重建植被视角下露天煤矿区土地复垦演替过程及管控模式研究

重建植被在能量交换与生态循环中发挥着重要作用,其动态变化可表征煤矿区生态系统受扰动和修复的广泛细节。从植被的不同扰动状态(未扰动状态、采煤扰动状态、复垦恢复状态和修复后状态)出发,分析了煤矿区重建植被演替的6种情景：高效恢复至成熟型、低效恢复至成熟型、高效恢复而后退化型、高效恢复发展型、低效恢复发展型与无效恢复型。通过模拟重建植被发展的阶段性特征,将煤矿区土地复垦全生命周期划分为：未复垦期、土地复垦发展期(复垦初期、快速发展期和稳定发展期)和成熟期。再对不同恢复阶段的重建植被分别设置判断标准,提出煤矿区土地复垦关键保护区域的识别思路,据此确立煤矿区土地复垦管控的4种修正模式：生态保育、生态管护、生态修复、生态重建。并以黄土高原山西平朔大型露天煤矿区为研究区开展应用分析,在学习掌握重建植被发展规律基础上,通过判断土地复垦模式与矿区生态系统演变机理的适应性水平,具体落实平朔露天煤矿复垦排土场集群区生态保育、生态管护、生态修复和生态重建等4大修正模式的具体管控措施。本研究归纳了露天煤矿区重建植被动态发展的演替规律,并据此提出加强土地复垦管控的修正模式,可为国家绿色矿山建设提供方法论基础。     

Landscape Reconstruction and Recreation of Damaged Land in Opencast Coal Mine: A Review

Land resources in opencast coal mine are excavated and occupied during the process of mining. Severe soil compaction resulted from heavy machinery lead to a series of consequences: vegetation cannot grow normally, loss of soil and water take place constantly, and landscape is damaged. Therefore, for the future development of reclamation and ecological restoration in opencast coal mine, it has become one major task to carry out the reconstruction of damaged landscape. According to the damage characteristics of land landscape in mining area, this paper summarized the data acquisition methods of damaged land landscape in this field, including remote sensing, GPS RTK, UAV, 3D laser scanning. Fractal and landscape index methods reflecting landscape were also reviewed. Besides, landscape remodeling and reconstruction theories were concluded, which include landscape ecology, microtopography and imitated-nature landform. Base on the above mentioned, it was found out that the UAV, 3D laser scanning technologies and fractal characterization method were rarely applied. In order to provide theoretical guidance and scientific basis for improving the effect of damaged landscape reconstruction and recreation in opencast coal mine, future research should be targeted on strengthening technology, deepening the fractal theory, creating landscape planning and technology system of damaged land.     

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。      

贵州岩溶山区井采煤矿水土流失问题及防治对策探讨

贵州煤炭丰富,开采活跃。据统计,贵州已探明的煤炭储量约500亿t,2005年,有煤矿2143对,其中乡镇小煤矿1 700多对。煤矿开采占压土地普遍,水土流失严重,其中,仅煤矿整合、技改和新建占压土地和引起水土流失面积约达250～300 km2,新增水土流失量达100万t以上;特别是煤矿建设施工引起的水土流失最为严重,平均侵蚀模数大多高于7 500 t/a?km2,个别地段有的甚至大于15 000 t/a?km2。贵州煤矿整合新建过程中多存在“三同时”制度落实不到位、防治责任范围界定不合理、防治措施覆盖不够、树种选择不当、水土流失防治技术手段落后、水保投入不足等问题。为此,今后的井采煤矿区水土流失防治应与区域水土保持有机结合,加强岩溶山区环境与矿山水土流失关系研究,增强防治措施的科学性。同时,在水土流失方案编制时应适当扩大防治责任范围和提高预算单价。      

煤炭开发引起水土环境演化及其调控技术

在分析矿业开发引起水土环境演化基础上，探讨了产生水土环境演化的形成机制，进而对调控水土环境的技术途径，工艺流程和技术关键进行了研究，尤其阐述了近年来研制和开发的一些有效的新技术，如两段接触生物氧化净化技术，地学－生态工程学技术和沙地净化技术处理矿山废水，利用矸石无复土生物快速复垦技术，生态农业复垦技术和泥浆泵复垦技术，通过研究认为，今后应继续加强和完善已有新技术，进一步找到经济，可靠的技术集成，以有效地保护矿山水土环境，实现煤炭工业的可持续发展。     

