采煤沉陷地粉煤灰充填复垦土壤元素淋溶特性实验研究

以采煤沉陷地粉煤灰充填复垦土壤的污染问题为研究背景，从措施的实地可操作性出发进行实验设计，采取了灰土，灰矸不同比例混合和隔层排列处理措施，对淋溶液中各检测元素的含量进行了分析和比较。结果表明，粉煤灰中大部分元素在淋溶液中含量高，淋溶作用强烈，在各种元素中，大多数污染重金属元素在淋溶液中的含量极低，只有铬的含量略高。不同处理设施对粉煤灰的淋溶特性有显著影响。     

基于黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地覆土材料的优选

黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地需要覆盖足够厚度的土壤以保证农作物生长,针对济宁市部分采煤沉陷地可取土量不足问题,该文提出利用当地表土、心土和黄河泥沙组配作为覆土材料研究,以达到增加覆盖土壤厚度和改良当地土壤质地的目的。研究表明,覆土材料有利于玉米生长发育,表土、心土和黄河泥沙组配(质量比)为1:1:1.33~1:1:2的覆土材料玉米苗期生物量显著高于对照土壤;组配为1:1:0.86~1:1:2的覆土材料质地为壤土,是较为理想的土壤类型;组配为1:1:0.86~1:1:2的覆土材料容重为1.38~1.41g/cm3,密度为2.64~2.68g/cm3,较为适宜农作物生长。覆土材料可以显著降低当地土壤p H值和电导率,对农作物不产生盐害作用;其入渗性能提升,增加了土壤储水能力,组配为1:1:0.86~1:1:2的覆土材料入渗能力接近多年耕种农田;其水分特征曲线左移,毛管孔隙度、有效水孔隙度和水分常数基本呈现下降趋势,持水和供水能力下降。根据尽量增加黄河泥沙充填层上覆土材料厚度原则,优选出表土、心土和黄河泥沙组配为1:1:2的覆土材料作为黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地的覆土材料,可在大田试验中进行进一步的验证。     

中国东北多煤层老矿区采煤沉陷地损毁特征与复垦规划

多煤层老矿区开采时间长,土地损毁程度严重,沉陷地再利用情况复杂。该文通过实地调查和搜集各煤矿地质地形图、采掘图、储量图和采矿历史等资料,借助矿区沉陷预计软件(MSPS),运用概率积分法对鹤岗矿区沉陷地近期(2014-2020年)和远景(2021年-闭矿)2个阶段进行沉陷预测,并采用ArcGIS软件对数据进行统计分析。根据有关规程中各地类沉陷地损毁程度判定标准对鹤岗采煤沉陷地损毁程度进行划分。基于鹤岗采煤沉陷地损毁特征,提出鹤岗矿区沉陷地时空复垦的规划模式。结果表明:随着煤炭不断开采,多煤层老矿区沉陷范围不断扩大,土地损毁程度加重,地表最大下沉深度达39.4 m;沉陷地在进行再利用过程中存在阶段性变化特征,可根据特定阶段沉陷地损毁特征制定土地用途。沉陷地区域稳定性特征和损毁程度是进行沉陷地时空复垦规划的重要依据。从时间安排看,应以闭矿沉陷地损毁程度为着眼点,全面考虑,确定各区域稳沉时序,鹤岗采煤沉陷划分为优先永久治理区、优先临时治理区、动态治理区和未来治理区;从空间布局看,前3个治理区功能定位依次为接续替代产业用地、短期工业用地和农业用地。     

引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地技术的试验研究

为探寻适合中国东部高潜水位平原矿区的土地复垦新技术,该文选取济宁市北部试验场为研究对象,介绍了引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地的新技术,包括技术工艺流程、复垦后地貌景观、复垦土壤剖面状况、复垦土壤理化性状以及复垦农田生产力。结果表明:1)短距离引黄河泥沙充填复垦技术在济宁市北部试验场得到了成功应用,土地复垦率为100%,耕地面积恢复率达95%,证明了引黄河泥沙充填复垦技术的可行性;2)黄河泥沙充填复垦土壤剖面的保水保肥性能存在一定的不足,复垦农田的表层(0~20 cm)、中层(20~50 cm)和底层(50~80 cm)土壤的含水量、全氮、速效钾、有机质含量以及表层(0~20 cm)土壤的有效磷含量均小于对照农田相应层的含量,且复垦农田土壤全氮和有机质较为缺乏,限制了农作物的生长;3)实地测产发现充填复垦农田的产量只有对照农田的一半左右,说明需要对充填复垦工艺进行革新和复垦土壤进行改良。论文在分析引黄充填技术可行性的基础上,提出了未来需要革新的4个方面:复垦土壤剖面重构的革新、水沙快速分离的充填排水工艺革新、动水条件下高效取沙设备的优选与革新以及远距离管道输沙技术参数优选。引黄河泥沙充填复垦技术对滨黄河流域的河南、山东等省很多矿区的采煤沉陷地都具有推广应用价值。     

