基于因子分析的不同采煤地表沉陷年限土壤质量评价

基于对风蚀水蚀交错地带的榆神府采煤矿区地表沉陷地表层土壤理化生指标的测量,选择18项反映土壤理化性质的定量指标,采用因子分析法对不同沉陷年限下的土壤质量进行综合评价。结果表明:18项土壤指标可转化为5个主因子:土壤水分因子、磷素因子、土壤速效养分因子、全钾因子和氮素因子;不同沉陷年限5个公因子差异明显:未沉陷地土壤养分因子和磷素因子指标较好,地表沉陷5 a土壤水分因子和氮素因子指标较好,而全钾因子在沉陷10 a呈现出较高水平;综合因子分析评价得出采煤地表沉陷1~2 a土壤质量较差,随着时间推移,经过土壤的自然演替土壤质量有转好的趋势,但土壤质量最好的仍为未沉陷地,说明榆神府采煤沉陷区地表土壤经过10a自然演替土壤质量仍未恢复到未沉陷区状态。     

淮南采煤沉陷区土壤中汞的时空分布特征

以淮南采煤沉陷区土壤为研究对象,测试分析了样品中汞的含量,结合土壤pH值、有机质含量特征,探讨了采煤沉陷区土壤中汞的时空分布特征。结果表明:与未沉陷区土壤相比,沉陷区土壤有机质破坏严重,最高下降了46%;采煤沉陷区土壤中汞的含量为0.013~0.050 mg/kg,平均值为0.027 mg/kg,69.7%的采样点超过了淮南市土壤背景值;沉陷8 a后土壤汞含量最高,为0.033 mg/kg,是未沉陷土壤汞含量的1.74倍,且随着沉陷时间的增加,土壤中汞存在富集趋势;水稻土壤汞富集能力最高,高于玉米和大豆土壤;在垂直剖面上,汞含量由表层向下依次降低;且汞与pH值表现出显著负相关,有机质与汞显著正相关。      

淮南潘集采煤沉陷区土壤及煤矸石镉环境地球化学特征

以淮南潘集采煤沉陷区土壤、煤矸石为研究对象,采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定样品中重金属镉(Cd)含量,探讨其空间分布特征;利用Tessier五步形态提取法,研究样品中Cd赋存形态,分析其生物可利用性;最后采用地累积指数法评价沉陷区土壤和煤矸石中Cd污染程度。结果表明:潘集采煤沉陷区土壤Cd含量是淮南土壤背景值4.17倍,煤矸石中Cd含量是淮南土壤背景值和煤背景值5.33倍;潘集采煤沉陷区土壤和煤矸石中残渣态Cd占绝大部分,可交换态Cd含量低,但潜在生物可利用态含量高;地累积指数法结果表明,淮南潘集采煤沉陷区土壤和煤矸石中Cd中度污染,应采取措施优先治理控制。     

平原地区采煤沉陷区非饱和带水分特征及影响因素研究

基于安徽淮北市某矿采煤沉陷区,建立野外原位试验场,通过监测沉陷区非饱和带土壤水势、水位、降水量变化,并结合野外采集的土样测试结果,就地下水位、蒸发、降水、以及开采沉陷过程等因素对比分析沉陷区与非沉陷区土壤水分变动。结果表明:降水、蒸发条件的改变对非饱和带土壤水分分布影响较大,而在降水、蒸发条件基本相同的情况下,沉陷区30 cm以下非饱和带土壤含水率规律呈现先减小后增大,该现象主要是由于采煤后地面沉陷对土壤产生一定的扰动,竖直方向上裂隙增加,土壤持水率下降,沉陷稳定后,相对地势较低的沉陷区开始汇水使得土壤含水率上升。     

