充填结构包气带水分运动参数试验研究

煤炭开采引起大面积沉陷,利用粉煤灰或煤矸石作为充填介质,并覆盖一定厚度土壤的方法进行土地复垦是一种重要的充填模式。以粘质土壤、粉煤灰、煤矸石为研究对象,采用室内试验方法分别测定其物质的水分特征曲线、非饱和导水率曲线、容水度、水分扩散度等充填结构包气带的水分运动参数,为研究土壤-粉煤灰、土壤-煤矸石充填结构包气带水分运动规律提供参考依据。     

淮南新庄孜矿煤矸石充填复垦土壤中镉的迁移特征

镉（Cd）是严重危害人类健康的一种重金属元素,具有较强的生物毒性。为了保证矿区充填复垦土地种植农作物的生态安全,以淮南新庄孜矿煤矸石充填复垦治理区为对象,对其土壤和煤矸石中镉元素的含量进行了跟踪分析研究,结果表明,煤矸石充填复垦区土壤中垂直方向上各层镉元素含量均高于淮南市土壤背景值和中国土壤背景值,其中靠近填充物——煤矸石的土壤镉含量超标率最高,从土壤中镉元素的水平和垂直空间分布来看,复垦充填物——煤矸石因受淋溶作用造成的重金属元素的排放和迁移直接或间接污染了复垦土壤的生态环境,其中镉元素已经出现富集,甚至达到了污染水平。      

山区采煤塌陷区土地复垦方案及工艺流程

煤矿采空塌陷造成耕地毁坏，利用土地复垦技术将被毁土地恢复耕种功能，以达到保护耕地的目标。煤矿采空塌陷区的土地复垦应以人工和机械工程复垦为主，辅以生物和生态复垦。塌陷土地复垦作业的主要内容是充填塌陷裂缝和平整土地，同时结合必要的水土保持配套技术措施；生物复垦和生态复垦的主要内容是改良土壤、品种筛选和立体种植等农业新技术的推广应用。     

煤矿塌陷区覆土造地综合研究——以新庄孜矿为例

以新庄孜矿为例,针对覆土造地过程中,煤矸石充填可能带来的重金属元素的迁移污染作了相关分析。采用煤矸石充填塌陷区,既减少矸石山占地面积,又能在塌陷区覆土造地;同时,填埋矸石有利于保护环境,防止环境污染,具有较大的经济效益、社会效益和环境效益,对淮南矿区覆土造地及工农业持续发展具有重要的示范意义。      

煤矸石的淋溶、浸泡对水环境的污染研究——以兖济滕矿区塌陷区充填的煤矸石为例

通过对兖济滕矿区长期充填煤矸石的塌陷区内地表水、浅层地下水中有害微量元素的分析，研究了淋溶、浸泡两种长期行为对煤矸石中有害微量元素析出的作用机理，认为煤矸石被用来充填塌陷区是可行的，但潜在的危害还是值得进一步的研究和引起重视。     

矸石回填复垦技术在许厂煤矿土地治理中的应用

煤矿的生产建设有力地促进当地经济发展和社会进步,但同时对当地的地质环境与土地资源造成一定程度的破坏和影响。为了缓解矿产资源开发与生态环境保护协调发展的矛盾,对塌陷区进行有效的治理,避免和减少对矿区生态环境的破坏;以许厂煤矿矸石复垦区为对象,通过矸石物性特征和矸石需求量分析,评价矸石用于塌陷区回填和复垦的可行性,并应用于农田塌陷区及积水区治理,取得了很好的社会、环境和经济效益。     

煤矿塌陷区复垦土壤环境质量评价

通过对煤矿塌陷区复垦土壤采样测试,研究土壤中重金属铜、锌、镉、汞、砷、铅、铬的含量对土壤环境的影响。研究结果表明:按单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法,结合国家土壤环境质量标准对复垦土壤的质量进行评价:研究区内土壤环境质量良好,基本上可以达到国家土壤环境质量二级标准,安全清洁级别;参照《无公害食品蔬菜产地环境条件标准》、《绿色食品产地环境质量标准》和《有机农业生产基地环境质量标准》,对复垦土壤的农用环境进行评价:研究区内土壤全部达到绿色食品产地环境质量标准,如果选择合理的修复方法,对部分有轻微污染的土壤进行,则可以达到有机农业生产基地环境质量标准;以潜在生态危害指数RI分析,复垦区内土壤重金属潜在生态危害指数相对较低,复垦区农业生产具有良好的发展前景。     