采煤沉陷地一种复垦基质植物生长试验研究

将粉煤灰分别与污泥、酒糟按4∶1的质量比混合组成新型复垦基质,利用盆栽试验研究了该基质上苜蓿、棉花、高羊茅、早熟禾的生长情况以及基质主要化学性质变化。结果表明：4种植物均可在基质中生长,而且基质中生长的植物叶绿素含量均超过对照;种植前后基质中的有机质含量变化不大,而速效养分含量由于灌溉和雨水的淋洗有所降低,但仍维持较高水平,盐分含量明显降低;从测定的As、Cr、Pb、Cd、Cu、Zn的含量来看,除Cd外均低于土壤环境质量二级标准值。总之,该基质能够基本满足植物生长的需要,但最好种植非食用植物。这不仅开辟了粉煤灰、酒糟、污泥农业利用的新途径,而且为采煤沉陷地的修复提供了以废治废、节土造田的新理论与模式。     

王庄煤矿采煤沉陷区充填复垦现状及改进措施

山西省王庄煤矿主要位于农耕区,采煤导致土地大面积沉陷,耕地数量减少,且质量下降,单产锐减,致使矿群关系恶化。在煤炭开采和洗选加工过程中产生的煤矸石以及电厂发电排放的废渣粉煤灰是王庄煤矿的主要固体废弃物,煤矸石和粉煤灰平地起堆不仅压占了大面积土地,还污染了生态环境。以潞安集团王庄煤矿为例,分析了王庄煤矿采煤沉陷区充填复垦工作现状及不足,并提出了具体改进措施:一是运用化学方法改变土壤的酸碱性,以适于植物生长;二是优化施工工艺,降低对土壤的破坏;三是优化充填工艺,防止煤矸石、粉煤灰中有害物质的迁移及对周围环境造成污染;四是优化充填方法,对作为建设用地的充填地基实施加固处理。     

西部风沙区不同采煤沉陷区位土壤水分中子仪监测

为探究西部风沙区采煤沉陷对土壤水分的影响,选取大柳塔某工作面为研究对象,采用中子仪法,对沉陷盆地的盆底区、边缘区和未受开采影响的未开采区2 m以内土壤含水量进行为期2 a的定位动态监测(包括采前—采中—采后0.5 a—采后1 a—采后1.5 a—采后2 a)。研究表明:1)研究区2 m内土壤含水量具有明显的分层特征,在10~60 cm内含水量呈线性增加,60~200 cm内基本稳定;2)采煤沉陷对土壤水分的影响具有明显的分区分层特征,使盆底区土壤含水量在10~130 cm内减小,130~200 cm内含水量增加,使边缘区含水量在2 m内均减小;整体而言,对边缘区的影响大于盆底区;3)采后盆底区土壤含水量呈现自我恢复现象,采后1 a土壤含水量便可恢复到采前水平,采后1.5 a和2 a,表现出高于未开采区的特点;边缘区含水量自我恢复效果不明显,采后2 a 10~130 cm土层内仍没达到未开采区的水平。因此,在对西部风沙区采煤沉陷地进行土地复垦和生态修复时,要分区治理,盆底区要充分依靠土壤水分的自我恢复能力,对边缘区要施以人工修复措施,使含水量及时恢复,满足植物生长的需要;这样尽量依靠自然的力量,有针对性、有重点的治理,既可以减小人工修复带来二次扰动的可能性,又可以减少生态修复成本。     

调兵山市采煤沉陷区恢复治理与成效

调兵山市铁煤集团是全国重点煤炭企业之一。矿区风天矸石粉飞扬污染大气 ,雨天矸石下泄冲压农田 ;矿区地表出现大面积沉陷 ,水土流失严重 ,生态环境恶化。 1 996年开始进行恢复性治理。方案确定以沉陷坑复垦为主 ,矸石山综合利用为辅的总布局。具体侧重防治技术 ,消化利用矸石为主线 ;侧重经济效益 ,抓开发利用为突破口 ;强调参与融资治理 ;各负其责落实到人。到现在共治理沉陷坑 82 4hm2 ,修建鱼塘 2 1处 ,开垦水田 70hm2 ,新建苗圃70hm2 ,复垦旱田 6 6 7hm2 ,恢复住宅区 1处 ,河道治理 2km ,修复道路 5km ,开发建设恢复治理水土流失面积 5hm2 ,综合利用消耗矸石 1 33万m3,减少土壤流失 4 30 0万t,年综合经济效益达 70 2万元     

