不同改良措施对排土场土壤微形态的影响

以铁矿排土场废石土为研究对象,自制模型试验装置,设计4种基质改良方法,采用扫描电子显微镜(SEM)检测,用图像分析软件(Image-Pro Plus)对SEM照片定量化分析,研究在不同改良措施下对铁矿排土场土壤微形态的影响。结果表明:单施3%有机肥的处理土壤孔隙度为16%,与对照组排土场原矿土相比增加了60%。复合施用3%有机肥、掺拌30%黄土的处理孔隙度最大达33%。单施3%有机肥、5%有机肥对土壤大团聚体含量皆有显著地促进作用,复合施有机肥、掺拌黄土的处理与单施有机肥的处理对比,土壤大团聚体含量增加并不显著。各改良措施的平均重量直径(MWD)与几何平均直径(GMD)均随着土壤中大团聚体的含量增加而增加。     

长期不同施肥复垦土壤大团聚体中各有机碳组分的变化特征

研究采煤塌陷区复垦土壤大团聚体中各有机碳组分的变化特征对不同施肥措施的响应,从而更好地理解土壤有机碳固持机制,并为该区域改善土壤质量、提升土壤肥力提供科学依据。通过采集复垦6 a定位试验不同施肥处理0~20 cm土层土样,采用物理分组法,分析土壤大团聚体中各有机碳组分(粗颗粒有机碳(cPOC)、细颗粒有机碳(fPOC)、大团聚体中微团聚体内颗粒有机碳(iPOC)以及矿质结合态有机碳(MOC)组分)的变化特征及其与土壤有机碳之间的关系。试验包括不施肥(CK)、施化肥(NPK)、单施有机肥(M)以及有机无机肥配施(MNPK)4个处理。研究结果表明,同CK相比,施NPK肥对大团聚体中各组分的有机碳含量均无显著影响;而M处理显著降低了MOC含量,达36.45%;MNPK处理显著提高了cPOC和f POC含量,分别是CK的4倍和2倍,但是显著降低了MOC含量,达39.01%。4个组分中,仅有cPOC和fPOC含量与SOC含量呈显著正相关,说明复垦土壤有机碳首先固存于未受保护的有机碳组分中。CK,NPK,M和MNPK处理下土壤固碳速率分别为0.82,0.68,1.36和1.58 mg/(ha·a)。土壤固碳速率与年均碳投入量呈显著的线性相关关系(R²=0.58,P<0.05),每年约有31%的投入碳转化到土壤中。综合来看,采煤塌陷区复垦土壤仍有一定的空间固存有机碳,有机无机肥配施是提升该区域土壤有机碳含量的有效途径,增加的有机碳优先固存于未受保护的有机碳组分中。     

铁矿排土场不同基质改良方法下生态修复效果评价

开展4种铁矿排土场基质改良方法的现场修复实验；进行修复后的土壤理化性质、肥力性质、重金属污染特征，以及植被生长指标检测；确定了排土场生态修复效果的评价因子；利用灰色理论关联度分析法确定权重；根据各评价因子的指数进行统计学加权计算，最终得出生态修复效果评价指数。结果表明：40%粒径-5 mm排土场原矿土+60%黄土+刺槐的组合对排土场生态修复具有较好的效果，优于其它修复组合。建立的生态修复效果评价方法，较全面考虑了多种土壤和植被指标因素，对现场生态修复工程具有良好的借鉴和参考价值。     

黄土对风积砂质高浓度胶结充填材料性能的影响

为了探讨黄土对风积砂质高浓度胶结充填材料性能的影响,采用含水率试验、坍落度试验和单轴抗压强度试验研究了黄土掺量为0~29.4%的高浓度胶结充填材料各龄期结石体含水率、抗压强度和坍落度的变化规律。结果表明:充填材料结石体3、7、14 d龄期的含水率随着黄土掺量的增加而增加;黄土的添加不会显著降低风积砂质高浓度充填材料的强度,而且随着黄土含量的增加以及龄期的增长,充填材料的强度会逐渐增长,最终呈现少量的提高;添加0~11.8%的黄土对材料的流动性影响不大,但掺量超过11.8%时材料的流动性能急剧下降。     

