西部风积沙区超大工作面开采土地损伤评价

针对我国西部风积沙区超大工作面开采具有所处生态环境脆弱、开采强度大等显著特点,以神东地区大柳塔矿区为例,构建矿区土地质量指标体系和评价标准,将矿区土地质量分为5级,通过熵技术法确定评价指标的权重,采用改进的灰度关联法对矿区工作面土地损伤程度进行研究与评价。结果表明:影响矿区土地质量的主要因子是裂缝宽度、附加坡度、下沉深度及侵蚀模数,其次是有效P,有效K,植被覆盖度,有机质等因子;大柳塔矿区工作面土地质量为第4级,土地质量较差,损伤较为严重;改善矿区土地质量,应在采前预测土地损伤状况,采中优化开采技术,控制地形地貌改变,采后进行人工修复和生态环境的自我恢复。     

基于像元二分法的大宁矿区植被覆盖度研究

为探究山区矿区内植被覆盖变化情况,以大宁矿区为例,基于1998—2017年Landsat影像,通过选取7个时期的数据代入像元二分法模型中,反演出矿区不同时期的地表植被覆盖度（Fractional Vegetation Cover,FVC）,同时利用Sen+Mann-Kendall趋势分析方法计算了矿区植被覆盖度变化趋势。通过研究大宁矿区不同时期植被覆盖度的时空变化特征及变化趋势,结合井下工作面开采活动,定量分析了研究 区19 a植被覆盖度的时序变化特征,并根据研究区情况提出了合理建议。研究表明：①1998—2017年,研究区整体植被覆盖面积增加了4.724 1 km2,变化趋势为平缓向好的发展趋势,矿区植被覆盖面积占比达到 87.52%,主要得益于相关环境保护与生态建设政策的实施以及矿区所处环境的影响;②通过分析2005—2010年间地表植被对开采活动的响应,发现工作面开采后植被覆盖面积均小于开采前,说明开采活动会导致矿区 植被减少,使矿区生态环境遭到破坏;③通过对矿区整体与矿区工作面的地表植被覆盖度反演发现,研究区植被覆盖度与矿区开采活动在时间和空间上具有一致性。     

水力压裂技术在神东矿区顶板灾害防治中的应用

为解决神东矿区长壁与短壁回采工作面大面积悬顶隐患和坚硬顶板、集中煤柱下高强度开采引起的强矿压显现问题,对国内外顶板治理技术装备发展进行了调研研究,分析了爆破放顶、调整工作面布置、提高支护强度、切顶卸压应用中面临的技术问题,提出了常规浅孔和定向深孔压裂相结合的水力压裂顶板灾害治理方案,并对水力压裂关键装备与技术进行了介绍。应用结果表明,水力压裂可将工作面悬顶面积控制30m以内,矿压降低17%左右,解决了制约神东矿区安全、高效开采的顶板管理难题。     

生态保护型煤炭开采技术与实践

针对生态脆弱区煤炭规模化高效开采造成生态影响范围大、周期长和强度高,缺乏统筹开采全周期源头减损与生态全要素系统技术,导致矿区生态修复成本高、效率低和效果差的问题,提出了生态保护型煤炭开采理念,露天开采损伤传导途径和井工开采损伤传导模型、生态损伤定量分析方法和矿区生态修复决策方法,研发了露天矿节地减损开采、生态型地层重构、分布式水资源集-储-用、基于“生态修复窗口期”协同修复技术;研发了井工开采损伤传导控制、含水层生态功能恢复、装配式楔形地下水库坝体构筑、沉陷区分时分区生态修复技术。建成蒙东矿区生态保护型露天开采示范工程,宝日希勒露天矿示范区植被盖度由开发前30%提高到59%,胜利露天矿示范区植被盖度由开发前5%提高到39%;建成神东井工生态保护型煤炭开采示范工程,植被盖度由开发前不足10%提高到70%。研究成果为生态保护型煤炭开采提供了科技支撑,具有广泛的应用和推广价值。     

