神东矿区植被覆盖度时序变化与驱动因素分析及引导恢复策略

国家煤炭开采战略重心西移及集群化、高强度的开采方式,使得西部矿区的地表生态环境呈现出强烈扰动的态势,使本就脆弱的生态环境日趋退化,其中最直观的体现就是对植被影响。传统矿区植被恢复重建其生态恢复效益以及对生态环境影响还有待商榷,可能会形成了植被恢复资金高、投入与恢复低效率的矛盾局面。矿区植被恢复应严格遵循当地自然生态系统发展规律,避免对采后生态系统的再次扰动,科学配置,优化布局、引导恢复生态系统的自修复能力。而弄清煤炭开采扰动区植被覆盖度时序变化,是探索半干旱矿区植被引导型恢复有效方法的重要基础与前提。基于Landsat-NDVI时序数据,以神东中心矿区为研究尺度,分析了不同开采年份采区和非采区植被覆盖度的时序变化,依据不同时序植被覆盖度格点回归斜率、相关系数及标准差,对研究区植被覆盖度变化趋势以及年际波动程度进行评估,并对影响植被覆盖度变化的驱动因素进行了分析。结果得到:从2000—2016年神东中心矿区植被NDVI时序上整体呈物候性周期变化,由于大面积矿区植被重建,2005年后中心矿区植被INDV明显提升,INDV差异值时序变化与该工作面煤炭开采年份密切相关;煤炭开采塌陷对植被覆盖度...     

基于Landsat的补连塔矿区植被时序特征分析

煤炭在我国能源结构中占有重要的地位。西北地区煤炭储量丰富,但是西北地区降水稀少、植被稀疏,生态环境脆弱。因此矿区植被时序分析对于西北矿区生态保护具有重要意义。本文基于神东矿区的补连塔煤矿为研究区,利用2000～2017年Landsat遥感影像,引入归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI),分析了补连塔煤矿在近15年以来矿区植被变化。结果表明:矿区植被出现明显增长趋势,分析原因是补连塔主要为井工矿,矿区开采对地表植被影响不明显,同时煤矿企业对区域生态建设投入大量资金。影像NDVI变异系数(Coefficient of Variation,CV)介于0. 2～0. 3之间,说明整个矿区NDVI离散性较小,整个矿区的植被覆盖比较平均。     

2005-2015神东矿区不同开采强度下区域NPP时空变化分析

文中基于改进的CASA模型计算神东矿区植被净初级生产力,探究矿区十年来不同开采强度区域NPP时空分布情况和变化特征。结果表明研究区三期NPP逐年递增;矿区植被NPP时空分布与土壤环境,高程以及植被梯度较一致。除低开采区以外,其他采区和非采区增长率均大于20%,不同开采强度下的工业活动无明显规律性变化。煤炭开采活动未对神东矿区的植被造成破坏。研究成果可以很好地反映区域生态环境质量,为生态环境建设规划提供重要依据。     

干旱半干旱地区生态恢复工程建设思路

干旱半干旱地区的采煤沉陷区生态环境薄弱,生态恢复建设成为重中之重。为解决神东矿区采煤沉陷区生态治理的问题,对神东的生态建设的历程进行梳理,分析了神东矿区在采前、采中、采后3个时期,采取生态手段对影响范围的生态结构和功能进行预防、加强和夯实;阐述了在外围、周边、中心3层空间梯次配置植物种类实现水保、固沙、美化的建设模式和理念,并介绍了神东矿区煤炭开采活动对区域生态的影响。以“山水林田湖草生命共同体”为理论核心,提出包括依据、目标、内容、结构、经济、技术6方面内容的生态工程建设思路,打造了自然经济社会复合生态系统。     

神东矿区水文地质特征及地下水循环模式研究

为了掌握神东矿区水文地质特征和地下水循环对煤炭开采的影响,必须全面掌握神东矿区水文地质特点和地下水循环模式。系统分析了神东中心矿区、锦界矿区和保德矿区的地表水文资料、地层地质特征、地下水循环系统和模式。     

