城市采煤沉陷区生态韧性评价与修复引导策略——以徐州市为例

采煤沉陷区的生态修复与再利用是后矿业城市可持续发展领域的研究热点.鉴于采煤沉陷区的生态脆弱性和景观格局不稳定性,引入生态韧性概念,以后矿业城市徐州市为实证对象,采用叠加分析法对采煤沉陷区内斑块的生境质量、生物多样性服务和景观连通性进行评价与耦合叠加,得到采煤沉陷区生态韧性评价结果.研究表明:徐州市高生态韧性采煤沉陷斑块面积为3540.50 hm^(2),占采煤沉陷区总面积的23.78%,主要分布于义安沉陷区、潘安湖沉陷区、张集沉陷区和庞庄西沉陷区,是徐州市生态重构的重要资源.依据评价结果,给出生态系统保护、生态修复、农林开发、农业开发、城市开发的生态修复引导方式与相应的规划实施策略.

徐州矿区土地利用变化遥感监测及塌陷地复垦利用研究

基于1987、1994和2000年三期TM遥感图像,将徐州矿区土地利用类型划分为建成区、耕地、林地、水体、塌陷地和其他土地等6类,编制了3个不同时段的土地利用结构变化图;提取并分析了土地利用结构转移变化的矩阵信息和土地利用结构的动态变化。研究表明:采煤塌陷土地面积在不断扩大,年均增加率为6.33%,塌陷地复垦速度仍赶不上塌陷速度。着眼于技术、规划、资金和管理等方面的综合视角,探明塌陷土地复垦的工程技术措施和对策,对于进一步加大土地复垦力度,促进矿区土地资源可持续利用,具有重要的现实意义和价值。

煤矸石充填不同复垦年限土壤细菌群落结构及其酶活性

基于徐州市3块煤矸石充填复垦地(复垦时间分别为2015、2010和2001年)的土壤样本,采用Illumina PE250测序方法测定微生物群落组分,以未受采煤塌陷影响区的土壤样本为对照地,对比分析充填复垦区细菌群落的垂直结构及其时间变化.结果表明:(1)与对照地相比,复垦土壤在各个分类水平的细菌种类数量减少,群落多样性降低.随着复垦年限的增加,复垦地与对照地的贴近度越高.(2)厚壁菌门、变形菌门是复垦土壤中门水平的优势菌,厚壁菌门在复垦土壤中优势地位上升,有从20~40cm土层向0~20cm土层转移的趋势.(3)芽孢杆菌纲在纲水平占绝对优势,在复垦土壤0~20cm土层中的数量多于对照土壤,在复垦土壤20~40cm土层的数量随年限增加而减少.(4)乳杆菌目、芽孢杆菌目在目水平是优势菌,除硫单胞菌目对重金属污染修复有重要作用,然而在复垦土壤的0~20cm土层中的数量比正常农田土壤少74.81%~99.59%.(5)芽孢杆菌科、肠球菌科、链球菌科是科水平的优势菌,芽孢杆菌属、肠球菌属、乳球菌属是属水平的优势菌,芽孢杆菌属-JH7、屎肠球菌、乳球菌属-piscium是种水平的优势菌,3大类在复垦土壤中的数量比例大于正常农田,且在0~20cm土层中的差别更明显,在复垦土壤的20~40cm土层的数量随年限增加而减少.(6)脱氢酶活性与厚壁菌门下的多种细菌的数量呈显著负相关,与放线菌门的数量呈显著正相关,与γ-变形菌纲的数量呈极显著正相关.随着复垦年限的增加,土壤优势菌群的类型没有变化,但是数量结构在变化.厚壁菌门在缺水和极端环境下适合生长,变形菌门有助于土壤氮素以及能量的循环.采用微生物修复技术,调整土壤细菌群落结构,可以改善土壤质量,缩短土壤恢复年限.

徐州矿区深部地应力测量及区域构造作用分析

为了指导徐州矿区深部巷道维护及开采安全,在5个埋深超过800 m的深井采用空心包体三维应力解除法进行了原岩地应力测量。实测数据表明:所有测点的最大水平主应力均略大于垂直主应力,方向呈NW-SE向,近水平方向;由于受区域地质构造作用,地应力存在东西差异,西部和西北部矿井,近似呈静水压力型,东部矿井水平应力是垂向应力的1.19～1.23倍;分析了深井地应力量级、主应力与侧向系数随深度的分布规律;分析了区域郯—庐大断裂左旋平移的基础上形成的北东向徐—宿弧形推覆构造作用影响,确立了矿区实测地应力场与区域地质构造的一致性关系,为深部开采提供可靠的地应力基础数据。