岩溶区与非岩溶区3种土地利用方式下土壤细菌群落结构比较

为研究岩溶区土壤微生物的特性,揭示其在岩溶土壤碳循环的作用,选取桂林毛村岩溶试验场为研究点,采集岩溶区、混合区与非岩溶区中的稻田、玉米和柑橘园表层土壤,采用高通量测序方法,对比细菌群落丰度、组成及多样性特征的异同。结果显示,在得到的48 159条序列中,共有2 602个OTUs。土壤细菌优势门（相对丰度>10%）为变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）;优势纲（相对丰度>10%）为酸杆菌纲（Acidobacteria）和β-变形菌纲（β-proteobateria）。岩溶区土壤细菌门水平上的变形菌门和Latescibacteria的细菌和目水平上的酸杆菌亚群GP6的丰度均高于混合区和非岩溶区,而科水平上酸杆菌亚群GP1和目水平上的酸杆菌亚群GP2的相对丰度低于混合区和非岩溶区。冗余分析结果表明,土壤有机碳、pH和总氮等是引起细菌群落结构变化的关键因子。      

考虑地表沉陷影响的复合地基承载力计算方法

受地下开采的剧烈扰动,采煤沉陷区的复合地基工程会发生非常大的下沉和水平位移,常规的承载力计算方法未考虑地表沉陷影响。在研究地表沉陷影响的复合地基承载特性的基础上,建立了考虑地表沉陷影响的复合地基受力模型,并且提出了考虑地表沉陷影响的复合地基承载力计算方法。通过一个采煤沉陷区桥梁复合地基工程实例的计算分析,发现考虑地表沉陷影响后,复合地基承载力有一定程度的下降。     

大兴安岭多年冻土区不同林型土壤微生物群落特征

高纬度多年冻土区是全球变化的敏感区域,揭示不同林型土壤微生物群落的演变规律,对于理解气候变化对寒区生态系统的影响机制具有重要意义。以大兴安岭多年冻土区3种典型林型（落叶松林、樟子松林和白桦林）为研究对象,运用磷脂脂肪酸法（PLFA）系统研究土壤微生物群落结构间差异及与土壤因子的关系。结果表明：不同林型土壤中共检测到38种PLFA生物标记,含量较高的PLFA为16∶0、18∶0、19∶0和18∶2ω6c;各类群微生物中,细菌PLFA含量最高,占总磷脂脂肪酸的83.78%~90.55%,其次为真菌,放线菌最低;白桦林土壤总磷脂脂肪酸、革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、真菌和放线菌的含量最高分别为22.03、5.13、4.90、1.88和0.77 nmol·g^-1,而樟子松林最低分别为14.25、2.75、2.75、1.34和0.51 nmol·g^-1。Shannon-Wiener多样性指数主要表现为白桦林 > 落叶松林 > 樟子松林。冗余分析结果为：土壤含水量、全氮、总有机碳与总磷脂脂肪酸、细菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌呈显著正相关（P<0.05）;铵态氮、硝态氮、全磷与真菌和放线菌呈显著正相关（P<0.05）。大兴安岭多年冻土区不同林型间土壤微生物群落特征存在显著差异,土壤含水量、全氮和总有机碳是影响多年冻土微生物群落结构的主要因素。     

青藏高原北麓河地区荒漠草原土壤细菌对热融滑塌的响应

多年冻土区地下冰融化造成的热融滑塌会对土壤理化性质产生一系列影响,进而影响微生物群落结构,但目前热融滑塌对荒漠草原区土壤微生物的影响还不清楚。利用Illumina测序方法,以青藏高原北麓河多年冻土区发生热融滑塌的荒漠草原为研究对象,对3种微地貌（对照区、滑塌区、沉降区）下的土壤细菌展开研究,分析了细菌群落结构及其与环境因子间的关系。结果显示滑塌区和沉降区有机碳含量显著低于对照区,滑塌区土壤含水量最高;放线菌门、变形菌门、绿弯菌门和酸杆菌门是3种微地貌下的优势菌群,对照区细菌群落丰富度显著低于滑塌区。Mantel检验表明,细菌群落结构与土壤理化性质间无显著相关性;非度量多维尺度分析（NMDS）表明,微生物群落结构在3种微地貌下显著不同。研究结果表明,在荒漠草原区,热融滑塌会改变土壤理化性质,影响细菌特定门的微生物相对丰度,但对门水平的整体群落结构影响不显著。     

