“矿区生态损毁监测与评价”专题（《煤炭学报》）

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“矿区生态损毁监测与评价”专题（《煤炭学报》）

来源：煤炭学报

专题整理于2021年5月，为2018—2021年《煤炭学报》刊登的“矿区生态损毁监测与评价”主题论文。

行业视野: 环境保护
类别; 132个
关键词; 136位
专家; 29篇
论文; 34373IP
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微生物复垦后土壤有机碳组分及其高光谱敏感性识别效应

作者(Author)：毕银丽, 郭晨, 肖礼, 杜善周, 王义

摘要：微生物复垦技术是矿区环境治理的重要手段之一，对改善矿区的生态环境具有举足轻重的意义，而矿区微生物修复是一个生态持续演变过程，科学评价微生物复垦多年后采煤塌陷区的土壤质量和生态效应是目前亟待解决问题。为了探明接种丛枝菌根真菌（AMF）复垦多年后对采煤沉陷区土壤改良的生态效应，科学评价微生物复垦技术在矿区环境修复中的重要作用，以陕西神东采煤沉陷地2012年种植的紫穗槐复垦地为研究区，分析了接菌区和对照区2种不同处理下土壤基本理化性质、土壤活性有机碳、高光谱特征及其相互影响关系。研究结果表明：接种AM真菌7 a后土壤质地发生明显变化，土壤中全氮、有效磷和有机碳含量分别显著提高了48.3%，17.7%和31.2%，增加了土壤的含水率；土壤酶活性在不同处理区表现出一定的差异，接菌区土壤脲酶和磷酸酶高于对照区，分别显著提高28.6%和50.0%；土壤光谱反射率明显降低，变化最明显的为可见光655 nm波段，敏感波段为630~680 nm；土壤光谱反射率的降低主要受土壤有机碳的影响；土壤碳组分中微生物生物量碳与有机碳及土壤各相理化指标存在很高的相关性，拟合度R2均高于0.7，显著性检验概率P均远低于0.01，达到显著水平，可作为一项指标用来分析光谱特征。

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煤炭学报

2020年第12期

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浅埋高强度开采覆岩结构演化及地表损伤研究

作者(Author)：徐祝贺, 李全生, 李晓斌, 张国军, 杨玉亮, 何文瑞, 吴晓宇

摘要：为掌握浅埋高强度开采覆岩结构演化规律及不同开采条件下地表损伤规律与损伤机理，采用数值模拟、现场实测、理论分析等手段以神东矿区典型工作面为工程背景开展研究。首先以采空区峰值应力为指标分析了覆岩结构演化规律;其次探究了地表下沉系数和宽深比之间的关系;最后在实测地表裂缝发育特点的基础上开展了工作面中部地表裂缝发育机理研究。结果表明:① 工作面从开切眼至超充分开采状态时上覆岩层大体经历了3个阶段，第Ⅰ阶段:无压力拱阶段;第Ⅱ阶段:单压力拱阶段;第Ⅲ阶段:双压力拱阶段，其又分为Ⅲ1(采空区单拱脚阶段)和Ⅲ2(采空区双拱脚阶段)2个阶段。② 宽深比在0.4~2.0的14个方案研究得出的地表下沉系数和宽深比近似成抛物线关系，选取神东矿区7个工作面的下沉系数实测值和预测值进行对比验证，误差分别为7.6%，14.5%，4.4%，7.5%，9.7%，9.7%，15.3%，其中5个工作面的误差在10%以内，且误差整体较小。③ 工作面中部地表裂缝动态发育具有“双周期+稳定期”的特点，包括5个发育阶段，即裂缝宽度增大阶段、裂缝宽度减小阶段、裂缝宽度稳定阶段、裂缝宽度再增大阶段、裂缝宽度再减小阶段，通过演化模型阐释了工作面中部裂缝的动态发育机理，并建立了裂缝动态发育和地质采矿条件的关系模型。

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煤炭学报

2020年第08期

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煤矿微生物复垦区灌木林下土壤养分的空间异质性

作者(Author)：毕银丽, 胡晶晶, 刘京

摘要：微生物复垦技术近年来已成为矿区土地复垦新的研究方向，微生物复垦多年后，新的人工生态系统已建立，其灌木林下土壤养分的空间异质性研究成为关注的重点。选择神东大柳塔采煤沉陷地微生物复垦地为研究区，利用经典统计学、地统计学和协同克里金插值方法，研究采煤沉陷地微生物复垦区灌木林下土壤全氮、有机质和速效磷的空间异质性及其影响因素。结果表明:研究区土壤全氮、有机质和速效磷的含量均值分别为0.50 g/kg,11.93 g/kg,2.24 mg/kg，均呈现出中等强度变异，存在空间自相关性。选择能表征丛枝菌根真菌特性的关键因子土壤菌丝密度，发现土壤菌丝密度与土壤全氮、有机质和速效磷含量呈极显著正相关性。以土壤菌丝密度为协变量的土壤全氮、有机质和速效磷的最优模型分别为高斯模型、球状模型和高斯模型，决定系数分别为0.709,0.757和0.467，均高于单一变量的土壤全氮、有机质和速效磷的决定系数。以菌丝密度为辅助变量的土壤全氮、有机质和速效磷均呈现强空间自相关性，有机质的变程较长，空间连续性较好;土壤全氮空间分布呈块状分布，对空间依赖性较强;土壤速效磷呈不规则斑块状，破碎化程度高。以菌丝密度为辅助变量进行协同克里格插值能够显著提高土壤全氮、有机质和速效磷含量的预测精度。