2005-2015神东矿区不同开采强度下区域NPP时空变化分析

文中基于改进的CASA模型计算神东矿区植被净初级生产力,探究矿区十年来不同开采强度区域NPP时空分布情况和变化特征。结果表明研究区三期NPP逐年递增;矿区植被NPP时空分布与土壤环境,高程以及植被梯度较一致。除低开采区以外,其他采区和非采区增长率均大于20%,不同开采强度下的工业活动无明显规律性变化。煤炭开采活动未对神东矿区的植被造成破坏。研究成果可以很好地反映区域生态环境质量,为生态环境建设规划提供重要依据。     

神东矿区生物多样性的保护与恢复

黄河流域煤矿区的高强度开采对地表生态环境产生了高强度干扰。针对煤矿开采活动对矿区生物多样性的显著影响,综合运用多源卫星遥感、样方调查等方法,从生态系统多样性、遗传多样性和物种多样性角度评估神东矿区生物多样性保护与恢复状况,并对不同恢复模式下的植被群落多样性进行评价分析,结果表明：神东矿区现存草地、荒漠、城镇、农田、森林、水域6种生态系统类型,其中草地生态系统类型面积最大为528 km²;矿区资源植物数量相对于原生环境有大幅提升,药用植物增加71种,经济植物增加7种;人工恢复群落较自然恢复群落生物多样性综合评价指数高,矿区生物多样性保护成效显著;在不同植被恢复模式下,“灌木+乔木”植被恢复模式最有利于矿区生物多样性的提升。研究成果可为矿区生物多样性保护及持续发展奠定生态基础和提供科学参考。     

神东矿区综采工作面末采顶板控制技术

分析了神东矿区及相邻矿区综采工作面末采顶板事故发生原因,根据神东矿区实际开采条件,提出了神东矿区综采工作面顶板管控技术。结合顶板事故发生原因,提出了神东矿区综采工作面末采顶板控制对策。末采生产管控工作中让压开采至关重要,而且必须提高工作面末采推进速度和合理控制末采采高,减小老顶周期来压期间工作面矿压显现剧烈程度。     

风积沙区超大工作面开采生态环境破坏过程与恢复对策

风积沙区超大工作面开采具有所处生态环境脆弱、开采强度大等显著特点,由此引起的生态环境损伤不同于传统开采方法或高强度开采在东部矿山引起的生态环境损伤特征。将风积沙区超大工作面开采生态环境破坏过程划分为岩层破断、地表沉降、地表动植物生境变化与土地利用变化以及矿区生态系统随时间推移演替等4个过程;分析了风沙区超大工作面开采后地裂缝、土壤水、地下水位、植被覆盖与生物多样性等关键生态环境要素的变化规律;提出风积沙区生态环境恢复的对策应是保护与修复并举、自我恢复和人工修复并重,具体需要结合生态环境要素的受损伤程度及生态修复目标确定生态恢复对策。     

基于植被地下水关系的保水采煤研究

为研究我国西部生态脆弱矿区植被与地下水关系及其对煤层开采的约束,采用路线穿越法剖析了典型区植被随潜水埋深变化的演替规律,利用遥感获取煤层开大规模采前(2000年)植被指数,并与同期地下水位埋深建立了统计关系。结果表明:研究区天然状态下植被随地下水位埋深的增加呈现明显的分带特征,潜水埋深0~4.0 m时植被对地下水依赖性较强;综合考虑水文地质条件和植被与地下水关系,榆神矿区可划分为植被约束区、地下水约束区和无约束区3个区;矿区开采15 a后,2014年矿区地下水位明显下降和植被盖度普遍升高现象并存,这与煤炭资源高强度开采区集中在无约束区有关。生态脆弱矿区井田规划和煤层开采必须重视植被和地下水约束研究,因地制宜地制定保水采煤技术预案。     