徐州矿区亚临床甲状腺疾病的流行特征及分析

目的了解徐州矿区人群亚临床甲状腺疾病的患病率及流行特征。方法应用分层随机整群抽样方法调查徐州矿区常住(>5年)成年居民共468人,采用问卷调查、体格检查、甲状腺B超检查和功能检测方法采集数据。结果样本总人群、男性及女性亚临床甲状腺疾病的粗患病率分别为52.14%、37.01%和57.77%,甲状腺结节、亚临床甲状腺功能亢进症和亚临床甲状腺功能减退症的粗患病率分别为25.00%、4.06%和23.08%,亚临床甲状腺疾病的患病率随年龄的增加呈现上升趋势。女性甲状腺结节和亚临床甲状腺功能减退症患病率明显高于男性(P<0.05),而男性亚临床甲状腺功能亢进症患病率高于女性(P<0.01)。性别和年龄是亚临床甲状腺疾病发生的危险因素。结论徐州矿区成年人群亚临床甲状腺疾病患病率较高,应重视对矿区人群亚临床甲状腺疾病的筛查、治疗和随访。

徐州煤矿采空区地下水库建库可行性研究

徐州城市规划区内煤炭资源开采已经形成了约140 km2的采空区,采空区破断垮落岩体间的自由空间及巷道构成地下水储存场所。据初步估算,14个关闭煤矿采空区储水总量可达7 583×104m3,但矿井水资源的有效利用程度相对较低。文章通过对徐州城市规划区内各关闭煤矿采空区储水空间、矿井水水质保障和可调储能力等地下水库建库条件和运行安全的综合分析,探讨了建设采空区地下水库的可行性,遴选出7个煤矿采空区地下水库,评价其可利用等级,结果表明:新河、卧牛山、大黄山等为I级采空区地下水库,韩桥、庞庄、权台和青山泉矿等为II级采空区地下水库,可为徐州城市应急供水提供新水源。

徐州煤矿区土地利用格局演变分析

利用徐州东矿区1979年、1987年、2001年三个年份的遥感影像分析了矿区景观要素及其景观格局的变化规律。从1979年到1987年,沉陷积水面积增加299.35%,农用地减少7.83%,建设用地增加48.4%。从1987年到2001年,东矿区农用地减少了13.04%,建设用地增加了37.62%,而沉陷积水区增加了137.26%;农用地的9.55%转变为建设用地,5.15%转变为沉陷积水区;建设用地的5.25%转变为农用地,主要集中于报废矿井工业广场附近,是由于部分地方小煤矿关闭后,一些废弃物堆场得到了复垦,3.21%转变为沉陷积水区,主要也是分布在各矿工业广场附近;有14.86%的沉陷积水区转变为农用地,主要位于原沉陷积水区的边缘部分,有10.88%转变为建设用地,主要集中在韩桥矿和权台矿的工业广场范围内。因此,应该加强对沉陷积水区的复垦和综合治理,因地制宜发展生态农业、养殖业、林业、牧业及其加工业,最大限度地利用土地资源。

徐州煤矿区土地利用变化分析

以3个时相的卫星遥感图像TM为主要数据源,利用神经网络分类法进行监督分类,获得1987-2003年间徐州煤矿区土地利用变化的基础数据。由此计算出土地利用类型的动态转移矩阵、土地利用程度变化指数、动态度指数、土地利用变化类型的多度和重要度指数等区域土地利用变化的指数模型,定量分析该区土地利用变化情况。结果显示:①建设用地和水体的面积均保持持续上升的势头;耕地呈现持续下降态势;林地先减少后增加;未利用地面积则呈现出先增加后减少态势。②在1987-2003年间,建设用地和未利用地都主要转向耕地。在1987-1994年间,水体主要向林地转移;耕地主要转向未利用地和建设用地;林地主要转向耕地。在1994-2003年间,水体的转移比例很小;耕地主要转向未利用地和林地;林地主要转向水体。③在1987-2003年间,该区土地利用变化的剧烈程度很大,并且其土地利用正处于一个衰退期。④在1987-1994年间,主要的土地利用变化类型分别是:未利用地与耕地、耕地与建设用地之间的相互转化。在1994-2003年间,主要的土地利用变化类型分别是:耕地转化为未利用地、耕地转化为林地、未利用地转化为耕地、耕地转化为建设用地。

徐州矿区采煤塌陷地综合利用途径分析

采煤塌陷对徐州的地质地貌、生态环境产生了影响和破坏。根据徐州矿区采煤塌陷地的类型特点,分析了采煤塌陷地的综合利用途径,提出了采煤塌陷地农业综合开发的建议。

徐州矿区地表移动角值参数综合分析

为合理留设"三下"采煤的保护煤柱,对徐州矿区10多个开采沉陷观测站观测结果进行了系统研究和综合分析,获得了地表移动角值参数与采矿地质条件之间对应关系。研究结果表明:下山边界角、移动角与煤层倾角关系密切,上山边界角、移动角与基岩厚度有关;超前影响角与基岩厚度成正比,与采高、工作面推进速度成反比;最大下沉速度滞后角与松散层厚度所占覆岩厚度比例、工作面推进速度成正比,与采高成反比。所建系列公式正确可靠、使用方便,在徐州矿区具有广泛的应用前景。