露天开采及土地复垦对生态系统服务功能价值影响变化的对比研究——以内蒙古胜利东二号露天煤矿为例

煤炭工业作为我国重要的经济产业,在促进国民经济发展的同时,也严重破坏了矿区的生态环境,矿区生态系统服务功能价值的研究,能够比较精确地体现出采矿活动对生态系统服务功能的影响。以内蒙古胜利东二号露天煤矿为例,根据遥感影像以及矿区开采工序,以Constanza划分的生态系统服务功能为基础,结合研究区的自然环境特点,选取与胜利东二号矿相关的生态系统服务功能,即物质生产能力、调节空气、涵养水源、土壤保护及旅游文化,研究该区域2005、2009、2035年3个时间点只开采及边开采边复垦两种不同情景下矿区生态系统服务功能价值,结果表明：边开采边复垦下的生态服务价值远远大于只开采而不采取任何生态重建措施下的生态服务价值,即土地复垦有效地提高了矿区的生态系统服务价值。     

神东矿区煤炭开采水资源保护利用技术与应用

针对神东矿区矿井水外排蒸发损失的问题,分析了以往保水采煤方法的不足,系统研究了矿区水文地质条件,提出了矿区三类水(近地表土壤水、第四系松散层孔隙水和基岩裂隙水)概念。在此基础上,神东矿区通过开展一系列水资源保护和利用技术研究,掌握了矿区煤炭现代开采地下水的运移规律,相继研发了采空区储水设施、煤矿地下水库和煤矿分布式地下水库的水资源保护和利用技术,形成了以煤矿地下水库为核心的矿区水资源保护和利用技术,并通过技术提升,建成了大柳塔矿分布式地下水库示范工程,实现了矿井水井下循环利用。现场工程应用表明,神东矿区煤矿地下水库安全稳定运行,提供了矿区95%以上用水,有效保障了矿区的可持续发展,为我国西部地区煤炭开采水资源保护利用技开辟了新的技术途径。     

基于DEM的矿区表层土壤含水率的变化分析——以神东矿区为例

区推算出采煤区采矿前的土壤含水率。在构建神东矿区DEM的基础上,详细分析了矿区内的土壤含水率随高程变化的规律。研究结果表明,在单元水文地质区域尺度上,土壤含水率与高程成显著的负相关性关系;在矿区尺度上,土壤含水率与高程同样存在着显著的负相关性,但土壤含水率与高程的相关性明显减小,而且从1995-2005年,矿区的土壤含水率变化在低高程区域（900~1 000 m）有较大差异。     

地下水受煤炭开采的影响及其储存利用技术

针对神东矿区现代煤炭开采对地下水的影响和矿井水外排蒸发损失等问题,采用物探和钻探观测、模型试验和数值模拟等手段,揭示神东矿区10余年来煤炭开采的地下水运移规律,即第四系松散孔隙含水层水位在下降20%~30%时,水量补给达到平衡,水位基本保持不变;基岩裂隙水是目前矿井涌水主要来源。在掌握现代煤炭开采对地下水影响规律基础上,研发了以超大工作面采空区冒落岩体空隙为储水空间,通过建设煤柱和人工挡水坝体,构筑煤矿地下水库,实现了地下水井下储存利用。     

荒漠化矿区煤炭开采与生态环境治理探讨

针对神东矿区特定的开采技术与地质条件,分析了矿区多年来的生态科研项目的结论,深入系统地探寻其生态破坏的机理,生态发育的时空变化规律,遵循生态修复学规律,研究矿区生态系统的自组织、自调节修复能力。在此基础上,进行人工生态修复关键技术引导,遏止神东矿区脆弱的生态系统进一步退化,同时,促使尽快建立健康结构和完善功能的新生态系统,初步解决风沙危害、水土流失等问题,实现资源与环境的协调发展。     

水资源将是制约神东矿区科学发展的瓶颈

神东矿区地处中国西北部干旱、少雨且地下水资源极不丰富地区,自然形成的水资源生态环境脆弱。因此,随着神东矿区开采深度和范围逐渐垂直延深和水平扩展,如果不采取积极有效的保水措施,势必打破了本身就非常脆弱的水资源环境平衡体系,必将严重制约神东矿区可持续发展。因而,神东矿区现在就要注重发展与采矿业相适应的其它产业,必须及早采取有效的保护措施和综合利用地下水资源,最大限度地实现地下水、地表水、大气水处于基本平衡状态,努力保证举世瞩目的中国最大的煤炭生产基地稳定健康科学发展。     

