黄土区露天煤矿排土场复垦初期土壤颗粒组成空间变异分析

土壤重构的好坏直接关系到黄土区露天煤矿排土场植被的恢复状况,研究排土场复垦后的土壤特性对排土场生态的恢复有很重要的作用。本文以黄土区露天煤矿排土场复垦区为研究对象,采用传统统计学和地统计学相结合的方法,以半方差函数为基本工具,应用Arcgis地统计模块研究了0~40cm复垦初期土壤颗粒的空间变异规律,并运用普通克里格法(Ordinary Kriging)进行最优无偏线性插值,制作了不同粒径土壤颗粒含量的空间分布图。结果表明:1在复垦初期0~20cm和20~40cm不同粒径土壤颗粒组成特点比较类似,均以粉粒平均含量最高,沙粒平均含量居中,而黏粒平均含量最低,各粒径土壤具有中等偏弱的变异性;2通过半方差函数的拟合,黏粒含量的半方差函数符合球状模型,粉粒含量的半方差函数在0~20cm层次符合球状模型,在20~40cm符合指数模型,砂粒的半方差模型在0~20cm符合球状模型,在20~40cm半方差函数符合指数模型,不同粒径土壤颗粒含量在一定范围内存在空间自相关性,具有中等的空间相关性;3基于半方差模型的普通Kriging插值图能更直观地揭示了复垦区不同层次土壤颗粒的空间分布状况,从土壤颗粒组成的垂直方向和水平方向来看,在0~20cm的水平方向上,研究区中粉粒含量高值区对应着砂粒含量的低值区,二者有较好的互补性,而在垂直方向不同土壤粒径含量在空间分布并没有明显的规律。本研究可为黄土区排土场复垦土壤剖面重构和培肥改良提供一定的借鉴和参考。     

蘑菇废料施用对煤矿区复垦土壤颗粒组成的影响

为了研究施用蘑菇废料对煤矿塌陷区复垦土壤颗粒组成的影响,在山东邹城市平阳寺镇2001年国家投资复垦项目区内选取有代表性的8块试验区。以未破坏地块为对照,对每个地块分6个层次采集土壤样品进行分析,采用英国的马尔文激光粒度仪测量土壤颗粒组成,通过SPSS分析各地块与未破坏地块土壤颗粒组成的相关性。结果表明：蘑菇废料对土壤颗粒组成的影响实质是利用其所含有的腐殖质分解,并作为黏结剂增加土壤微团聚体的比重,改善土壤的物理结构性。施用蘑菇废料对土壤颗粒组成的影响主要在0~15.24 cm的土层内,施用蘑菇废料的地块与未破坏地块的颗粒组成相关性均比未施用蘑菇地块的相关性系数高,最明显的是施用蘑菇废料4a的样区4比未施用蘑菇废料的样区3的相关性系数高0.17~0.18,其不同粒径的颗粒组成与未破坏地块样区1的相关性系数为0.940。因而,蘑菇废料的施用对于复垦土壤的物理性状具有改良作用而且可以能够提高土壤的保水保肥能力。     

不同粒径煤矸石温度场影响下重构土壤水分时空响应特征

为研究煤矸石基质风化过程中温度场变化引起的充填复垦重构土壤水分时空响应特征,选取不同粒径级配同等覆土厚度的煤矸石充填复垦田间试验小区,分层分区埋设温度和湿度传感器,动态监测重构土壤不同梯度的温度及水分。实验结果表明:煤矸石层及充填界面温度总体低于土壤剖面15 cm(H1层),25 cm(H2层)处温度,高于35 cm(H3层)处土壤温度,说明地表热传导作用于H1,H2层土壤,但是在充填界面上存在由煤矸石风化作用引起的温度场变化演替现象;复垦地土壤水分随土壤深度的增加而降低,各复垦地土壤水分总体分布趋势为中粗粒径细粒径粗粒径,中粗粒径和细粒径复垦地块土壤水分平均差异值为3.7%;H3层土壤温度与煤矸石层温度相关性最高;试验地各层土壤水分与煤矸石层温度相关系数大小呈H3H2H1;各复垦地土壤温度与水分相关性显著,粗粒径复垦地块的平均相关性系数为0.716,中粗粒径复垦地块的平均相关性系数为0.668,细粒径复垦地块的平均相关性系数为0.626。     

