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

Analysis of Heavy Metal Content in Food Crops Planted Along the Shaanxi Inner Mongolia Expressway

To understand the effect of the running of Shaanxi Inner Mongolia Expressway on food crops planted along the sides, we determined the heavy metal contents(Zn, Pb, Cu and Cb) in the digestion solutions of the root, stem and leaf from rice and corn. The results showed that highway promoted the accumulation of heavy metal elements in corn and rice. Compared with the CKs(crops produced where no highway extend), contents of heavy metal elements in two crops tested from two sampling sites were both over standard. This indicates that food crops planted within 100 m away from the highway are been polluted by heavy metals, which is directly related with the running of Shaanxi Inner Mongolia Expressway. Based on this, the areas within 100 m away from the highway are not suggested to cultivate food crops.

蒙陕接壤区煤层顶板涌水水源智能判别方法

蒙陕接壤区煤炭高强度开采诱发的煤层顶板水害问题日益凸显,高效智能地判别煤层顶板涌水水源是顶板水害防治的关键。以蒙陕接壤区3个典型矿井为研究对象,将无机指标K^(+)+Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、HCO_(3)^(-)、TDS和有机指标UV_(254)、TOC、溶解性有机质(DOM)的荧光光谱作为判别指标,利用主成分分析法(PCA)对80组地下水水样数据进行主成分提取,提出一种人工鱼群算法(AFSA)改进随机森林(RF)的PCA-AFSA-RF顶板涌水水源智能判别方法。首先,建立PCA-RF判别模型,其准确率(A_(c))、精确率(P_(r))、召回率(R_(c))和F-measure指数(f_(1))分别达到了83.00%、83.17%、80.42%和79.57%;其次,通过AFSA对PCA-RF判别模型中决策树数目、树深和内部节点分裂所需的最小样本数进行寻优,在AFSA中引入遗传机制以避免陷入局部最优,建立基于PCA-AFSA-RF的煤层顶板涌水水源智能判别模型,该模型A_(c)、P_(r)、R_(c)、f_(1)分别达到92.18%、91.11%、87.58%和88.82%,较PCA-RF分别提高9.18%、7.94%、7.16%和9.25%,回代准确率达到97.50%;最后,利用该模型对12个矿井水水样进行判别,结果与现场实际相一致,表明AFSA改进后的PCA-RF模型具有更好的准确性和泛化能力。研究结果可为煤层顶板涌水水源的准确判别提供新方法。

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。

晋陕蒙地区煤炭运输通道运营对策研究

晋陕蒙地区煤炭运输通道的建设是落实国家“双碳”战略导向、运输结构调整政策,健全煤炭内循环体系的重要组成部分。基于保障国家能源安全战略目标,结合现阶段晋陕蒙地区煤炭生产布局调整及能源安全,分析晋陕蒙地区煤炭运输通道功能分工及运输通道症结,根据晋陕蒙地区煤炭产销结构与趋势分析及煤炭运输通道外运量预测,提出晋陕蒙地区铁路煤炭运输通道格局调整优化方案,从煤运通道需求、运输企业运营2个方面,提出打通运输市场隐形“瓶颈”,合理分流公路运量,降低铁路运营成本,提高铁路运输效率,优化铁路运输结构等运营对策。

绿色技术溢出对晋陕蒙煤炭行业碳排放强度影响路径分析

我国煤炭生产消费过程的碳排放占总量的70%~80%,晋陕蒙地区煤炭生产消费占全国的60%左右,因此,对晋陕蒙地区煤炭行业进行碳排放强度影响路径分析具有重要意义。运用DDF与Global-Malmquist-Luenberger指数相结合的方式测算晋陕蒙地区煤炭行业绿色技术溢出,根据《IPCC国家温室气体指南》中公布的碳排放主要来源,通过层层分类的方法对晋陕蒙地区煤炭行业碳排放强度进行测算,并通过结构方程模型探究绿色技术溢出对碳排放强度的作用机制和影响路径。研究发现:2006-2021年间晋陕蒙地区煤炭行业绿色技术溢出呈现波动上升变化趋势和碳排放强度呈现倒“V”型变化趋势;晋陕蒙地区煤炭行业绿色技术溢出与碳排放强度显著负相关;绿色技术溢出通过经济发展水平、行业结构和从业人口数量等变量构成的3条影响路径降低晋陕蒙地区煤炭行业碳排放强度。

