兖州矿区采煤塌陷地状况与综合治理途径研究

通过对兖州矿区采煤塌陷地状况进行现状分析和趋势预测,结果表明,至2000年底,已累计塌陷土地5389.40hm₂;预计到21世纪中叶,兖州、济东2个煤田最终将形成两个塌陷中心,面积达4.4×104hm₂。这不仅使大面积农田被毁,造成生态失衡,而且给当地工农业生产以及社会和生态环境等方面带来一系列严重问题,应该彻底进行采煤塌陷地的综合治理。据此,根据矿区工农业持续协调发展的需要,从宏观和微观的角度,全方位提出了采煤塌陷地的综合治理途径。     

淮南煤炭开采土地破坏及其综合治理

煤炭开采会破坏和压占大量的土地资源,导致土地利用类型、功能发生较大变化,污染周围环境。淮南煤矿开采历史悠久,因采煤形成的塌陷地总面积约133km^2,采空区面积约69km^2;形成了34座矸石山,堆体占地面积约1.6km^2。塌陷水域面积不断扩大,煤矸石长期大量堆放占用土地、污染水和大气,已成为制约淮南矿区社会经济发展的重要因素。通过对淮南煤炭开采造成的土地破坏情况进行分析,提出了一些综合治理措施,以利于矿区环境、社会和经济的可持续发展。     

浅谈淮南矿区采煤沉陷治理新思路

淮南市煤炭资源丰富,随着煤炭的大规模开发,也造成了采煤塌陷地的产生。采煤塌陷地的出现使得矿区耕地数量急剧减少,地质环境受到严重破坏,生态环境受到严重污染,进而引发了一系列社会问题。作为国家首批循环经济试点单位,淮南矿业集团已把建设绿色环保、和谐文明的能源基地归入四大发展战略之中,加大了对采煤沉陷区的综合治理。本论文在总结以往淮南矿区采煤沉陷治理状况的同时,介绍了一些最近涌现出的治理新思路,并从中得到一些企业谋求发展的思考和启发。     

Overview and modeling of mechanical and thermomechanical impact of underground coal gasification exploitation

From an economic point of view Underground Coal Gasification (UCG) is a promising technology that can be used to reach coal resources that are difficult or expensive to by conventional mining methods. Furthermore, the process addresses safety concerns, by avoiding the presence of workers underground. An optimal UCG process requires the integration of various scientific fields (chemistry, geochemistry, geomechanics) and the demonstration of limited of environmental impacts. This paper focuses on the mechanical component of the UCG operation and its impact on the surrounding environment in terms of stability and land subsidence. The mechanical components are also considered. Underground mining by coal combustion UCG challenges include the mechanical behavior of the site and of stability of the overburden rock layers. By studying the underground reactor, its inlet and outlet, we confirm the key role played by mechanical damage and thermo-mechanical phenomena are identified. Deformation or collapse above the cavity may cause a collapse in the overlying layers or subsidence at the surface level. These phenomena are highly dependent on the thermoporomechanical behavior of the rock surrounding the cavity (the host rocks). Unlike conventional methods, the UCG technology introduces an additional variable into the physical problem: the high temperatures, which evolve with time and space. In this framework, we performed numerical analyses of the coal site that could be exploited using this method. The numerical results presented in this paper are derived from models based on different assumptions describing a raw geological background. Several 3D (3 dimensional) and 2D (2 dimensional, plane) nonlinear finite element modelings are performed based on two methods. The first assumes a rock medium as a perfect thermo-elastoplastic continuum. In the second, in order to simulate large space scale crack propagation explicitly, we develop a method based upon finite element deactivation. This method is built on a finite element mesh refinement and uses Mohr-Coulomb failure criterion. Based on the analysis of the numerical results, we can highlight two main factors influencing the behavior and the mechanical stability of the overburden, and consequently the UCG process evolution. The first is the size of the cavity. This geometrical parameter, which is common to all types of coal exploitation, is best controlled using the classic exploitation method. We show that in the case of UCG, the shape of the cavity and its evolution over time can be modified considerably by the thermomechanical behavior of the host rocks. The second is the presence of a heat source whose location and intensity evolve over time. Even if thermal diffusivity of the rock is low and only a small distance from the coal reactor is thermally affected, we show that the induced mechanical changes extend significantly in the overburden, and that subsidence can therefore be estimated at the surface. We conclude the integration of the mechanical analysis into a risk analysis process mechanical analysis can be integrated in a thorough risk analysis.     