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煤炭学报

2020年第08期

954

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基于无人机LiDAR的榆神矿区采煤沉陷建模方法改进

作者(Author)：汤伏全 , 芦家欣 , 韦书平 , 李小涛 , 何柯璐 , 杨倩

摘要：煤矿地表沉陷监测中常规的大地测量和InSAR等遥感手段均有一定的局限性。利用无人机LiDAR对沉陷区进行地面扫描，通过多期数据叠加可快速获取地表沉陷盆地的精细特征。然而，按现有的主流点云滤波及插值算法所构建的沉陷模型往往包含显著噪声，限制了该技术在矿区的实际应用。以榆神矿区某开采工作面地表为实验区，针对其地形起伏而植被覆盖度较低的地理环境，利用低空无人机LiDAR获取两期4组地面点云数据，结合常规地表移动实测数据，研究基于激光点云的矿区沉陷建模改进方法。分别采用专业化数字高程模型插值、反距离权重插值、克里金插值、自然邻域插值、样条函数插值及三角网渐进加密滤波、基于高程阈值的滤波、多尺度曲率滤波、基于坡度阈值的滤波、渐进形态学滤波等主流点云插值和滤波算法，构建实验区数字高程模型(DEM)并进行误差对比分析，发现专业化数字高程模型插值及三角网渐进加密滤波算法的效果相对较优，但两期DEM叠加生成的初始沉陷模型仍然精度不足，主要包含点云平面位置误差、非地面点噪声、点云内插误差、水域覆盖范围变化等引起的模型误差。在分析上述误差分布特征及其改进途径的基础上，提出基于小波阈值的沉陷模型去噪优化方案。针对沉陷盆地和非沉陷区域选用不同的小波参数，先利用非沉陷区下沉值为零的先验条件，对全区域数据进行多层次小波分解，再对沉陷区进行低层次小波分解，最后将两者结果进行镶嵌处理。实测验证表明，经上述小波去噪后的沉陷模型精度得到显著改善，并有效保留了沉陷盆地的细节特征，沉陷模型的总体标准差在50 mm以内，能够满足西部矿区地表大变形监测的基本要求。进一步根据沉陷模型边缘的随机误差特征，提出了基于下沉坡度临界值的沉陷边界提取方法，为机载LiDAR技术用于西部矿区采煤沉陷的高效监测与精细建模提供了可行方案。

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煤炭学报

2020年第07期

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天-空-地协同的露天矿边坡智能监测技术及典型应用

作者(Author)：刘善军, 吴立新, 毛亚纯, 贺黎明, 王植, 许志华, 魏恋欢, 杨泽发

摘要：露天开采是我国矿产资源开采的主要形式之一，长期高强度、大规模开采形成了众多高陡边坡，由此带来的边坡失稳及灾害现象十分严重，对其进行有效监测和灾害预警，是边坡治理、安全保障和绿色矿山的关键。由于大型露天矿山地形复杂、观测条件困难、影响因素众多，传统的、单一的监测手段均难以奏效。在讨论智能监测相关概念的基础上，介绍了露天矿边坡智能监测的思想、内容和内涵;指出大型露天矿边坡智能监测的核心是天-空-地多平台多模式协同观测，包括时间协同、空间协同、参数协同和智能分析;介绍了目前大型露天矿边坡智能监测的 7 项关键技术，即导航卫星 GNSS 在线监测技术、雷达卫星InSAR 监测技术、光学卫星高分影像监测技术、无人机与TLS 联合监测技术、地基红外热像监测技术、顾及大气折光的测量机器人监测技术、基于 WiFi 的监测信息多终端显示技术。这些手段不仅要强调监测仪器的先进性、鲁棒性和精度，更要发挥多手段的时空互补性和过程协同性，而稳定可靠的通讯网络、快速自动的数据处理和智能综合的分析模块，是实现矿山滑坡智能监测和智能应急的关键。最后，以辽宁抚顺西露天煤矿特大滑坡、鞍钢鞍千铁矿大型排土场和鞍钢弓长岭铁矿滑坡的天-空-地协同观测为典型案例，介绍了适合不同矿山特点和任务需求的露天矿边坡智能监测技术方案及其取得的实效。

