粉煤灰充填复垦土壤理化性状研究

为了进一步搞清粉煤灰充填复垦构成的复垦土壤的理化性质，指导今后的复垦工作，通过选取不同时间、不同地点复垦土地的样点，采用室内外测化验手段，对其进行了细致的研究。结果认为：复垦土壤入渗率小于农业土壤，土壤容重和土壤含水量大于农业土壤；复垦土壤PH值大于8，碱性过强，土壤有机质含量低，全氮含量低，速效磷含量低，全钾含量和速效钾含量充足。     

采煤塌陷地不同充填介质水力特性对比研究

为了分析采煤塌陷地充填复垦对土壤和充填介质水分运动的影响,对土壤、粉煤灰、煤矸石、粉煤灰—煤矸石混合物4种充填物的水力特性进行了对比分析。经研究发现,粉煤灰的持水能力最强,煤矸石最差,粉煤灰-煤矸石混合物及土壤居中;煤矸石的水分扩散性能最佳,粉煤灰-煤矸石混合物和土壤次之,粉煤灰的水分扩散性能较差;粉煤灰—煤矸石混合充填物具有与土壤较为一致的水力特性。为了保证复垦土壤的持水能力和透气性,应选择用粉煤灰—煤矸石混合充填复垦模式。     

煤矸石充填复垦土壤细菌群落变化

煤炭开采造成大面积矿区土地塌陷,导致当地生态系统的脆弱性显著增加。煤矸石充填复垦是修复矿区塌陷地的常用方法,土壤细菌群落对于反映复垦土壤质量和生态健康状况具有重要的指示作用。为了了解矿区塌陷地煤矸石充填复垦对土壤细菌群落的影响,采用野外采样和高通量lllumina Miseq 16S r RNA测序技术,以周边普通耕地作为对照组(CK),分析了中国东部典型高潜水位矿区采煤塌陷地煤矸石充填复垦耕地(G)不同土层深度(0～20,20～40,40～60 cm)下土壤理化性质、土壤细菌群落多样性和结构组成的变化,以及土壤细菌群落与土壤理化性质的关系。结果表明:(1)煤矸石充填复垦显著改变了研究区土壤理化性质,不同土层深度下土壤性质变化趋势差异明显;(2)煤矸石充填复垦地的土壤细菌群落多样性与丰富度均低于普通耕地,且与土层深度呈显著负相关(P<0.05),40～60 cm层因煤矸石充填造成细菌群落组成差异大于其他土层。另外,变形菌门、放线菌门和酸杆菌门是所有处理中的优势菌门;(3)典型相关分析(CCA)和相关性分析(Pearson)结果表明,pH、含水量(MoiC)、有机碳(SOC)、速效...     

淮南市大通矿区煤矸石充填复垦地修复效果研究

为研究废弃矿区煤矸石充填复垦地复垦效果,选取淮南市大通废弃矿区复垦地为研究试验区,对大通矿区复垦地及周边未塌陷地土壤理化性征开展研究,同时分析两地自然生长的一年蓬、葎草、蒺藜、苘麻4种苗木叶片中叶绿素总量、可溶性蛋白质、脯氨酸、过氧化氢酶含量的差异,运用主成分分析法对各植物生长状况进行综合、定量评价。结果表明：大通矿区复垦地区和未塌陷地土壤容重、含水量、微量、中量元素差异较大;大通复垦区与未塌陷地土壤有机质皆处于6级水平;大通复垦区速效氮、速效磷含量处于6级水平,速效钾含量处于5级水平;未塌陷地速效氮含量处于5级水平,速效磷、速效钾处于4级水平;由植物生长主成分得分可知,未塌陷地区葎草、蒺藜、苘麻生长状况皆好于复垦区,未塌陷地一年蓬生长位次低于复垦区一年蓬生长位次。     

