采煤沉陷松散层变形研究现状与分析

开采沉陷是煤炭资源井工开采所面临的主要环境地质问题,其中松散层变形是东部高潜水位矿区生态修复和西部生态脆弱区保护所关注的重点,获得沉陷变形参数对推动开采减损、生态环境保护与修复有着重要的指导意义。借助CiteSpace文献计量软件,基于中国知网(China National Knowledge Infrastructure,CNKI)数据库进行可视化分析,通过对该研究方向近30年主要研究力量、研究热点和现状趋势量化统计与分析,详细地阐述了该方向的研究现状,简要概述了沉陷成因、理论分析、室内试验、数值模拟及原位实测等方面开展的研究内容。从多学科交叉促进理论研究发展、多方法联合建立高精度动态监测、发展与创新测试装备和技术等方面对其未来趋势进行了展望,提出“空-天-地-孔”一体化监测平台的建设与运营,以期通过多维度、网格化立体数据的获取,进一步掌握松散层内部变形特征与传递机理,为实施“源头控制”和“过程治理”理念和评价废弃矿井CO_(2)封存地质条件提供基础数据与科学支撑。

采煤沉陷区动态预复垦理论分析及工程实践

在我国东部高潜水位矿区,由于单一厚煤层和多煤层的长时间无序开采,形成了大面积的非稳沉区及积水区,致使耕地面积急剧减少,若不及时治理则会导致治理成本增加、复垦效率降低等一系列问题。本着从“末端治理”向“源头控制”、“过程管理”与“防治结合”的理念,在现有研究成果的基础上,对动态预复垦从原理、优势、关键技术等多个方面进行综合分析,并结合工程实例对动态预复垦的整体技术体系与实施方法进行深入剖析。结果表明:动态预复垦能够将采矿与复垦有效结合,通过合理分区、科学确定标高、表土有效剥覆等手段,可有效保护和利用浅部耕作土层的土地资源,缩短土地恢复治理时间,效益显著。

高潜水位采煤沉陷区水质评价与污染因子识别

淮南矿区潜水位高,采煤沉陷区范围广、面积大、水质监测数据缺失,水环境问题较突出,开展大尺度的沉陷区水质评价及污染因子识别,对于区域水环境治理工作意义重大。通过采集、测试研究区175个样点的水样,采用内梅罗污染指数法对沉陷区水域进行水质评价,采用综合营养状态指数法进行水体富营养化状态评价。结果表明:(1)开放型沉陷区Cu、As和Cr的水质评价等级为优良,DO、COD、NH_(3)-N、Hg、F^(-)评价等级为良好,TN、TP评价等级为较好。封闭型沉陷区,对标地表水Ⅲ类标准,Cu、Cr水质评价等级为优良,NH_(3)-N、Hg、As、DO为良好,COD、TN为较好,TP、F^(-)为较差;对标地表水Ⅴ类标准,NH_(3)-N、Hg、As、Cu、Cr的评价等级为优良,DO、COD、TP、TN为良好,F^(-)为较好。(2)研究区综合营养指数范围为40~90,平均68.61,属于中度富营养,沉陷区水体营养水平适中。175个水样中,轻度富营养占比8.57%,中度富营养占比51.43%,中营养占比2.29%,重度富营养占比37.71%。(3)对标《地表水环境质量标准》,常规指标中DO、NH_(3)-N超过Ⅴ类占比极小,而COD、TP、TN超过Ⅴ类占比较大;研究区所有水域均无重金属超标现象,测试结果极佳;无机阴离子指标F^(-)超过Ⅴ类占比较大。开放型沉陷区水域水质状况整体优于封闭型。对于开放型水域,张集、潘一沉陷区TP、F^(-)指标均较差;对于封闭型水域,潘一、潘三、顾桥、顾北、张集沉陷区TP指标较差,F^(-)污染分布呈现地域特征,淮河以北普遍较差,淮河以南普遍优良。所有水域的Cr、Cu、Hg、As、NH_(3)-N、TN、COD、DO指标均处于“优良-较好”区间内;开放型水域的F^(-)、TP指标均处于“优良-较好”区间内;封闭型水域中潘集片区F^(-)和凤台颍上片区TP均处于“较差”区间内;区域污染程度表现为凤台颍上片区>潘集片区>老矿区。(4)从保护煤矿区生态环境的角度出发,综合考虑2种污染因子识别方法的特性,最终确定淮南矿区采煤沉陷区污染因子有COD、TP、TN和F^(-)。本次水质评价工作识别了淮南采煤沉陷区污染因子,为地方政府和企业制定生态环保决策提供重要数据支撑。