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。     

饱水黄土基底排土场地质力学模型试验研究

为了揭示排土场边坡的变形机理和潜在病害的发展规律,采用地质力学模型试验方法,以黑岱沟露天矿黄土基底排土场作为研究背景,完成了分级填筑模拟排土边坡增高过程,并进行了地下水入渗基底软弱黄土层的模拟试验。介绍了饱水黄土基底排土场的相似物理模拟方法,采用底部注水的方式模拟地下水入渗基底软弱黄土层对边坡稳定性的影响,研究了分级填筑、软弱基底以及饱水条件下黄土基底排土场边坡裂缝开展和发育特征以及边坡破裂面的空间形态特点。研究表明,随着排土高度的增加,主要变形由淤泥质黄土上部坡体向临空方向的压剪变形为主,逐渐转变为天然黄土上方坡体竖向沉降为主,并且黄土基底含水量的持续增加会直接引起边坡的破坏失稳,变形模式为后缘依附淤泥质黄土与天然黄土(水坑边缘)分界面的整体滑动。     

尾矿库筑坝膨胀土料掺灰改良试验

张庄铁矿尾矿库筑坝土料存在膨胀性,为使其满足筑坝要求,采用掺石灰的方法对研究区内的膨胀土进行室内改良试验,确定了掺灰改良后筑坝土料物理力学参数,为该区建库筑坝提供了施工依据。综合对比试验结果各项参数,确定改良膨胀土最优掺灰比率为2%生石灰+3%消石灰,使该区不均匀土层2层黏土物理力学性质得到极大改善,达到筑坝的要求。     

复杂条件下排土场扩能及安全技术问题探讨

针对攀钢白马铁矿及及坪采场现有排土场容积严重不足,以及白马铁矿Ⅳ号排土场地质与环境条件复杂性,排土扩能的紧迫性问题,分析了Ⅳ号排土场具体的自然环境情况和扩能的可能性,提出一套切实可行的扩能方案并对扩能后排土场稳定的安全技术措施,以实现排土场受土能力最大化的同时确保土场稳定与安全。     

基于无人机影像的复垦排土场地形因子与土壤物理性质的关系研究

研究复垦排土场土壤的理化性质可以直接反映排土场的土壤重构质量,从整体上对内蒙古锡林浩特胜利煤田一号露天矿北排土场的复垦土壤的物理性质进行统计分析,然后以无人机影像为底图得到高精度地形专题图,探索坡度、高程、地表粗糙度等地形因子对土壤物理性质的影响。研究结果表明,复垦排土场的土壤物理性质和当地未扰动土相比,发生了明显变化,土壤结构较差;土壤容重和孔隙度与坡度、高程、地表粗糙度存在显著相关关系,受地形影响较大,该研究可为更好的指导露天矿排土场的复垦提供理论依据。     

基于CT扫描的露天煤矿排土场重构土壤孔隙三维重建及定量表征

土壤孔隙对水分、养分的运移起着重要作用,重构土壤孔隙状况反映着复垦土壤质量的高低。通过对安太堡露天煤矿不同复垦年限排土场重构土壤(23,20,0 a)以及原地貌土壤进行CT扫描,获取土壤孔隙信息,基于Matlab平台进行土壤孔隙分布的三维重建,并搜索土壤孔隙团的个数及每个孔隙团的体积大小,计算土壤孔隙度,实现了重构土壤孔隙状况的定量表征。结果表明：随着复垦年限的增加,重构土壤孔隙度、连通性得到显著性提高,其中复垦23 a土壤孔隙状况最好,50~75 cm土层孔隙度最大,为23.92%,其次为复垦20 a土壤,25~50 cm土层孔隙度最大,为14.58%,未复垦土壤因受大型机械的压实作用,孔隙连通性最差,3个土层孔隙分布比较均一,孔隙度都接近于3%;孔隙团个数、最大孔隙团体积与孔隙度都符合较好的线性关系,随着孔隙度的增加,孔隙团的个数呈减小的趋势,最大孔隙团体积呈递增趋势;每个重建区域除最大孔隙团外,其余团的体积非常小。为了改善未复垦排土场土壤孔隙状况,应尽快进行植被恢复。     