复垦方法对矿区土壤微生物的影响

为了研究复垦耕地土壤微生物种群特征,采用随机取样法对不同复垦方法、复垦的耕地和林地进行取样,采用计数法对土壤细菌、放线菌、真菌进行了定性和定量分析,结果表明:复垦林地的细菌数量显著高于复垦耕地和对照耕地,而放线菌和真菌数量则与此相反;在几种复垦耕地中,土壤细菌、放线菌、真菌数量排序基本一致,都表现为对照耕地大于就地取土复垦耕地大于煤矸石充填复垦耕地。说明复垦耕地的土壤环境与对照耕地相比,还有一定差距,特别是煤矸石充填法复垦的耕地土壤更需进一步改良。     

内蒙古草原矿区重构土壤典型理化性质差异分析

目前,国内外研究表明,可将煤矸石作为充填基质进行土壤重构应用于矿区生态修复中,但受煤矸石材料配比等影响,土壤重构的效果也不同。为揭示不同重构土壤材料配比及不同熟化措施对重构土壤典型理化性质差异性的影响,从而进一步探寻最适宜的重构土壤材料配比;以内蒙古北电胜利矿区为研究区,对复垦地重构土壤进行了调查取样,采用单因素方差分析法对重构土壤典型理化性质进行差异性分析,并讨论差异的原因。结果表明：在该类典型草原表土稀缺矿区进行土壤重构,重构土壤配比,当岩土剥离物∶煤矸石∶粉煤灰的比值为3∶4∶3时,土壤持水能力较优;不同熟化措施对于重构土壤持水能力有改善和稳定作用,采取15 d翻耕1次,翻耕处理1年并植苜蓿,年底将苜蓿翻压至土里,再重新种植1年苜蓿的熟化方式效益最高。     

煤矸石充填复垦采煤塌陷区可行性分析

煤矸石充填塌陷区后是否产生重金属污染是目前充填复垦中亟需解决的关键问题。为分析煤矸石充填复垦塌陷区的可行性,以徐庄煤矿煤矸石为例,通过现场采样和实验室实验的方法分析砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、汞（Hg）和铅（Pb）重金属对复垦环境的影响。实验结果表明:煤矸石重金属含量很低、性质稳定;在淋溶和浸泡状态下,煤矸石中重金属的水溶性和淋溶性较差,降雨对煤矸石的淋溶作用不会造成重金属污染;煤矸石周边土壤重金属含量符合国家相关标准。研究表明煤矸石充填复垦塌陷区是可行的。     

煤矿区土壤细菌群落结构及其对不同复垦模式的响应

科学揭示不同复垦模式土壤细菌群落稳定性及其潜在互作关系对于复垦土地差异化管理及可持续利用至关重要。本文以挖深垫浅、煤矸石充填和粉煤灰充填3种模式复垦土壤为研究对象,基于高通量Illumina Miseq 16S rRNA测序技术,采用方差分析、Spearman相关性等分析方法,研究不同复垦模式下的土壤细菌群落结构和多样性。通过构建分子生态网络模型,揭示不同复垦模式下土壤细菌群落的稳定性及菌群间潜在互作关系,明晰对细菌群落结构稳定性起关键作用的微生物种群。结果表明：(1)不同复垦模式土壤细菌群落的多样性与丰富度水平有显著差异（P<0.05）,均表现为挖深垫浅>煤矸石充填>粉煤灰充填;不同复垦模式土壤细菌群落组成相似,变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和拟杆菌门是所有模式土壤中的优势菌门,在各复垦模式土壤细菌群落中的占比之和均达70%以上。(2)不同复垦模式下土壤细菌群落的显著影响因子不同,部分优势细菌门与影响因子间的变化趋势不同,有机质含量是影响挖深垫浅复垦土壤细菌群落组成的主要影响因素,pH是影响煤矸石与粉煤灰充填复垦土壤细菌群落组成的主要影响因素。(3)挖深垫浅复垦土壤细...     

含水率对复垦土壤光谱特征及属性估测的影响

为探讨不同土壤水分含量对复垦土壤高光谱特征及土壤属性反演精度影响,以安徽省淮北市某煤矿复垦区为研究对象,采集土壤样本并测定土壤理化性质及风干前后的土壤光谱信息.分析复垦与非复垦土壤之间的差异,明确不同水分条件下的光谱吸收特征,采用配对样本t检验探究不同水分条件下光谱影响波段;利用辐射传输模型和直接标准化算法去除土壤水分...     