典型高强度开采矿区保水采煤关键技术与实践

神东矿区是我国重要的煤炭生产基地和典型的高强度开采矿区,同时也是我国典型的干旱半干旱生态环境脆弱区,矿区高强度煤炭生产与生态环境的协调发展是该区的重要研究课题。针对神东矿区干旱半干旱地区水资源贫乏、生态环境脆弱等特点,通过研究矿区水文地质结构特征、煤层覆岩结构类型等,提出了矿区的水文地质结构分区和保水采煤分区;以此为基础,针对不同的水文地质结构类型,提出了神东矿区的保水采煤的基本原则,以及矿区重要水源地、厚基岩含水层、烧变岩含水层、水资源转移存贮、矿井水资源化利用等保水采煤的关键技术;最后,结合典型矿井,开展了上述关键技术的现场工程实践,并取得了良好的应用效果。     

西北大型煤炭基地地下水监测背景、思路及方法

我国14个大型煤炭基地中,西北地区分布有神东、陕北、黄陇、宁东、新疆等5个,2018年原煤产量占全国的46.28%。这些煤炭基地地处干旱半干旱地区,水资源贫乏,煤炭开发对含水层的扰动强度较大,甚至造成含水层结构损伤,地下水渗漏,水位下降并引发一系列环境问题。通过科学规划和采煤技术方法革新,调整煤炭开发布局和采煤技术方法,最大限度的减轻煤矿区含水层损伤,已经取得成效,但煤炭开发对地下水扰动动态影响的监控,必须通过建立矿区地下水监测网才能实现。论述了西北煤炭基地地下水监测网建设的背景和思路,介绍了陕西境内陕北、神东、黄陇三个大型煤炭基地地下水监测层位选择、建设部署及数据采集、传输与接收、管理。陕北、神东(陕西境内)和黄陇3个大型煤炭基地主要含水系统包括石炭系—侏罗系碎屑岩裂隙承压水与上覆第四系松散层孔隙潜水含水层系统、白垩系碎屑岩裂隙孔隙承压水-潜水含水系统和寒武—奥陶系碳酸盐岩岩溶水含水系统。地下水监测层位的选择以具有供水价值和生态意义,且受采动影响强烈的含水层为原则,陕北、神东煤炭(陕西境内)基地主要监测第四系萨拉乌苏组、第四系黄土、烧变岩和侏罗系风化基岩地下水,黄陇煤炭基地黄陇—永陇矿区主要监测白垩系地下水,渭北矿区主要监测奥陶系岩溶地下水。通过新建或改造原有水文长观孔,已经建成了由218口监测井构成的陕西境内大型煤炭基地监测网,监测数据采用自动化采集、无线传输与接收和统一管理,基本实现了监测数据的实时动态观测和规范化管理。     

西部生态脆弱矿区地下水对高强度采煤的响应

为研究榆神府矿区高强度煤层开采对地下水的影响,分析潜水位下降与煤层开采强度的关系,通过资料收集和实地调查两种方法,获取了矿区煤炭资源大规模开采前(1995年)地下水位和煤炭开采后(2014年)地下水位,2者叠加后求取了地下水位变化幅度,并与开采强度分区进行耦合,分析地下水位变化与开采强度的关系。研究区73.0%的区域地下水位未发生明显变化,但有7.3%区域地下水位下降幅度超过8 m,尽管比例小,但面积达758.9 km2,对区域地下水均衡产生了较大影响;高开采强度开采是矿区地下水位下降的主要驱动因素,71.5%的水位明显下降区(8 m)是由高强煤层开采导致的。导水裂隙带和含水层特征是煤层开采过程中控制地下水位变化幅度和范围的关键所在。高强度煤层开采区必须推行保水采煤技术才能达到资源与环境和谐发展的目的。     

平朔矿区生态系统服务功能价值变化研究

矿区是人类活动干扰最强的生态系统之一,矿区的开采利用对经济的发展起到了巨大的推动作用,但同时也对当地环境产生了重大影响。本文以平朔矿区为对象,采用了市场价值法、成本法和影子工程法等研究了该区域1985-2005年土地利用变化所引起的生态系统服务价值的变化。结果表明,1985-1990年矿区总的生态价值呈下降趋势,从31 270.98万元降至30 348.14万元;1990-2005年生态价值逐渐上升,到2005年时为311 090.05万元。复垦地的增加带来了良好的生态效益,改善了生态环境,提高了生态服务价值,减少了因受损地增加而产生的负面作用。     

