开采沉陷对耕地土壤物理特性影响的空间变化规律

为了给煤矿沉陷耕地的复垦治理提供理论依据, 以兖州矿区为例, 对沉陷耕地不同下沉位置、不同土层的土壤进行了监测和分析, 揭示了开采沉陷对耕地土壤物理特性影响的空间变化规律． 结果表明, 开采沉陷显著影响耕地表层土壤的物理特性; 沉陷耕地上中坡土壤有砂质化的趋势, 而下坡和坡底则积聚了上中坡侵蚀下移的细颗粒土壤物质; 在土壤物理特性中, 受其影响最大的是土壤含水量, 其次是物理性砂粒含量, 再次是土壤容重和孔隙度．     

采煤塌陷裂缝对包气带水分运移规律影响数值模拟研究

采煤塌陷裂缝，影响包气带水分运移规律，诱发矿区生态地质环境问题。当前研究集中于塌陷裂缝对包气带含水率影响，往往忽略塌陷裂缝对包气带水分运移方向及其速度的影响。为此，综合考虑裂缝宽度、裂缝密度和土壤质地类型，基于HYDRUS 2D建立采煤塌陷区包气带水分运移数值模型，研究采煤塌陷裂缝对包气带水分运移规律。结果表明：单一裂缝时，含水率差距与裂缝宽度呈正相关关系；土壤水分运移方向向裂缝处偏转，同一土壤深度越靠近裂缝的区域偏转角度越大，最大偏转角度和发生运移方向变化的区域大小随裂缝宽度变大而变大；裂缝边缘与远离裂缝区域的平均水分运移速度差值随裂缝宽度变大而变大；裂缝密度增高时，同一土壤深度含水率会随之降低，裂缝之间区域的最大偏转角度与发生偏转的区域变小；采煤塌陷裂缝影响下壤土的含水率高于风沙土、水分运移速度低于风沙土，但土壤质地类型不影响水分运移方向。     

黄土沟壑区采煤塌陷地人工与自然植被恢复下土壤性质演变特征

植被恢复是扰动地生态修复的基础,土壤质量的改善是植被恢复效益的重要评价指标之一,揭示干扰地自然和人工植被恢复方式对土壤性状的影响差异,对于指导干扰后植被建设具有重要意义。目前西部半干旱生态脆弱区采煤塌陷地人工与自然植被恢复后土壤性状动态演变规律对比研究仍不够充分,因此以我国煤炭化工基地榆神府矿区黄土塌陷地为研究区,在阐明人工和自然2种植被恢复模式1～15 a土壤理化生性状动态变化规律的基础上,结合植物群落演替特征,探讨黄土塌陷地植被恢复与土壤质量之间的演变关系。结果表明:(1)随着恢复年限增加,人工和自然植被恢复模式土壤水分、有机质、有效养分含量、酶活性和菌类数量均表现出增加趋势,但人工恢复样地土壤理化生性状改善程度优于自然恢复样地;(2)从土壤性状的恢复速度上看,自然植被恢复10 a后,土壤水分和生物学特性基本可以达到塌陷前水平,但土壤有机质和有效养分含量仍然低于未塌陷地水平,而人工植被恢复6 a后,土壤各理化生监测指标均可以达到甚至高于未塌陷前水平;(3)土壤容重、水分、有效养分和菌类均与植物群落多样性和植被覆盖度具有较高相关性,土壤含水量和有机质是影响植被恢复样地土壤质量的主要因子。综合研究表明半干旱采煤塌陷区人工植被恢复对土壤性质的改善在程度和速度上都优于自然恢复植被,但人工恢复初期应尽量减小对原有自然植被和土壤系统的干扰;适当的人工抚育措施可促进植被发育,进而加速了植被对土壤质量的改善,使塌陷地植被建设会取得更好的生态效益。     

