基于PROSAIL模型和Sentinel-2数据的陕北煤炭矿区植被叶绿素含量监测

为满足煤炭矿区植被叶绿素含量高精度动态监测需求,该文以陕北大柳塔矿区为研究区,首先分析PROSAIL模型对矿区典型植被欧李、野樱桃的适用性,然后根据PROSAIL辐射传输模型建立查找表,结合基于正则化的代价函数对欧李、野樱桃叶绿素含量进行反演,并利用SNAP软件反演结果与地面实测数据对PROSAIL模型反演结果进行验证,最后利用所构建模型反演得到2016—2019年大柳塔矿区植被叶绿素含量空间分布。结果表明:PROSAIL模型模拟光谱与地面实测光谱的绝对偏差平均值最大为0.016,该精度满足植被参数反演;PROSAIL模型反演得到的欧李、野樱桃叶绿素含量与地面实测数据的决定系数、均方根误差和相对均方根误差分别为0.679、1.926和4.625%,优于SNAP软件反演结果,反演得到的大柳塔矿区叶绿素含量时空变化与实际植被生态修复情况和土地利用覆盖类型一致。研究结果可为矿区植被叶绿素反演和生态修复效果评估提供技术参考。

煤矿充填开采的现状综合分析与展望

介绍了我国煤矿目前常用的充填开采方法、设备、工艺等方面的特点与应用情况,阐述了我国煤矿充填开采技术的现状并分析展望其在我国应用的广阔前景。充填法开采是采矿技术的革命性创新,该技术使得开拓巷道、开采资源、处理采空区成为可能,是绿色开采体系的重要组成部分。煤矿充填开采工艺以其鲜明的绿色环保及物料综合利用的优势,在煤矿中得到日益广泛的应用和发展。

开采薄煤层采空区瓦斯分布规律数值模拟研究

以数值软件Fluent6.23为研究手段,以峰峰矿区黄沙矿2上薄煤层开采为工程背景,对其采空区内瓦斯运移与分布规律进行了数值模拟研究,获得了采空区瓦斯运移与分布的特性规律。结果表明:采空区各分区内瓦斯运移与分布特性受工作面通风系统影响呈随分区孔隙率增加而增加的趋势,重新压实区几乎不受其影响;瓦斯运移速度随着孔隙率的增大呈增大趋势,计算收敛后模型内的重新压实区内几乎无瓦斯运移发生;采空区内瓦斯浓度分布分区明显,随分区孔隙率增加而呈减小趋势,且减小率呈非线性;采空区内高瓦斯浓度区位于回风巷侧的采动影响区后部和重新压实区内。

高应力软碎煤岩区废矸置换开采技术及工艺

针对褶曲断层区、两侧采空、空间交叉巷道等条件下的煤柱区废矸置换开采难题,运用数值模拟方法分析锚索桁架的应力场和支护优越性,并确定了合理的支护参数。依据废矸抛掷机抛掷出废矸的运动特点,建立废矸抛掷机抛掷的运动力学模型,分析废矸抛掷机运移步距与巷道充填率之间的耦合关系,确定废矸抛掷机工艺步距。结合新三煤矿生产条件设计置换开采技术,该研究成果在新三煤矿成功应用并取得了良好效果。

钙基蒙脱石对氟离子吸附及解吸实验

一般根据研究认为粘土中的氟以可交换态的形式存在,对环境中氟的迁移具有重要意义,可用1M MgCl2进行提取,但其有效性却未进行验证.在不同初始pH和初始质量浓度条件下,但用钙基蒙脱石进行氟吸附.实验表明:钙基蒙脱石对氟的吸附与初始pH呈负相关关系,而与溶液初始质量浓度呈正相关关系.同时用MgCl2对粘土吸附的氟进行解吸,其解吸率在0%～30%之间,低初始氟质量浓度(<20 mg/L)时氟主要交换蒙脱石中的OH2基团,中初始氟质量浓度(20 mg/L^100 mg/L)时氟主要交换蒙脱石中的OH基团而与Al结合,高初始氟质量浓度(>100mg/L)时氟主要是与层间Ca结合,由于Al结合态氟稳定性最强,导致用1M MgCl2解吸粘土吸附的氟时中等初始质量浓度氟的解吸率最低.

