《生态脆弱区煤炭开发与生态水位保护》

本书是在国家自然科学基金、教育部留学归国人员基金、陕西省科学技术计划等资助下完成的《榆神府区煤炭资源开发与生态水位研究》和《陕北生态脆弱区煤水地质特征及科学开采研究》两份研究报告的基础上编写的．研究报告受到了多位院士、专家的高度评价．认为是改革开放以来我国煤炭开发、水资源保护与生态环境保护领域的优秀成果．是用科学的方法实践科学发展观的典范,对于我国西部煤炭资源科学开发具有普遍指导意义。     

《生态脆弱区煤炭开发与生态水位保护》

本书是在国家自然科学基金、教育部留学归国人员基金、陕西省科学技术计划等资助下完成的《榆神府区煤炭资源开发与生态水位研究》和《陕北生态脆弱区煤水地质特征及科学开采研究》两份研究报告的基础上编写的．研究报告受到了多住院士、专家的高度评价,认为是改革开放以来我国煤炭开发、水资源保护与生态环境保护领域的优秀成果,是用科学的方法实践科学发展观的典范,对于我国西部煤炭资源科学开发具有普遍指导意义。     

《生态脆弱区煤炭开发与生态水位保护》

本书是在国家自然科学基金、教育部留学归国人员基金、陕西省科学技术计划等资助下完成的《榆神府区煤炭资源开发与生态水位研究》和《陕北生态脆弱区煤水地质特征及科学开采研究》两份研究报告的基础上编写的,研究报告受到了多位院士、专家的高度评价,认为是改革开放以来我国煤炭开发、水资源保护与生态环境保护领域的优秀成果．     

遥感技术在西北生态脆弱区生态地质勘查中的应用研究

生态地质勘查正在成为煤炭地质勘查工作的主要发展方向。遥感技术作为“非接触式”勘查技术,在生态地质勘查中应有一席之地。通过阐述遥感技术在煤炭、天然气水合物、油页岩等资源勘查中的工作程序及勘查实例,认为在西北生态脆弱区资源勘查领域遥感技术具有独特的优势:通过不同比例尺的遥感煤田地质填图,可快速高效圈定含煤远景区;利用遥感图像的热红外波段数据可以快速获取与水合物相关的温度异常信息,圈定热异常分布区,为天然气水合物进一步勘探指明方向;通过对遥感图像的处理可直接提取与油页岩相关的成矿异常信息,圈定找矿远景区。在西北生态脆弱区应用遥感技术进行资源勘查具有好的经济效益和生态效益。     

生态脆弱区烧变岩研究现状及方向

烧变岩是地质历史时期煤层自燃形成的一种特殊类型的岩体。烧变岩的研究有益于对煤层形成以来所经历的构造运动、古气候和古地理的研究。同时,它也是重要的水文地质勘查对象。50年来,烧变岩的研究多集中于其勘查方法,尤其是较多的论述了其磁性特征与物探确定烧变岩体边界问题。近年来,研究了其水文地质特征。笔者论述了烧变岩的研究现状,提出了烧变岩是一种特殊类型的岩体,空隙、裂隙发育,具有形成富水区的有利条件,是陕北煤炭开发区良好的供水水源。提出了应加强烧变岩内部结构、非均质性特征和空间分布形态的研究,系统开展烧变岩水文地质勘查,评价烧变岩地下水资源,为合理开发利用烧变岩奠定基础。     

陕北生态脆弱区环境工程地质模式分区预测

陕北生态脆弱区煤炭资源埋藏浅、厚度大,其井下开采对地表生态环境影响更为敏感和剧烈,极易导致严重的环境工程地质问题。以红柳林井田为例,综合煤层开采对水资源影响的主要因素及其量化指标,对研究区进行了保水采煤环境工程地质模式分区预测。选取煤层厚度、红土厚度、黄土厚度、基岩厚度和煤层与潜水的间距等作为研究环境工程地质模式的关键因素,运用人工神经网络方法,在GIS平台下构建了基于多元信息的红柳林井田环境工程地质模式评价模型,对研究区进行了环境工程地质模式分区预测。结果表明,研究区存在4种环境工程地质模式类型,即环境友好型、环境渐变恢复型、环境渐变恶化型及环境灾变型。     

