北方防沙带大型露天煤矿区生态保护与修复技术

北方防沙带是我国防治沙化和荒漠化的关键地带,是“三北”工程的核心区,区内土壤贫瘠、风速大、干旱缺水、植被稀少、生态恢复力低,而大型露天煤矿开采与生态保护矛盾突出,直接影响区域生态安全和国家能源保供,迫切需要开展大型露天矿区生态保护修复研究。针对北方防沙带大型露天煤矿区开采引起的土地破坏、扬尘起沙、水位下降、土壤沙化、植被退化等问题。以北方防沙带面积和露天煤炭产量占比均最大的内蒙古的大型露天煤矿区为研究区,秉承“减损开采-立体保水-造土活土-系统修复-集成监管”的研究思路,揭示大型露天矿岩土损伤-生态退化传导机理、生态减损开采机制、重建生态自维持机制,研发生态保护型减损开采、生态化设计、水资源保护与综合利用、抗侵蚀地貌重塑、排土场活土层精细重构、土壤改良与提质增容、菌-藻-草联合修复、生态系统退化监管等关键技术,形成适合北方防沙带露天煤矿区生态保护与修复技术体系,建成大型露天矿区生态保护修复集成示范区。创建低成本、高效率、可持续、可复制的大型露天矿区生态保护修复模式,为保障我国北方防沙带大型露天矿区科学开采与生态安全提供支撑,实现煤炭开发能源保供与生态保护相协调、“开发金山银山,再造绿水...     

东部草原区露天煤矿减损开采与生态系统修复技术及应用

东部草原区是我国重要的煤能源基地,煤炭开发为东北区能源保供和我国经济发展做出了巨大贡献。东部草原区气候酷寒干旱、土壤瘠薄、植被抗扰动能力低,而煤炭大规模开发导致了当地草原退化和水位下降等问题,因此开展了东部草原区露天煤矿减损开采与生态系统修复研究,提出了露天煤矿源头减损-过程控制-末端治理的生态修复理念,研发了开采节地减损、物料跨时空调配储用和“生态窗口期”协同修复等技术,并在胜利露天矿和宝日希勒露天矿进行技术应用和示范。结果表明：胜利露天矿原排土工作帮坡角提高了2.9°,可开展生态修复时间提前0.9 a,采场占地面积缩小75.2 hm²;仅在宝日希勒露天矿南帮实施冻结期靠帮开采-快速回填技术多回收煤炭资源69.55万t,占年生产能力的2%,在满足露天矿生产能力的前提下少征地2.4 hm²/a。研究成果为相似露天矿开展减损开采与生态修复工作提供了技术支撑,具有广泛的应用和推广价值。     

浅埋高强度开采矿区生态损伤特征与减损实践

为解决浅埋高强度开采损害与生态保护间的矛盾问题，基于神东矿区地质开采条件、生态本底特征，总结了高强度开采的损伤特征。神东矿区采用大工作面快速推进降低非均匀沉降面积、开采初期工作面注浆减沉、建造地下水库保水及生态利用、填埋地表裂缝持水保墒、植物接菌微生物抗逆性提升、驯化筛选适生植物等技术，有效降低了煤炭开采引起的生态损伤。遥感监测表明，神东矿区2011—2015年技术应用初期，植被覆盖度50%左右，处在中高植被覆盖度级别，2018年植被覆盖度提高到62.4%，达到了高覆盖度水平。结合开采实践与理论研究，提出从开采源头设计着手、传导过程调控、末端修复治理采动损伤的全过程控制技术。     

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...     

“煤炭开采水资源保护与利用”国家重点实验室在神华集团揭牌

正近日,"煤炭开采水资源保护与利用"国家重点实验室在神华集团揭牌。据悉,该实验室主要研究内容围绕煤炭开采水资源保护、水资源利用、矿区生态减损修复3个方向,开展基础理论研究、重大试验装置研制、关键技术研发和示范工程建设。实验室的目标主要是建设煤炭—水资源协调开发的国家级平台,为保护利用我国损失的约6Gt/a矿井水提供科技支撑,     

露天煤矿开采现状及生态环境影响分析

分析我国露天煤矿开采规模、地区分布特点,煤炭露天开采对矿区生态环境影响,提出了露天开采与生态环境一体化技术。建立露天矿绿色开采理论体系,引入"绿色因子"建立露天开采目标函数,以达到强制实现生态环境保护的目标。     