煤矸石固废无害化处置与资源化综合利用现状与展望

煤炭生产和加工过程产生的大量煤矸石堆放地表,不仅造成土地压占、水土流失,而且还会引发山体滑坡、泥石流等地质灾害,给矿区生态环境造成严重影响。我国煤矸石累计堆存量已超过60亿t,压占土地1.3万hm2。2020年,我国煤矸石产量7.29亿t,综合利用量5.26亿t,综合利用率为72.2%。当前我国煤矸石综合利用具有存量和排放量大、产量高度集中、综合利用率不高,区域发展极不平衡,高附加值利用占比小等特点,现有煤矸石的无害化处置与资源化综合利用的规模和能力明显不能满足国家对生态环境保护及“双碳”目标下煤炭综合利用的相关要求。对此,提出煤矸石在采空区充填、地面筑基、塌陷坑回填与土地复垦等方面的规模化无害处置技术和方法,指出井下“采选充处”一体化固体充填开采和采空区地面膏体与浆体充填是控制煤矸石增量、规模化降低煤矸石堆存量的最有效方法。详细阐述煤矸石在发电、建材、资源回收、化工产品制备及农业等方面的综合资源化利用途径,提出构建“煤炭—固废发电—有价元素提取—化工产品—建材材料—井下充填—地面回填—农业应用”的闭合循环产业链模式,建立“多途径、多组分、多层次+梯级回收+生态修复+封存保护+井下高效自动化充填”规模化处置与综合利用体系的煤矸石未来产业化发展方向。      

采煤塌陷区生态地质环境恢复治理与可持续发展问题的探讨

扼要介绍了济宁市煤炭开发的资源状况和环境问题,提出了3种塌陷区土地复垦方法．并探讨了集发展农业资源、美化生活环境、实现经济效益为一体的塌陷区总体治理方案。通过项目投资分析,确认塌陷区治理能够成为以实现利润为目的的产业化项目。     

基于能值理论的采煤沉陷区土地复垦行为分析

利用能值分析方法揭示采煤沉陷区土地复垦行为特征,为采煤沉陷区土地复垦决策和土地利用导向提供科学依据。以徐州城北矿区复垦区为例,采用野外试验与能值理论分析相结合的方法,对采煤沉陷区土地复垦前后能值变化进行分析。结果表明:土地复垦是以人的价值行为为导向、自然资源为依托、生态系统流为骨架,来实现和提升采煤沉陷区生态经济系统功能;以恢复和提高区域生产力为价值导向的土地复垦行为可有效提高区域和产品服务功能,年净增加能值361.61×1016 sej;复垦后土地用途增加一定面积的鱼塘和储水区,在满足生产需求的同时,可提高区域水分涵养功能,年净增加能值4.6×1016 sej;土地复垦行为是通过调整采煤沉陷区土地利用结构、土地利用布局和土地利用行为,以实现生态经济系统能量流动与转换来增加区域生态经济系统能值。      

固体废弃物的生态环境效应分析——以兖济滕矿区煤矸石为例

兖济滕矿区煤矸石长期露天堆放,既造成大量土地资源浪费,又造成矿区水体、土壤、大气等环境污染,是不容忽视的环境污染源地。从矿区煤矸石的化学成份和矿物成份分析可以看出,煤矸石的化学成份以SiO2为主,其次为Al2O3;矿物成份以高岭石为主,其次为石英。选用大量测试数据对煤矸石中有害微量元素对水环境、土壤环境的污染效应进行了研究,认为：煤矸石在酸性条件下淋溶析出的重金属的含量均超过了生活饮用水标准;碱性条件下,除Cu、Zn、As外,其余的也超过了地面水环境质量V类水的标准：煤矸石回填区的As、Cu、Pb、Zn四种重金属对矿区水环境影响不明显;填矸石的汇水区以及矸石山附近的水井水化学类型已由重碳酸型转变为硫酸型,部分区域已经受到了SO4^2-、总硬度、固形物的污染;矿区煤矸石堆放对附近土壤的影响并不显著,但某些有毒有害的重金属元素远远大于背景值,植物在土壤中对其吸收与积累可能形成潜在危害性。最后指出了降低煤矸石污染、提高煤矸石的综合利用才是解决矿区固体废弃物生态环境效应的主要途径。     

