煤炭矿区排矸场表层土壤重金属污染研究

采用填埋覆土的方式对煤矸石进行处理,在沉陷区沟壑地带分层充填矸石,使沟地变为平地,对环境保护有重要意义。神府东胜煤田的大多数煤矿现已基本采用填埋覆土的方式对煤矸石进行处理。以神府东胜煤田中某排矸场为研究对象,分析了排矸场表层土壤(地表及-1 m处)中As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn含量的空间分布特征及土壤中重金属的赋存形态。研究表明,排矸场中As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn含量超过该地区的土壤背景值,对当地的土壤环境造成了一定的污染;排矸场土壤中As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb在-1 m处的含量高于表层土壤,并且排矸场中-1 m处土壤的8种重金属元素的含量都高于对照区土壤重金属含量;排矸场中Cd、Cr、Cu、Ni残渣态占比最大,As可氧化态占比最大,Mn、Zn、Pb可交换态和可还原态占比较大,Mn、Zn、Pb以更不稳定的形态存在,对生态环境影响较大。

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。

神府东胜煤田原生地面放水冲刷试验研究

神府东胜煤田是我国重要的能源重化工基地,在开发建设过程中造成了严重的人为水土流失,为了分析计算神府煤田弃土弃渣、扰动地面及非硬化路面的新增水土流失量,以本区未经人为扰动的、撂荒的原生地面为自然侵蚀本底值的作用对象,采用野外放水冲刷实验的研究方法,对原生地面的侵蚀产沙规律进行了研究。结果表明:径流量、产沙量与放水流量,径流量、产沙量与坡度的关系均呈线性相关,即随着坡度与放水流量的增大,径流量和产沙量也在线性增加。径流量与产沙量之间呈幂函数关系变化,关系式为Ms=0.049W0.93。

神府东胜煤田开发中扰动地面径流泥沙模拟研究

神府东胜国家级特大煤田在开发建设过程中,严重扰动了原有的土壤结构层次,破坏了地面的植被,造成了严重的新增水土流失,本文采用野外放水冲刷实验的研究方法,对神府东胜煤田开发建设中人为扰动地面侵蚀产沙规律进行了模拟研究。结果表明:5°条件下在流量为15 L/min2、0 L/min2、5 L/min时产沙量与径流量呈幂函数关系,10 L/min时呈线性关系。11°条件下在各放水流量时的产沙量与径流量呈线性关系。17°条件下流量为10 L/min1、5 L/min时产沙量与径流量呈对数函数关系,20 L/min2、5 L/min时呈线性关系。产沙量与坡度在放水流量10 L/min2、5 L/min时呈对数函数关系,在放水流量15 L/min2、0 L/min时呈线性关系变化。径流量与放水流量呈线性关系,产沙量与放水流量呈对数函数关系。

神府东胜煤田扰动地面野外降雨试验

神府东胜煤田是我国探明储量最大的煤田,在开发建设过程中产生了大量的扰动地面,造成了严重的矿区水土流失。为了科学地预测和治理矿区扰动地面的水土流失,采用野外人工模拟降雨试验对神府东胜煤田扰动地面的侵蚀产沙过程进行模拟,深入探讨其侵蚀产沙、产流特征。结果表明:降雨强度是影响扰动地面产流时间的主要因素,产流时间与降雨强度呈负幂函数相关;在试验条件限定的范围内,入渗率随降雨强度和坡度的增大均呈先增大后稳定的趋势,但坡度对其影响较弱;径流率随降雨强度和坡度的增大均呈幂函数增大,且相关系数较高;径流含沙量和侵蚀速率均与降雨强度呈幂函数相关,但相关系数不高;径流量与降雨强度呈很好的线性相关;产沙量与径流量呈幂函数相关,且相关系数较高。