施用蘑菇料对煤矿区复垦土壤物理特性的影响

为揭示施用蘑菇料对煤矿区复垦土壤物理性状的影响,以未破坏土地为对照,布置了9个采样点,分析了施用蘑菇料对复垦土壤紧实度、容重、含水量、土壤颗粒类型（黏粒、粉粒、砂粒）等物理性状的影响。结果表明：随着时间的增加,施用蘑菇料的地块土壤紧实度、容重增加。施用蘑菇料4 a的地块4与未施蘑菇料的地块3相比,表层土壤紧实度增加71%,容重增加027 g/cm3。紧实度增加是由于灌溉、降雨所致,蘑菇料腐烂且与土壤混为一体导致土壤容重增加;施用蘑菇料改良了土壤颗粒结构和分布,土壤1~3层的黏粒、粉粒含量增加。施用蘑菇料4 a的地块4与未施蘑菇料的地块3相比表层土壤黏粒增加06%,粉粒增加1427%,从而也导致了土壤表层紧实度和容重的增加。蘑菇料与土壤混为一体,增加了水分向地下渗透的阻力,有利于土壤含蓄水分,增加了土壤含水量,施用蘑菇料的地块土壤含水量增加3%~4%。     

煤矸石堆存对土壤盐分空间分布特征的影响及主要因子的研究

以潘一矿煤矸石山和周边复垦土壤为研究对象,重点研究煤矸石堆存过程中对周边土壤盐分空间分布特征的影响,并模拟雨水酸度进行煤矸石风化物静态浸泡实验,分析研究影响煤矸石风化物盐分溶解释放的主要因子。结果表明,复垦区土壤的盐分含量均值略高于土壤背景值,水平分布上在煤矸石山周边4 m范围内,土壤的盐分含量受煤矸石山淋溶运移等作用的影响较大,且距离煤矸石山脚处1和2 m处土壤盐分呈轻度盐渍化水平。土壤盐分含量垂直分布特征上,土壤盐分含量均值在垂直方向上呈V字型分布,不同深度土壤的盐分含量均值略高于土壤背景值。研究区土壤盐分组成中阳离子主要为K++Na+,阴离子主要为HCO-3,土壤盐分组成特征以NaHCO3为主,不同深度之间同一盐基离子含量显著性差异不大。煤矸石风化物静态浸泡实验表明,粒度越小,TDS的溶解释放速率越快,浸泡液中盐分含量值越大;不同固液比浸泡液中TDS值变化幅度比较大,呈现出TDS1∶5＞TDS1∶3＞TDS1∶15＞TDS1∶10的变化规律;在不同酸度浸泡下,煤矸石风化物呈现出TDS5.6＞TDS6.8＞TDS6.0＞TDS6.4的变化规律;随着浸泡液温度的逐渐升高,煤矸石风化物粒径越小受温度影响越大。最后,探讨了盐渍化土壤的植物修复技术和防控措施。     

不同粒径组合对煤矸石基充填材料性能的影响

为解决胶结充填成本高、煤矸石和低品质粉煤灰等固废堆存占用大量土地及污染环境等问题,在充分利用煤矿固体废弃物、满足工程实际需求的前提下,制备了煤矸石基充填材料。根据不同胶凝材料的水化特性,研究了高活性辅助胶凝材料和低活性辅助胶凝材料的颗粒级配。通过组分筛选、配比优化、性能测试分析,获得了材料抗压强度、泌水率和流动度3项性能指标;利用XRD、SEM和压汞研究了不同粒径组合对充填材料性能的影响机理。研究表明:水泥熟料30%、煤矸石40%、粉煤灰20%、脱硫石膏10%为最优配比,此时早期强度发展较快,3 d强度达到0.83 MPa,后期强度最高,28 d强度达到9.92 MPa;煤矸石粒径变化对材料性能起主要作用,粉煤灰和脱硫石膏粒径变化起次要作用,并且存在最优的粒径组合,即煤矸石粒径0.075~0.106 mm、粉煤灰和脱硫石膏粒径0.053~0.075 mm的组合性能最优,材料的3 d抗压强度为0.78 MPa,28 d抗压强度达到12.1 MPa,流动度大于320mm,泌水率低。     