平朔露天煤矿复垦区土壤中多环芳烃分布特征、来源解析及风险分析

原煤的开采、储存、运输及其加工利用过程是多环芳烃(PAHs)污染的主要来源。由于缺乏相关系统调查数据,其对煤矿复垦区土壤环境质量的影响尚不明确。平朔煤矿复垦土地主要作为耕地利用,了解其PAHs污染状况直接关系粮食安全和人体健康。该研究通过野外实地调查,开展了平朔煤矿复垦区表层土壤中多环芳烃(PAHs)的毒性风险分析研究。在整个平朔煤矿45 km2范围内,以500 m×500 m间距为基准,按照不同用地类型,采集了0~20 cm深度土壤样品179个,再按照1 km×1 km单元格组合后分析。使用安捷伦高分辨气相色谱低分辨质谱进行目标物的检测。加入代用标准2氟联苯(2 FBP)以进行回收率控制。研究结果表明：土壤中16种EPA PAHs的含量范围为213.60~2 513.20 ng·g-1,均值为717.09 ng·g-1。PAHs成分特征显示主要以3~4环为主(52%),5~6环次之(42%),2环所占比例最低(6%)。使用相关分析法判定,主要污染来源为原煤。毒性风险分析结果显示,平朔煤矿土壤PAHs存在一定生态风险,当土地重新作为农田加以利用时,需要加以关注。     

淮南矿区的环境地质问题

概述了淮南矿区采矿引起的负环境效应,如采矿塌陷、地面沉降、矿坑排水疏于引起的岩溶土洞渴陷、地下水枯竭、矿井水和煤矸石对环境的污染等。论述了其现状和发展趋势,并用生态学和可持续发展理论分析了煤炭开采与地质环境的互馈作用,提出对煤矸石进行卫生填埋,综合治理的可能性。      

采煤沉陷对水田土壤水系统的影响及改良对策——以重庆松藻矿区为例

采煤沉陷区土地生态复垦是当前土地整治面临的主要焦点问题之一。以重庆松藻矿区沉陷区受损水田为研究对象,通过实地考察和文献总结,分析水田土壤水系统组成特征,系统探讨了采煤沉陷前后土壤水系统的含水土壤剖面层物理特性和土壤水流入渗状态,针对这些变化提出了矿区生态恢复和土地复垦的具体对策。      

煤矸石回填地基的环境效应研究

为了弄清楚煤矸石回填地基对复垦区的环境效应,以开滦矿区吕家坨复垦新村为例,介绍了地基回填煤矸石工艺,分析了煤矸石化学成分及其含量;采用室内淋溶实验,对pH、总硬度（CaCO3）、F^-、SO4^2-、Pb、Cd和Cr^6＋浓度等地下水环境质量指标进行分析,探讨了煤矸石回填地基对水环境的影响;讨论了煤矸石回填地基对大气质量的影响;参照《城市放射性废物管理办法》规定,评价了回填地基煤矸石的放射性对人体健康的危害。结果表明：通过现场振动压实试验确定了回填地基分层充填、分层振动压实参数及碾压趟数,确定按照煤矸石与土体积之比5：2进行回填,若回填一层厚500mm煤矸石,则要回填一层厚200mm粉煤灰或土,地表覆土厚度确定为0．5m;煤矸石中SiO2和Al2O3含量较高,属基性岩类,同时煤矸石含有炭、铝和CaO等物质,易发生水解和风化等现象;地基分层回填压实的复垦工艺减少了煤矸石中有害物质的释放量,降低了污染物的迁移速度,不会对水环境造成污染;地基回填煤矸石也显著减少粉尘和有害气体的排放量,降低对大气的污染;研究区煤矸石不属于放射性废物,不会影响人体健康,可作为建筑材料使用。     

Optimization of concurrent mining and reclamation plans for single coal seam: a case study in northern Anhui, China