东部高潜水位采煤沉陷区破坏耕地生产力评价研究

针对矿区面临的问题,在综合分析东部高潜水矿区开采对耕地破坏特征的基础上,选取了潜水位、裂缝、坡度、农田水利设施等作为破坏耕地生产力评价指标体系,并构建了评价模型,利用兖州矿区鲍店矿采煤沉陷区对该评价模型进行了实地应用验证,评价结果与实测结果相关性显著,表明构建的耕地生产力评价模型可用于东部高潜水采煤沉陷区破坏耕地生产力的评价定级。

采煤沉陷复垦区重金属分布特征及生态风险评价

以淮南新庄孜矿煤矸石充填复垦区为研究对象,通过现场调查取样、室内测试分析等手段,对煤矸石充填复垦区不同土地利用类型、不同充填深度土壤中Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、Mn和Hg 7种重金属的分布特征进行研究,同时采用生态风险指数法,对研究区土壤重金属潜在生态风险危害进行评价。结果表明:表层土壤中Cu、Zn、Cd、Mn和Hg 5种重金属平均值均超过当地的土壤背景值,存在不同程度的污染,且Cd污染最严重。从垂直方向来看,除Hg外土壤重金属无明显分布规律,Hg的含量随土壤深度的增加而升高。复垦区土壤重金属潜在生态风险危害严重,不同重金属潜在生态风险危害程度不同,Cd和Hg的潜在生态风险危害最大。

GF-1与TM影像对高潜水位矿区地表监测的比较分析

高潜水位矿区会因煤炭资源的开采使大量优质耕地沦为积水区,对矿区的粮食安全和生态经济安全造成严重影响,为了有效降低耕地的损失率和改善矿区的生态环境,以山东济宁东滩矿为例,采用具有高空间和时间分辨率特点的高分一号卫星(GF-1)与TM影像的地表监测结果进行比较,验证GF-1对矿区地表监测的适用性。GF-1数据具有更高的时间分辨率,可作为矿区地表监测的重要数据源,有助于矿区生态环境和景观格局的动态监测,从而更好的建设生态、绿色和安全的矿区环境。

高潜水位矿区地表拉张裂隙区土壤特征研究

为探讨高潜水位采煤拉张裂隙区土壤中元素迁移特征,选择淮北矿区朱庄矿3522工作面地表拉张裂隙区为研究对象,按地势坡度从高到低划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区,在裂隙两侧间隔50cm布设21个观测点,每个观测点自上而下每20cm取样,共计105个样品,分析含水率、pH、有机质(SOM)、有效磷(AP)和速效钾(AK)等指标。结果表明:拉张裂隙区土壤剖面含水率随深度增大;SOM在Ⅱ区台阶0~40cm地表聚集。AP在垂向剖面上分布无显著差异,在水平方向上在Ⅱ区、Ⅲ区显著积累;裂隙对0~20cm AK影响显著,土壤整体肥力属于瘦瘠到一般水平,斜坡水土流失与裂隙的隔断拦截作用,导致SOM在台阶区积累,AP在低区积累,AK在高区积累。

高潜水位矿区耕地生产力损害评价GIS系统实现

GIS技术已成为煤炭开采损害评价重要和便捷的工具。针对我国东部高潜水位矿区开采沉陷耕地损害的特征,着重从系统构建的角度,分析了系统功能的总体设计、数据库的建立和实现的技术方法。基于Arcgis的AO组件库,借助ActiveX技术、三维可视化等技术,构建了采煤沉陷区耕地生产力损害评价、二维及三维可视化和补偿计算的一体化评价系统。选取鲍店矿典型采煤沉陷区为评价对象,对本系统进行了工程应用。评价结果基本符合实况,表明了系统的科学性、有效性。