采煤沉陷对土壤侵蚀与土地利用的影响预测

中国新建和将建的煤矿区主要集中分布在生态脆弱的晋、陕、蒙区,生态环境压力大。正确预测采煤沉陷引发的人为加速土壤侵蚀与土地利用变化,可为生态脆弱煤矿区的生态恢复和重建提供依据。该文采用RS、GIS为手段进行信息提取和图形叠加,结合类比法和专家咨询法等,研究了山西大同塔山矿采煤沉陷引发的土壤侵蚀和土地利用的变化。结果表明：1)采煤后88.80%土地发生不同程度的沉陷。2)沉陷后土地年土壤侵蚀总量增加42.32～79.05万t,单位面积年侵蚀量增加了246.01～464.56 t/km²,侵蚀模数为2321.78～4335.64 t/(km²·a),部分地块沉陷后土壤侵蚀强度上升了一个等级。3)地表移动变形产生的裂缝、陷坑、塌方或小滑坡等,使农用地被分割而破碎、地块变小,其中,沉陷后旱地最小斑块面积为7.72 m²,有林地最小斑块面积为72.95 m²,灌木林地最小斑块面积为6.71 m²,疏林地最小斑块面积为75.79 m²,中覆盖度草地最小斑块面积为14.81 m²,低覆盖度草地最小斑块面积为9.44 m²。局部裂缝密集带,可造成土地毁坏。4)除工交用地和居民点用地外,原地貌沉陷后土地利用率,较原地貌降低10%的比例为14.05%,降低10%～20%(含10%)的比例为85.18%,降低20%(含20%)以上的比例为0.77%。     

采煤沉陷后风沙土理化性质变化及其评价研究

对毛乌素沙地南缘补连塔矿采煤沉陷后风沙土理化性质的变化进行了研究。与对照区相比,沉陷2a间沉陷区土壤含水量普遍显著减小(p<0·05),而在沉陷2a后,沉陷区的地表沉陷边界处风沙土孔隙度显著增大(p<0·05),而容重、硬度显著减小(p<0·05),沉陷区局部地表开裂地段全氮、全磷含量显著减小(p<0·05),全钾与有机质含量无显著变化(p>0·05)。通过主成分分析得到研究区样地前2个主成分值的散点图,用以反映沉陷后风沙土理化性质的综合变异性,对采煤沉陷后土壤质量评价进行了探索。     

沉陷废弃地新型复垦基质主要化学性质研究

煤炭开采导致大量农田受损、地表沉陷、土地荒芜及水土流失,然而目前广泛采用的粉煤灰充填后表层覆土的复垦形式,虽然取得了一定效果,但矿区覆土来源的缺乏严重影响着复垦的进度。本研究利用粉煤灰分别与污泥、酒糟以4∶1的比例组配成新型复垦基质,进行了种植植物的试验研究。通过对基质主要化学性质变化的研究表明:有机质、速效养分含量经过灌溉和雨水的淋洗仍保持较高的水平,盐分含量也明显下降,重金属元素除Cd外均未超过土壤环境质量指标值二级标准,基质理化性状能够满足植物生长的要求。这不仅促进了废弃物的资源化利用,也为采煤沉陷区节土造田、加快生态修复与利用提供了新的理论与途径。     

煤矿区井采土地复垦成本评价指标体系构建

以煤矿区井采为研究对象,建立了以自然环境条件、采矿条件、煤矿赋存条件3项为约束层,地形坡度、土地利用规划、煤层厚度等11个影响因子构成指标层的土地复垦成本评价指标体系,采用德尔菲法、层次分析法及YAAHP(V 6.0)软件确定了各项指标因子的权重。通过权重比较得出约束层的影响程度:煤矿赋存条件> 采矿条件> 自然环境条件,煤矿赋存条件中影响程度依次是:煤层厚度> 煤层倾角> 深厚比;采矿条件中各因子影响程度依次为:顶板管理方法> 采煤工艺> 采动程度;在自然环境条件下,土地利用规划> 有效土层厚度> 年降水量=土壤质地> 地形坡度。该评价指标体系的完善,为煤矿井采复垦成本修正系数的确定奠定基础。     