西部生态脆弱区煤炭减损开采地质保障科学问题及技术展望

我国能源禀赋特点决定了煤炭主体能源地位短期难以改变,其中,西部煤炭资源担负着我国基础能源自主供给的核心角色。但西部煤炭多处于干旱-半干旱带的沙漠-黄土覆盖生态脆弱区,易因开采扰动引起地下水及生态环境产生显著影响。因此,减损开采成为西部生态脆弱区煤炭资源安全高效开发与环境保护协调发展的必然选择。立足西部煤炭资源开发现实情况,提出了西部生态脆弱区煤炭减损开采面临的四大关键科学问题,即：① 煤-水空间发育组合特征;② 采动过程地质条件变化规律;③ 保水开采分区及地质判据;④ 西部煤炭减损开采技术体系构建思路。同时,详细阐述了煤炭减损开采技术发展状况及存在的现实难题。在此基础上,尝试构建西部生态脆弱区煤炭减损开采技术体系,并展望了西部煤炭减损开采技术未来发展方向。相关研究以期为西部生态脆弱区煤炭绿色减损开采提供借鉴。     

绿色开采定量分析与深部仿生绿色开采模式

绿色开采是煤炭规模化开采向现代生态文明开采的技术跨越，绿色开采水平的科学评价则是建立适用绿色开采模式与实践效果检验的重要方法。研究基于前人成果分析，试图从生态学视角将传统的采矿系统与生态系统相融合构建采矿生态系统，采用物理模型构建、数学模型分析和实例验证方法，分析开采扰动时系统受损状态和生态损伤程度，构建生态损伤和绿色开采分析模型，定量评价绿色开采水平和效果，参考西部深部开采环境特点和采动生态响应特征，建立适用的绿色开采模式，为西部矿区探索适用的绿色开采解决方案提供有效途径。研究基于采矿生态系统，提出描述开采“激励”作用下生态损伤的4个因子和16个主要参数，系统内3类要素组(采动覆岩、地下水系统、地表生态)的4种耦合关系(应力耦合、水-岩耦合、水-土耦合、辐射耦合)和生态损伤的系统外传导效应，提出描述生态系统原态与受损状态相对变化关系的“生态损伤系数”;绿色开采本质是通过控制开采激励的生态响应水平实现“减损”和近零排放的先进开采方式，参照生态系统原态提出开采“绿度”指标度量开采扰动下自然稳定的生态系统原态保持水平，基于生态损伤系数建立了绿度定量分析模型和绿色开采水平比较模型;建立了绿色开采模型，分析了开采工艺参数、地下水系统保护和地表生态修复方法的绿度贡献水平，发现控制导水裂隙带高度、矿井水涌出量和含水层保护、近零排放等途径对开采绿度贡献相对较大;采用“递进式”优化的绿色开采方法与安全高效开采模式对比，地下水系统减损对提升绿色开采水平相对贡献更大;处于西部生态脆弱区的神东矿区分析显示，大柳塔矿、上湾矿、榆家梁矿等优于全区平均绿色开采水平，地下水系统减损是提升绿色开采水平的瓶颈;按照“源头减损与过程控制”思路，着力“降高、减失、快治、零排”，建立以“仿生”开采工艺为核心、非连续开采充填、含水层渗流隔离、煤矿地下水库储水、地表生态分区治理技术协同且精准控制开采过程的深部仿生绿色开采模式。     

建设露井联合开采的平朔总体发展新模式

以资源开发利用集约化、提高煤炭回收率、降低矿区的生产成本、增加经济效益为基本宗旨,按照有利于平朔矿区经济发展为原则,建立地方企业与国有企业经济发展共同体,打破原规划的露天矿田境界,重新确定合理的开发方案,将矿区的开发模式由单一的露天开采模式改变为露天、井工联合开发的新模式。     

神东矿区现代煤炭开采技术下地表生态自修复规律研究

 本文通过对神东矿区现代煤炭开采（超大工作面）不同扰动程度下地表变形和裂缝、地形、地表水、地表植被的持续动态监测,揭示了地表动态裂缝宽度自修复周期以及裂缝周边土壤水分恢复周期规律。研究表明,超大工作面显著增加了开采造成的地表稳定下沉区的面积和范围,显著提高了地表生态自修复能力。植被自修复能力草本＞灌木＞乔木,草本基本恢复到开采前状态,为解决矿区水环境改善、水资源供需矛盾以及区域经济可持续发展等提供了科技支撑。     