基于工业CT力学实验平台的建立及应用

将工业CT与数字体图像相关法相结合测量物体内部三维变形及应变已发展成为一种新的实验力学方法。本文介绍基于工业CT,自行研制的加载装置和数字体图像相关法(DVC)建立起的力学实验平台,该平台包括基本原理模块、数字虚拟实验模块、原位加载扫描实验模块、变形计算模块和结果输出模块,可以实现单轴压缩、三点弯曲、四点弯曲、点加载及拉伸实验试件内部三维变形场的测量。针对岩石材料与复合材料介绍该平台的应用。

典型铅锌矿区土壤重金属含量高光谱反演模型研究

矿区开采造成的土壤重金属污染严重影响作物产量、引发人体疾病;有效预防土壤重金属污染对健康的损害非常重要。高光谱快速、动态获取地物连续光谱信号的特点,为发展基于遥感的土壤重金属含量监测提供了新的思路。针对河北省涞源县典型铅锌矿区,实地采集矿区及周边土壤样本,基于SVC HR-1024i地物光谱仪(350~2500 nm)获取土壤光谱反射率,通过对光谱数据进行平滑、一阶导数、多元散射校正、标准正态变换、多元散射校正后一阶导数、标准正态变换后一阶导数六种光谱数据组合变换,使用差值指数、比值和归一化方法从六种预处理数据中提取光谱指数,通过实验室化学测试分析得到土壤重金属镉、铅、锌含量,对不同重金属元素使用不同光谱变换方式进行预处理,得到不同类型重金属元素的最优光谱变换方式。采用差值指数、比值指数和归一化植被指数,提取不同光谱指数下的最优波段组合,从而得到用于不同重金属元素建模使用的最优自变量。基于随机森林和偏最小二乘回归法分别构建重金属元素反演模型。研究表明,通过对光谱数据预处理,可以有效地降低噪声,增强光谱特征。从结果来看,经过预处理后光谱数据与重金属含量相关性有所提高。对不同重金属元素建模选择对其最优的光谱指数自变量,增加了反演建模的有效特征。对三种重金属镉、铅、锌利用随机森林算法和偏最小二乘回归法建立预测模型,最优模型的R 2分别达到了0.90、0.91、0.84,证实了该方法的有效性。该研究可为铅锌矿区土壤重金属含量反演建模提供依据,为矿区土壤重金属含量检测提供方法参考。

煤炭矿区植被冠层光谱土地复垦敏感性分析

煤矿区土地复垦及复垦监测工作,对于我国土地利用和生态环境治理具有重要意义。微生物复垦技术能够促进植物吸收利用矿质养分和水分,增强土壤肥力,对矿区生态恢复具有显著作用。监测和评价土地复垦效应对植物生长影响的传统方法,通常采用野外采集植物和土壤样本并进行室内分析,但这些方法不仅破坏植物根系原状土壤,造成植株损伤,而且耗费人力、物力,时效性差。高光谱遥感技术具有数据获取速度快、信息量大、精度高且无须离体破坏植株等优点,对于土地复垦监测有非常大的潜力。目前,土地复垦效应遥感监测相关研究仍以观测盆栽大豆、玉米等作物的叶片光谱分析为主。实际上,卫星遥感数据观测到的是冠层光谱,并非叶片光谱,但目前还没有通过植被冠层光谱对矿区土地复垦进行监测的研究成果出现。植被冠层光谱不仅受到叶片光谱的影响,还受到植株长势、下垫面等其他因素的影响,光谱特征变化更为复杂。矿区植被冠层光谱特征对于土地复垦效应的敏感度分析,是对矿区植被理化参量进行定量反演的基础,也是限制高光谱技术应用于大面积土地复垦监测的主要瓶颈。于煤炭矿区土地复垦实验基地开展野外冠层光谱观测实验,获取了接菌组和对照组野外植株冠层光谱数据,并从光谱波形变化和光谱特征参量变化两方面综合分析了植被冠层光谱对土地复垦的敏感性。冠层光谱波形方面,分别采用标准差和光谱敏感度作为组内和组间光谱波形差异的有效指标;冠层光谱特征参量方面,选取了植被红边、黄边、蓝边、绿峰、红谷等典型光谱特征,计算获取其位置、斜率、面积等特征参量,并通过描述性统计和单因素方差分析研究了这些冠层光谱特征参量对土地复垦效应的敏感性,挑选出矿区土地复垦监测的有效特征参量。研究表明,接菌组和对照组冠层光谱的主要波形变化趋势一致,但接菌组植株的生长状况更稳定,不同植株之间差异较小,且绿峰和红谷两个特征更突出。这说明土地复垦能够减少植株间冠层光谱差异,增强植被典型光谱特征,而绿峰和红谷对土地复垦有较高的光谱敏感度。光谱特征参量方面,绿峰、红谷、红边波长在土地复垦作用下显著向长波方向移动,而此前叶片光谱研究中对土地复垦较敏感的红边、蓝边斜率变化并不显著。这说明,野外植被冠层光谱分析结果与实验室植被叶片光谱分析的结果并不完全一致,这可能和植被类型、生长周期、土壤背景光谱干扰等因素相关。在采用卫星或航拍遥感数据进行矿区植被环境监测时,所获取的都是植被冠层光谱,因此本研究所得到的结论具有更强的参考意义和实际应用价值。

