矿产资源开采土地损毁及复垦潜力分析

基于数理统计、典型调研、文献分析、专家咨询、趋势外推和区域类比等方法,测算了我国矿山开采损毁土地系数、可复垦率和复垦利用比例等参数,在此基础上测算和预测了2020年前我国矿山开采损毁土地的面积、待复垦损毁土地的面积以及土地复垦潜力。结果表明：1）我国井工煤矿开采平均土地损毁系数为031 hm2/万t,露天煤矿开采土地损毁系数为010 hm2/万t,铁矿损毁土地系数030 hm2/万t,每亿块砖损毁土地面积1333 hm2;2）至2020年我国矿产资源开采损毁土地面积预计达到80660×104 hm2,其中煤炭开采损毁土地面积最多,为23393×104 hm2,待复垦面积为12020×104 hm2,煤炭开采损毁土地可复垦为耕地、林草地、建设用地的面积分别为5299×104 hm2、5519×104 hm2和1220×104 hm2;3）我国矿山开采损毁土地待复垦面积潜力较大,2020年前可复垦土地面积30878×104 hm2,其中可复垦为耕地面积14883×104 hm2,林草地面积12531×104 hm2,建设用地面积3464×104 hm2,煤炭开采损毁土地是农用地重点复垦潜力区。     

黄河下游平原煤矿区采煤塌陷地治理的若干基本问题研究

黄河下游流经河南和山东两省,该区域为冲积平原地貌,既是我国的粮食主产区,也是重要的煤炭基地。平原煤矿区煤炭开采最主要的生态环境问题是采煤塌陷并严重积水,造成耕地面积减少、生态环境恶化。以黄河下游平原煤矿区采煤塌陷地为研究对象,针对治理范围、积水机理和稳沉性分析这三大采煤塌陷地治理的基础性问题进行探讨,并研究其治理措施。研究表明:(1)采煤塌陷地治理范围是一个隐伏信息,比较难以精准确定。传统以下沉10 mm的沉陷边界作为治理范围往往过大,应以塌陷对建筑物和耕地的损毁边界作为采煤塌陷地治理范围,对建筑物的损害边界以临界变形值:倾斜i=3 mm/m,水平变形ε=2 mm/m,曲率K=0.2 mm/m~2来确定,耕地损毁边界以对耕地生产力开始产生影响的临界下沉值、临界倾斜值、临界水平变形值的最小值来圈定,并提出耕地损毁临界变形值计算方法和治理范围圈定方法。(2)采煤塌陷地积水是平原矿区生态损毁的主要特征和优选治理技术的关键,它主要与地表下沉量、潜水位、气候、土壤结构和质地等因素有关,通过厘清塌陷后的地表与潜水位的关系,阐述了塌陷积水的机理及动态过程,并以是否积水作为土地损毁程度评价的重要标准。(3)塌陷稳定性是治理措施和时机选择的关键,提出了基于治理阶段性和考虑未来(周边与多煤层)开采影响的塌陷稳定性分析方法。(4)针对黄河下游平原煤矿区耕地损毁严重的问题,改变传统的"末端治理理念"和"零和博弈思维",提出了"采煤与耕地保护协同发展战略"和"边采边复战略",可有效保护和恢复耕地,实现煤炭开采与生态保护的协同发展。     

基于水土资源损毁的长河流域煤炭开采模式模拟

为研究不同煤炭开采模式下水土资源损毁程度,基于系统动力学原理构建了煤炭-水土资源经济系统的系统动力学模型,模型经过多次的运行完善,最后通过了检验,利用模型分析了不同情境下水土资源损毁系统的发展特征。通过对模型运行分析得出,影响煤炭开采量、耕地面积和水资源量的因素中敏感性最高的3个影响因子是采出率、废水治理率和复垦率。在将煤炭开采量控制在600万t以下,耕地面积和总供水保有量分别控制在31.25 km~2和1 872万t以上的前提下,对这3个主要影响因子进行了设置,模拟运行得出了长河流域煤矿区未来2017—2030年3种不同煤炭开采模式下水土资源的损毁状况,在不同煤炭开采规模情景下水土资源发展状况差别明显,经济优化型模式下,国民经济增长速度明显增加,但是耕地面积出现了小幅度减小,而且总供水量减少较快,容易给当地人民带来水资源不足的威胁,该方式不符合经济发展的长远利益;资源优化型,该模式下年国民生产总值增速明显减小,耕地面积和总供水量快速增加,资源型发展模式能够维护资源的健康稳步发展,但是不利于经济的发展;SD-MOP整合优化模型,该模式下适当控制煤炭开采规模,国民产值在较大程度稳步提升的前提下,也能保证水土资源的稳步增加,既考虑了经济效益又重视了自然资源,其优化方案是朝着煤炭资源、水土资源合理利用,经济-生态双优化的改造过程,是在提高研究区煤炭资源、水和土地资源的利用效率的过程,有助于优化长河流域煤炭、水和土地资源的数量结构、层次结构与效益结构。经过对这3种方案不断的运行检验得出:整合优化型煤炭开采模式为最优开采模式。     