粉煤灰煤矸石混合浆液性能试验研究北大核心

为探寻粉煤灰煤矸石混合浆液的性质,以粉煤灰和不同粒径的煤矸石为试验材料,采用正交试验方法,通过SPSS软件处理试验数据,分析体积浓度、煤矸石粒径和粉煤灰与煤矸石质量比对浆液的密度、黏度和析水率的影响规律;并结合注浆现场实际,设计黏度降低试验。结果表明:体积浓度、煤矸石粒径、粉煤灰与煤矸石质量比3种因素都对浆液密度和浆液黏度变化起到了显著作用;其中煤矸石质量占比达到70%会使浆液黏度增加变快;体积浓度和粉煤灰与煤矸石质量比对浆液析水率变化起主要作用,其中煤矸石质量在不同占比对析水率的变化快慢有差异,煤矸石粒径对浆液析水率变化起次要作用;聚羧酸减水剂含量增加对粉煤灰浆液和粉煤灰煤矸石混合浆液黏度降低有明显的作用,并随剂量的加大,黏度变化逐渐减缓达到极值。     

煤矿塌陷区废碴充填复垦土壤理化性质研究

煤矿区充填复垦重构土壤在很大程度上改变了原生表层土体的构型,为了进一步了解粉煤灰、煤矸石充填复垦对土壤理化性质的影响,通过选取粉煤灰、煤矸石复垦土壤样品与对照土壤样品进行了实验研究,结果表明复垦土壤的理化性质较差。复垦土壤pH值呈碱性,土壤有机质含量降低,土壤全氮、速效磷、速效钾含量减少,土壤湿水分较为充足,风干水分分明显减少。     

煤矿塌陷区不同复垦年限土壤颗粒组成分形特征

土壤的颗粒组成在某种程度上决定了土壤的结构和性质,为探究不同复垦年限下土壤理化性质的变化规律,以土壤颗粒分形理论为基础,选取邹城市典型采煤塌陷地作为研究对象,统计分析了煤矿塌陷区土壤颗粒分形特征及其与土壤不同粒径含量和土壤养分状况间的关系。结果表明:①随复垦年限增加,土壤理化性质变好,土壤颗粒分形维数增大。②在垂直剖面尺度上,土壤颗粒分形维数与黏粒、粉粒、密度、有机质含量呈极显著正相关关系(p0.01),而与砂粒含量、孔隙度呈极显著负相关(p0.01),与碱解氮、速效磷、速效钾含量相关性很小。③在时间尺度上,土壤颗粒体积分形维数与黏粒、粉粒、有机质含量、密度存在极显著正相关关系,与土壤碱解氮、速效钾、速效磷呈显著正相关,与砂粒含量、孔隙度呈极显著负相关关系。     

煤矸石堆场周围土壤重金属污染特征分析与评价

本文红沙泉露天煤矿作为研究区,采取描述统计,主成分分析和污染评价方法,对煤矸石堆场周围不同距离土壤中Zn、Cu、Cr、Hg、As和Pb的含量和及其污染特征进行分析与评价。结果表明：土壤中Cr和As含量超过了新疆背景值分别为2.15和2.31倍,国家标准值1.74倍和2.31倍。土壤中Hg含量超过了新疆背景值,低于国家标准值。土壤重金属含量的大小顺序分别为Cr > Zn > As > Cu > Pb >Hg。土壤重金属含量相关性来看,P < 0.01水平上Zn和Cu呈显著性正相关,这两个元素来自于土壤母质。因子2主要由Cr和As组成,来自于人为因素。P < 0.01水平上Hg和Pb具有较好的相关性（相关系数0.46）,来自于煤矸石堆场。土壤重金属含量在不同距离上的分布来看,Zn和Cu含量分布的比较均匀,Cr和As含量在不同距离中的分布没有一定的规律,煤矸石堆场对周围土壤中Hg和Pb的影响范围为50 - 350 m,超过350 m之后煤矸石堆场对土壤的影响不太明显。土壤重金属污染分析可知,土壤中Zn、Cu和Pb处于轻度污染,Cr、Hg和As处于重度污染状态。     