青藏高原东北缘生态脆弱区城镇体系空间结构研究——以甘南藏族自治州为例

青藏高原属于我国典型的生态环境脆弱地区,在国家主体功能区划中属限制开发区和禁止开发区,同时又是我国贫困人口的集中分布地区,面临着保障生态安全与发展经济的双重压力.因此,以主体功能区的指导思想＂因地制宜＂的优化区域城镇空间结构,引导与生态环境相适应的城镇发展模式,缩小区域空间差距,对促进区域一体化及实现可持续发展具有重要...     

桂西南岩溶生态脆弱区生态承载力分析及可持续发展状况评价——以广西平果县为例

以平果县这一典型岩溶生态脆弱区为例,依据1990、1995、2000及2002年的调查统计数据,对区域生态系统的生态足迹和生态承载力进行测算,并以测算结果为依据,对区域生态系统可持续发展状况进行评价。结果表明,在1990年、1995年、2000年、2002年,平果县区域生态足迹呈不断增加的趋势,人均生态足迹从0．8004hkm^2增加至1．4444hkm^2,净增加了0．644hkm^2;生态承载力总体也呈增长的趋势,2002年比1990年增长了26．83％,其增长值主要来源于森林（果园）面积的增加,而耕地和草地的面积却呈现负增长。区域生态承载力阈值很小,远低于广西区及全国的同期水平;除森林（果园）表现为轻微生态盈余外,耕地、草地、水域均表现为生态赤字,以致区域生态总体表现为较大的生态赤字,且呈逐渐增加趋势,表明区域生物生产土地面积的需求量已经严重超过区域生态系统的承载能力,区域可持续发展的前景不容乐观。[      

高原生态脆弱区钻探技术体系综合研究与示范

高原生态脆弱区若尔盖铀矿田是我国四大基本类型铀矿田之一,地处高原藏区、生态脆弱、山高坡陡,地层为灰岩、硅灰岩及碳质板岩交互,区内断裂构造发育,岩层产状陡,孔内漏失、垮塌、水敏缩径及孔斜并存,导致取心率低、钻进效率低、质量差。解决若尔盖钻探技术难题是一项系统工程,从改善孔内安全、提高钻进效率、改善施工质量、减少钻机搬迁及提高搬迁效率等方面集成创新、综合治理,形成一套适合若尔盖复杂地层的综合钻探技术体系,在西部高原及深孔复杂地层钻进具有示范与推广作用。     

陕北生态脆弱区保水采煤地质条件分区类型研究

生态脆弱区如何实施水资源保护性采煤是一项重大的研究课题,开展相关水文地质工程地质条件勘探测试,进行地质条件分区的研究,是实施保水采煤的重要基础和前提。以陕北典型矿井为例,在勘探测试的基础上,进采前、采后现场压水试验及室内模拟开采覆岩变形破坏过程渗透性变化试验测试等,结果表明煤层采动对上覆岩土体渗透性有不同程度影响。基岩中粉砂岩、泥岩开采前渗透性较小,可作为弱隔水层;煤层开采后,整体移动带内基岩的渗透性出现不同程度的增大,渗透系数提高了约1个数量级,而红黏土渗透性变异不明显,表明红黏土为采后的关键隔水层。按照采动后潜水漏失量、补给量和水位变化关系,将生态脆弱区保水采煤条件划分为不失水区、轻微失水区、一般失水区和严重失水区4种类型,依据水均衡原理推导出4种类型的条件分区确定公式,并给出了应用实例。     