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。     

煤矿塌陷区不同复垦材料土壤压实机理的研究

为研究煤矿塌陷区土地在不同的碾压程度下,建筑垃圾、粉煤灰和煤矸石3种填充材料对土壤颗粒组成的影响,探究土地复垦过程中土壤粒径变化的敏感粒径范围及与试验地块所受压力的相关性。试验模拟履带式推土机碾压力度,采用Winner2000激光颗粒仪量测各地块的土壤颗粒组成,通过SPSS做碾压力度与土壤颗粒组成的相关性分析。研究确定了3种填充材料压实强度与土壤颗粒组成的数量关系。研究结果表明：① 在粒径2.2~10.48 μm内,随着碾压次数的增加,试验地块的土壤颗粒含量百分比不断升高,且煤矸石填充地块变化最明显;② 经不同程度的碾压后,建筑垃圾、粉煤灰和煤矸石填充地块“物理性黏粒”总含量百分比的最大值分别为25.29%,26.66%和36.89%,煤矸石填充地块碾压1次后“物理性黏粒”含量百分比即为28.91%,高出对照耕地9.68%;③ 建筑垃圾、粉煤灰、煤矸石填充地块的土壤颗粒含量与压力相关性最强的粒径分别为4.83~10.48,4.83~5.86和4.83~5.86 μm,相关性系数分别为0.926,0.899和0.699。     

煤矿复垦区土壤重金属含量时空分布及富集特征研究

为研究煤矿复垦区土壤重金属污染的时空变化及富集特征,以安徽淮南市潘一矿复垦区土壤为例,在2008-2010年期间对复垦区土壤中Cu,Mn,Ni,Pb,Cd,Hg,As 七种重金属元素进行了测定,并利用Surfer8.0软件对重金属的水平分布特征进行可视化表达。采用富集因子法来判断土壤中重金属人为污染情况。结果表明：煤矸石充填复垦区土壤,随着覆土年限的增加,除Mn和As元素外,Cu,Ni,Pb,Cd和Hg这5种重金属元素含量均高于淮南市土壤背景值,并出现一定程度的累积;从表层土壤重金属元素的水平空间分布看,煤矸石山的堆积、淋溶和粉煤灰贮灰场的存在对周边土壤造成了一定程度和范围的重金属污染。复垦区土壤剖面上Cu,Ni,Pb,Cd元素含量呈现表层（0~20 cm）和底层（80~100 cm）含量高,中部（20~80 cm）含量低的分布规律。分析重金属元素的富集因子,表明复垦区土壤已经受到了煤矿开采和煤矸石充填活动的影响。其中Cu,Ni,Pb,Hg和Cd元素已经出现富集,并且Cu,Ni,Pb,Hg元素达到了轻微污染水平,Cd元素达到了显著污染水平。Mn和As元素主要来源于土壤母质,没有受到污染。     

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。     

山西省典型煤电基地煤基固废综合利用研究与资源化分析

通过对山西省典型煤电基地潞安矿区煤矸石和粉煤灰综合利用途径进行深入的研究,对煤矸石和粉煤灰样品的化学组成、矿物组成、发热量、重金属含量、灰分含量、水分含量、含碳量和全硫量等物理化学性质进行检测试验,结合煤基固废综合利用的总体原则和对应用过程中对环境污染风险的考虑,选择适合不同物理化学性质的煤矸石的利用途径和优先发展产业链。研究发现,山西地区大部分煤矸石适合制备水泥和建筑材料,部分煤矸石适合回收硫铁矿、制作高级陶瓷、制备分子筛、用作燃料和发电材料;而山西地区的粉煤灰不适于做混凝土掺料、水泥混合材、硅酸盐制品、砂浆原料、回填材料、泡沫绝热材料、粉煤灰三渣和陶质材料,适合用做填料、农用、提铝,也可用于水处理剂和其他高附加值应用。该研究可为提高山西省典型煤电基地固废利用率和产业化实际应用提供参考。     