晋陕蒙交界地区晋方言咸山宕江摄舒声字口元音化现象

在晋陕蒙交界地区的晋方言中,咸山宕江摄舒声字鼻韵尾弱化或脱落,部分字与果摄三等、假摄开口三等、蟹摄开口二等字合流。晋方言咸山摄阳声韵的演变承西北方音一脉,咸山宕江摄阳声韵尾的弱化,在唐末宋初已初现端倪,其演变时间应早于北方共同语。从语音演变内因的角度来说,晋方言咸山摄阳声韵尾的弱化,首先是受到低元音韵母的同化作用,其次是由于鼻韵尾自身的原因。同时,音变链移促使主要元音高化,推动韵腹整体向前移动;而当地少数民族与汉民族的语言接触,也对这一合流现象产生了一定影响。

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。

晋陕蒙宁地区碳减排系统动力学模型设计与预测研究

在2030年前碳达峰2060年前碳中和背景下,构建了包含经济、环境、能源三个子系统的碳排放动力学模型。验证模型有效性之后,进行系统模拟情景仿真,结果显示:既定情景下,单因素产业结构、科技投入与能源结构调整都能够有效促进碳减排,其中单因素能源结构调整减排效果最好;调控产业结构和科技投入的减排效果弱于同时调控能源结构和科技投入;综合调控下,符合设置模拟情景条件时可以完成2030年碳强度目标。最后为晋陕蒙宁地区提出了三个碳减排建议:一是提高传统能源效率,倡导低排放能源;二是第二产业转型提质,加大低碳科技投入;三是区域协作综合统筹,优势互补要素畅通。

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.

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 。

鄂尔多斯高原古城夯层沙的环境解释

在2005年野外实地考察过程中,于内蒙古自治区准格尔旗十二连城、神木县大保当古城、鄂托克前旗巴彦呼日呼等古城址城墙中发现“夯层沙”。实验分析表明其成因皆为风成,堆积时代应在建城之前,反映当时地表流动沙丘或半固定、固定沙丘的广泛分布,由此证明鄂尔多斯地区的沙漠在人类大规模开发之前即已存在。这一重要发现为研究本区土地退化、沙漠化等问题提供了新的依据,对西部大开发战略重点之一的生态环境保护与建设具有特殊的历史借鉴意义。

晋陕蒙能源区不同构型土体水分入渗特性模拟

采用一维垂直积水入渗试验,研究晋陕蒙能源区不同构型土体的水分入渗特性。结果表明:不同构型土体的入渗能力差异明显,表现为风沙土、黄土、砒砂岩的入渗能力依次降低,风沙土和黄土中采用混合添加和分层添加砒砂岩的方式均可以延长入渗时间并能降低入渗速率;在控制较高容重的条件下,含有料姜石和煤矸石的土体入渗能力低;层状结构土体的入渗能力低于均质土壤;采用线性函数可以很好地描述不同构型土体累积入渗量与湿润锋推进距离之间的关系;与Philip入渗模型相比,Kostiakov入渗模型可以更好地拟合不同构型土体的入渗过程。

陕蒙高速两旁粮食作物中重金属含量分析

为了研究陕蒙高速公路的开通对公路旁粮食作物生产带来的影响,笔者以陕蒙高速南段的王则湾为样区,采用原子吸收法对公路边水稻和玉米根、茎、叶的消解液中重金属(Zn、Pb、Cu、Cb)含量进行测定。结果表明公路对玉米和水稻中重金属元素积累有显著作用,与无公路影响的对照样进行比较,2个样区中2种粮食作物的重金属含量均超标,表明高速路旁100 m范围内种植的粮食作物(特别是距路基40 m范围)正受到重金属的污染,污染原因主要与高速公路的开通直接相关。据此,笔者认为,公路主干道100 m范围内不适宜种植粮食作物。