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。

开发建设中扰动地面新增水土流失研究

针对神府东胜煤田开采过程中所引发的严重新增水土流失问题,采用野外放水冲刷的试验研究方法,对神府东胜煤田扰动地面新增水土流失机理和流失量进行了初步研究。结果表明:在相同放水冲刷流量和坡度下,原始地面的平均土壤入渗率较扰动地面的增加30%;两种不同类型下垫面的径流量均随时间的增加而增加,冲刷的前6min,径流量均较小,且原始地面>扰动地面,在6min以后,径流量迅速增大,且原始地面<扰动地面,扰动地面的平均径流量较原始地面增加14%;原始地面的侵蚀产沙在整个放水冲刷过程中没有显著变化,基本维持在一个常数水平;扰动地面在放水冲刷0—15min的侵蚀产沙量较高,此后侵蚀产沙随冲刷历时的延长而下降并最终趋于稳定;扰动地面的平均含沙量较原始地面增加96%,平均产沙量增加89%;新增土壤流失量随放水流量和坡度的增大而增大,10°时,新增土壤流失量最大;同一坡度条件下,放水流量越小,土壤流失量增加的百分比就越大,反之则越小。

神东煤田扰动地面与原地面产流产沙及水动力学参数对比

煤矿开发建设活动破坏了原地表植被和土壤结构,形成的人为扰动地面水土流失剧烈。采用野外放水冲刷试验,研究神府东胜煤田原地面与扰动地面产流、产沙以及水动力学参数的变化规律。结果表明：扰动地面产流时间小于原地面,产流强度是原地面的1~2倍;扰动地面的初始含沙量是原地面的10~30倍,产沙强度是原地面的10~50倍;扰动地面的雷诺数和阻力系数均大于原地面,弗劳德数差异不显著;不同坡度、不同流量2种处理类型的产沙强度与产流强度呈指数函数关系,产沙强度和雷诺数呈幂函数关系,产流强度和雷诺数呈幂函数关系。研究结果对矿区扰动地面水土保持生态环境建设具有重要的参考意义。

神府东胜煤田扰动地面水流水动力学特征

神府东胜煤田开发建设过程中造成了大量的扰动地面,形成了新的人为水土流失。采用野外放水冲刷实验,对人为扰动地面水流的水动力学参数进行了系统研究。结果表明,流速与放水流量呈幂函数关系,在上、中、下3个断面上呈先增大后减小的变化规律;水流流态属于紊流,雷诺数与放水流量呈幂函数关系;弗劳德数值在0.59～0.88之间,Fr<1,水流属于缓流;阻力系数随坡度增加而增大;水流剪切力和水流功率分别与放水流量呈幂函数关系,并随坡度增加而增大。

非硬化土路土壤剥蚀率与水动力学参数分析

神府东胜煤田在开发建设过程中造成了大量的非硬化土质路面,为了确定影响这种土路土壤剥蚀率的侵蚀因子,分析其侵蚀机理,选取非硬化路面为研究对象,通过野外放水冲刷试验,系统地分析了神府东胜煤田开发建设中非硬化土路土壤剥蚀率与坡度、放水流量、水流剪切力、水流功率、单位水流功率之间的关系。结果表明:土壤剥蚀率与各单因子之间显著相关,土壤剥蚀率与坡度和放水流量、水流剪切力、水流功率均呈线性关系,与单位水流功率呈三次方关系,坡度和水流功率是影响土壤剥蚀率的主要因子。

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。

神府东胜煤田扰动与原生地面产流产沙规律对比研究

采用野外人工模拟降雨试验方法，对神府东胜煤田开发建设中原生和扰动地面的产流、产沙规律进行了研究。结果表明，扰动地面径流起始时间是原生地面的1．8～11．7倍，径流率比原生地面小5％～54．4％；初始径流含沙量是原生地面的1．1～5．8倍，径流含沙量是原生地面的1．2～6．3倍，产沙量是原生地面的2～12．7倍。由于扰动地面质地疏松，孔隙度大，人渗率大，与原生地面相比，一般在强降水条件下才产流并发生侵蚀。扰动地面临界抗剪力较小，侵蚀一旦发生，在相同降水条件下，更易发生侵蚀，且其侵蚀强度更大。通过回归分析，得出两种下垫面产沙量与水流剪切力呈线性相关。

神府东胜煤田非硬化路面野外降雨试验

神府东胜煤田是世界7大煤田之一,在开发建设过程中造成了严重的水土流失,其中非硬化路面水土流失是其重要的组成部分。采用野外模拟降雨试验,研究非硬化路面的侵蚀产流、产沙规律以及二者之间的关系。结果表明:非硬化路面的径流含沙量过程曲线包括平缓型、多峰型、单峰型3种类型,侵蚀速率随时间变化过程可分为快速增长阶段、波动起伏阶段以及稳定阶段;非硬化路面的产流时间随降雨强度的增大呈幂函数减小,随坡度的增大呈先增大后减小的抛物线趋势;径流率随降雨强度的增大而增大,拟合关系式为r=2.596I-0.431;产沙量与径流量之间呈幂函数关系,其关系式为Ms=0.223 9W1.946 2。研究结果可为矿区水土流失预测和治理提供依据。