褐煤失水形变特性研究初探

为研究褐煤失水对露天矿煤岩组合边坡稳定性的影响,本文开展了褐煤失水试验,获得了岩样失水率、变形、孔隙率及裂纹演化规律,分析了岩样端面龟裂及分形渐变特征,探究了失水褐煤渐进损伤特性,基于毛细作用原理剖析了岩样裂纹扩展演化规律及作用机理。结果表明:褐煤恒温条件下,试件失水率呈“先陡后缓”的增长趋势,且最终接近或超过10 %;岩样逐渐产生轴向及环向变形,最终应变分别增至0.012 3和0.020 3,对应体积应变增至0.052 8,且应变增长与失水率渐变趋势相似;岩样失水体积远大于岩石收缩体积,孔隙率对应呈“先陡后缓”的增长趋势;岩样侧面横向裂纹渐进发育,且萌生位置渐变为“上端→下端→中部”,同时轴向裂纹萌生扩展,岩样端面龟裂特征显著,且裂纹分布分形维数基本呈线性增长趋势,揭示端面存在由均质向非均质转变过程;损伤变量随失水率呈非线性增长,最终增至0.066 5,且增长全程可分为线性增长阶段、减速增长阶段、加速增长阶段;受毛细作用控制,孔隙失水过程基质吸力增大是造成岩样轴向及横向收缩变形、竖向裂纹萌生扩展的主因。     

炉渣改良淤泥质粉质黏土力学性质试验研究

以探究垃圾焚烧炉渣改良黏性土力学性能为目的,在不同的竖向压力(100~800 k Pa)下,对上海淤泥质粉质黏土掺和炉渣后的混合重塑土样进行了室内直剪试验研究,得到了混合土剪切破坏的变形特性和强度特性。结果表明,随着炉渣掺量的增加,混合土样的抗剪强度逐渐增大,受力由黏性土逐渐转向炉渣。最后,通过对试验后混合土样破坏面的观察,分析了土-渣混合物强度提高的作用机理。     

废石尾砂胶结充填材料流动与强度性能的研究

为了解决极细全尾砂作为充填骨料制备充填料浆脱水困难、充填体强度偏低的问题,通过开展废石尾砂胶结充填试验,改善充填骨料粒级组成,研究废石掺量对充填料浆流动性能及充填体强度的影响规律。结果表明:相比较全尾砂胶结充填,掺入废石可以显著改善充填料浆的流动性能,提高充填料浆的输送浓度;在相同灰砂比和浓度情况下,废石尾砂胶结充填体强度高于全尾砂胶结充填体。因此,废石尾砂胶结充填体可以降低灰砂比,减少水泥用量,消纳地表废石。在云南金厂河矿山开展工业试验,确定了充填参数为浓度80%、灰砂比1∶8、废石掺量60%,原位取芯平均抗压强度为3.36MPa,满足采场充填体强度设计要求。     

赤泥掺加量对保温装饰建筑陶瓷性能的影响

利用建筑垃圾、抛光砖废料和黏土为主要原料,通过掺加大量赤泥,制备保温装饰一体化建筑陶瓷材料。研究了赤泥掺加量对保温装饰一体化建筑陶瓷材料的体积密度、孔隙率、抗压强度、导热系数和软化温度的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对样品物相组成和形貌进行表征。结果表明:当赤泥的掺加量为35%时,制备的样品发泡均匀,气泡大小较一致,体积密度为0.25 kg/m3,孔隙率达到74.58%,抗压强度为9.87 MPa,导热系数为0.059 W/(m·K),软化温度为1170℃,耐燃烧性达到A1级。     

不同配合比种植混合土的植物营养特征研究

我国矿山固体废弃物生产量大、堆存量大、综合利用率低,成为威胁矿山生态环境等问题的关键因素。利用铁矿废石分别与铁尾矿、山皮土、校内土、农场土配制成不同层次的种植混合土,并进行了种植紫花苜蓿的盆栽试验。结果表明：各类种植混合土的化学性质与掺入的细粒成分质地有关,各类种植混合土的化学性质随着加入土类细粒（d<0.075 mm）成分的增加而提高;并且山皮土、校内土、农场土相对于尾矿来说对铁矿废石的改善效果显著;当各类种植混合土细粒成分掺入量约为废石质量的90%时,各类种植混合土养分状况与紫花苜蓿的生长情况与各细粒成分对照差异不显著。     

The use of X-ray computed tomography in the characterisation of coal and associated char reductants