靖远矿区采煤沉陷区复垦综合评价方法研究

以靖远矿区为例,从土地复垦和恢复生态学的角度出发,建立了靖远矿区采煤沉陷区复垦综合评价系统,选择土壤条件（土层厚度、土壤质地、有机质含量、土壤水分）、地形改造条件（地面坡度、地表破坏程度、改造难易程度）、气候及水文条件（年降雨量、灌溉条件）作为分类及评价因子对复垦潜力进行评价。将采煤沉陷地分为四种潜力区,对每种潜力类型区的复垦开发利用方向进行了优化设计,从理论上和实践上对靖远矿区采煤沉陷地的复垦能力以及复垦过程中用地结构的优化作了探讨,以期对当地沉陷地的复垦提供一定的科学依据。     

山东省金桥煤矿塌陷地综合治理研究

通过对金桥煤矿开发利用方案的分析,结合煤层赋存特征,进行了塌陷地预测．并与首采区实际塌陷地对比分析了预测的可靠性。按照边开采边治理的原则,提出了首采区塌陷地综合治理方案,为恢复矿山环境提供了依据。     

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。      

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。      

土地复垦美学视觉评价:以黄土高原矿区为例

目前国内外很少有从美学角度进行土地复垦的研究,土地复垦美学概念暂未提出,土地复垦美学视觉评价体系还未成熟。为深入研究土地复垦美学概念内涵,讨论土地复垦美学表现形式,本文参考平朔矿区土地复垦与生态修复的经验,采用文献归纳法和移植研究法,以“山水林田湖草生命共同体理念”为依托,构建了由要素评价和系统评价组成的嵌套式评价体系。通过解构美国林务局视觉管理系统(visual management system,VMS)评价、美国土地管理局视觉资源管理系统(visual resource management,VRM)、联邦公路局视觉影响评估系统(visual impact assessment,VIA)、复田景观评价、园林景观美学评价等成熟的视觉评价体系,结合矿区生态系统修复“五元共轭”理论,构建了一套适用于黄土高原矿区的土地复垦美学视觉评价体系,所有指标共计21项,即地貌重塑与土壤重构相关指标8项、植被重建与生物多样性相关指标7项、景观重现相关指标6项。各项指标完成了定性、半定量化释义,修正了“岩貌、地形地貌、湖泊、毗邻景观”4项指标的评价标准。土地复垦美学评价不可忽略主观因素影响,应注重景观美学表现形式的多样性与差异性,使土地复垦美学视觉表现得更具选择性。     

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。      

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。     

青藏高原木里矿区及其周边土地覆被变化及景观格局脆弱性响应

矿区开发会导致周边土地覆被及景观格局发生剧烈变化, 但目前对青藏高原典型矿区及其周边土地覆被长时间序列变化缺乏动态监测, 尤其缺乏对景观格局脆弱性响应特征的深入认识, 因此无法针对矿区合理开发和生态修复等提出有效的科学指导。通过遥感技术和土地变化科学研究手段, 以及景观格局脆弱性概念, 对青藏高原北部木里矿区及周边1975 - 2016年土地覆被时空变化和景观格局脆弱性进行分析和评估。结果表明： 木里矿区在2000年后剧烈扩张, 导致周边土地覆被面积缩减, 其中高寒草甸湿地面积损失最大, 其次为其他和高寒草甸。矿区开发对周边生态系统的间接影响效应在逐渐增大, 表现为水域面积减少, 高寒草甸湿地出现退化以及矿区发生少量逆转。受矿区扩张影响, 区域景观格局脆弱性不断增强, 可能对周边生态系统服务功能产生负面影响。因此, 未来矿区的生态修复和规划过程中, 应当优化景观格局, 降低景观格局脆弱性。研究成果可为青藏高原及其他生态脆弱地区的矿区合理开发规划及生态修复等工程提供一定参考。     