神府─东胜煤田建设对土地资源的影响──大柳塔地区土地资源动态分析

大柳塔地区是神府─东胜煤田一、二期工程开发建设、生活服务、交通设施及行政指挥中必，这里集中了该煤田几乎所有的国家统配煤矿和８５％以上的地方及群众兴办的煤矿。强烈的人为活动对该区土地资源的开发和利用产生了极大的影响，使历史上形成的土地利用结构发生了重大改变；沿主川道分布的良田（水浇地）锐减，新的水土流失，土地沙漠化及土地的污染对土地资源在数量和质量上都构成了严重威胁。本研究以１９８７年的彩红外航片像片和开矿前的图文资料作为本底依据，参考１９９２年陆地卫星资料，采用实地调绘方法，编制了两期土地利用现状图，清查了研究区内采矿和建设活动引起的土地资源数量、质量及其利用方式的时空变化特征和存在问题：提出了土地保护与建设，以及退化土地的恢复与重建的对策。

神府东胜煤田开发区土壤侵蚀及其防治对策

该文将神府东胜煤田开发区,作为一个独立的生态地理单元,对区域的土壤侵蚀方式、程度、特点和规律.及对环境的影响,进行了全面深入的调查和综合分析,并对开发建设过程中可能引起新的水土流失、风蚀沙漠化,以及环境污染等,进行了趋势预测,并提出了防治对策。

神府东胜煤田不同下垫面侵蚀特征野外试验

通过野外放水冲刷试验,对神府东胜煤田不同下垫面(原始地面、扰动地面、非硬化路面、弃土坡面、沙少石多弃渣坡面和沙多石少弃渣坡面)上的侵蚀特征进行分析。结果表明:1)在不同下垫面上,侵蚀量与径流量及径流剪切力都呈正相关关系,原始地面、扰动地面和非硬化路面侵蚀量与径流量呈较好的幂函数相关,弃土坡面和沙多石少弃渣坡面侵蚀量与径流量呈线性相关,沙少石多弃渣坡面侵蚀量与径流量呈指数函数相关;原始地面、扰动地面、非硬化路面、弃土坡面和沙多石少弃渣坡面侵蚀量与径流剪切力呈较好的对数函数相关,沙少石多弃渣坡面侵蚀量与径流剪切力呈较好的线性关系;2)与原始地面对照,弃土弃渣坡面更易遭受侵蚀,其中弃土坡面的平均侵蚀量最大,为22.68 kg,是原始地面侵蚀量的45.27倍,其次为沙多石少弃渣坡面和沙少石多弃渣坡面,侵蚀量分别为原始地面的19.61和10.61倍,扰动地面、非硬化路面侵蚀量为原始地面侵蚀量的4.35和4.41倍。

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。

神府东胜煤田弃土弃渣体径流产沙过程的野外试验

采用野外模拟降雨试验方法，研究了神府东胜煤田开采造成的弃土弃渣体产流产沙规律及其减水减沙效益．结果表明：随降雨强度的增大，弃土弃渣体产流的起始时间呈递减趋势，且差异达几倍至十几倍．弃渣体比弃土体更快到达稳定流速，平均流速大小为弃土体〉沙多石少弃渣体〉沙少石多弃渣体．弃土弃渣体产流6min后的径流率达到稳定，与降雨强度呈显著相关．弃土弃渣体侵蚀主要发生在产流开始后的前6min，弃土体产流后前6min的平均含沙量是6min后的0．43—4．27倍，弃渣体为1．43—54．93倍．弃土体和沙多石少弃渣体径流量与降雨强度呈线性函数关系，沙少石多弃渣体呈幂函数关系．弃土体和沙少石多弃渣体的次侵蚀量与降雨强度之间分别呈指数函数和幂函数相关．弃土体侵蚀量与径流量呈线性函数关系．在降雨强度为1．0和1．5mm·min-1条件下，弃渣体采用鱼鳞坑及植被防护的产流滞后降雨时间为24min，减水效益为29．5％～52．9％，减沙效益为85．7％-97．9％．