兖州矿区开采塌陷土地复垦与综合利用研究

兖州煤田地处村庄稠密、土地肥沃的鲁西南平原，是高潜水位矿区，“三下”压煤严重，厚煤层综放高强度开采，采煤塌陷对地表的破坏影响极大。塌陷地在雨季水深面广，一片汪洋；冬春季水浅面积小，土地荒芜。随着开采强度的进一步提高，土地塌陷将越来越严重，农民将逐渐失去赖以生存的土地，土地复垦已势在必行。本文针对兖州矿区的具体地质采矿条件提出了塌陷土地复垦与综合利用对策。     

山西省采煤土地塌陷损耗分析与测算

当前煤炭开采对土地的破坏极为严重,通过分析山西采煤土地塌陷破坏趋势,采煤引发土地塌陷的机理与特征,利用恢复费用法、市场价值法、调查评价法等评估方法,对采煤土地塌陷经济损耗进行了定量评估,这对定量地确定某一局部区域的煤炭资源环境价值具有重要的指导意义.     

半干旱山区采矿扰动植被指数时空变化规律

选取潞安矿区7个生产矿井中的8个试验工作面,采用概率积分法预测开采沉陷值;对2004—2007年7个时相(分别为2004年7月8日、11月1日,2005年2月1日、8月26日,2006年5月22日,2007年4月9日和6月1日)的SPOT2/4卫星遥感数据进行大气校正及波段运算,提取工作面开采沉陷前后的NDVI(归一化植被指数)平均值,经离散傅立叶变换得到NDVI时间序列曲线,以研究采矿扰动区植被指数的时空变化规律. 结果表明:①试验工作面地表覆被NDVI变化与采矿扰动区具有空间相关性. 非采矿扰动区(伪不变特征区)森林冠层的NDVI最大值由2004年的0.619451增至2007年的0.739987,平均年净增加6.18%. 在采矿扰动区,虽然开采前地表NDVI最大值呈增加趋势,但开采当年却显著下降,年均降幅达11.91%. ②试验工作面地表NDVI变化与采矿扰动具有时间相关性. NDVI在开采前表现相对稳定,受开采扰动虽出现下降但却滞后4～6个月,并且持续1～2a,其后转入上升期. 常村矿的S1-1#、S3-2#、N1-4#,漳村矿的2101#、2102#、2201#,五阳矿的5100#,王庄矿的5210#等8个试验工作面NDVI最大值年均降幅分别为12.24%、27.81%、15.79%、19.19%、7.19%、21.48%、13.25%和1.66%,平均值为14.83%. 在气候、耕作、采矿扰动等诸多因素影响下,采矿扰动是半干旱山区采矿区地表NDVI变化的主要诱因.      

美国休斯敦市区GPS沉降观测站布设实例研究

随着城市建设的快速发展,大量的城市地下水、矿产资源被大规模的开发和利用以及城市高层建筑建设,导致城市地面沉降危害日益显著,及时的掌握和了解地表沉降情况,是预防城市环境沉降危害的关键,本文提出采用GPS测量技术的地表沉降观测站的研究和设计,通过在美国休斯敦大都市采用构建地表沉降观测站,对地表沉降进行全天候观测和数据采集,为分析美国休斯敦大都市地表沉降变化规律,对城市环境沉降危害预测提供了准确的观测数据支持.     