基于Landsat时序数据的高潜水位煤矿区植被扰动分析

我国东部矿区是重要的煤粮生产复合区,由于境内地势平坦,地下潜水位高,采空区形成的沉陷大多常年积水或季节性积水,所引起的土地、生态、环境问题尤为严重。植被作为矿区生态环境的重要组成部分,因外界干扰和环境要素的变化而具有动态特征。归一化差值植被指数(NDVI)是植被生长状况遥感监测的常用指示因子,基于NDVI时间序列数据的分析可以有效揭示植被的扰动效应。以安徽淮南顾桥矿为研究对象,基于2007—2018年Landsat NDVI时间序列数据的分级统计,以及热点分析、聚类与异常值分析和剖面线分析,研究NDVI值的时空变化特征,探讨煤矿开采沉陷对周围植被的扰动效应。研究表明:2007—2018年间顾桥矿植被生长状况整体良好,但植被覆盖离散程度在增大;NDVI分布具有明显的空间聚集特征,均为“高–高”聚类和“低–低”聚类,无异常出现;受煤炭开采影响,热点区减少,冷点区增加,热点向冷点的转化主要发生在沉陷积水区、德上高速和永幸河附近;沉陷积水区周围一定范围内存在明显的植被扰动,开采初期扰动较小,随着积水区范围的增长和时间的推移,扰动范围逐渐增大,最后趋于稳定,具有时序滞后性和时空累积性。研究成果为采煤沉陷区生态影响范围的确定及生态环境的恢复治理提供了参考。      

气温急变带工程创面植生层土壤及微生物群落特征研究

青藏高原地处高寒缺氧的环境条件下，对人类扰动及气候变化非常敏感。人类活动如公路修建形成众多工程创面，对高原生态环境影响较大。创面生态修复的开展促进高原生态的恢复，但关于环境因子对生态修复过程中土壤及生物恢复的影响尚未探明。本研究选取青藏高原派墨公路中不同海拔的工程创面重构植生层，探究海拔变化下植生层土壤养分、酶活性及微生物群落的特征。研究结果表明：随着海拔变化，土壤氮磷养分含量总体随海拔升高先增加后减小，其中海拔3 100 m左右的修复样地土壤养分整体优于其他海拔，其速效磷含量最高，同时全氮、氨态氮和全磷含量较高。此外，随着海拔的升高，土壤酸性蛋白酶和淀粉酶含量整体上略有升高的趋势。海拔变化对土壤酸性磷酸酶、纤维素酶、葡萄糖苷酶活性没有显著影响。海拔变化显著改变了土壤养分及土壤微生物的相对丰度(P<0.05),其中变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)为优势种群，分别占土壤群落的35.81%～53.82%,8.49%～40.74%、5.98%～24.61%、3....     