徐州矿区充填复垦地重金属污染的潜在生态风险评价

为了保证矿区充填复垦场地健康、稳定和可持续利用,采用Hakanson生态风险指数法对矿区充填复垦地中Hg,Cd,As,Cu,Pb,Cr和Zn等7个污染要素进行了分析,研究了充填复垦地土壤重金属污染程度及潜在的生态危害性.结果表明:煤矸石充填复垦土壤的综合污染指数平均值为32.20,处于很高的污染程度,其生态风险指数为443.21,潜在生态风险为较高;比照地的综合污染指数平均值为21.85,处于较高的污染程度,其生态风险指数为344.65,潜在生态风险为较高;而粉煤灰充填复垦土壤的综合污染程度为17.06,处于较高的污染程度,其生态风险指数为256.96,潜在生态风险为中等.研究区土壤整体处于受污染状态,主要受到Cd和Hg的污染.     

煤基固废制备充填材料配比优化试验研究

为制备低成本、高强度的煤矿充填材料,以煤矸石做骨料,以粉煤灰、脱硫石膏、硅钙渣为 胶凝材料制作试件,并对其进行单轴抗压强度、坍落度、扩展度指标测试,研究了充填材料配比优 化前后的力学性能、各组分影响情况。 结果表明,脱硫石膏、硅钙渣在一定掺量范围内具有较强 的胶凝作用;随着粉煤灰掺量增加,充填材料初期强度增长较慢,应控制其掺量不高于6.67%;粉 煤灰与硅钙渣联合使用能激发硅钙渣的胶凝性能;煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、硅钙渣、水泥最优 质量比为70:6:3:12.5;8.5。 利用响应面法对结论进行了验证,试验结论与预测一致。     

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。     

草原露天矿区重构土壤含水率差异性分析

为揭示不同重构土壤配比及不同植被生长等级对重构土壤含水率影响的差异性,探寻最适宜的重构土壤材料配比。本文以内蒙古胜利矿区内排土场为研究区,对重构土壤复垦地进行了调查和取样,采用单因素方差分析法对重构土壤的土壤含水率进行差异性分析,并讨论了形成差异的原因。结果表明：（1）在不同的植被生长等级下,土壤重构方式为岩土剥离物：煤矸石：粉煤灰=3：4：3时土壤含水率均较高。（2）当土壤重构方式相同时,不同植被生长等级下土壤含水率并不是植被生长等级越高越好。当土壤重构方式为岩土剥离物时,大田块一（15天翻耕靶地一次）和大田块二（30天翻耕靶地一次）在植被生长等级为1、2时土壤含水率较高;当土壤重构方式为岩土剥离物：煤矸石=2：3时,大田块三（60天翻耕靶地一次）和大田块四（当年翻耕处理并种植苜蓿）在植被生长等级为3时土壤含水率较高;当土壤重构方式为岩土剥离物：煤矸石：粉煤灰=3：4：3时,大田块一（15天翻耕靶地一次）和大田块三（60天翻耕靶地一次）在植被生长等级为3时土壤含水率最高,大田块二（30天翻耕靶地一次）和大田块四（当年翻耕处理并种植苜蓿）在植被生长等级为1时土壤含水率最高。煤矸石、粉煤灰、岩土剥离物作为表土替代材料其不同配比在重构土壤上的研究为表土稀缺矿区的复垦工作提供了支撑,为全球草原露天矿区的生态修复工程提供参考。     

粉煤灰全尾砂膏体充填试验研究

电厂工业废料粉煤灰具有潜在胶凝活性。针对当前矿山膏体胶结充填成本高、强度低等现状,提出了以部分粉煤灰替代水泥作为胶凝剂。在对粉煤灰物删性能和化学成份测定分析的基础上,依不同的粉煤灰添加量进行了粉煤灰全尾砂胶结充填强度试验,并对粉煤灰在膏体充填料浆中的胶凝机理进行了探讨。结果表明：在质量分数和水泥用量相同的条件下,添加粉煤灰可以大幅度提高后期强度,并且龄期强度随粉煤灰用量的增加而增大。研究结果为提高胶结充填质量、降低充填成本,进一步综合利用人工火山奠定了一定的基础。