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煤炭学报

2020年第06期

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煤炭开采导致的农田生态系统固碳损失评估

作者(Author)：田惠文, 张欣欣, 毕如田, 朱洪芬, 席茜

摘要：煤炭开采活动损坏了原生地貌和地表植被，造成了矿区及其周边环境的破坏，引起植被-土壤碳汇量减少，导致了农田生态系统碳储量的大量流失。为了量化煤炭开采对矿区农田的生态影响范围，评估矿区农田生态系统固碳损失，本研究以长河流域矿区为例，构建了一种估算煤炭开采导致农田生态系统固碳损失的方法。利用矿区数据、遥感数据、气候数据、地理数据等确定农田直接受损区和参照区，通过测算直接受损区周边归一化植被指数(NDVI)的变化趋势确定间接受损区;采用增强自适应的遥感图像时空融合方法(ESTARFM)和CASA模型计算农田植被固碳量，实地采样并测试了农田土壤有机碳;结合矿区土地利用变化计算矿区农田生态系统固碳损失量。结果表明:2000—2015年，长河流域矿区因煤炭开采导致的农田直接受损面积为5.06km2，间接受损面积为18.99km2;矿区农田植被固碳量为3936.16t/km2，土壤碳储存量为6737.05t/km2;矿区农田生态系统固碳总损失量为30737.68t，其中直接受损区固碳损失量占总损失的42.12%，间接受损区固碳损失量占总损失的57.88%，表明间接受损区也应纳入煤炭开采导致的生态破坏的评估中;煤炭开采对矿区农田生态系统固碳量的影响属于失碳效应。

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煤炭学报

2020年第04期

999

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西部重点煤矿区土地退化的影响因素及其评估

作者(Author)：卞正富, 于昊辰, 侯竟, 牟守国

摘要：中国西部生态环境极其脆弱，煤炭资源开发与自然因素共同作用导致的矿区土地退化不容忽视，本文旨在揭示我国西部煤矿区土地退化的成因、程度、分布与趋势，为矿区土地退化防治与国土空间生态修复提供数据基础与决策依据。提出了煤矿区土地退化的概念，将煤矿区土地退化的直接因素划分为挖损、塌陷和压占，间接因素或外在表现划分为土壤侵蚀、植被退化与沙漠化或石漠化，结合实地调查并辅以高分辨率与高光谱遥感数据解译，提取了上述土地退化因素信息，并提出了土地退化外在表现的分级评价标准，进而构建了西部煤矿区土地退化的综合评价模型，对分布于黄土高原区、西南山地丘陵区、北方草原区和西北干旱区的12个重点煤矿区进行了土地退化信息提取、土地退化因素分析与土地退化综合评价。结果表明:① 影响井工煤矿的万吨塌陷率的因素有累计采厚、平均采深、煤层倾角及上覆岩性，影响露天煤矿的万吨损毁率的因素包括煤层厚度、剥离岩土厚度及其堆放方式。② 不同地域的矿区土地退化主要表现有所不同:黄土高原区为植被退化和土壤侵蚀，西南山地丘陵区为土壤侵蚀，北方草原区与西北干旱区植被退化、土壤侵蚀与沙漠化3者兼有。③ 矿山尺度的土地退化要比矿区尺度的更为剧烈，露天开采引起的土地退化要强于井工开采;矿区尺度的土地退化程度与煤炭资源开发强度(用煤矿扰动面积与矿区总面积之比表示)有关，开发强度越大，矿区土地退化程度越严重，而土地退化程度与开发强度并不呈正比，它还与矿区的生态脆弱性或承载力有关。因此,不同区域、不同采煤方法造成的土地退化形式及退化程度不一，因此需要采取不同的修复策略;为防止过度土地退化，需要根据矿区生态承载力确定合适的开发强度。

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煤炭学报

2020年第01期

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采用HYDRUS模拟采煤沉陷地裂缝区土壤水盐运移规律

作者(Author)：毕银丽, 伍越, 张健, 彭苏萍

摘要：煤炭的开采带来经济快速发展的同时也会带来一系列的生态环境问题，其中采煤沉陷产生的地裂缝是最直观的一种，其分布广、对土地破坏性大、对周边植物生长影响严重。西部矿井水矿化度较高，极易产生次生盐碱化，裂缝区的水盐运移对于该区域植物生长具有潜在的影响。为探究采煤沉陷地裂缝对土壤中水盐运移规律的影响，通过室内模拟试验，研究不同土壤盐浓度条件下，裂缝区土壤水盐分布特征，并运用数值模拟方法，建立采煤地裂缝土壤水盐运移模型，采用HYDRUS 2D软件进行模拟，将模拟值与实测值对比，结果表明:HYDRUS模拟数值与实测值呈现出相同的规律，满足精度要求，说明HYDRUS能够较好的模拟裂缝区域内的水盐运移。在56 d的模拟试验中，裂缝区土壤含水量在前3周为快速下降期，4~5周为中速下降期，5周之后为稳定期。越靠近地裂缝处土壤含水量下降越快，对于台阶为20 cm的地裂缝，其水盐含量影响范围约为水平距离裂缝45 cm处，地裂缝区域内土壤盐分运移趋势与水分基本一致，遵循盐随水行的运移规律，裂缝区含盐量有向下迁移的趋势，具有减轻次生盐碱化发生的潜力。

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煤炭学报

2020年第01期

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