High quality char, produced during the initial coal gasification process, is commonly utilised as a reductant during the smelting of chromite ores. The rate of the gasification reaction and gasification performance will depend on the relevant coal properties. These properties include organic and inorganic composition, coal porosity and pore size distribution, permeability, swelling index and intrinsic reactivity. Quantitative evaluation of these factors affecting the behaviour of coal during pyrolysis and the subsequent influence of those properties on the reactivity of the char product is of paramount significance to further our understanding of the natural differences inherent in coal. X-ray computed tomography allowed three-dimensional characterisation of pores, organic and inorganic constituents. Pyrolysis of coal resulted in increased pore volumes, and by extension, increased porosity. However, the percentage increase in porosity differs from sample to sample, which may be related to the volatile matter content of the coal. The widening and cleanup of pores during gasification result in a decrease in organic content. The organic phases will influence the behaviour of mineral matter during pyrolysis, since the former will fluidise and become devolatilised, while the mineral matter will not become fluid or volatilise, therefore the minerals will migrate and settle and, ultimately, form agglomerates. The lack of significant swelling in the TB1 sample may suggest that higher levels of inertinite were present in the sample, while increased amounts of swelling in the TB2 and TB3 samples may result from increased levels of vitrinite, with the TB3 sample possibly containing the largest percentage vitrinite. The proportion of porous chars will increase with increasing vitrinite content in the parent coal, and therefore, since the TB3 char is highly porous, the possibility that the TB3 sample contains a high proportion of vitrinite becomes highly probable. However, these results need to be verified by quantifying the maceral phases through petrographic analysis. Nevertheless, inherent differences in the nature of coal will result in differences in behaviour when subjected to gasification. Although X-ray computed tomography could be used to successfully identify and quantify various properties within a sample, some limitations still remain. Further work utilising complementary techniques is required to positively identify the remaining unknown phases as well as quantify the organic components.     

Soil diagnosis and land suitability assessment for vegetation restoration on coal waste piles in Liupanshui,Guizhou, China

This study analyses physicochemical properties of soils from coal waste piles at the Naluozhai Coal Mine that were dumped 5, 15, 25 and 35 years ago, respectively. The soil at a 20-year old coal waste site where Vetiveria Zizanioides was cultivated was taken as a control. Principal components were analysed to determine their weights, and the weighted summation method was used to calculate soil quality integrated index (SQI). Eight indices were considered to assess land suitability for vegetation restoration, namely pH value, soil layer depth, field moisture capacity, stable infiltration, volume weight, total porosity, organic matter content and vegetation coverage. The results showed that vegetative restoration depends primarily on the organic matter content of the coal waste pile; the control pile recorded the highest SQI and it was satisfactory for vegetation restoration; the 35-year old pile was encouraging for vegetation restoration, second only to the control pile.     

多元硫化物对煤体微观形貌和自燃特性影响的研究

为了研究井下多元硫化物对煤体微观形貌和自燃特性的影响,分别测试了不同含硫量煤样的真密度、孔隙率、微观形貌和吸氧量等参数。结果表明:煤样孔隙率随含硫量的增大而增大;原煤样加入FeS2和FeS,使表面细微颗粒物增多;经氧化升温,块状煤体破碎成若干细颗粒,促进了煤的自燃;FeS对促进煤的低温吸氧和缩短煤的自然发火期的作用略大于FeS2;在相同煤温条件下,CO产生量随硫含量的增大呈先增大后减小的趋势,硫含量分别为3%和4%时,CO和C2H4的产生量最大。     

浅议晋西北地区土质边坡稳定问题

晋西北地区主要为黄土堆积侵蚀地貌单元,梁峁发育、沟壑纵横,在宽阔的沟谷及其两岸,通常沉积较厚的上第三系(N2)和第四系(Q)松散堆积物.上第三系(N2)地层以干热气候条件下沉积的湖相、滨湖相红粘土为主,粘粒含量高、渗透性弱,在干湿环境交替作用下,具有弱膨胀性；第四系(Q)松散堆积物则以不同成因类型的新老(Q2、Q3)黄土为主,具有大孔隙、低强度、中高压缩性和湿陷性等特殊的工程性质.在该地区修筑的隧洞、公路及其它工业与民用建筑,大都存在不同规模和类型的边坡开挖与稳定问题.晋西北地区土质边坡,基本可分为Q3均质黄土边坡、混合土层边坡以及岩土边坡等类型,因其构成不同,不同类别的土质边坡,各有其特定的失稳机理.