神木北部采煤塌陷区土壤与植被损害过程及机理分析

通过对神木北部矿区塌陷1,2,5,10 a和未塌陷区植物群落调查和土壤因子的测试,采用因子分析法评价不同塌陷年限下土壤质量和植被群落结构优劣,同时利用冗余和聚类分析研究植物与土壤之间的相互关系及其演变过程,并基于植被—土壤耦合模型判定不同塌陷年限土壤因子与植物群落耦合协调性。结果表明:1采煤塌陷导致土壤质量与植被群落结构退化,随塌陷时间的推移呈自然恢复趋势,但10 a后植物群落结构和土壤因子仍不能恢复至塌陷前水平;2塌陷区土壤有机质、水分和微生物是决定土壤质量和植物群落特征的关键因素,土壤硬度、速效养分和酶类是影响植物群落生产力和多样性的主要因子,而全效养分影响力相对较小;3塌陷区植物群落和土壤质量大体经过退化、改善和初步恢复3个不同的演化阶段;4植被与土壤的耦合协调性塌陷2 a后逐渐恢复,但至塌陷10 a仍未达到未塌陷地良好的耦合协调水平。神木北部矿区采煤对生态环境损害具有一定延续性,且生态系统自修复能力较弱,因此减少采动损害、实行自然与人工修复相结合应作为该区生态环境保护的指导原则。     

采煤沉陷对沙地土壤水分运移的影响

为研究采煤沉陷对风沙区土壤水分生态环境的影响,对毛乌素沙地南缘补连塔矿采煤沉陷后风沙土土壤水分时空变化规律及土壤密度、土壤机械组成和水分运移过程(水分入渗、土壤蒸发)进行了研究。结果表明:沉陷使得水分恢复期土壤水分条件发生变化,增加了60~80 cm深度处土壤水分的变异性,但沉陷区与对照区之间差异未达显著性水平。在采煤沉陷后1 a的相对稳定期,与对照区相比,沉陷区粗粉粒(0.01~0.05 mm)含量明显增加,而细黏粒(0.001 mm)含量减小;在初始入渗率上,表现为沉陷区较高,在稳定入渗率上,表现为对照区较高,但差异较小,而沉陷明显增加了水分的垂直入渗深度,减小了表层土壤持水能力;同时,沉陷区土壤蒸发量明显增大,不利于土壤水分的保持。经相关性分析,沉陷使得土壤水分与影响因素之间的相关性增强。     

黄土覆盖区采煤地表裂隙垂向延伸规律-以神南矿区为例

黄土覆盖区煤炭开采地表裂隙向下延伸深度,直接影响采煤塌陷区植被的生长和水的垂直渗漏。为此,采用土力学理论分析、地表观测、物理相似模拟和钻孔微电阻率扫描成像测井等多种手段,研究了神南矿区黄土覆盖区煤炭开采地表裂隙垂向延伸规律。研究结果表明:依据摩尔库伦理论,研究区煤炭开采地表裂隙极限显现深度为-4.2m,地表观测到的裂隙显现深度均小于该值。物理相似模拟实验结果显示,研究区煤炭开采地表裂隙垂向延伸深度为-15m,说明在黄土覆盖区地表裂隙极限显现深度下存在隐伏裂隙。现场实测显示黄土覆盖区煤炭开采0～6m深度裂隙较发育,-6～13m深度小裂隙发育不连续,-13～15m深度有隐伏的连续裂隙,-15m以深无裂隙发育,验证了物理模拟和理论研究结果。研究结果为保水采煤工程提供了依据。     

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。     

采煤沉陷区深层土壤物理性质时空变化研究

为了研究深层土壤容重、孔隙度以及含水率时空变化,基于榆神府矿区纳林河二号矿采煤沉陷区实测数据,研究了0～10m深度的土壤含水率及土壤容重、孔隙度的时空变化规律。结果表明,随着采煤沉陷区形成时间的推移,土壤容重逐渐减小,孔隙度逐渐增加,土壤含水率有所恢复。在空间分布上,拉伸区土壤容重低于盆底区,土壤孔隙度高于盆底区,说明采煤沉陷对拉伸区地表结构的影响更为明显且持久|拉伸区土壤含水率变化小于盆底区,纵深方向上0～2m土壤含水率主要受采煤地裂缝影响,6～10m主要受地下水变化影响,中间为过渡地带,土壤含水率相对稳定。     