平朔矿区总体发展新模式探讨

基本宗旨，按照有利于平朔矿区经济发展的原则， 以资源开发利用集约化、提高煤炭回收率、降低矿区的生产成本、增加经济效益为提出建立地方企业与平朔煤炭公司经济发展共同体，打破原规划的露天矿田境界，重新确定合理的开发方案，将矿区的开发模式由单一的露天开采模式改变为露天、井工联合开发的新模式。     

我国煤矿区土地复垦与生态重建研究

文章分析了煤炭开采对生态环境破坏的特征,将采前生态系统类型与采矿扰动因子列为矿区生态破坏类型划分的两个重要因素,并对煤矿区生态破坏类型进行了划分;回顾了我国矿区土地复垦研究历程,简要介绍了各阶段所取得的标志性成果;在矿区土地复垦评价与规划、复垦土壤重构、矿区土地复垦界面要素演替规律、矿区生态重建原理等方面的研究为土地复垦科学化提供了强有力的理论支撑;矿区土地复垦技术不断创新,初步形成了地下开采矿山充填复垦与非充填复垦、露天开采矿山剥采复一体化、矸石山绿化、复垦土壤剖面重构、植被恢复的技术体系;综合目前该领域的研究现状和存在的问题,提出了我国矿区土地复垦与生态重建的重点方向.     

我国煤矿区土地复垦与生态重建研究

文章分析了煤炭开采对生态环境破坏的特征,将采前生态系统类型与采矿扰动因子列为矿区生态破坏类型划分的两个重要因素,并对煤矿区生态破坏类型进行了划分;回顾了我国矿区土地复垦研究历程,简要介绍了各阶段所取得的标志性成果;在矿区土地复垦评价与规划、复垦土壤重构、矿区土地复垦界面要素演替规律、矿区生态重建原理等方面的研究为土地复垦科学化提供了强有力的理论支撑;矿区土地复垦技术不断创新,初步形成了地下开采矿山充填复垦与非充填复垦、露天开采矿山剥采复一体化、矸石山绿化、复垦土壤剖面重构、植被恢复的技术体系;综合目前该领域的研究现状和存在的问题,提出了我国矿区土地复垦与生态重建的重点方向。     

矿区土地修复的几个基本问题

通过对与土地复垦有关的概念梳理后,提出以土地修复作为高一级学科建设的名称涵盖土地复垦的名称。基于生态系统自恢复力的假说,讨论了矿区土地修复过程中,自然恢复与人工干预的作用,提出了引导型矿山土地自修复模式及其应用条件,指出了对关键限制性因素及其阈值的识别与修复是矿山生态系统引导自修复的关键;并进一步讨论了引导型矿区土地修复目标的合理程度。还讨论了采前预防及采后修复在矿区土地修复中的作用,对于露天矿山,采前预防或减损工艺应成为主流,在剥采排复一体化工艺实现后,土壤重构成为露天矿区土地修复成功的关键,而对于井工开采矿山,采前预防措施通常被用于局部需要特殊保护的地表建构筑物或具有重要保护价值的生态类型区,采后修复仍是主要的技术手段。     

西部井工开采矿区生态环境问题分析及防治措施研究

随着我国经济的快速发展,矿产资源的供需矛盾日益突出,伴随着矿产资源开发强度的不断加大,井工开采的矿区生态环境污染、矿区环境质量退化,已经严重地制约了区域经济发展。因此对井工开采的矿区生态环境问题进行分析,然后根据其产生原因提出了保护措施并结合了一些成功的保护实例,对西部井工开采矿区生态环境问题的合理解决有一定的参考价值。     

风积沙区超大工作面开采生态环境破坏过程与恢复对策

风积沙区超大工作面开采具有所处生态环境脆弱、开采强度大等显著特点,由此引起的生态环境损伤不同于传统开采方法或高强度开采在东部矿山引起的生态环境损伤特征。将风积沙区超大工作面开采生态环境破坏过程划分为岩层破断、地表沉降、地表动植物生境变化与土地利用变化以及矿区生态系统随时间推移演替等4个过程;分析了风沙区超大工作面开采后地裂缝、土壤水、地下水位、植被覆盖与生物多样性等关键生态环境要素的变化规律;提出风积沙区生态环境恢复的对策应是保护与修复并举、自我恢复和人工修复并重,具体需要结合生态环境要素的受损伤程度及生态修复目标确定生态恢复对策。     

