开采过程中产生的大量矿井水,常常含有多种污染组分,只有查清污染组分来源及特征,才能更加科学合理地处理利用矿井水资源。本研究在查清蒙陕接壤区地质、水文地质和煤炭开采扰动等条件的基础上,对煤层顶板含水层水文地球化学特征、矿井水中典型污染组分特征开展了研究,并分析了这些典型污染组分的来源。结果表明:蒙陕接壤区根据煤层埋深条件可分为浅埋区、中深埋区和深埋区,浅埋区矿井水来源为煤层顶板所有含水层水,中深埋区矿井水来源为煤层顶板延安组、直罗组风化基岩和完整基岩含水层水,浅埋区和中深埋区第四系和侏罗系地下水中TDS质量浓度均低于1000 mg/L;深埋区矿井水来源于煤层顶板侏罗系延安组、直罗组含水层,封闭条件下长期水岩作用,导致地下水中TDS质量浓度>1000 mg/L,主要超标组分为Na^(+)、Ca^(2+)和SO_(4)^(2-)。矿井水中污染组分包括2类来源:一类来自顶板含水层,长期水岩相互作用导致离子组分进入水体中;另一类来自煤矿井下生产活动,煤岩屑、粉尘、机油等释放,导致悬浮物、氮、有机物等污染溶入水体中。浅埋区和中深埋区矿井水中TDS质量浓度低于1000 mg/L,主要为弱碱性HCO_(3)-Ca型水;深埋区矿井水中TDS质量浓度为1824.00~3684.00 mg/L,Na^(+)和SO_(4)^(2-)离子浓度增加占比最大;地下水进入采空区后,均会进一步发生水岩相互作用,导致Na^(+)、SO_(4)^(2-)等离子浓度出现一定程度升高。大部分煤矿矿井水中COD出现了超标,但是TOC浓度和UV_(254)均较低,矿井水中有机物以悬浮态为主;3DEEM光谱检测结果发现溶解态有机物主要为天然的氨基酸类和腐植质类,各类有机物荧光强度偏低,矿井水中有机污染物含量较少。

蒙陕接壤区浅埋煤层矿井水水化学特征及来源分析

为研究蒙陕接壤区浅埋煤层开采下矿井水水化学特征与来源,通过采集研究区内的矿井水、不同含水层地下水及地表水样,综合利用水化学特征研究、数理统计、离子比例系数法以及氢氧同位素,探究该区矿井水水化学特征及其形成作用。基于此,对研究区矿井水的主要来源进行了识别。结果表明,矿井水与第四系萨拉乌苏组、侏罗系直罗组和延安组地下水水力联系紧密。矿井水主要离子形成受水−岩作用影响,主要阴阳离子来源于硅酸盐矿物与方解石的溶滤作用;受到反向阳离子交换作用影响,使矿井水中Na+含量高于浅部地下水;混合作用对矿井水水化学成分形成影响较小。矿井水受延安组、直罗组地下水与萨拉乌苏组地下水共同补给,三者在矿井水补给水源中所占比例分别为86.39%、1.59%与12.02%。研究成果可为该区的矿井水害防治与水资源处理利用提供依据。

蒙陕接壤区典型煤层开采地下水系统扰动的定量表征

生态脆弱区煤矿高强度开采扰动地下水系统,造成水资源损失。选取黄河流域中段蒙陕接壤区东南—西北走向剖面典型浅部开采和深部开采矿井为研究对象,利用覆岩破坏理论分析、数值模拟、井下实测3种方法,并通过周边地质和开采条件相似矿井实测数据对比,综合确定了浅埋复合煤层开采和深埋单一煤层开采导水裂隙带发育高度,根据导水裂隙带与顶板主要含/隔水层空间位置关系,划分出浅埋煤层开采直罗组−志丹群含水层充水模式和深埋煤层开采直罗组含水层充水模式;通过概化不同含水层充水模式地下水流系统,构建了典型煤层开采地下水三维非稳定流数学模型,并利用Visual Modflow软件建立了2种工况地下水流数值模型,对接续期2023—2024年工作面开采地下水流场和水资源损失量进行了定量预测,并利用涌水量实测数据验证了模型可靠性。结果显示:受扰动的浅埋区志丹群、直罗组含水层,以及深埋区直罗组含水层地下水呈现向采空区汇集现象的同时,流场也伴随采后煤层顶板二次稳定结构的形成而逐步恢复,但围绕采空区附近,充水含水层地下水流场表现出局部高水力梯度现象;另外,2种采煤工况接续期水资源损失量年均分别达到200万m^(3)和730万m^(3)以上。研究结果为区域水资源损失超前精细控制和矿井水资源化利用提供了参考。