水平强透水层对岸坡浸润线下降的影响

针对存在水平强透水层的均质岸坡在库水位等速下降条件下计算浸润线问题,通过室内物理模拟试验研究了均质岸坡存在水平强透水层时库水位等速下降对岸坡土体内浸润线的影响,对比了模拟试验与理论计算获得的浸润线结果,并基于试验结果的拟合提出了存在水平强透水层的均质岸坡在库水位等速下降条件下计算浸润线的简化方法。

库水位等速上升对浸润线影响的模拟试验研究

通过室内物理模拟试验,研究了均质岸坡存在水平强透水层条件下,库水位等速上升对岸坡土体内浸润线的影响。试验结果表明:浸润线随库水位的等速上升呈非线性变化;与存在水平不透水层的理论解对比,模型土体底部水平强透水层的存在,使得浸润线随库水位等速上升的变化速率明显加快。通过对试验结果的拟合,提出了在库水位等速上升的条件下浸润线的简化计算方法。

高潜水位矿区不同土地利用方式下复垦土壤颗粒与分形特征

以徐州市柳新镇高潜水位采煤塌陷区林地、稻麦轮作、棉豆轮作复垦地为研究对象,并与相同利用方式的未塌陷地(林地、稻麦轮作、棉豆轮作)进行对比,分析了不同土地利用方式下复垦土壤的团聚体稳定性、颗粒分布、分形维数以及土壤容重、紧实度、孔隙度的变化特征,探讨了不同土地利用方式对复垦土壤的影响。结果表明:①在0～20 cm土层深度,与相同利用方式的未塌陷地相比,塌陷区复垦土壤耕作层的土壤黏粒、粗黏粒含量明显降低;与未利用的塌陷地相比,塌陷区复垦土壤的黏粒、粗黏粒含量均有所升高,其中以稻麦轮作地表层土壤的黏粒、粗黏粒含量最高;②不同土地利用方式对复垦土壤的团聚体结构性状均具有不同程度的改善作用,即直径大于0.25 mm的湿团聚体数量、湿团聚体平均质量直径增大,团聚体破坏率下降,稳定性增强,其中,稻麦轮作方式对复垦土壤团聚体结构的改善效果较好;③复垦土壤颗粒分布、分形维数、直径大于0.25 mm的湿团聚体数量、湿团聚体平均质量直径、团聚体破坏率及土壤容重、紧实度、孔隙度之间存在密切联系,土壤分形维数对土壤团聚体结构及其稳定性具有良好的指示作用。上述分析结果对于进一步制定高潜水位采煤塌陷区复垦土壤质量恢复措施有一定的参考价值。

高潜水位条件下村庄压煤开采研究

永夏煤田属于高潜水位类型,常规开采方法其地表沉降变形不能满足建筑物下采煤要求,本文针对车集煤矿24采区地面状况和井下地质条件基础上,对村庄下可行开采方法进行了分析,确定了采用条带开采方法。然后本文对该采区条带开采方案进行了设计,并对各方案进行地表移动变形预计,经比较分析,最终确定了条带开采的最优方案。

东部高潜水位采煤沉陷区生态修复 与利用技术体系

针对东部高潜水位矿区长期高强度开采引起的土地损毁、潜水位下降、生态破坏、景观变化、覆岩失稳及地表存在残余变形等一系列技术问题,文中以兖州矿区土地整治和生态修复项目的技术需求为导向,通过采煤沉陷区现状调查和综合监测,开展损害边界识别及治理利用适宜性评价、水体保护与维系技术、微地貌整治与土壤构建技术、沉陷区土地利用与建设用地开发等一系列关键技术的研究,为兖州矿区沉陷区治理和后期项目建设提供技术支撑和设计依据,并形成以相关关键技术成果为基础的具有兖州矿区特色的东部高潜水位采煤沉陷区生态修复与开发利用技术体系。

济宁泰安菏泽地区采煤塌陷地复垦措施探讨

由煤炭开采造成的地表塌陷问题日趋严重,探索适宜煤矿塌陷区的复垦模式及土地复垦技术措施,对提高土地复垦利用率和生产潜力具有十分重要的意义。该文以济宁市、泰安市、菏泽市为例,介绍了区内采煤塌陷地现状及特点,以采煤塌陷复垦工程为基础,确定了区内复垦模式包括“先破坏,后治理”的传统复垦模式和“边采边复”的动态预复垦模式,对比分析了复垦模式间的优缺点;研究了不同土地复垦技术措施的适用条件。该文认为济宁市、泰安市采煤塌陷复垦适宜采用“先破坏,后治理”的传统复垦模式,菏泽市采煤塌陷复垦适宜采用“边采边复”的动态预复垦模式。在传统复垦模式下,对研究区内采煤塌陷程度较轻、满足农业复垦条件的,适宜采取土地平整法、疏排水法、削高填法低、充填法、生物修复法等复垦技术措施,对无法复垦治理为耕地的重度塌陷区,建议综合采取直接利用法、挖深垫浅法等复垦技术措施。