XZ7000/24.5/46型履带行走支架在神东矿区的应用

为了提高矿区边角煤残采区的煤炭资源回收率,应用短壁开采技术,有效解决顶板大面积冒落形成飓风的安全隐患,神东矿区由最初不使用行走支架的单翼开采到使用行走支架护顶的双翼和块段式回采工艺。介绍了XZ7000/24.5/46型履带行走支架在神东矿区短壁工作面的地质与设备配套条件下的短壁回采工艺及工作面顶板压力显现特征。     

超高水材料地裂缝充填治理技术

为了进行西部采煤沉陷区地表生态恢复治理,针对采动引起的地表永久性地裂缝的治理,在进行超高水材料物理力学性能测试的基础上,研制了野外超高水材料地裂缝充填工艺及充填系统,提出了“深部充填-表层覆土-植被绿化”的地裂缝治理3步法,并以神东矿区大柳塔煤矿12203~12205工作面老采空区生态治理示范基地为试验区,进行了超高水材料地裂缝治理试验,通过与常规沙土充填方法对比分析发现,该系统采用水体积为94%的超高水材料进行地裂缝深部充填后,地表下沉量大大减小,且地表保水性能大大提高,植被长势良好。     

神东2亿t煤都荒漠化生态环境修复零缺陷建设绿色矿区技术

地处我国西北半干旱严重风水复合侵蚀恶劣生态环境的神东2亿t煤炭矿区,井田范围内的风水侵蚀荒漠化危害,对矿区能源现代化亿吨规模开发生产和当地经济可持续发展构成了巨大制约和威胁。神东公司遵循“治理保开发、开发促治理”的生态修复建设理念,采取适地适技、零缺陷建设生态型绿色煤都的技术与管理模式,历时32年开展了风蚀沙漠化防治、水土流失治理、井采地质沉陷与露采土地复垦、供水泉域防护、河道整治、庭院园林景观营造等生态环境修复建设技术,使矿区植被覆盖度由开发前3%~11%提高到目前的60%以上,在年产2亿t清洁煤炭的同时,零缺陷地将矿区荒漠化生态环境建设成为绿洲。     

综采面过富水区开采全周期水资源利用技术

本文以国家能源集团神东煤炭集团有限责任公司哈拉沟煤矿22410综采面开采实践为基础,提出了综采面过富水区开采全周期水资源利用技术。该技术基于"优水优用、分质供水"的原则,综采面富水区开采前,提前将水质较好的顶板、采空区水通过地下采空区水库初步净化、哈拉沟净水厂深度处理后供矿区居民生活用水。开采期间,工作面及两条巷道内产生的污水经过地下采空区水库初步净化后,或经过井下复用水处理系统进一步处理后供井下及洗煤厂生产用水,或直接提升至地面供神东生态治理示范区环境治理用水;开采后,工作面水质较好的采空区水通过地下采空区水库初步净化、哈拉沟净水厂深度处理后供矿区居民生活用水。     

Study of Water-Controlled and Environmentally Friendly Coal Mining Models in an Ecologically Fragile Area of Northwest China

Striking a balance between high-intensity coal mining and environmental protection has been a challenge in the Yushen mining area, which is an important coal production base in China located in an arid and semi-arid ecologically fragile environment. The 122,109 working face of the Caojiatan coal mine was used as a model to coordinate coal production with ecological protection. Theoretical analysis and field monitoring revealed that the maximum surface subsidence was 5.6 m, and the development height of the diversion fracture zone was 21 times the coal seam thickness. The influence of mining process parameters and mining methods on surface ecological damage and water loss was further analyzed using the fluid–solid coupling method. The results showed that exclusive pursuit of high-intensity mining would induce irreversible disasters including aquifer water loss and cultivated land damage; the degree of influence was directly proportional to the working face length, mining height, and mining method. Proper adjustments of these parameters could help realize water-controlled coal mining. The results provide an empirical basis for allowing both exploitation of coal resources and protection of the environment in ecologically fragile areas.