我国露天煤矿截水帷幕关键技术进展

我国露天煤矿普遍采用抽排方式进行地下水控制以满足煤炭资源安全开采要求,这种方式对水资源造成极大破坏,严重影响煤矿周边的生态环境。近年来,随着我国社会经济的全面发展,国家对生态环境保护、生态文明建设提出了更高要求,如何优化、转变露天煤矿地下水控制方式,减少矿坑疏排水量是露天煤矿防治水工作普遍面临的崭新课题。采用截水帷幕技术取代疏排降水技术,由被动疏水变为主动截水,是解决露天煤矿因疏排水带来诸多问题的根本措施。以内蒙古扎尼河露天煤矿、元宝山露天煤矿截水帷幕实施过程为例,介绍我国露天煤矿截水帷幕设计理念、施工工艺和截水帷幕材料,在实践过程中,突破了防渗膜大深度垂向隐蔽铺设与连接技术瓶颈;研发了超长槽段连续开挖及浇筑工艺,大幅减少接头数量;研制粉煤灰?水泥混合浆体与HDPE防渗膜的复合帷幕材料,提高帷幕抗渗与抗变形性能;构建帷幕质量与截水效果综合检验体系,掌握了露天煤矿截水帷幕建造关键技术。截水帷幕技术在我国露天煤矿的成功应用,丰富了露天煤矿防治水与水资源保护技术理论,促进了行业技术进步,为露天煤矿地下水控制及安全绿色开采提供了新思路、新技术、新工艺,对其他非煤矿山及水利水电、交通等更高防渗等级要求的工程具有重要借鉴意义。      

截水帷幕技术在元宝山露天煤矿的应用与效果评价

内蒙古元宝山露天煤矿是国内外罕见的特大富水型露天煤矿,为解决多年疏干排水造成的生产成本高和环保风险大等问题,拟采用截水帷幕技术对矿坑渗流补给通道进行帷幕截流。通过分析矿坑水文地质和工程地质条件,提出弧形半封闭落底式帷幕与群井疏干水力帷幕相结合的地下水控制方式,采用防渗膜垂向隐蔽叠覆铺设与抗渗混凝土充填工艺,在矿坑高程+452 m平盘开展帷幕试验研究,建造一座平面长度1 369 m、平均深度29 m、有效厚度大于0.8 m、底部嵌入基岩面3 m的截水帷幕。试验研究过程中,确定了元宝山露天矿的截水帷幕工艺,获得其单幅槽段开挖长度(14 m)、护壁泥浆密度(1.05~1.25 g/cm3)和防渗膜叠覆宽度(1 m)等主要技术参数,提出防渗膜水下磁吸式连接技术,通过加装磁条,利用阴阳磁吸原理实现防渗膜叠覆处的水下自粘连。试验工程结束后,通过取心验证、流场分析和流量变化等方法检验帷幕墙的质量和截水效果。结果表明:混凝土浇筑充填连续、密实;墙体内外水位差已达15 m以上;盲沟补给流量消失,截水效果显著。试验研究证实截水帷幕技术适用于元宝山露天煤矿,为后续工程开展提供了关键技术参数,完善了我国露天煤矿截水帷幕技术体系。      

露天煤矿截水帷幕效果检验方法及截水效果分析

某露天煤矿为减少矿坑疏排水量,通过施工截水帷幕切断矿坑北侧河流补给通道。根据现场施工条件,采用低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆、咬合桩4种工艺构建截水帷幕。为检验施工过程中露天煤矿截水帷幕的效果,针对低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆等3种截水帷幕工艺,进行了4次围井试验。试验结果表明,在露天煤矿深厚砂卵石层动水、低温条件下,低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆帷幕均具有良好的截水效果,渗透系数分别达到8.34×10^-7、6.28×10^-7、7.85×10^-7 cm/s,与原材料室内实验得出的渗透系数基本吻合。在4种帷幕工艺的共同作用下,露天煤矿矿坑疏排水量显著减少,围井试验在截水帷幕施工过程中具有良好的效果检验作用。     

基于低强度抗渗混凝土的露天煤矿帷幕截水技术

混凝土地下连续墙具有施工方便、质量可靠、抗渗性好等优点,在水利水电、基坑支护、地铁等防渗工程中广泛应用,所用材料既有塑性混凝土,也有刚性混凝土。在内蒙古某露天煤矿截水帷幕工程中,针对其工程地质与水文地质特征,研发一种低强度（8~10 MPa）抗渗（P6级）混凝土作为墙体浇筑材料,该混凝土水胶比值为0.68,砂率为45%,1 m³混凝土中各原材料质量分别为：水泥180 kg,粉煤灰200 kg,膨润土20 kg,砂720 kg,石子880 kg。分析了其渗透与抗渗机理,并通过钻孔取心和围井抽水试验对其效果进行了验证。试验结果表明：混凝土墙体浇筑完整、连续,抗压强度达8.3 MPa,渗透系数达8.67×10^-7 cm/s。工程实施后矿坑疏排水量显著减少,该措施为矿区水资源及矿坑周边草原植被等生态环境保护奠定了基础。     