煤矿区土地修复的生态系统服务功能改善研究

采用3S技术,对我国典型的煤炭资源枯竭型城市石嘴山市煤炭开采区的生态修复前后的生态系统服务进行了分析。采用2001年与2011年两期LandsatETM和TM遥感影像图的人工解译与变化监测,分析了煤矿区的土地利用覆盖变化。并通过建立响应的评价指标体系,对其成功的治理煤矸石山,改造塌陷区,建立煤矿地质公园,将塌陷区改善为生态湿地等活动的生态系统服务功能变化进行了全面定量化评价。研究表明,通过10年的土地修复,采矿迹地的生态恢复能够提高其生态系统服务功能10倍左右,尤其是环境美学功能受到社会广泛认同。     

采煤塌陷对地表植物群落特征的影响

为了研究采煤塌陷对地表植被组成及其多样性的影响,对陕西省神府-东胜补连塔煤矿采煤塌陷区不同塌陷年限(2、7、12、17 a)区域和未塌陷区域(对照)植被进行抽样调查与分析. 结果表明:该区域共有14科39属46种植物,主要为草本植物;采煤塌陷对植被种类组成、物种分布有很大影响,导致植物种类显著减少31.03%~44.83%. 塌陷区优势种较对照区有较大变化,优势种由多年生草本植物演变为一二年生草本植物;但是不同塌陷年限区域植物优势种基本稳定,主要为看麦娘(Alopecurus aequalis)、烛台虫实(Corispermum candelabrum)、刺叶藜(Chenopodium aristatum)等. 采煤塌陷导致植株密度显著下降58.62%~68.00%、物种丰富度显著下降17.43%~27.00%、Margalef丰富度指数显著降低4.07%~22.76%,但植被盖度差异不显著. 采煤塌陷显著影响植物群落多样性,其中,塌陷12和17 a样地植被Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数较塌陷2 a样地显著提高. 群落排序结果表明,物种分布与塌陷有明显相关性. 塌陷区植株密度及其植被组成中多年生草本种数很难恢复到对照区水平,植被恢复进程十分缓慢.      

七台河矿区地面塌陷的现状、危害、成因及防治

地面塌陷是严重影响我国人民生活与生产建设的主要地质灾害之一，它广泛分布于各矿区，煤矿尤甚。以七台河矿区为例，论述矿区地面塌陷现状，阐述地面塌陷所造成的危害，分析地面塌陷的成因，最后提出防治对策。     

Environmental problems in a coal mining area affected by coal fires --A case study in Ruqigou Coalfield, Ningxia, China

Ruqigou Coalfield, being one of the most important coal mining areas in China, has suffered coal fire problems for more than one hundred years. Due to coal fires, about 4.513 million tons coal resources has been lost each year, and apart from a large volume of CO2 delivered into air, environmental problems such as land degradation, land pollution and air pollution are also produced. Air pollution, as one related to coal fires, is the most dangerous problems for local people and has already led to vegetation pollution in this area. Land degradation is mainly induced with occurrence of land subsidence, fissures with due to coal mining/coal fires, and debris slide/flow. With development of opencast coal mining, a large volume of waste was produced, which is the major source of land pollution. All these environmental problems are associated with coal mining or coal fires and their comprehensive effects are deterioration of environment.     

蒙脱石伊利石化过程中伊-蒙混层形成的Gibbs自由能

采用Vieillard(2000)提出的计算含水粘土矿物形成的Gibbs自由能的方法,对热液蚀变作用下蒙脱石向伊利石转变过程中伊利石 蒙脱石混层形成的Gibbs自由能进行了计算。根据伊利石 蒙脱石混层的化学成分,详细计算了一个端元伊利石样品形成的Gibbs自由能,其值为 5401.36kJ/mol。该值与已给出的天然伊利石和理想伊利石形成的Gibbs自由能非常相近,表明Vieillard(2000)的方法对计算伊利石 蒙脱石混层形成的Gibbs自由能是可行的。伊利石 蒙脱石形成的Gibbs自由能可进一步用于计算因地下水过量开采而产生的地面沉降的量。     

Environmental problems in a coal mining area affected by coal fires ——A case study in Ruqigou Coalfield, Ningxia, China

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｏｕｒｃｅｓｆｏｒｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙｉｓｓｔｉｌｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｗｉｔｈｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｇｒｏｗｔｈａｎｄｅｃｏｎｏｍ...     