基于多源遥感数据的北京市通州区土地利用/覆盖与生态环境变化监测研究

土地利用/覆盖与生态环境状况是衡量城市发展水平的重要指标,对于城市建设有着极其重要的作用。该文采用2006-2016年ETM+数据和Sentinel-2A数据,对北京市通州区的土地利用/覆盖和生态环境变化进行了分析,并探讨了其驱动因素。结果表明:2006-2016年北京市通州区耕地显著减少,建筑用地和城市绿化面积增加,水域面积稳中有升;生态环境质量在前5年有一定下降,而在后5年有了明显改善;北京市通州区土地利用/覆盖和生态环境变化的主要原因有政策与重大事件影响、人口与经济发展建设两方面因素,其中政策与重大事件影响在短期内作用显著,而人口与经济发展建设则对土地利用/覆盖和生态环境变化有着长期且复杂的作用。该研究可对北京副中心和京津冀一体化建设提供参考。

固体氧化物电池技术及其在新型电力系统中的应用前景

双碳目标下,我国将氢能纳入终端能源体系,与电力协同互补,未来将成为终端能源消费主体。燃料电池高效可靠发电与可再生能源规模化电解制氢技术,是目前迫切需要突破的核心技术环节。固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)具有全固态陶瓷结构、燃料适应性强、发电效率高、模块化运行,在大型电站、分布式发电、小型家用热电联产等固定式电力领域具有很好的应用前景,在目前以煤电为主的发电结构以及未来可再生能源高占比的新型电力系统中都可以保障电力系统的稳定性和可靠性。固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell,SOEC)电解制氢技术效率高,能耗低,不需要贵金属,还能够转化利用CO_(2),实现碳循环,是未来重要的电解制氢发展方向,在电力过剩的时候可以实现储能应用同时耦合能源化工。发展基于固体氧化物电池(SOFC+SOEC)的能源高效转化与存储技术,可以为建设新型电力系统奠定技术基础,同时有利于优化能源结构、带动产业转型升级,推动能源低碳绿色革命。

河北西石门铁矿区土壤重金属污染空间分析及风险评价

矿区土壤重金属污染严重威胁着生态环境和周边居民的健康,对其进行有效监管意义重大。河北西石门铁矿是邯邢地区的大型磁铁矿床,针对该矿区土壤重金属污染亟待开展综合研究。本文以西石门铁矿一号矿区为研究对象,利用地球化学、统计学、地理信息学等多学科技术,对9种典型土壤重金属的空间分布和污染风险进行分析。采用ICP-MS测定重金属含量,通过描述性统计分析、多元统计分析和空间插值分析得到重金属超标率、污染来源及空间分布特征,并结合单因子污染指数、内梅罗综合污染指数、潜在生态危害指数评价其污染风险。描述性统计分析结果显示,矿区土壤Co的超标率为75.83%,属重度污染,Cu、Cd、As的超标率分别为14.70%、21.40%和13.29%,属中轻度污染,Cr、Ni、Zn、Pb和Hg的超标率均低于5%,属轻度污染;多元统计分析结果显示,Cr、Ni、Zn、Cd、As和Pb来源于成矿区自然风化环境污染,Co和Cu来源于采矿生产、化肥使用造成的人为环境污染,Hg来源于人为因素造成的局部污染;空间插值分析结果显示,重金属含量在马会河两岸露天采矿区较高,在河流和居民区较低;污染风险评估结果显示,研究区内梅罗综合污染指数为13.49,综合生态风险指数为55.50。该矿区存在人为因素导致的Hg、Co、Cu污染,需要重点关注并开展治理工作;该矿区的重金属污染属重度,但生态风险仍处于可控范围。