     

基于SPOT卫星NDVI数据的神东矿区植被覆盖动态变化分析

利用SPOT-4/5卫星的NDVI遥感数据,采用沙化土地分级变化检测与一元线性回归方法,对神东矿区1999-2008年植被覆盖和土地沙化的动态变化进行了分析.揭示了10 a来神东矿区的植被覆盖指数值整体呈增加趋势,矿区内绝大部分地表植被覆盖得到改善,其中明显改善区面积达82.13％,退化区面积不足1％;矿区沙漠化情况整体有所好转,重度沙漠化区面积比由88.33％下降到23.56％.结合矿区生态环境治理措施与实效分析,表明SPOT-4/5卫星的NDVI数据可用于中国西北地区大型煤矿区植被覆盖变化和土地沙化监测与分析.     

神东矿区覆岩破坏类型的探测研究

神东矿区主要开采侏罗系煤层,由于工作面覆岩松散层厚度、基岩厚度和埋深变化的复杂性,加之矿井水文地质条件变化较大,多次发生工作面突水、溃沙事故。采用以钻孔探测工作面覆岩破坏高度的研究方法为主,首次指出矿区存在覆岩破坏"两带"分布、覆岩破坏正常"三带"分布和超高导水裂隙带分布3种覆岩破坏类型。     

超大采高工作面过沟回采精准防治水技术

超大采高工作面开采造成上覆岩层剧烈运动，导致覆岩裂隙发育，为地表及含水层水体提供流动通道，成为了矿井安全生产的隐患。以上湾煤矿12402超大采高工作面为背景工程实践，进行离散元数值模拟，揭示了工作面回采过程中上覆岩层导水裂隙带高度发育规律，结果表明导水裂隙带能够贯通地表，沿工作面倾向上覆岩层导水裂隙形态呈现“马鞍形”分布，由于采空区中部区域压实作用，工作面斜巷对应上覆区域成为防治水重点区域|同时该工作面上方为石灰沟，沟内积水量约10万m3，且地表下沉变形量达7.19m，在降雨量较大季节时易造成地面积水，对井下防治水工作提出了挑战。针对此，提出了井上下一体化精准防治水技术，包括地面采用提前疏放和塌陷坑回填措施、设置地面水文观测孔自动监测水位、井下调整工作面开采参数、精准探放水、优化设置排水设施安装地点和管路参数，制定防治水应急预案。工程实践表明，应用上述技术措施，能够有效降低大采高工作面涌水量，确保井下安全生产。     

废弃露天矿山生态修复治理现状及发展趋势研究

为了研究废弃露天矿山生态修复治理现状及发展趋势,以郑州市矿区为例,结合无人机遥感调查、野外实地调查等技术,明确了研究区域生态修复治理现状,即当前矿山土地资源破坏总面积约为19 105 000 m²,仅有9%的土地资源完成了生态修复。经过治理的矿区土壤有机质含量为6.6 g/kg,植被资源覆盖度为25.07%,空气达标率为80%,区地上地下水资源均呈现出匮乏状态。当前矿山生态修复取得了一定效果,但需要进一步完善。根据区域生态修复治理现状,从土地资源、土壤适宜性、水资源分布、植被资源覆盖、水土流失、空气质量等方面出发分析矿山生态修复治理未来发展趋势,以期保障相关生态修复治理工作的顺利进行。     

国内首个450m超长综采工作面安全开采技术研究

基于神东矿区哈拉沟煤矿12上101-2综采面实践分析,对国内首个450m超长综采面矿压规律、支架工作阻力、开采中遇到的问题及措施与开采技术经济效益进行了分析总结。结果表明:工作面老顶初次来压显现呈现分时分段特征,且老顶初次来压显现强烈。工作面存在大小周期来压现象,周期来压期间沿工作面倾向压力分布呈现"三峰值W型"特征。普通采高450m超长工作面开采,两巷超前影响范围和影响程度类似于一般长度工作面。通过计算得出12上101-2工作面支架合理工作阻力为10569kN,现所采用的支架能够满足支护要求。