矿区原始地形对采煤沉陷区地形特征的影响分析

采煤塌陷地预测对于矿区土地复垦具有重要意义,是矿区损毁土地复垦工作的基础,对于确保土地复垦方案科学性、准确性及合理性起决定性作用。采煤塌陷地预测一般仅考虑开采计划和地质特点,未考虑矿区原始地形的影响,预测结果往往无法准确反映矿区地表沉陷情况。以我国东部某煤矿为研究对象,通过对矿区原始地形、采煤沉陷区DEM进行融合,获得考虑原始地形的采煤沉陷区,通过计算并提取坡度、地表起伏度、积水面积地形因子,分析矿区原始地形对采煤沉陷区地形特征的影响。研究表明:考虑矿区原始地形后的采煤沉陷区地形特征发生了明显变化,沉陷区地形坡度、地表起伏度明显增大,积水面积明显减少,采煤沉陷区损毁土地地形特征更加准确、真实。分析结果可为矿区开采沉陷预测和损毁土地复垦治理提供可靠依据。     

基于 LandTrendr 和 CCDC 算法的神东煤炭基地植被损毁识别对比分析

煤炭基地是我国煤炭资源的集中产业地,面临着植被损毁区域大、损毁原因复杂多变的问题。 定量分 析长时序植被损毁识别方法在煤炭基地的适用性,对当地生态环境质量监管具有十分重要的意义。 基于 Google Earth Engine 云计算平台的 Landsat 影像数据,从植被损毁识别、不同地表区域适用性、植被损毁时间 3 个方面,定量对比分 析了 LandTrendr (LT)和 Continuous Change Detection and Classification (CCDC)算法在神东煤炭基地进行长时序(1990 -2020 年)植被损毁识别中的适用性。 研究表明:① 在植被损毁识别上,LT 和 CCDC 算法总体精度分别为 73. 6%和 84. 4%,识别效果较好。 ② LT 和 CCDC 算法都能较好地避免林地区域的错分误差。 但 LT 算法仅能识别露天采场区 域部分植被损毁,遗漏误差较大,且基本无法识别到城市扩张所造成的植被损毁,而 CCDC 算法对这两类区域的识别 效果较好。 在水体区域,LT 算法显著优于 CCDC 算法。 ③ LT 和 CCDC 算法识别损毁时间的误差在 1 a 内的结果分别 占 95. 7%和 90%,损毁时间识别效果很好。 总体而言,相较于 LT 算法,CCDC 算法更适用于城市扩张明显、水体面积 很少的神东煤炭基地植被损毁识别。 上述分析为神东煤炭基地生态环境质量监管提供了数据参考,更为两种算法在 其他煤炭基地尺度的进一步应用提供了方法优选借鉴,但是两种算法均存在难以避免的局限性,未来需要研究一种 能够准确自适应识别煤炭基地内大范围露天矿群植被损毁事件的新方法。     

采煤沉陷土地损毁程度评价软件系统研究

针对采煤沉陷区土地损毁程度评价工作量大、易出错的问题,以地表岩移预计为基础,建立多因素评价的指标体系,设计了土地损毁程度分级标准,提出了基于概率统计的土地损毁计算方法,并研制了Windows平台下的采煤沉陷土地损毁程度评价软件系统,使土地损毁程度评价更趋科学合理,同时工作效率大大提高。     

开采沉陷土地损毁程度评价指标量化及实证研究

文中通过分析不同地区煤矿区采煤沉陷后土地损毁特点,按照代表性、全面性、可操作性、定性与定量相结合、系统与层次相结合的原则,建立了土地损毁程度评价的指标体系,对其进行了详细的说明,并尽可能实现了所有指标的量化,以便更加科学、系统的评价土地损毁程度。在此基础上,选取黄土高原沟壑区一处采煤沉陷地,利用该指标体系,通过评价指标取值、指标权重计算、隶属度确定、分值计算等步骤,实现了土地损毁程度的评价。     

矿区土地复垦决策支持系统的开发设计与应用

从系统的开发流程、体系结构、功能模块设计和模型库的构建等角度详细阐述了矿区土地复垦决策支持系统(LRDSS2.0)的开发过程.LRDSS2.0实现了矿区与矿区内不同土地利用单元两种尺度下的决策支持,通过以山西省重点煤炭基地涉及的34个复垦区域和安太堡露天煤矿内6个不同土地利用单元为例,利用WebGIS和决策支持系统（DSS）相结合的手段,实现了山西省重点煤炭基地复垦区域的空间显示和安太堡露天煤矿排土场和采掘场等区域单元的数字化.     