采煤塌陷对毛乌素沙地油蒿(Artemisia ordosica)根际环境影响

以毛乌素沙地油蒿根际土壤为研究对象,研究了1~3a内塌陷对油蒿根际土壤主要肥力指标(理化性质、根际微生物数量及酶活性)的影响.结果表明:与未开采区相比,采煤塌陷区土壤容重、田间持水量下降,根际土壤速效磷、速效钾、碱解氮含量显著降低(P<0.05),土壤pH值、电导率显著增大.塌陷区表层0~20cm细菌、放线菌数量下降,真菌数量增加;20~40cm、40~60cm层土壤细菌、真菌、放线菌数量较未开采区有所增加.塌陷1~3a区域根际土壤酸性磷酸酶显著高于未开采区(P<0.05);塌陷2a、3a表层土壤蔗糖酶活性显著高于未开采区,深层土壤蔗糖酶活性高于未开采区但未达到显著差异(P>0.05).塌陷3a时土壤速效磷、碱解氮、表层细菌数量、脲酶、蔗糖酶等指标与未开采区无显著差异,而其他指标仍未恢复到未开采前状态.植物根际具有一定的自修复能力,但是恢复到未开采状态下仍需要较长时间.     

采煤沉陷对土壤团聚体及其有机碳的影响

为了更好地了解采煤沉陷坡地土壤结构及其有机碳库的变化特征,以典型的焦煤集团九里山矿采煤沉陷坡地为研究对象,分析了采煤沉陷坡地不同坡位土壤团聚体的组成及其有机碳的空间分布特征。结果表明：采煤沉陷坡地大团聚体含量自坡顶至坡底不断下降,微团聚体含量不断增加,土壤结构和稳定性自坡顶至坡下越来越差,在坡底则有所好转。采煤沉陷坡地不同坡位＜0.25 mm 土壤团聚体有机碳含量最高,各粒级土壤团聚体有机碳含量自坡顶至坡下不断减少,在坡底则有所增加。采煤沉陷坡地土壤有机碳含量自坡顶至坡下不断减少而在坡底显著增加。采煤沉陷减少了不同坡位＞5 mm土壤团聚体有机碳储量,增加了不同坡位＜0.25 mm土壤团聚体有机碳储量,但对0.25~2 mm、2~5 mm土壤团聚体有机碳储量的影响没有明显规律性。采煤沉陷坡地坡顶、坡上、坡中、坡下土壤有机碳储量显著低于正常农田,分别比未塌陷地土壤有机碳储量减少了8.19 t/hm2、8.21 t/hm2、9.11 t/hm2、11.34 t/hm2,煤炭开采引起的采煤沉陷对土壤有机碳库造成了不同程度的损失,并在一定程度上加剧了温室效应。     

煤炭开采沉陷区土壤有机碳空间变化

为研究矿区土壤碳动态,以焦作矿区为例,分析了沉陷坡与裂缝区两种破坏地表的土壤有机碳空间变化。结果表明:与未沉陷的矿区土壤相比较,沉陷坡与裂缝区表土(0~10 cm)有机碳含量降低且空间变异性增大,土壤剖面各层次有机碳含量均出现降低,特别是10~30 cm的土壤剖面层有机碳含量降低最明显,降幅为29%~38%;两种破坏地表土壤剖面有机碳库损失高达20.8~47.3 t/hm2。沉陷坡上,表土有机碳含量从上坡到中坡明显的降低,从中坡到坡底逐渐增加;中坡、下坡与坡底有机碳含量沿土壤剖面层次向下表现出一致的线性下降趋势,但上坡在土壤剖面内的波动较大;各坡位土壤剖面有机碳储量均出现损失,尤其是坡底以上的坡位有机碳储量损失最大。矿区土壤有机碳的空间变化与土壤侵蚀、土地利用、裂隙渗漏及低生物量输入有关。     