基于保障生态地下水位的露天煤矿主动保水技术研究

我国露天煤矿大多分布在西部生态脆弱区,主要采用疏干排水方式控制地下水,导致矿区周边地下水位下降、植被覆盖度减少,地下水资源和生态环境均不同程度受到影响。为解决露天煤矿开采造成的水资源与生态环境问题,自20世纪90年代提出了地下防渗帷幕截流矿区周边地下水的思路和方案,历经近30年的科研攻关,形成了以防渗膜与防渗材料复合防渗技术、低强度抗渗混凝土地连墙截水技术和超高压角域射流注浆帷幕截水技术为核心的露天煤矿保障生态地下水位主动保水技术,在扎尼河露天煤矿示范应用并取得成功。研究结果表明:露天煤矿生态地下水位主动保水技术经济、高效、环保,自开展生态地下水位主动保护技术以来,露天煤矿疏排水量逐渐减少,减少率75%以上,露天煤矿周边地下水位稳步抬升,目前已恢复至煤矿开采前的原始水位,并且植被覆盖度逐年增加,由较少植被过渡到适中植被。基于保障生态地下水位的露天煤矿主动保水技术可进一步应用到井工煤矿、非煤矿山等场景,保障生态地下水位,实现减损、保水、绿色开采。     

井工煤矿技术变革研究与中煤集团具体实践

强调了新形势下我国井工煤矿技术变革的迫切性，在此基础上，进一步探讨了我国煤矿开采技术管理面临的问题与挑战。针对传统煤炭开采技术难以攻克的深部强矿压、高成本、高风险、低回收率和环境负效应等诸多难题，创新提出以“优化开采、绿色开采、智能开采”为核心的采矿技术变革思想，并提出无掘巷开采新方法以及无掘巷开采主动岩层控制新理论。建立了短充长采技术体系；介绍了自主研发的无掘巷开采成套装备；阐述了在初步形成井工煤矿开采技术管理新模式下建成的中煤能源集团(以下简称“中煤集团”)南梁煤矿井工无掘巷开采示范矿井的具体实践。基于井工煤矿开采技术管理新模式，对中煤集团孔庄煤矿的优化开采、南梁煤矿的井工无掘巷开采示范矿井建设和葫芦素煤矿的“短充长采”工程应用案例进行了介绍，这些技术成果在现场的成功应用，表明采矿技术变革有效提升了现代煤矿的社会经济效益，为构建我国煤炭新型现代科学开采体系提供了切实参考。     

西部煤矿区深色有隔内生真菌修复机理与生态应用模式

煤炭开采过程损伤生态,扰动土壤与植被生长环境,加之西部矿区气候干旱,环境胁迫影响矿区生态自修复进程.微生物修复技术在矿区生态环境的应用是从修复生态系统的功能与结构角度出发的一种可持续方法.深色有隔内生真菌(Dark Septate Endophytes,DSE)不同于丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhi...     

黄河中游榆神府矿区煤-岩-水-环特征及智能一体化技术

黄河中游榆神府矿区承担着能源保障和生态保护的双重战略重任,为了探索实现2者并举的途径,基于520余个钻孔地层数据,将采煤与矿区生态环境看作一个整体,采用基岩煤层厚度比与裂采比对比的方法,研究了榆神府矿区煤-岩-水-环的空间组合特征及采煤对生态损伤机理;依据煤-岩-水耦合作用对生态扰动方式,划分出厚基岩保水盐渍型、中厚基岩控水沉降型、薄基岩失水塌陷型、薄基岩无水裂塌型、烧变岩失水裂塌型、烧变岩无水裂塌型6种类型;针对矿区内日益增加的高强度开采与矿区生态本底脆弱并存的局面,根据采煤对生态的扰动机理和减损开采目标,指出如何应用信息技术实现生态扰动最小化和煤炭资源开采效益最大化协调发展是当前亟待解决的技术问题;提出研发采煤-覆岩-地下水-生态环境智能一体化系统的目标架构、技术思路和面临的技术难题。结果显示:中东部是生态对采煤扰动的敏感区;采煤对生态损伤的方式有地表下沉,潜水位下降与相对上升引起的植被退化、土地盐渍化;浅埋煤层开采引起地表裂缝塌陷破坏土壤结构和包气带水并损伤植被根系;黄土梁峁地貌区地表移动变形诱发滑坡切断植物根系。指出有必要根据不同破坏方式建立不同的评价指标体系及预测模型,并构建...