覆土厚度对煤矸石充填重构土壤活性有机碳分布的影响

按照不同覆土厚度将研究区分为A(＞100 cm),B(60~100 cm),C(40~60 cm)和D(20~40 cm)4类采样区,分别采集重构土壤剖面不同深度土壤或煤矸石样品,测定其含水量(WC)、pH值、密度(BD),以及有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC),研究覆土厚度对活性有机碳(AOC)分布的影响。结果表明：复垦5 a后,试验区0~20 cm土壤层SOC含量增加0.48 g/kg,DOC平均含量为46.86 mg/kg,MBC平均含量为46.09 mg/kg。与其他类型重构土壤相比,研究区有机碳库的恢复进度较慢,这主要受制于区域土壤性质和复垦地的土地利用方式。研究区相同土壤层的SOC含量大小关系为A＞B＞C＞D,也即随覆土厚度增加,煤矸石充填重构土壤SOC含量也相应增加。采样区B和C的 0~20 cm土壤层MBC含量相对较高,说明覆土厚度过薄或过厚,均不利于表层土壤MBC的积累;采样区D的煤矸石层DOC含量高达97.90 mg/kg,表层土壤中含量也达到64.80 mg/kg,均高于其他采样小区,说明覆土厚度较薄时,上覆土壤DOC含量很可能受到煤矸石层的影响。煤矸石层的qMBC值不能准确反映重构土壤肥力质量,而上覆土壤的肥力质量和SOC,我们可以用MBC来表征或预测。MBC与重构土壤pH值、BD呈极显著负相关(p＜0.01)、与WC呈显著正相关关系(p＜0.05),而SOC和DOC与上述土壤理化性质的关系却与之相反。     

煤矸石多孔土壤与天然土壤特性对比研究

煤炭矿区开发会产生和堆存大量的废弃物，占用大量的土地资源并引起环境污染、土地荒漠化、水土流失等问题。使用煤矸石等废弃物制作多孔土壤应用于矿区的生态修复，既解决了煤矸石等废弃物的堆存问题又可以恢复生态环境，是矿区生态修复重要的研究方向。该文章考察了煤矸石发泡制备多孔土壤特性，包括松装密度、粒级分布、pH、保水性、流失率、保温性等，并与天然土壤特性进行对比。试验表明，与天然土壤相比，煤矸石多孔土壤松装密度降低约36%，保水量增加约51%，流失率降低约63.1%，且保温性更优，但pH偏高，适于种植耐碱性植物，需进一步加工处理后方可用于大宗植物生长。      

搅拌桶中煤矸石沉降的研究

将煤矸石用于胶结充填可降低成本,有利于环境保护,煤矸石由于块度大、不均匀系数高,易在搅拌桶内率先沉淀,影响了搅拌效果。对充填浆体制备流程进行了研究分析,发现煤矸石在搅拌均匀的水泥、粉煤灰浆体中的沉降速度要远远小于其在清水中的沉降速度。根据这一特性提出了对充填物料下料顺序的优化。     

基于煤矸石填料的路基结构体受力性能分析

为进一步探索煤矸石作为路基填料的应用性能,减小矿山煤矸石堆积压力,达到煤矸石资源化再利用的目的,采集黄陵煤矿二号矿区堆积的煤矸石,通过对其物理性质进行分析和点荷载力学试验,得到该矿区煤矸石的特性和强度值,并运用击实试验和CBR试验对填料进行了路基填筑性能分析.结果表明,煤矸石点荷载强度指数约为2.8 MPa,经点荷载换...     

煤矸石充填重构土壤剖面温度变化对覆土厚度的响应

为探究不同覆土厚度煤矸石充填重构土壤剖面温度变化及其对表层土壤微生物量碳(MBC)含量和土壤呼吸的影响,根据覆土厚度将研究区分为A(15~40 cm),B(40~60 cm),C(60~80 cm)和D(80~100 cm)4类监测区,分别测定重构土壤0~120 cm 土壤层温度和表层土壤呼吸速率,并采集表层土壤测定其MBC的含量。结果表明：监测区表层土壤(5 cm)日最高温度和温度变幅均呈A>B>D>C,监测区A和B年均温度要比C和D高出1 ℃左右。矸石层的存在会影响表层0~20 cm土壤温度的日变幅,并且随着覆土厚度的增加,表层土壤温度日变幅逐渐减小。当覆土厚度大于80 cm时,土壤层的温度变化几乎不受矸石层的影响。随着太阳辐射的增加,矸石层对土壤层温度的影响也会增强,并且随着覆土厚度的增加,矸石层对土壤层温度的影响会逐渐削弱。Tc值(矸石层对表层土壤的温度影响系数)能够准确地定量分析矸石层对土壤层温度的影响并估算重构土壤的覆土厚度。重构土壤表层土壤MBC含量与温度无显著相关性,覆土厚度过薄或过厚均不利于MBC的累积,当覆土厚度在60~80 cm时最有利于表层土壤MBC的累积,其年均MBC含量为83.46 mg/kg。重构土壤呼吸速率与土壤温度呈显著正相关,但不同覆土厚度重构土壤呼吸速率的差异主要是由矸石层引起,并且矸石层对重构土壤的影响随着覆土厚度的增加逐渐减小。