采煤塌陷裂缝对沙蒿吸水来源影响试验研究

采煤塌陷引起的地裂缝不仅造成地质灾害,还会影响矿区植被的生长发育,破坏矿区生态系统。为深入探讨采煤塌陷裂缝对沙蒿吸水来源的定量影响,在神东矿区活鸡兔井田22312工作面选取了受采煤塌陷裂缝影响程度不同的3个试验区进行同位素标记水模拟降水试验。3个试验区根据沙蒿与裂缝的距离不同划分,其采煤塌陷情况分别为未开采区(试验样地内沙蒿距离裂缝大于50 m)、受采煤塌陷影响但无明显裂缝区(简称无明显裂缝区,试验样地内沙蒿距离裂缝大于5 m)以及裂缝区(试验样地内分布有宽度15 cm左右的裂缝通过,且距离沙蒿0~20 cm)。本次试验选择6株沙蒿作为研究对象,划分6个土壤剖面,采用液态水同位素分析仪LGR和Isoprime 100同位素比值质谱仪IRMS分别计算不同土层土壤水和植物样本木质部水的δ18O和δ2H同位素含量,并利用R脚本的MixSIAR贝叶斯混合模型量化降水后不同土层对沙蒿吸水的贡献,探讨土壤水分补给机制和植物水分来源。结果表明:(1) 裂缝区的优先流比例为18.2%;(2) 在未开采区,沙蒿吸收的59.7%的水分来自10~20 cm的土层;(3) 在无裂缝区,沙蒿主要从40~60 cm土层(46.6%)和0~10 cm土层(39.4%)吸水;(4) 在裂缝区,沙蒿吸收的85.9%的水分主要来自40~60 cm的土层。研究结果对揭示采煤塌陷裂缝区土壤水补给机制以及沙蒿吸水模式具有重要意义。      

基于FLAC3D和DEM数据的缓倾斜煤层开采沉陷分析

宁夏石嘴山矿区位于西部黄河流域,其煤矿采空区沉陷导致地表生态和环境问题频发,对其采煤沉陷分析将对西部黄河流域煤矿区的环境修复有一定的积极作用。为研究缓倾斜煤层采空区围岩应力与位移场演化特征,以宁夏石嘴山矿区为对象,基于FLAC3D数值模拟软件,建立缓斜煤层开采三维数值模型,计算分析采空区围岩应力、塑性区及位移变化规律,并基于两时相DEM叠加统计分析地表位移变化,与数值模拟结果进行相互验证。结果表明:地下开采引起应力重分布,采空区顶板及煤柱出现明显的应力集中现象,最大主应力呈现从煤层顶板向地表递减的变化趋势;越靠近采空区顶部的岩层垂直位移越大,随着远离采空区逐渐减少,开采完成后地表垂直位移最大值约12 m;随着采空区面积的不断增大,采空区四周及角隅处塑性区逐步延伸扩大,且以剪切破坏为主;地面沉陷盆地不对称,2个沉降中心均发生在沉陷盆地中部且偏下山方向,下山方向比上山方向影响范围更大;数值模拟计算的沉降量与两时相DEM叠加统计分析的变化量结果及趋势基本一致,研究成果可为煤炭安全开采提供参考依据,为地表沉降监测提供新方法。      

采空塌陷区管土相互作用特征分析

文章分析了采空塌陷作用下油气管道的受力特征,将采空区地面塌陷过程中塌陷土体与管道的相互作用分成了下塌土蠕变、管体局部暗悬、管体完全悬空外露和土体突发沉陷4个阶段。基于抗大变形钢特性及应变设计理念的管体应力—应变关系,对Ramberg-Osgood本构关系进行了二次开发。结合急倾斜煤层开采实例,利用FLAC3D数值模拟计算了塌陷宽度相同条件下,不同土体下沉变形时管体与地表土体相互作用及变形的关系,验证了管道在受采空塌陷作用下经过的各个阶段及受力特征。     

Environmental Investigation and Evaluation of Land Subsidence in the Datong Coalfield Based on InSAR Technology