徐州市采煤塌陷地农业综合开发研究

煤矿开采引起的塌陷地对周边的地质地貌、生态环境产生了影响和破坏,并且严重制约了农业资源的开发利用。该文根据徐州矿区采煤塌陷地特点(塌陷面积大、地表移动和变形大、地表积水严重),引用了PD I指数,分析了徐州矿区采煤塌陷地对当地农业资源的破坏情况,并坚持因地制宜的原则,对徐州市采煤塌陷地农业资源综合开发利用以及如何保障实施提出了建议。

徐州矿区选煤厂设计经验及体会

通过对徐州矿区四座选煤厂的主要生产及经济指标、选煤工艺、主要设备选型、工艺布置分析归纳,总结了该矿区选煤厂设计的成功经验和注意事项,与广大选煤同仁共同交流、探讨。

土地利用结构分形特征动态分析

通过解译徐州市矿区1990年、2000年、2010年3期TM影像,获取土地利用类型、面积、斑块数等属性数据。利用Fragstats软件,计算3个时期各地类的分形维数和稳定性指数。在分析3个时期土地利用数量变化的基础上,研究分形维数与稳定性指数的动态变化特征,从不同地类的空间形态的变化上定量探讨徐州矿区20 a土地利用的演变。结果表明,1990~2000年,徐州矿区空间形态趋于简单,稳定性上升;2000年是一个转折点,1990年相对于2000年,5类地物分维数降低,稳定性上升;2010年相较于2000年,特别是建成区与耕地这2类地物分形维数上升,稳定性下降幅度较大。在城市化驱动下,经济发展,城市扩张,生态保护是区域土地利用分形特征与结构稳定变化的主要驱动因素。

混凝沉淀法处理矿井水试验研究

以徐州矿区矿井水为例，研究了混凝剂种类、混凝剂投加量、pH值、混凝剂（PAC）与助凝剂（PAM）配合使用对矿井水浊度的去除效果的影响。结果表明：矿井水浊度的去除率均随着混凝剂投加量的增加而增大，当达到最大值后又有一个下降的过程，悬浮物浓度越高，浊度去除率达到最大值时所需混凝剂的投加量越大；矿井水浊度的去除率随着pH值的增大先增大后减小，不同矿井水的最适pH值不同，但均处于原水pH值变化范围内（6.5 ~ 8.5）；PAC与PAM配合使用对浊度的去除效果明显优于二者单独使用时的效果，而且用药量也明显减少。

徐州大屯腐泥煤的煤岩煤质和微量元素特征

运用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)、冷蒸汽原子吸收光谱(CV-AAS)、显微镜光度计和煤化学等方法,对江苏徐州大屯矿区张双楼12-1号钻孔腐泥煤(太原组17号煤层)和龙固煤矿腐植煤(太原组21号煤层)的煤岩煤质和微量元素特征进行研究。结果显示,徐州大屯矿区腐泥煤中藻类体含量很高,是典型的藻煤,其挥发份产率和氢含量是腐植煤的1.5倍;腐泥煤的Sr/Ba为1.43,腐植煤为0.48,揭示该腐泥煤是在比较开阔的海水中形成的;腐泥煤和腐植煤中的不相容元素在原始地幔标准化曲线上具有一致的Pb显著富集、Ti显著亏损的分布特征,其稀土元素丰度球粒陨石标准化曲线形态相似,均显示轻稀土富集、重稀土相对亏损的特征;腐泥煤中Ce和Eu元素未发生价态变化,腐植煤中Eu显示负异常。

潘安湖区域发展演变特征及驱动因素研究

煤炭资源开采活动直接或间接影响城市的发展演变及其特征,明确其背后动因机制有利于城市的可持续发展。徐州市贾汪区原为重要的煤炭生产基地,潘安湖区域则为贾汪煤炭生产的主要区域。以潘安湖区域为研究对象,分析在煤炭开采活动影响下,其发展演变特征,并选取社会环境、经济发展、政策管控、资源环境为影响该区域发展演变的驱动力因子,运用主成分分析法确定主要驱动力及机制。结果表明,潘安湖区域发展演变特征体现在4个方面:(1)土地利用从破损的采矿迹地到功能完善的城镇空间体系;(2)道路交通从孤立的交通干道到系统的城市网络;(3)产业结构从主体煤炭转向多元产业支撑;(4)空间结构从采煤塌陷影响区到城市发展建设区。依据分析结果可知,对潘安湖区域发展演变发挥重要推动作用的是以人为主体所产生的经济发展与社会环境两大因素,资源环境的采煤塌陷地因素则间接推动该区域的发展演变。基于潘安湖区域内的发展特征以及区域内外的发展动力机制,为该区域可持续发展提出以下3点优化建议:一是加强国土空间管控,合理配置土地资源;二是合理谋划发展时序,实施阶段式建设;三是“产业”与“空间”转型同步发展。

“矿区生态修复徐州模式”复制机制研究

在对徐州矿区生态修复实例分析的基础上,提出了"矿区生态修复徐州模式",并对该模式的内涵与特征进行解析,从技术转移视角对"矿区生态修复徐州模式"的复制机制进行探究,提出了相关政策建议,对该模式在其他资源枯竭型城市的复制推广具有显著的现实意义与借鉴价值。