东部高潜水位采煤沉陷区预治理技术初步探讨

预治理技术在解决东部高潜水位矿区耕作层表土保护和开采过程中损毁生态环境及时修复方面有重要作用。为解决预治理技术在应用中面临的复垦时机、动态变形、施工控制、维修管护等问题,文中基于预治理技术原理和长期治理实践,对预治理技术面临的这些问题进行了探讨,并提出了相应的解决思路和措施,为高潜水位矿区采煤塌陷地耕地保护和生态环境及时治理提供参考。

平原高潜水位采煤沉陷区规划与综合利用策略——以淮南矿区为例

该文以淮南矿区为研究对象,阐述了平原高潜水位矿区的沉陷积水特点及存在问题,介绍了淮南采煤沉陷区治理经验,总结了不同类型采煤沉陷地治理模式,并提出了平原高潜水位采煤沉陷区规划和综合利用策略,对国内同类型采煤沉陷区综合利用和城市规划发展具有一定借鉴和参考意义。

贵州遵义白云岩岩溶区特色高位潜水及成因

高位潜水(悬挂水)是贵州高原上的独特水文地质现象,一般具有四大特征:①含水体高悬于谷地之上,形成独立的水文地质单元;②多以暗河为排泄通道,管道底界具有相对的隔水介质;③高悬岩溶水系统主要为潜水,与大气降水的关系十分密切,动态变化大;④发育于石灰岩地层中。与上述发育于石灰岩岩溶区的高位潜水不同的是,本文所介绍的高位潜水位于白云岩发育地区,其潜水系统没有排水通道,潜水盆地的主要水源不是地表水体而是来自于上游的岩溶管道,是一个基本静止的岩溶水体。通过对研究区气象、地形地貌、区域地质背景、水文、岩溶等高位潜水形成条件的分析,表明构成该高位潜水岩溶水系统的岩溶管道水流之所以形成于钙镁比值低于1.4的白云岩地层中,是因为长期干湿交替的气候环境,造就了完整的白云岩溶蚀发展阶段的结果。

东部高潜水位厚煤层采煤塌陷地治理措施研究

针对东部高潜水位矿区多煤层开采导致重复塌陷、土源缺乏、易于积水等治理问题,文中在分析东部高潜水位厚煤层矿区采煤塌陷特征的基础上,结合采煤塌陷区的区位优势,提出了土地预治理、矸石充填、湿地景观构建、产业导入等综合治理措施,加快采煤塌陷地土地资源及时恢复利用和矿区生态环境修复,为东部高潜水位厚煤层矿区采煤塌陷地治理提供一点思路。

基于Biolog-ECO技术的淮南采煤沉陷区水体微生物代谢多样性研究

如何治理与利用高潜水位采煤沉陷区水资源,一直是困扰区域生态文明构建与经济协调发展的1个重要难题。该研究以我国东部典型采煤沉陷区——淮南矿区为例,通过Biolog-ECO平板技术分析3个不同区域9个沉陷水体微生物的碳代谢多样性特征。结果表明,3个区域水体中异养菌数量、微生物代谢活性和香浓多样性指数均为潘集区>八公山区>凤台区。

高潜水位矿区采动区上方新建村庄技术研究

结合徐州矿区李村就近重建抗变形村庄实例,探讨了新形势下高潜水位矿区就地(近)重建村庄下采煤技术,指出在地基回填与处理中,要注意填土、建筑垃圾及煤矸石的选材要求及混合地基处理方法,注意水塘的清淤、回填与地基处理,防止出现地基不均匀沉降导致房屋开裂;在新建房屋的抗变形设计和建设中,要根据地表的沉陷变形值,结合当地的风俗习惯和农民住房新要求,科学进行规划设计,严格施工质量,有效改善、提高农村的居住环境。