山东龙铟矿某单一工作面边采边复时机优选

我国传统采煤沉陷地复垦多采取沉陷后再复垦的模式,复垦时间长、复垦率低。近年来,有学者提出了边采边复的理论,并取得了一定的成果,但该类研究多针对多煤层或单一煤层开采造成的大范围损毁区域,并且相应的边采边复技术研究也是根据大范围内各阶段的地表变形情况来制定复垦方案,无法有效体现出地面复垦与地下开采的动态结合机理。以山东龙堌矿的某一工作面开采形成的沉陷地为例,进行单一工作面的边采边复技术研究。根据所选工作面的推进速度,划分了8个阶段,对各个阶段的开采进行了土地损毁情况分析,按照损毁程度及损毁地类型划分为9个评价单元,分别进行了土地复垦适宜性评价。结合适宜性评价结果将各单元合并为不同的复垦单元分别进行复垦规划,合理安排复垦施工工程,通过对比每个阶段可复垦出的耕地面积与相应的复垦成本,优选出了最佳复垦时机,以较低的成本尽可能复垦出更多的耕地。     

山东龙堌矿某单一工作面边采边复时机优选

我国传统采煤沉陷地复垦多采取沉陷后再复垦的模式,复垦时间长、复垦率低。近年来,有学者提出了边采边复的理论,并取得了一定的成果,但该类研究多针对多煤层或单一煤层开采造成的大范围损毁区域,并且相应的边采边复技术研究也是根据大范围内各阶段的地表变形情况来制定复垦方案,无法有效体现出地面复垦与地下开采的动态结合机理。以山东龙堌矿的某一工作面开采形成的沉陷地为例,进行单一工作面的边采边复技术研究。根据所选工作面的推进速度,划分了8个阶段,对各个阶段的开采进行了土地损毁情况分析,按照损毁程度及损毁地类型划分为9个评价单元,分别进行了土地复垦适宜性评价。结合适宜性评价结果将各单元合并为不同的复垦单元分别进行复垦规划,合理安排复垦施工工程,通过对比每个阶段可复垦出的耕地面积与相应的复垦成本,优选出了最佳复垦时机,以较低的成本尽可能复垦出更多的耕地。     

山西省大同塔山煤矿地质环境问题与治理对策研究

大同塔山煤矿位于大同煤田中东边缘地段,赋矿地层主要为侏罗系大同组,目前已采空;二叠系山西组、石炭系上统太原组,煤层厚73.67～93.40 m,平均厚85.16 m,含煤系数为36%,为主要采煤层。因采煤造成的地质环境问题主要为地面沉陷、地裂缝,边坡崩塌、滑坡等,地形地貌景观破坏,原煤储存、运输等造成的粉尘污染等,影响周边耕地面积约43.97 hm²,约合44 hm²旱地遭受减产损失。矿区通过回填矿山地面塌陷、裂缝等综合治理手段,土地翻耕面积118.42 hm²。通过植被绿化,恢复土地功能。其中,耕地增加54.77 hm²、有林地49.74 hm²、灌木林地3.34 hm²、人工牧草地469.08 hm²,达到了良好的生态、社会效益。     

基于双因素的城市建设用地预测——以兰州市为例

随着我国城市化进程的加快,我国城市建设用地规模在不断扩大。城市建设用地需求量预测是土地利用总体规划的重要内容之一,具有十分重要的意义。本文以2000—2007年兰州市城市建设统计数据为基础,采用人口增长拉动与经济增长(GDP)拉动的双因素模型,对兰州市2010、2015、2020年3个时点的城市建设用地进行了预测。从预测结果中可以看出,基于人口增长的建设用地预测结果比较保守,而基于经济增长的预测结果偏大。文中选取适当的调整因子对两种预测结果进行调整,最后得出兰州市2010年建设用地规模为18 339.9 hm2,2015年的建设用地规模为23 269.8 hm2,2020年的建设用地规模为27 176.0 hm2。     