Environmental impacts caused by phosphate mining and ecological restoration: a case history in Kunming,China

This paper presents the environmental impacts caused by surface mining and the ecological rehabilitation of Haikou phosphate deposits, Kunming, China. Surface mining entails the removal of the overburden to expose bare rock surfaces, not only causing destruction of pre-existing vegetation, but also occupying large areas of land for dumping the spoil. Severe environmental impacts are caused, e.g. rock desertification, poor forest stand structure, loss of biodiversity, aesthetic depreciation of the landscape, and the potential hazard of landslide and ground erosion. Ecological restoration has been conducted in a demonstration area since 1989 by means of control of geological hazards and revegetation of the disturbed areas. On-site dumping of waste rock for restoration of the abandoned mine area was adopted, providing a new mode of mining reclamation with high economic, environmental, and social value. Countermeasures for prevention and control of landslides included cut and fill technology, drainage, safety netting protection, retaining wall construction, and vegetation cover. By recruiting native plant species to the mine site and planting a forest imitating a natural mixed forest, the mine area was successfully revegetated.     

陕北煤矿区地质环境保护与恢复治理措施——以神府矿区郭家湾煤矿为例

郭家湾煤矿地处神府矿区新民采区西北部,为生态环境脆弱区。井田七层煤三个煤组开采后引发地面塌陷、含水层疏干、土地结构变化等地质环境问题,严重制约了地方经济的发展。为了煤炭资源可持续发展,研究陕北煤矿区地质环境保护与恢复治理措施,以1∶10000野外详细调查为依据,首先进行现状评估,然后针对矿山工程建设可能遭受、加剧、引发的矿山地质环境问题进行预测评估,最后提出了以移民搬迁、回填裂缝、生态恢复、建立矿山地质环境监测体系等为主的防治措施,让煤矿开采与矿山地质环境问题恢复治理并行。旨为陕北地区乃至全国煤矿,在保护地质环境中开发利用矿产资源提供依据和示范。     

我国煤矿区煤层气地面开发现状及技术研究进展

回顾了我国煤炭企业组织实施和合作开展的煤矿区煤层气勘探开发进程。经过三十多年攻坚克难、不懈努力,我国煤矿区煤层气地面开发技术研究、工程试验和产业发展均取得了可喜的成绩,不仅在山西晋城矿区首次取得国内外无烟煤的煤层气开发成功,实现了煤层气规模化商业化生产,而且在安徽淮北矿区取得了碎软低渗煤层顶板水平井开发煤层气技术的重大突破,实现了碎软低渗煤层的煤层气水平井单井的高产稳产;煤矿区采动区煤层气井开发在安徽淮北、淮南,山西晋城等矿区实现了规模化工程应用。同时,梳理总结了依托“十一五”—“十三五”国家科技重大专项项目,在煤矿区煤层气地面开发理论及技术研究方面取得的主要成果及其应用效果,包括:煤层气井密闭取心技术与设备、碎软低渗煤层地面煤层气垂直井强化增产技术、碎软低渗煤层顶板和煤层水平井分段压裂开发技术、多煤层分层控压合层排采技术、低煤阶低气含量煤层地面煤层气开发技术、煤层气井极小半径多孔旋转射流侧钻水平井技术,以及煤矿采动区煤层气产量预测技术等。在此基础上,根据全国煤矿区煤炭开采发展趋势和需求,提出今后煤矿区煤层气研究应重点关注3个方向:穿浅部采空区/采动区的深部煤层气与煤炭资源协调开发、低...     