Heavy mining of Jurassic and Carboniferous horizontal coal seams in the Datong coalfield has seriously affected the local geological environment, which is mainly manifested by such geohazards as soil avalanches, landslides, mudflows, surface subsidence, surface cracks, surface solid waste accumulation and surface deformation. More seriously, coal mining causes groundwater to leak. Overpumping of groundwater has resulted in substantial land subsidence of the urban area in Datong City. Based on the previous geo-environmental investigation in the work area, the authors used radar remote sensing techniques such as InSAR （synthetic aperture radar interferometry） and D-InSAR （differential synthetic aperture radar interferometry）, supplemented by the optical remote sensing method, for geo-environmental investigation to ascertain the geo-environmental background of the Datong Jurassic and Carboniferous-Permian coalfield and evaluate the effects of the geohazards, thus providing a basis for the geo-environmental protection, geohazard control and prevention, land improvement and optimization of the human environment. In this study 8 cog-nominal ERS-1/2 SAR data frames during 1992 to 2003 were used, but the following processing was made： （1） the multitemporal SAR magnitude images were used to interpret the geological structure, vegetation, microgeomorphology and drainage system; （2） the multi-temporal InSAR coherent images were used to make a classification of surface features and evaluate the coherence change due to coal mining; and （3） the multi-temporal cog-nominal SAR images were used to complete D-InSAR processing to remove the information of differential deformation areas （sites）. In the end, a ten-year time series of differential interferograms were obtained using the multi-temporal cog-nominal SAR images. In the tests, 84 deformed areas （sites） were obtained, belonging to those in 1993-1996, 1996-1997, 1997-1998, 1998-2001, 1998-2002 and 2001-2003 respectively. Of the 84 areas, 44 are m     

基于InSAR技术的缓倾煤层开采诱发顺层岩体地表变形模式研究

贵州贞丰县某煤矿开采煤层以向斜缓倾的三叠系上统火把冲组（T3h）为主,与贵州省大部分煤矿开采的背斜反倾煤层不同,其采矿活动诱发的地面沉降和滑坡风险亦表现出不同的变形破坏模式(背斜反倾煤层易诱发倾倒崩塌、顺层缓倾煤层易诱发地面塌陷与滑坡)。论文利用升、降轨观测的共15期3 m空间分辨率L波段PALSAR -2 SAR为数据源,开展了多期地表变形D -InSAR测量,确定出变形发生的位置、范围与滞后时间。经实地调查验证,InSAR解算结果较好地吻合了矿区开采范围和地表破坏情况,证实了InSAR在煤矿区识别时序性地表形变的准确性。进而分解计算了地表三维变形,并通过与地下开采范围和过程的相关性分析,深化了对该地区缓倾煤层地下开采诱发的顺层滑坡变形模式的认识:（1）InSAR可以识别计算出采矿区地表变形的范围与沉降量,矿区变形在干涉影像中表现为以采空区地表为中心向四周扩散的圆环状变形条纹;（2）地表变形区域覆盖地下采空区上方及附近地表区域,根据地表变形情况与地下采空区范围计算出该地区上山边界角约70°、下山边界角约58°;（3）地下采空与地表沉降变形存在约30 d的时间滞后;（4）顺层地下采空引发的地表水平移动方向受地层产状、地表坡向共同作用,水平向为沿层面的顺层滑移与向沉降中心汇聚的合成运动结果;（5）沿层面的顺层滑移与地表坡度因素叠加造成采空区地表上山侧岩石受拉产生拉裂缝,下山侧则易产生塌陷坑及裂缝。     

Assessment of the influencing factors on subsidence at abandoned coal mines in South Korea

This study deals with the characteristics of subsidence and the relationships between the subsidence factors over abandoned coal mines in South Korea. The subsidence factors that were investigated were the dip angle and thickness of the coal bed, mining depth, depth of subsidence, and subsidence area in 548 cases of subsidence that occurred throughout the country. A close relationship between the type of subsidence and mining method was identified. There was an intimate relation between the depth of subsidence and the dip angle of the coal bed, while the subsidence area proved to be in proportion to the thickness of the coal bed and mining depth and was in inverse proportion to the dip angle of the coal bed.     