小尺度煤粮复合区耕地演变预测*

基于县域小尺度,以山东省的A县和B县为研究对象,利用基于概率积分法的MSPS软件对2县煤粮复合区内因采煤塌陷造成的耕地演变趋势进行了预测分析。结果表明：A县和B县的煤粮复合区面积分别为31 658 hm²和19 792 hm²,占2县含煤面积的71.03%和80.32%,占2县耕地面积的27.70%和20.21%。随着煤炭的不断开采,2县复合区的耕地面积将不断减少。据预测,到闭矿时,2县共损毁耕地38 934 hm2,占煤粮复合区面积的75.67%,将会造成约37万农民无地可种。     

安家岭露天煤矿土地利用结构预测

采用实地调绘、航片判读、统计分析、历史类比与趋势外推相结合的方法,对平朔安家岭露天煤矿１９９８～２０１９年剧烈扰动的１６５２０ｈｍ２的土地利用结构进行了预测性研究．结果表明,２２ａ间,共剥离岩土１６０９８００万ｍ３,挖损土地１２０００ｈｍ２,压占土地４５２０ｈｍ２,其中,耕地和林牧用地分别消失８７４３ｈｍ２和７９０ｈｍ２．规划后的土地利用结构有了明显的改善,其中,耕地由原来的５２９％提高到７０７％;林牧用地由原来的４８％提高到２９３％,基本消除了荒地和其它未利用地．同时,耕地总量动态平衡结果表明,以６ａ为耕地恢复期,大约在采矿２６ａ后,耕地总量可达到平衡;若以１０ａ为耕地恢复期,大约在采矿３４ａ后,耕地总量可达到平衡．     

北岩煤矿地质环境特征及地质灾害治理措施

通过山西省采煤沉陷区综合治理项目，以解决北岩煤矿因煤炭开采产生的诸多地质环境遗留问题。多年来，采矿活动已引发地裂缝20多处，破坏土地总面积19 987.39 m²,通过填埋地裂缝1 101 m,恢复土地面积2.00 hm²;地面塌陷区6处，塌陷坑破坏土地利用类型均为耕地，通过表土剥离、土方回填、土方整平、土地翻耕、生物工程，治理地面塌陷总面积37 695 m²,需回填土方63 250m³。区域分布火区2个，采用钻孔间歇式注浆施工法进行注浆灭火，治理区面积约9 000 m²。通过对矿山地质环境的恢复治理，取得了较高的社会效益、经济效益和环境效益。     

山西省蒲县耕地需求量预测研究

耕地保有量是土地利用规划中的重要调控指标,做好耕地需求总量的预测工作,对保护耕地、实现耕地总量动态平衡具有重要意义。通过总结前人预测方法,在方法学综合论证的基础上,结合蒲县实际,采用基于粮食安全、趋势外推、单因素驱动模型、多元线性回归和部门需求预测法5种方法,运用SPSS统计学软件,以山西省蒲县为例,对耕地需求量进行预测。在比较分析各预测方法优劣势的基础上,论证了各方法测算结果的科学合理性,最终确定蒲县2010年和2020年的耕地需求量,为蒲县新一轮土地利用总体规划耕地保有量指标确定和耕地保护政策的制定提供依据。     

张集矿区复垦土壤养分变化研究及评价

煤炭开采引发土地沉陷,耕地资源严重破坏,土地复垦是恢复耕地的重要措施。开展矿区复垦土壤养分变化研究及评价,对于指导矿区土地复垦工作有着重要意义。以淮南张集矿区不同复垦年限的土壤为对象,系统研究了土壤养分的变化。结果表明:随着复垦时间的增加,土壤的有机质、全氮、速效磷和速效钾呈现增加趋势;复垦土壤在垂直层次上表现出随深度的增加,土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾有下降的趋势;以正常耕地土壤养分水平作为评价标准时,复垦土壤养分恢复指数呈现增加趋势。     

采煤业生态足迹及地区间的差异

在计算江苏徐州市和山西长治市生态足迹的基础上，提出了计算采煤业生态足迹的方法.并用3种不同的方法比较了徐州和长治两地采煤业生态足迹的地区差异：徐州市开采万吨原煤的生态足迹占矿区生态承载力的比例为26%，长治市为51%；采煤业万元产值的生态足迹徐州市为0.74 hm²，长治市为0.78 hm²；按产值比重算，万吨原煤产量的生态足迹徐州市为52.07 hm²c长治市为66.81 hm².同时还分析了同一地区单位产值的采煤业与其他产业生态足迹的差异，长治市采煤业生态足迹与其他行业生态足迹较为接近，而徐州市采煤业生态足迹则远大于其他行业的生态足迹.