基于模糊综合评价法的蒙陕矿区科学开采关键影响因子分析

为确定蒙陕矿区科学开采关键影响因子,通过建立蒙陕矿区科学开采评价指标体系,采用层次分析法对各指标赋权,基于模糊综合评价法构建蒙陕矿区科学开采量化评价模型,对蒙陕矿区典型矿井进行评价分析.结果表明关键影响因子为矿区复垦率、开采沉陷系数、塌陷区绿化率、矿井水利用率、矸石利用率、充填率、吨煤环境治理费用、综合管控平台智能水平、薄煤层回采率.

综合物探方法在内蒙古温都尔毛道铁/金矿勘查中的应用

在内蒙古温都尔毛道地区,通过高精度磁测和时间域激电工作,分析工作区内地球物理特征;初步查明了区内的地质、构造和岩浆岩特征,推断含矿地质体体的规模、形态、产状及空间分布规律,针对物探异常,后经钻探验证发现金矿体,说明该方法在本地区进行矿产勘查能够起到指导作用。

内蒙古草原矿区土地退化特征

随着内蒙古地区矿产资源开发力度的加强,生态脆弱的草原地区出现的各种生态环境问题严重影响了当地经济发展和生态建设。选择内蒙古白云鄂博铁矿、准格尔煤矿、达茂旗萤石矿和苏莫查干萤石矿4个矿区作为典型研究区,利用遥感和GIS技术,选择土地毁损、植被破坏和土壤侵蚀等方面的指标,研究内蒙古矿区20多年来的土地退化特征。结果表明,矿区开发过程中道路建设对植被的破坏比较明显;被毁损的土地类型主要来源于草地;NDVI、植被覆盖度、生物量和生物丰度等指标在矿区500 m范围内的值远小于其他范围;土壤侵蚀呈由轻度向中度发展的趋势;所有指标都反映出距矿区越近土地退化越严重的特征。

晋陕蒙接壤区典型生态过渡带景观变化遥感研究

晋陕蒙接壤区是典型的生态过渡带 ,生态环境具有波动性、脆弱性和敏感性。笔者采用 2个时期遥感影像作为基本信息源 ,在GIS的支持下 ,建立空间信息库 ,选取斑块大小、分维数、形状指数、景观破碎度和景观优势度等指标 ,对景观空间格局的动态变化进行了分析。同时利用马尔柯夫模型对该区的景观要素转换进行了模拟。结果显示 ,1988～ 2 0 0 0年期间 ,该区的景观格局发生了显著变化 。

内蒙古黄岗锡铁矿区早白垩世A型花岗岩成因:锆石U-Pb年代学和岩石地球化学制约

内蒙古黄岗锡铁矿是大兴安岭南段成矿带中的一个重要矿床。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明,黄岗岩体中的钾长花岗岩和花岗斑岩分别形成于136.7±1.1Ma和136.8±0.57Ma,属早白垩世的产物。黄岗花岗岩体SiO2含量较高(66.81%~77.39%),Al2O3含量低(11.33%~14.54%),显著贫镁,ALK较高(5.65%~10.67%),K2O/Na2O值在0.32~10.53,平均为2.78。稀土配分曲线呈右倾轻稀土富集型,铕强烈亏损,δEu值为0.03~0.20。富集高场强元素Zr、Hf和大离子亲石元素Rb、U、Th,而元素P、Ti、Ba、Sr明显亏损,具有与洋岛玄武岩相似的Y/Nb等元素比值(】1.2)。上述特征与典型的A1型板内非造山花岗岩一致,其成因可能为在岩石圈伸展环境下,幔源岩浆的底侵促使上覆的先存地壳发生部分熔融形成花岗质岩浆,岩浆源区与壳幔混熔作用有关。