淮南采煤沉陷区积水来源的氢氧稳定同位素证据

淮南是我国东部重要的能源基地,由于长期地下采煤,地表形成大面积的采煤沉陷区并积水,造成严重地质灾害。针对于此,部分学者提出利用采煤沉陷区建立"平原水库"解决周边地区干旱年份农田缺水问题的设想。然而,一方面,由于煤层上覆几百米厚的新生代沉积,采煤塌陷形成的沉陷裂隙是否沟通了不同含水层之间的水力联系,并因此改变了这个地区的地下水系统,成为区域水资源评价需要了解的一个重要科学问题;另一方面,建立"平原水库"需要有稳定的补给水源,采煤形成的沉陷裂隙如果沟通了地下不同深度含水层的水力联系,是否使地下水成为塌陷区除降雨外的重要补给来源,这就成为评价"平原水库"水资源潜力的重要参考依据。氢氧稳定同位素是示踪天然水体水来源的重要手段,笔者在淮南矿区采集了旱季和雨季的浅层地下水、河水、雨水、沉陷区的积水等不同水体的水样23件,分析了其氢氧稳定同位素组成并与深层地下水进行对比。结果表明:雨季和旱季,该地区采煤沉陷区积水的氢氧稳定同位素组成都非常接近大气降水的氢氧稳定同位素组成,而与深层地下水的氢氧稳定同位素组成相差较大,说明采煤沉陷区的积水来源主要是大气降水补给。采煤沉陷区的沉陷裂隙贯穿了整个新生代地层,使地表水发生下渗与在深部与深层地下水发生不同程度的混合,而深层地下水尚不是"平原水库"的稳定补给源。     

铁法矿区采煤沉陷区的发展演化趋势分析

通过对矿区采煤沉陷区的调查，对影响沉陷形成的主要因素(煤层的厚度、煤层的埋藏深度、上覆底层的物理力学性质、松散层的厚度、矿井开采条件等)进行了针对性的分析，并对将来煤炭采空区的地面沉陷情况(至2010年末，区内将再形成约55km^2的沉陷与变形区)进行了预测，为该矿区地面沉陷的综合治理提供依据。     

煤矿采空区四维地震特征分析及识别方法:以淮南煤田张集矿区为例

煤矿采空区塌陷是一个重要的地质问题,由于采空塌陷区地震、地质条件的复杂性,传统三维地震勘探探测方法难以准确查明采空区边界。本研究提出一种基于四维地震特征的煤矿采空区识别方法,并以淮南煤田张集煤矿为靶区开展采空区探测。该方法从模型驱动入手,通过建立煤层开采前、后地质模型及进行正演模拟,利用模型地震叠前时间偏移剖面回溯分析采空区引起的地震特征差异。根据模型数据采空区的地震反射特征,指导识别实际地震数据中的采空区,并通过地震解释圈定采空区范围。张集煤矿的实际四维地震数据分析结果显示,采空区域反射波连续性变差,采空区边界出现同相轴错断现象;因此,利用采空区四维地震特征差异能够有效识别煤矿采空区,并能准确圈定采空区的范围。     

采煤沉陷对风沙区土壤非饱和水分入渗的影响

为研究采煤沉陷后风沙区土壤水分入渗变化规律,通过定水头注水结合入渗湿润峰测定的方法,对毛乌素沙地南缘补连塔矿区沉陷于2004、2005年的2个沉陷区土壤水分非饱和入渗变化进行研究,结果表明,垂直入渗观测时段(入渗开始后0~175 min)后期,与坡面剖面相比,丘间低地较多剖面垂直湿润峰的间距明显较大,垂直入渗持续能力较强。2004年沉陷区坡面未裂处平均垂直入渗速率、第175 min垂直入渗深度显著超过对照区坡面(P<0.05),2005年沉陷区坡面未裂处平均侧渗速率显著超过对照区坡面(P<0.05)。沉陷区丘间低地垂直入渗速率在入渗10 min左右前期升高后期降低,侧渗速率在入渗10~12 min的前期升高后期降低;沉陷区坡面垂直入渗速率、侧渗速率在大部分观测时段内升高。因子分析表明沉陷区入渗特征是丘间低地垂直入渗偏强,坡面侧渗偏强。