露天煤矿疏干–回灌水帷幕保水采煤模式探讨

为抑制疏干排水造成的地下水水资源量衰减,并控制露天煤矿煤炭开采对地下水资源的影响范围,采用了水帷幕保水采煤技术。以某露天煤矿为背景,建立沙槽回灌平台进行物理实验,再通过数值方法对回灌区进行模拟计算,分析疏干–回灌水帷幕的形成和变化规律。物理实验方法观察到回灌水帷幕形成定水头边界,阻止漏斗扩展的过程,获得不同回灌水帷幕水头高度对注水量的影响和注水量与排泄量平衡的最佳水头。数值模拟获得物理模拟类似的结果,回灌水帷幕位置可以有效限定疏干降落漏斗范围,回灌水帷幕定水头高度与疏干区水位和疏干时间正相关;最大回灌量受帷幕定水头高度影响显著;回灌水帷幕距离采坑越远对阻隔帷幕外水源补给的作用越大。物理模拟和数值模拟表明,改变回灌水帷幕的位置或水头高度都可以使得矿坑的排水量与帷幕的注水量相等,这就可以最大限度减少疏干水的外排水量。研究表明,疏干–回灌水帷幕可望成为我国露天煤矿区保水采煤的实用模式。      

露天煤矿截水帷幕防渗膜垂向隐蔽铺设施工工艺

防渗膜（HDPE土工膜）目前广泛应用于防污染、防渗漏、防扩散为主的防渗工程中,且铺设形式复杂多样。在我国某露天煤矿地下截水帷幕工程中,将防渗膜进行大深度垂向隐蔽铺设,深度可突破50 m,作为帷幕墙防渗主体;利用接头箱技术,实现了不同槽段间的防渗膜叠覆连接;通过注浆回填工艺,在压紧防渗膜的同时,提高了帷幕墙的抗渗性;最后采用围井抽水试验验证了墙体的防渗性,结果表明,防渗膜帷幕墙渗透系数仅为8.6×10^-7 cm/s,达到设计要求。防渗膜帷幕墙具有施工效率高、成本低、绿色环保等优点,其成功应用对其他类似项目具有推广借鉴意义。     

露天煤矿开采侧向帷幕控水原理与截水效果数值分析

露天煤矿开采过程中的矿坑疏排水是引起地下水资源流失的重要原因,寻求新的控水方法势在必行。以内蒙古赤峰市元宝山露天煤矿为研究对象,根据研究区水文地质与露天煤矿开发特征,分析了露天开采驱动下帷幕墙体建设对地下水系统控制的基本原理,得出帷幕墙体渗透能力越弱、厚度越大、与补给水体距离越近是帷幕墙减少露天采坑涌水的基本思路。将露天采矿疏排水与地下水系统数值仿真研究结合,对露天煤矿开采与帷幕墙建设对矿坑疏排水强度影响程度进行预测分析,模拟结果显示,采用针对主要涌水段的局部帷幕工程方案,地下水仍然以露天矿采坑为降落漏斗中心,区域流场形态基本未发生重大变化,在未帷幕区段地下水发生了强烈的侧向绕流现象,初期(300 d)矿坑残余涌水量较之现有矿坑排水量最大减幅 37.16%,而残余涌水量随时间增大趋势明显。按准全封闭型帷幕方案建墙后,地下水基本未发生绕流现象,矿井残余涌水量为先减小后增大的趋势,最大减幅达85.79%,且后期涌水量增加幅度不大,可见准封闭型帷幕建设方案较之局部帷幕方案对矿坑整体涌水量的减排作用显著。通过分析露天煤矿开采侧向帷幕控水规律,构建帷幕阻水条件下地下水系统仿真模型,评价帷幕截水减排效果,以期为露天矿区煤–水资源协调开发提供科学依据。      