毛乌素沙地采煤塌陷区土壤水分空间变异研究

探讨毛乌素沙地采煤塌陷区土壤水分空间分布及变异特征,为矿区生态恢复提供理论依据。通过线性取样方式,采用经典统计与地统计学方法,研究了塌陷区及非塌陷区(对照)沙丘典型位置0—100cm范围内土壤水分空间分布特征及变异规律。结果表明:非塌陷区(对照)沙丘典型位置纵横向各层次的土壤水分变化,其概率曲线分布均为正态分布,符合毛乌素沙地常规沙丘土壤水分时空变化特征,而采煤塌陷2年后,其纵横向各层次土壤水分的变异程度差异较大,土壤水分流失严重,比对照沙丘减小了近10%~30%,标准差变化在0.54~1.05,比非塌陷区(对照)增大了52.08%,正负偏离程度大于1的概率超过50%,变异系数变化在0.14~0.28,比非塌陷区(对照)增加80%;采煤塌陷后各层次土壤水分均值、标准差、方差及变异系数都有很大变化,尤其对中层(30—70cm)的土壤水分影响最大,而对表层(0—20cm)和下层(80—100cm)土壤水分影响不明显。采煤塌陷区纵横向各层次土壤水分离散程度大大提高,增强了土壤水分的空间变异。     

新疆苇湖梁煤矿塌陷区的动态监测分析

由于采煤塌陷常常会带来环境恶化、土地沉降等问题,这成为了制约城市快速发展的瓶颈。以新疆苇湖梁煤矿塌陷区作为研究区,通过2002年、2006年、2009年和2013年4期预处理后的高分遥感影像为基础,采用人机交互的解译方法对塌陷区的相关信息进行提取,并结合空间格局和动态度的方法对地面塌陷信息进行定性研究与定量分析。结果表明,苇湖梁煤矿塌陷区逐渐向东扩展,塌陷区内的地质灾害数量呈持续上升趋势,尤其是2006—2009年地质灾害增速最快;2002—2013年塌陷回填区面积增加了92.45hm2,空间上3个相互独立的塌陷回填区已有汇合的趋势,说明塌陷区的恢复治理速度明显加快。     

风沙区采煤塌陷对沙质地貌及植被生境的影响

为了探究风沙区采煤塌陷引起的“二次荒漠化”问题与治理对策,通过野外分区调查及统计分析,对塌陷区塌陷边缘、塌陷中部及塌陷盆地引发的塌陷裂缝变化、植被位移及倾斜、干沙层及风蚀/风积情况进行了详细的研究。结果表明:塌陷边缘形成的裂缝宽度、密度最小,塌陷中部次之,塌陷盆地最大,而裂缝错落和地表破损变化则反之;塌陷区植被平均位移长度达60 cm以上,倾斜率变化为5.67~28.63,主干根部风蚀/风积最大深度达-30.52 cm/+25.41 cm,以塌陷边缘最为严重;植被的位移长度和倾角变化与塌陷裂隙高度和地表破碎呈正线性相关;塌陷边缘干沙层平均厚度达14 cm以上,比对照增大了4~6 cm,而塌陷中部和塌陷盆地变化在11 cm左右,比非塌陷增加了1~4 cm;塌陷边缘风蚀率高达83.34%,塌陷中部次之52.06%,而塌陷盆地风积率为51.84%。塌陷边缘对沙质地表和植被生境影响最为强烈,为生态修复的重点区域,建议采煤塌陷后及时进行分区治理,避免“二次”荒漠化现象的发生。     

潞安矿区净初级生产力和土地覆被变化及成因

净初级生产力和土地覆被变化是指示区域生态环境变化的重要指标.基于EOS/MODIS卫星遥感数据,运用地理信息系统软件ArcGIS 9.3的统计与分析模块对2001-2006年潞安矿区净初级生产力、土地覆被变化及其成因进行了研究和分析.结果表明:(1) 2001-2003年的矿区绝大部分区域净初级生产力大于0.2 kg/(m2·a),而2004-2006年的净初级生产力低于0.2 kg/(m2·a)即研究时段内矿区净初级生产力呈明显减少趋势;(2)灌丛向稀树草地,稀树草地向农用地,地表水域向裸地转换是土地覆被变化的主要特征;(3)煤炭开采,农用地开垦等人类活动和降水量减少,气温升高为特征的气候变化是研究区植被覆盖度和净初级生产力降低的两个主要原因.总之,煤炭开采和土地垦殖为主的人类活动所引起的土地覆被变化直接导致了潞安矿区净初级生产力的降低.     