基于植被地下水关系的保水采煤研究

为研究我国西部生态脆弱矿区植被与地下水关系及其对煤层开采的约束,采用路线穿越法剖析了典型区植被随潜水埋深变化的演替规律,利用遥感获取煤层开大规模采前(2000年)植被指数,并与同期地下水位埋深建立了统计关系。结果表明:研究区天然状态下植被随地下水位埋深的增加呈现明显的分带特征,潜水埋深0~4.0 m时植被对地下水依赖性较强;综合考虑水文地质条件和植被与地下水关系,榆神矿区可划分为植被约束区、地下水约束区和无约束区3个区;矿区开采15 a后,2014年矿区地下水位明显下降和植被盖度普遍升高现象并存,这与煤炭资源高强度开采区集中在无约束区有关。生态脆弱矿区井田规划和煤层开采必须重视植被和地下水约束研究,因地制宜地制定保水采煤技术预案。     

煤炭开采导致的农田生态系统固碳损失评估

煤炭开采活动损坏了原生地貌和地表植被,造成了矿区及其周边环境的破坏,引起植被-土壤碳汇量减少,导致了农田生态系统碳储量的大量流失。为了量化煤炭开采对矿区农田的生态影响范围,评估矿区农田生态系统固碳损失,本研究以长河流域矿区为例,构建了一种估算煤炭开采导致农田生态系统固碳损失的方法。利用矿区数据、遥感数据、气候数据、地理数据等确定农田直接受损区和参照区,通过测算直接受损区周边归一化植被指数(NDVI)的变化趋势确定间接受损区;采用增强自适应的遥感图像时空融合方法(ESTARFM)和CASA模型计算农田植被固碳量,实地采样并测试了农田土壤有机碳;结合矿区土地利用变化计算矿区农田生态系统固碳损失量。结果表明:2000—2015年,长河流域矿区因煤炭开采导致的农田直接受损面积为5.06 km~2,间接受损面积为18.99 km~2;矿区农田植被固碳量为3 936.16 t/km~2,土壤碳储存量为6 737.05 t/km~2;矿区农田生态系统固碳总损失量为30 737.68 t,其中直接受损区固碳损失量占总损失的42.12%,间接受损区固碳损失量占总损失的57.88%,表明间接受损区也应纳入煤炭开采导致的生态破坏的评估中;煤炭开采对矿区农田生态系统固碳量的影响属于失碳效应。     

神东公司安全绿色高产高效开采煤炭资源综述

神东公司1985年成立开发神东煤田的神东矿区,30年来在煤矿建设与煤炭开采过程中,实事求是地根据神东矿区特定地质与煤层赋存的开采技术条件,不断进行实用新型技术研究与应用,提高矿井防灾抗灾能力,最大限度消除采煤对自然环境和生态的破坏,实现安全绿色高产高效开采煤炭资源,为国家提供了约24亿吨的清洁煤炭能源。     

西部煤炭集约化开采损伤传导机理与源头减损关键技术

科学认识开采损伤传导机理是井下安全生产、含水层保护及地表附属物减损理论发展及减损关键技术提出与实践的核心问题,研究西部煤炭集约化开采损伤传导机理与源头减损关键技术,对协调我国能源需求保障和矿区生态保护具有重要意义。通过分析集约化开采特征和现有减损技术特点,基于神东矿区集约化开采现场实测与模拟,研究了西部集约化开采损伤规律,揭示覆岩损伤传导机理。研究表明,神东矿区集约化开采具有矿压显现强烈、覆岩损伤严重、移动周期短、地表变形剧烈、地表裂缝发育等规律;发现神东上湾煤矿"基本顶破断-关键层断裂-地表主裂缝"呈"331"周期性传导规律,得出西部煤炭集约化开采覆岩及地表损伤具有周期性对应传导关系。揭示了覆岩损伤逐层上传、分区耗散的机理;提出了采动损伤能及极限损伤能临界值计算方法;建立了覆岩"三带"不同分区损伤系数与开采空间关系的损伤耗散模型,得出源头减损是控制开采损伤的主要途径。兼顾集约化开采特征,分别围绕覆岩损伤控制、地表变形控制等不同目的,提出了开采工艺参数优化、覆岩承载结构稳定性维持和变形调控减损的集约化开采源头减损关键技术,并给出工作面采高、面长及推进速度的合理区间。运用该方法对上湾煤矿...     

神东矿区带式输送机常见故障分析及处理

神东矿区有优越的煤炭地质储存条件.采用大功率高强度采矿设备,应用带式输送机连续高效运输方式,是实现神东矿区高产高效并在全国率先建成亿吨煤炭生产基地的关键因素.对神东矿区带式输送机常见故障进行了分析,以期对带式输送机运行检修维护起一定的指导作用.