卵砾石含水层高压旋喷注浆止水帷幕技术

高压旋喷桩主要适用于淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、黄土和碎石土等地层,在卵砾石地层或动水条件下的应用较少。我国某露天矿在施工旋喷桩止水帷幕的过程中,采用RJP工法进行帷幕施工,成功将高压旋喷注浆技术应用于卵砾石含水层中,通过试桩和筛分试验将卵砾石层特征对桩径大小的影响进行了分析研究,结果表明,RJP工法在卵砾石含水层中成桩效果良好、质量可靠,其桩径大小与卵砾石颗粒大小及含砂量有关。围井试验结果显示,高压旋喷桩帷幕墙完整,止水效果显著。研究成果表明高压旋喷注浆技术可在卵砾石含水层的加固和止水领域进行推广应用。     

Controls on pit lake water quality at sixteen open-pit mines in Nevada

Thirty-five mines in Nevada currently have, or will likely have, a pit lake. The large bulk mineable deposits in Nevada mined below the water table are of several types, including Carlin-type Au, quartz-adularia precious metal, quartz-alunite precious metal and porphyry-Cu (-Mo) deposits. Of the 16 past or existing pit lakes at 12 different Nevada mines, most had near neutral pH and low metal concentrations, yet most had at least one constituent (e.g., SO₄) which exceeded drinking water standards for at least one sampling event. Water quality data indicate that, in general, poor water quality will not develop in Carlin-type Au deposits. Wall rocks in the geologic environment typical of these deposits, and in the specific pits sampled, contain substantial amounts of carbonate, which buffers the pH at slightly basic conditions and thereby limits the solubility of most metals. Similarly, the quartz-adularia precious metal deposits generally have geologic conditions that buffer pH and naturally prevent the development of poor water quality. In both of these deposit types, certain elements such as As and Se that are mobile in neutral to basic waters may accumulate to levels near or exceeding drinking water standards. Pit lakes forming in quartz-alunite precious metal deposits hosted in volcanic rocks or in porphyry-Cu (-Mo) deposits in plutonic rocks are of greatest environmental concern in Nevada, as both deposit types have relatively high acid-generating potential and low buffering capacity. However, the sampled Nevada pits in these deposit types indicate that the water may not be of poor quality. In addition, water quality in some pits may actually improve with time due to the increased water-rock ratio as the pit fills with water, as suggested by pit waters at one mine in a Carlin-type deposit (Getchell) that improved between 1968 and 1982. Although water quality in pits in each deposit type is generally good, local, site specific conditions (e.g., surface water inflow) and variations (e.g., evaporation rates) result in some pit lakes (e.g., Boss) in the quartz-adularia deposit type being of substantially poorer water quality than other lakes (e.g., Tuscarora) in the same deposit type. Despite underlying geologic controls based on deposit type, site specific variations in hydrogeologic conditions and surface geologic features can result in differing water quality in pit lakes in the same deposit types, and these factors may, in some cases, provide an overriding control on the geochemical evolution of specific pit lakes.     

我国露天煤矿水害特征与防治水技术

露天开采是我国煤矿开采的两大方式之一。与地下开采煤矿类似,露天煤矿在开采过程中同样面临防治水问题,由于我国露天煤矿水害类型相对单一,国内学者鲜有对露天煤矿的水害特征和防治水技术进行深入研究。以我国露天煤矿分布范围为出发点,从充水水源、充水通道、充水强度3方面分析露天煤矿水害特征,得出大气降水、地表水和浅层地下水是主要充水水源;人为开挖形成的直通式通道、强渗透含水层或透水层、垂向导水钻孔、滑坡形成的地表裂缝等是主要充水通道;季节性变化明显、疏排水周期长、排水量大是露天煤矿疏排水主要水害特征的结论。归纳目前我国露天煤矿常用的7种防治水技术,提出露天煤矿由远及近、由上而下、由面至点的立体防治水技术体系。从地下水资源保护和生态环保角度出发,为实现露天煤矿绿色开采和可持续发展,提出以切断补给通道、减小矿坑疏排水量为目的的帷幕截流技术是今后露天煤矿防治水的主要技术方法。