淮南煤矿复垦区土壤重金属含量分布及潜在生态风险评价

以淮南矿区煤矸石充填复垦地为研究对象,对该复垦区不同土地利用方式(小麦地、桃林、蔬菜大棚、油菜地)下土壤Cd,Zn,As,Ni,Cu,Pb,Cr,Mn共8种重金属含量进行了分析和评价。结果表明,相对土壤背景值,该复垦区土壤中Zn,Cr,Mn,As污染较为严重相对未复垦区,复垦区土壤中的Zn,Cd,As分别是未复垦区的4.38,2.57和2.20倍,具有明显的累积现象。不同土地利用方式土壤重金属含量差异较大,小麦地和桃林地的Zn,Cd,As含量远大于油菜地和蔬菜大棚,Cr含量则表现为桃林地、蔬菜地远大于小麦地和油菜地,Ni,Cu,Mn,Pb在4种土地利用类型下的差异不显著。土地利用方式、施肥以及受采矿活动的影响程度不同是导致土壤重金属含量差异的主要原因。淮南煤矿复垦土壤中各重金属的生态风险顺序为:Cd>Zn>As>Ni>Cu>Pb>Cr>Mn。Cd的潜在生态风险值最大(89.71),属于强生态风险,其余元素均为轻微风险。不同土地利用方式的风险顺序为:小麦地>桃林地>蔬菜大棚>油菜地。     

风沙区煤矿复垦地土壤颗粒的组成与分形特征

[目的]研究风沙区煤矿复垦地土壤颗粒的组成与分形特征,为恢复和改善矿区土壤生态功能提供科学依据。[方法]结合分形理论对陕北风沙区大柳塔煤矿复垦地3种植被类型和未复垦的裸沙地土壤颗粒组成及其分形维数进行对比研究。[结果](1)研究区复垦地的土壤颗粒组成以细砂为主。乔木、灌木林地和裸沙地的土壤颗粒次集中于中砂,而草地的土壤颗粒次集中于极细砂。植被覆盖对土壤细粒物质含量的影响具有层次性,3种植被类型0—30cm土壤中黏、粉粒含量显著高于裸沙地。(2)土壤颗粒分形维数为1.306～2.490,均值依次为:草地(2.425)灌木林地(2.300)乔木林地(1.626)裸沙地(1.550),且不同植被类型的分形维数变化也具层次性。各深度上,草地与灌木林地的分形维数无显著差异,且皆显著高于乔木林与裸沙地。(3)分形维数与土壤颗粒组成密切相关,与黏、粉粒含量显著正相关,与粗砂含量显著负相关,但与土壤含水量和有机质则无显著相关性。[结论]大柳塔煤矿复垦地的土壤颗粒组成及分形维数差异较大,植被类型为草地或灌木对矿区土壤颗粒细化、改善环境有较好的促进作用。     

神府─东胜矿区采煤塌陷及其对环境影响初探

神府─东胜煤田煤质优、储量大、范围广、埋藏浅、煤层水平稳定,有利于现代化开采,经济效益显着.然而,大规模的煤层采掘,将会导致地面大范围塌陷过程,对本来十分恶劣而脆弱的自然环境、社会环境带来深刻的影响.本文在考察的基础上,从分析采煤塌陷形成的环境基础入手,指出本区采煤塌陷具有不可避免性、易发生性、快速性、大规模性和对环境影响的深刻性等特征.文章的最后讨论了采煤塌陷危害对策讨论和有待研究的问题.     

海州露天煤矿排土场复垦区不同土地利用类型土壤入渗特征

为揭示排土场复垦区不同土地利用类型土壤的水源涵养功能,采用野外实地双环入渗试验和室内理化分析方法,系统地研究了海州露天煤矿排土场复垦区不同土地利用类型(乔木林地、灌木林地、农用地、荒草地)土壤入渗特性及其影响因素。结果表明:不同土地利用类型下的土壤初始入渗率、稳定入渗率和累计入渗量均表现为乔木林地灌木林地农用地荒草地;不同土地利用类型下土壤入渗过程的拟合优度存在差异,G-P综合模型、Kastiakov模型、Horton模型的平均拟合优度依次为0.926,0.908,0.905。G-P综合模型相对误差为79.21%~123.69%,更接近排土场复垦区土壤入渗的实际过程,可作为排土场复垦区土壤入渗过程的预测模型;不同土地利用类型下土壤初始入渗率与非毛管孔隙度呈显著正相关,稳定入渗率和累计入渗量与非毛管孔隙度、砾石含量和部分根系特征呈显著正相关;采用主成分分析评价的土壤入渗能力排序为乔木林地灌木林地农用地荒草地,初始入渗率、稳定入渗率、14min入渗率和累积入渗量的主成分方差累积贡献率为99.047%,较好地表达了土壤入渗能力。