工作面采煤期间PM2.5粉尘的分布规律

为掌握煤矿工作面PM2.5粉尘的浓度分布规律,利用粉尘浓度测量仪在山西晋城某煤矿91324综采工作面采煤期间对进风巷、辅助回风巷、主回风巷3条巷道和工作面的全尘、PM10粉尘及PM2.5粉尘浓度进行测试,分析PM2.5粉尘及PM10粉尘占全尘的比例。结果表明:工作面全尘浓度在采煤机下风侧5 m处达到最高,PM10粉尘、PM2.5粉尘在工作面比例波动较大;在辅助回风巷中全尘、PM10粉尘和PM2.5粉尘浓度逐渐增加,至330 m处达到极大值,随后缓慢下降,在主回风巷中由于采取了降尘措施,这3种粉尘在较低浓度范围内呈波动变化;在主回风巷中,PM2.5粉尘的质量浓度最大值为56.087 mg/m3,在辅助回风巷内最大值为180.390 mg/m3,超过了地面环境标准的限值。

《煤矿防治水规定》编制背景与要点

为了更好地理解、贯彻落实《煤矿防治水规定》的主要精神,提升我国煤矿防治水整体技术水平,介绍了《煤矿防治水规定》的编制背景、指导思想和遵循原则,并针对新形势下煤矿水害防治存在的问题,结合典型重特大水害案例剖析,提出了《煤矿防治水规定》的编制要点和关键技术标准与规程。

加锚岩体流变特性及锚固控制机制分析

通过室内蠕变试验和理论分析,对加锚改善岩石流变力学特性进行了研究,并探讨了锚固控制岩石流变的力学机制。采用RLJW-2000型流变试验机,对红砂岩及其加锚试件进行分级加载(100 h以上)单轴压缩试验,结果表明,加锚后岩石的流变应力阀值提高了20%～30%c,且不同应力水平流变量均能得到一定控制,加锚使试件的长期强度增加了5%～10%c。此外,基于整体协调变形原理,建立了加锚体流变本构方程,推导出了一维B-K模型解答,算例分析表明,锚杆密度越大,对岩石流变控制效果越好,得出锚杆等效刚度是约束岩石流变的主导因素,但从技术经济角度考虑,锚杆支护密度与岩石流变参数之间存在一个合理的匹配区间。研究结果对长期使用的岩体工程锚固支护设计提供了理论依据。

大倾角综放面支架稳定性及其控制技术研究

基于葛亭煤矿2313大倾角综放区段地质生产条件,建立综放支架稳定性力学模型,分析得出支架倾倒下滑及歪扭的关键影响因素和控制措施。2313综放面ZF4200/16/26型液压支架处于无约束条件下,在煤层倾角大于16°时应采取防滑技术措施,在煤层倾角大于29°时应采取防倒防滑技术措施。葛亭煤矿通过实施支架稳定性控制技术措施,实现了煤层平均倾角36°、最大倾角51°的大倾角综放面的安全高效开采。

新三矿大断面空间近距交叉巷道数值分析及支护

为了解决大断面空间近距交叉巷道的支护难题,采用FLAC3D数值模拟软件分析空间交叉巷道的应力分布特点以及沿下方巷道轴向方向形成的应力增高和降低区。比较不同方案在应力增高区内的支护效果,确定最终空间交叉巷道支护方案。结合新三矿现场条件设计具体的加固补强的支护参数,并在实践中取得较好效果。

煤体结构差异的孔隙响应及其控制机理

为了研究不同煤体结构煤的孔隙差异及作用机理,以焦作、济源、鹤壁、大峪沟、平顶山等矿区采取的煤样为研究对象,并通过压汞法、低温液氮法和扫描电镜(SEM)对煤体破坏汽后煤的孔隙性进行了测试.结果表明,煤体破坏不仅使得煤的变质程度增加,煤体强度降低,而且还使得尺度较大的粒间孔含量增加,并且新形成的粒间孔很少被矿物质充填,同时也破坏了孔隙的定向性和完整性;相比于原生结构煤,煤体破坏后煤中的微米、纳米级孔隙含量显著增大,煤的孔隙形态和连通性发生改变;另外,煤体破坏对煤孔径的大小、不同孔径段孔隙的分布、流体在煤体内的运移都有影响.