晋陕蒙接壤地区资源开发过程中经济、社会、生态协调发展研究——以榆林市为例

晋陕蒙接壤地区能源资源优势明显,开发规模大,特殊的气候与地质地貌条件使其成为中国水土流失最严重的区域。在资源开发过程中如何兼及社会和生态共同发展,成为制约该区域科学发展的瓶颈。选取该地区典型区域榆林市经济、社会、生态方面22个指标,用熵权法确定各指标权重,依据层次分析原理构建区域系统协调评价模型,测算协调发展指数,发现该市的协调度指数呈先降后升的"U"型变动规律,表现为广义的环境库滋涅茨规律,而发展度和协调发展度指数先缓慢后加速上升,影响协调性的关键因素是生态系统发展滞后,促进研究区域协调发展的主要对策是加强生态基础设施建设。

内蒙古河套灌区沈乌灌域生态系统健康评价和时空变化分析

基于生态健康理论和景观生态学理论,使用土地利用和遥感数据,采用空间自相关分析和空间关联规则挖掘方法,分析内蒙古河套灌区沈乌灌域2000—2015年生态系统健康的时空变化。结果表明:2000—2015年沈乌灌域生态系统健康水平呈先缓慢提高、再迅速提高的态势,这与该区域土地利用结构变化由沙地转变为耕地、草地和林地以及由建设用地转变为耕地和草地密切相关。2000,2015年的Moran's I分别为0.627,0.606,空间集聚现象显著,高生态健康区分布在西部、中部和东部呈南北走向的水域湿地范围内,低生态健康区主要分布在北部、中部和南部的沙地以及东南角的城镇建成区。2000—2015年区域生态健康空间格局未发生显著变化。干渠近距离范围内基本不存在低生态健康区,区域内的灌溉设施对生态健康格局有重要影响。

内蒙古道嘎金矿区地质特征及找矿地球物理标志

道嘎金矿化区位于内蒙古自治区额济纳旗境内,地处北山成矿带东段.区内主要矿体均赋存于碎石山组浅变质碎屑岩以及华力西期闪长岩体中,矿体的产出主要受北东向和近东西向断裂构造控制.区内金矿化类型以含金石英脉型为主,主要发育角砾状含硫化物石英脉和含电气石石英脉两种类型矿石,矿床成因属中温热液脉型金矿床.选择成矿地质条件最为有利的I号和Ⅳ号两条矿脉所在区域展开激电中梯测量工作,结果表明,已知矿脉出露附近激电异常较明显,其异常范围的视极化率在5％～9％之间,视电阻率在50～300Ω＆#183;m之间.因此,该区找矿有效的地球物理标志为低电阻高极化率异常.

晋陕蒙接壤区土地荒漠化问题及其防治对策

该文系统分析了晋陕蒙接壤区土地荒漠化的现状、起因、以及能源开发和人为活动对加速土地荒漠化的影响。在此基础上明确了治理原则，提出了综合治理土地荒漠化的对策和措施。

蒙陕地区中厚煤层智能化综采工作面关键技术应用研究

针对蒙陕地区典型中厚煤层开采工作面地质条件,开展了工作面三维数字模型构建、基于多源数据融合的数字孪生构建、液压支架智能化控制、采煤机调高预测和路径规划、综采工作面远程智能控制和自移机尾纠偏等关键技术研究;构建了“远程一键式启停、自动开采为主、远程人工干预为辅、最终实现无人值守”为目标的减人、提效开采模式;并首创液压支架自动摆底调控技术。通过在纳林河二号煤矿进行的工业性试验,表明该中厚煤层智能化综采工作面关键技术的研究成果全面提升了矿井综采工作面智能化水平,促进了煤矿企业的安全发展和高质量发展。