西部山区某矿开采扰动下地形变化特征及致灾点分析

开采后地形变化是煤炭生产面临的现实问题,东部平原地区的开采沉陷问题已经得到了较为细致的研究,但西部山区受地形因素影响,如何准确地获取沉陷数据及地表变化规律仍需进一步探讨。为确定开 采扰动下山区地形变化规律,为矿区地质灾害防治提供技术支撑,以西部山区某矿工作面开采扰动区为例,首先利用无人机快速获取研究区域数字影像,生成多期数字高程模型（DEM）,得到测区下沉盆地,研究地表 随工作面开采的沉陷情况。然后利用DEM提取研究区域的坡度、坡向和起伏度信息,得到该工作面开采前后的地形整体变化情况。研究表明：研究区地表变化受地下采煤活动影响明显,具体表现为工作面开采过后,坡 度整体变缓,起伏度减小,随着后续工作面的开采,坡度和起伏度均有所变大,但是变化较小。利用坡度变化这一特征获取地下开采导致的地表致灾点,结合原始高程、原始坡度和开采沉陷情况分析致灾点的分布形 态,发现致灾点多位于海拔较高、原始坡度较小、植被覆盖率较低的沟谷、道路两侧,通过分析致灾点的位置可为矿区后续边坡治理、道路养护与土地复垦提供技术参考。     

煤炭开采对农田土壤碳储量的影响研究

以徐州九里矿区为研究区,选取典型煤炭开采沉陷盆地,通过设计沉陷盆地土壤有机碳库采样方案、实验室土壤有机碳含量测定、构建沉陷盆地土壤有机碳库储量模型以及煤炭开采沉陷前后沉陷盆地内农田土壤有机碳库储量变化的分析,研究了煤炭开采对农田土壤碳储量的影响。研究发现：在煤炭开采沉陷未扰动状况下,沉陷盆地各坡面区土壤有机碳密度均与对照区土壤的有机碳密度相同,煤炭开采沉陷后沉陷盆地各沉陷坡面区土壤有机碳密度随沉陷深度呈现先减小后增大的变化趋势：煤炭开采沉陷前沉陷盆地所在区域内土壤碳库有机碳储量是560.4 t,开采沉陷扰动后沉陷盆地内土壤碳库有机碳储量为530.9 t,比沉陷扰动前减少了5.3%,由此可知,煤炭开采对农田土壤碳储量影响为失碳（碳源）效应。     

超高水材料地裂缝充填治理技术

为了进行西部采煤沉陷区地表生态恢复治理,针对采动引起的地表永久性地裂缝的治理,在进行超高水材料物理力学性能测试的基础上,研制了野外超高水材料地裂缝充填工艺及充填系统,提出了“深部充填-表层覆土-植被绿化”的地裂缝治理3步法,并以神东矿区大柳塔煤矿12203~12205工作面老采空区生态治理示范基地为试验区,进行了超高水材料地裂缝治理试验,通过与常规沙土充填方法对比分析发现,该系统采用水体积为94%的超高水材料进行地裂缝深部充填后,地表下沉量大大减小,且地表保水性能大大提高,植被长势良好。     

我国采煤沉陷地土壤质量研究进展

煤炭开采引起地表沉陷,使地表变形、坡度加大,土壤侵蚀加重,对土地资源造成了严重破坏,导致土壤质量下降。基于此,分析了采煤沉陷对土地破坏的特征,对有关采煤沉陷地土壤质量变化研究成果进行了综述,包括土壤物理性质变化、化学性质变化以及生物性质变化的研究,总结了其变化规律;探讨了采煤沉陷地土壤质量研究中的不足。最后综合目前研究的进展以及存在的问题,提出了今后采煤沉陷地土壤质量研究的重点和方向。     

峰峰矿区主要矿山环境地质问题及防治对策

峰峰矿区矿产资源丰富,长期的大规模开采产生了一系列的矿山环境地质问题。通过野外调查和统计分析等手段,对峰峰矿区开采引发的主要环境地质问题进行详细分析。结果表明：矿区地面塌陷、地裂缝和崩塌等地质灾害较为严重。并分析了矿区开采引起的地质生态效应,发现矿区存在占用土地资源,开采沉陷破坏土地结构、农田积水,含水层破坏、水土污染等环境地质问题。在此基础上,提出了矿区开采引起的地质灾害防治对策和加强矿区地质生态环境综合治理的建议。     