河北开滦矿区晚古生代煤对CO2和CH4气体吸附模型探讨

对河北开滦矿区不同变质程度的煤进行了纯CO2和纯CH4气体等温吸附实验,并用Langmuir模型、三参数BET模型和吸附势理论模型(D-R,D-A)对煤的吸附实验数据进行了拟合,检验了各模型的拟合程度。结果表明:中煤阶烟煤的马家沟矿9号煤(Ro,ran=1.21%)对CH4和CO2吸附能力比低煤阶烟煤的林南仓矿11号煤(Ro,ran=0.58%)的吸附能力大;在相同压力下,同一煤样对CO2的吸附能力明显大于对CH4的吸附能力。马家沟矿9号煤对CO2和CH4的等温吸附线具有典型的I型特征,各模型对其吸附行为拟合误差相差很小,可用Langmuir方程描述;林南仓矿煤等温吸附线较复杂,因用Langmuir描述误差较大,应优先选择误差较小的吸附势理论D-A模型来描述其吸附行为。9号煤对CH4和11号煤对CO2和CH4的吸附均以单分子层吸附为主。

基于比值导数法的棉花蚜害无人机成像光谱监测模型研究

蚜虫是棉花的主要害虫之一,我国棉花产量每年因蚜虫危害造成的损失高达5%~10%。田块尺度的棉花蚜害空间分布监测可以辅助精准定量施药,减少环境污染。利用无人机搭载成像光谱仪获取的“图谱合一”的遥感数据因其具有分辨率高、时效性高、成本低等优势,可为作物病虫害监测提供了重要数据源。比值导数法模型简洁,运行效率高,结果精确,可以有效的应用于遥感反射率光谱解混处理,提取对目标信息较为敏感的波段,为构建虫害监测模型提供了有效的手段。因此本研究选择棉花典型生产区新疆库尔勒地区为实验区,开展以下工作:(1)以低空无人机搭载成像光谱仪获取棉花蕾期冠层成像光谱影像,结合地面调查数据,获取76个样点光谱数据及蚜害严重度(包含健康植株16个,蚜害严重度1~4级每级选取15个);(2)分析不同蚜害严重度棉花冠层光谱的特征,并利用比值导数法筛选出对蚜害胁迫敏感的光谱波段,分别为514,566和698 nm波段;(3)构建基于三个敏感波段的光谱反射率、比值导数光谱值的一元线性回归和偏最小二乘法的蚜害严重度估测模型。结果表明:(1)蚜害对棉花冠层的光谱反射率有显著影响。棉株受蚜害胁迫越严重,其在可见光区域的反射率越高,近红外波段反射率越低,发生红边区域“蓝移”;(2)比值导数法可有效提取蚜害棉花冠层光谱敏感波段,所筛选的514,566和698 nm三个波段与相关系数法所筛选的敏感波段一致;(3)利用敏感波段比值导数光谱值所构建的蚜害严重度估测模型精度优于敏感波段光谱反射率所构建的模型,其中698 nm波段构建的模型精度最佳(R 2=0.597,RMSE=0.91);(4)三个敏感波段的比值导数光谱值所构建的偏最小二乘多元回归模型精度优于单个波段比值导数光谱值所构建的模型(R 2=0.612,RMSE=0.89);(5)基于比值导数法的棉花蚜害无人机成像光谱监测模型可以获取田块尺度的不同严重度蚜害空间分布图,对于精准定量施药有重要的指示意义。

沁水盆地煤系气源岩地球化学特征与生气评价

沁水盆地是我国首个已成功商业化开发煤层气的含煤盆地,广泛分布石炭-二叠系煤系气源岩。在系统研究沁水盆地石炭-二叠系太原组(C2t)和山西组(P1s)煤系气源岩的有机质丰度、类型、成熟度等地球化学特征的基础上,对P1s煤岩和煤系泥岩进行了生气评价。结果表明:沁水盆地C2t和P1s煤系气源岩有机质类型主要为Ⅲ型;具有高总有机碳质量分数、低氯仿沥青"A"质量分数和总烃含量、低热解生烃潜量和氢指数的特征;煤系气源岩有机质成熟度高,大多处于高-过成熟阶段,镜质体反射率(Ro)变化大,总体上呈现"盆地南部(阳城-晋城Ro>3.0%)与东北部(阳泉Ro>2.5%)高、盆地东翼(Ro<2.0%)与西翼(Ro<1.5%)低"的特点。P1s煤岩以较好-好的气源岩为主,主要分布在阳城-晋城、太原西山、寿阳-阳泉、安泽-沁水、沁源一带、左权-和顺、榆次-平遥等地;P1s煤系泥岩以较差-较好的气源岩为主,但在太原西山、阳城-晋城、左权-和顺和榆次-平遥等地可达到较好-好的气源岩。