The extraction of underground ore body inevitably causes a large amount of land subsidence. Current reclamation technologies in China mainly focus on stable subsided land, which means most of the affected lands are submerged into water because of the high groundwater table in some areas, leading to the loss of soils and inefficient reclamation. Therefore, a new technology for reclaiming unstable subsiding land is being studied for restoring farmland as much as possible, based on a case study in northern Anhui, China. In consideration of the mining plan, subsidence processes in various stages were analyzed and some related factors such as vertical subsidence, post-mining slope, water area, and land use condition were also simulated. Due to mining activities, useful farmland has gradually decreased to merely 14.4 % of the pre-mining area. In this study, the following stages were modeled from pre-mining to post-mining: (1) percentage of farmland was 100 % in stage (a) (pre-mining), (2) 72.5 % in stage (b), (3) 67.3 % in stage (c), and (4) 14.4 % in stage (d) (post-mining). The results show that 86.6 % of cultivated land was submerged into water and lost its capacity for cultivation after coal mining. Reclamation plans for stages (b), (c), and (d) were made by a traditional reclamation method called “Digging Deep to Fill Shallow”. Based on scenario simulation of reclamation, the farmland reclamation percentages were improved to 78.3, 73.3, and 40.70 %, respectively. Taking the percentage of reclaimed farmland as the preferred standard, concurrent mining and reclamation for stage (b) and (c) could increase farmland reclamation percentages to 37.6 and 32.6 %, respectively, compared with the farmland reclamation percentage of post-mining [reclaiming the land in stage (d)]. The results reveal that optimum reclamation time should be at stage (b). Therefore, under current technical conditions, concurrent mining and reclamation could enhance the quantity of cultivated land and provide better land protection and food security in the mined areas with high groundwater table.     

我国矿区棕地综合治理及再利用

矿区土地治理与再利用是一项紧迫的任务,由于多年的矿产开采,导致矿区的大面积土地破坏和废弃,土壤及地下水污染,从而形成了矿区棕地并造成大量的土地价值损失,加剧了矿区的人地矛盾。因此,研究棕地这一类特殊土地的再利用对于矿区的可持续发展具有重要的现实意义。通过分析国内外矿区棕地研究相关理论与方法,结合我国矿区棕地的现状,探讨了矿区棕地综合治理的方案和措施。建议我国矿区棕地治理和再利用方案框架可划分为调查评价、生态修复和土地复垦与景观再造3个阶段:调查评价阶段主要包括棕地土壤环境质量评价与可持续利用评价;生态修复阶段可选择适宜的技术方法进行污染土壤和地下水修复;土地复垦与景观再造阶段是根据矿区棕地类型及分布特点,因地制宜,进行棕地复垦和综合治理利用。同时讨论了每个阶段的主要工作内容和措施,比较了不同修复技术方法的优劣,给出了我国矿区棕地复垦和综合利用的模式建议。      

雄安新区自然资源与环境-生态地质条件分析

自然资源、环境本底及生态地质条件调查是城市地质调查的基础,可为城市国土空间规划、建设及精细化管理提供有效的基础地质支撑。随着雄安新区城市进程的加快,使得其自然资源与生态环境发生了翻天覆地的变化。本文基于雄安新区综合地质调查成果,明确了雄安新区自然资源与生态环境本底条件,分析了建设周期内自然资源变化趋势,探讨了未来城市建设应关注的自然资源与生态地质问题。结果表明,雄安新区设立后,土地利用类型发生了巨大改变,林地面积增加约58.1 km~2,草地面积增加约2.0 km~2,耕地面积减少68.8 km~2,建设用地增加7.2 km~2,土壤质量以优质和良好为主;雄安新区浅层与深层地下水水位总体呈现从西北部往东南部流动,水位逐渐降低,局部存在地下水降落漏斗,浅层地下水水位埋深一般为5～20 m,以企稳回升为主,深层地下水水位一般为25～35 m,水位下降区占比仍较高;白洋淀湿地动植物资源丰富,水质逐渐好转;地热资源开采利用条件好,全区地热流体可开采热量为10.10×10~(16)J/a,折合标准煤346.03万t/a;应重点关注新区存在的生态环境地质问题如地面沉降及地裂缝、地下水水位变化、砂土液化、坑塘、软弱土等,避免因生态环境地质问题引发工程事故,必要时应采取有效的预防措施。