唐山市南湖采煤沉陷区地价空间规律研究※

城市边缘采煤沉陷区不仅影响矿业城市用地扩张,而且形成独特的地价空间规律。本文基于地价样点信息野外抽样与相关资料收集的基础上,通过GIS空间分析和空间插值的方法,对唐山市南湖区采煤沉陷区内住宅用地、商业用地的地价空间规律进行了研究。由于受采煤沉陷、地质构造等影响,住宅用地、商业用地单位地价走势均沿采煤塌陷梯度方向递减,较之正常地价发生明显偏差;楼面地价表现出与单位地价相反的变化趋势。地质条件的优劣、采煤活动的强度等影响着地基承载力的大小,通过容积率、建筑限高等规划指标对地价产生影响。随着采煤活动的减弱,地价、容积率、建筑限高均呈现出以大、小南湖核心区域(塌陷中心)为中心向外围圈层递增的趋势。研究表明,采煤导致地表塌陷与积水增加了建筑成本,使地价降低;环境修复改善了居住环境质量,提高了地价;地价水平最终取决于地表塌陷损毁程度。     

工作面开采沉陷对农田土壤和植被碳库扰动预评价

为了明确煤田工作面开采沉陷对农田土壤和植被碳库的扰动影响,分别选取了开采沉陷坡面样区和未受开采沉陷影响对照区,在对沉陷样区坡度进行预测的基础上,运用DNDC模型模拟了实验区2013—2015年的农田土壤有机碳储量和植被NPP,并对模拟结果进行分析,同时,对DNDC模型在本研究区的适宜性进行了验证。研究结果显示:(1)在煤田工作面开采沉陷影响下,农田土壤和植被碳库有显著的失碳效应,且随煤田工作面开采工作的持续,其碳损失量越大。(2)在开采沉陷区,坡度的升高是农田土壤和植被碳库储量发生明显变化的主要原因。(3)通过精度评价发现DNDC模型可准确模拟煤田开采沉陷区农田生态系统碳循环过程,基于DNDC模型的煤田开采沉陷下农田土壤和植被碳库扰动预评价精度整体上较好。     

高原高寒煤矿区生态环境修复治理模式与关键技术

矿山的生态治理与环境修复是保证资源开采可持续发展的必要条件。高原高寒煤矿区生态修复涉及煤炭资源勘查开发与保护、冻土、水资源、草甸湿地、土壤、植被、生态环境等多方面的科学问题,难度较大。根据问题导向、科学精准、集中整治、分类施策的要求,遵循“山水林田湖草是一个生命共同体”的理念,对青海木里矿区煤炭露天开采存在的生态环境问题研究发现,目前矿区存在的生态环境问题有地貌景观破坏、植被破坏、土地挖损和压占、冻土破坏、水系湿地破坏与采坑积水、地下水含水层破坏、土地沙化与水土流失、不稳定边坡8种类型。针对以往煤矿开发造成的八大生态环境问题,以煤炭生态地质勘查理论为指导,综合研究并形成了地形地貌重塑技术、土壤重构及植被恢复技术、水系自然连通技术、煤炭资源保护技术、边坡稳定性综合监测技术五大关键技术。综合运用以上技术,系统对采坑渣山治理、植被恢复、水环境和资源等进行统筹规划,对矿区生态环境进行综合整治,形成4种具有高原高寒特色的生态修复重点治理模式,分别为水系连通、引水代填、关键层再造以及依山就势。治理工程实践中按照“地质+生态”、“自然恢复+工程治理”的综合治理思路,通过与各井渣山边坡稳定程度、水系传输与采坑积水情况、资源赋存状态等相结合,最终形成“一坑一策”的7种治理方法:边坡阶梯整治+坑底部分复绿+引水代填形成高原湖泊(聚乎更三号井)、保留采坑积水形成的高原湖泊+边坡与渣山整治+覆土恢复植被+水文定期监测(聚乎更四号井)、采坑部分回填形成梯田+边坡与渣山整治+植被复绿+地表水系自然连通(聚乎更五号井)、资源保护+边坡与渣山整治+采坑形成高原湖泊+水系自然连通+植被复绿(聚乎更七号井)、边坡与渣山平整+植被复绿+保留高原湖泊+水系自然连通(聚乎更八号井)、资源保护+采坑回填+削坡整治美化+地貌恢复与周围环境相协调(聚乎更九号井)、采坑回填+边帮整形+坑底就势整平+景观协调(哆嗦贡玛区)。探索了露天煤矿区生态环境一体化修复治理路径,在木里矿区生态修复治理实践中得到有效的应用。