浅埋煤层开采地面塌陷裂缝规律及防治方法

陕北浅埋煤层大规模、高强度开采诱发了严重的地面塌陷,造成大面积土地损毁、水土流失和植被死亡,导致表生环境出现退化。为掌握浅埋煤层开采地面塌陷裂缝发育规律,明晰其机理,提出适宜的治理恢复措施,实现“煤?水?生态”的协调发展,以陕北张家峁井田和柠条塔井田为研究区,采用实地调查、模拟实验和理论分析相结合的方法开展了浅埋煤层开采地面塌陷规律及防治方法研究。结果表明:浅埋煤层开采地表裂缝呈“O”型展布,静态发育特征与采高和地形地貌呈正相关关系、与采深呈负相关关系,且同一工作面切眼附近地表裂缝发育程度最高、巷道次之、面内最低;地表裂缝具有“先开后(半)合”和“只开不合”2种活动特征,整体活动时间为4~9 d,活动期间裂缝初始开裂宽度与最大发育宽度呈线性正相关关系,与稳定宽度呈线性和指数2种正相关关系;黄土沟壑区下坡段开采地表裂缝活动与表土块体的稳定性系数有关,而稳定系数与坡角呈负相关的一次幂函数,与主裂缝间距呈正相关的一次幂函数。上坡段开采坡体裂缝“先开后(半)合”活动受岩块倒转和坡体滑移双重控制,面内沟底裂缝“先开后合”的活动特征受关键岩层运移控制。研究提出了黄土沟壑区沟底贯通型裂缝“裂缝填充+沟道恢复”、坡体裂缝 “裂缝充填+微地形改造”的治理方法和风沙滩地塌陷区的“三圈”修复模式。研究成果在陕北安山煤矿和柠条塔煤矿进行了应用,效果良好。      

莱芜市煤矿区土地复垦的现状及策略研究

在人地矛盾日益紧张的大环境下,土地后备资源的开发显得愈来愈重要。作为煤炭主产区的莱芜市,煤矿区的土地复垦还处在起步阶段。该文从分析莱芜市煤矿区土地复垦的现状入手,对今后莱芜市煤矿区的土地复垦提出了建议。     

煤矿区生态自然修复及其人工促进模式探讨

生态自然修复为国家生态修复政策的重要方向;采取有限人工措施实现煤矿区生态的自然恢复促进,符合“双碳”目标背景下的工程实际需求也更具市场应用前景。针对煤矿区3种主要受损土地类型,系统梳理生态自然修复方向的研究成果,研究分析人工促进自然修复的理念内涵,并结合煤矿区受损生态生境特征,探讨煤矿区人工促进生态自然修复的分区分类治理模式及主要技术方向。研究表明,分区分类实施人工促进措施是低扰动、高效率实现煤矿区生态自然恢复的主要策略;具体实施中可在煤矿区生态自然修复潜力评估基础上,构建基于大部免于干扰、关键局部处理原则的人工促进生态自然修复3类区域治理体系,综合选用原有植被保护与促进更新、易扩繁乡土植被建植、微区域土壤重构改良、微地形地貌塑造等技术方法,来充分挖掘煤矿区的生态自然修复潜力,并应在矿区微地形与植被恢复关系、人工促进措施实施区域选择等方面加强研究,以进一步有效提升生态治理效率、降低工程成本。本研究可为经济、高效和稳定地实现煤矿区生态治理目标提供基础理论及技术策略支撑。     

矿山生态环境修复研究热点与前沿分析——基于VOSviewer和CiteSpace的大数据可视化研究

矿山生态环境修复作为生态文明的"绿水青山"建设的重要举措,受到越来越多学者的关注和参与。为了厘清近20年来中国矿山生态环境修复工作的热点、阶段性研究前沿、目前的研究进展,以及预测未来的研究方向,以中国知网(CNKI)为数据源,采用文献计量学方法结合VOSviewer和CiteSpace两款可视化分析软件,定量分析了2000—2018年发表的相关文献。结果表明,近20年间,矿山生态环境修复领域研究成果主要以期刊杂志形式发表,且发文量随着年份增加呈显著增长趋势;通过VOSviewer对关键词进行"共现"分析,发现"土地复垦"、"生态补偿与保证金"、"植物修复重金属污染"、"地质灾害治理"、"绿色矿山与矿山公园建设"等主题词是该领域的热点研究方向;利用CiteSpace特有的时区图谱分析及突现关键词统计功能,发现中国矿山生态环境修复工作经历了3个研究阶段,内涵不断丰富和发展。多技术融合开展矿山土地复垦与地质灾害治理,矿区水土污染源头控制与治理技术研发、应用集成示范,因地制宜的生态修复技术及绿色矿山、矿山公园建设将是未来矿山生态修复领域的研究热点。