矿山土复垦利用试验

利用分层随机取样法取得开滦矿区范矿南矸石回填复土区不同复土方式、不同复土年份、不同土地利用形式及不同深度的矿山土样品,对矿山土的养分状况、酸性污染与重金属污染规律进行了研究．结果表明,矸石回填复土区完全可以种植白菜、白薯、大豆、葡萄、紫穗槐等植物;此类矿山土的酸性污染可以通过条带式复土、全面复土方式得到有效地控制,而穴植法效果不佳,养分状况可通过种植紫穗槐或牧草得到改善;重金属元素含量没有超标,但试验点的矿山土培肥及表土受空气与粉尘污染造成表土的重金属元素含量高于30cm处土壤．     

板材成形模拟的研究和应用

介绍了板材成形数值模拟技术的研究和应用在国内外发展的概况 ,并从基本算法、单元模型和网格划分、材料模型、接触摩擦、起皱问题、破裂问题和回弹计算等方面介绍了弹塑性有限元的基本原理、关键技术和主要难点 ,结合在工厂实际生产中的使用情况和存在的问题 ,展望了板材数值模拟技术今后的发展方向     

煤矿开采地面沉陷的覆岩注浆防治

利用覆岩高层注浆抚育地煤矿开采地面沉陷进行防治，可以达到保护矿区地面环境的目的。实践证明，这是一种有效而经济的治理煤矿开采引起的环境问题的新方法。     

露天矿土地复垦综合预控研究

针对露天矿开采与土地复垦过程中遇到的综合技术问题,采用综合分析与模拟的方法,把露天矿开采工艺与土壤重构原理相结合,实现露天矿剥、采、排一体化工艺,优化排土顺序和位置,采集数据并建立采场和排土场DEM模型,同时对排土场覆盖的熟土进行定量计算,确定该区域的覆土量和平均覆土厚度,并对排土场生态重建进行三维景观模拟,实行排土场数字化管理,该技术使露天矿实现向精细、集中、数字化管理模式转变。     

淮南矿区土地利用变化对区域景观格局的影响

以淮南矿区5期遥感影像图作为基本信息源,利用土地利用转移矩阵和景观格局指数分析了淮南矿区的土地利用变化及其对区域景观格局的影响。土地利用变化相关结果表明:1980 — 2015年淮南矿区及区域土地利用变化主要表现为耕地的减少,建设用地、水域的增加。矿区耕地面积减少117.6 km~2,其中46.7%的面积转换成建设用地,51.2%转换成塌陷水域,其所在区域(流域)耕地减少了274.4 km~2,有63.1%转换成建设用地,33.1%转换成水域。将矿区增加的塌陷水域面积还原作为无采矿活动的对照,分析采矿活动对区域景观格局的影响,结果表明:采矿活动使得区域景观多样性指数增加了0.07,矿区土地利用变化使得区域景观多样性增加、优势度减小,区域景观格局更加趋于多样、均衡。     

潞安矿区地面塌陷发育特征与危险性评价

为全面了解潞安矿区地面塌陷的现状及特征,并为地质灾害的防治工作提供理论依据,依据野外调查的资料分析结果,指出了该矿区地面塌陷的发育特征,并在分析地面塌陷形成机制和影响因素的基础上,依据模糊综合评价的理论与方法,建立了矿区地面塌陷危险性评价模型,得出的评价结果与实际情况基本吻合。