青年科学家特刊（2022）（Special Issue of Young “Tigers” ）

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青年科学家特刊（2022）（Special Issue of Young “Tigers” ）

来源：煤炭科学技术

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 175个
关键词; 190位
专家; 37篇
论文; 13897IP
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陕北采煤沉陷区不同沉陷年限黄土坡面土壤可蚀性的变化规律

作者(Author)：宋世杰, 杜麟, 王双明, 孙涛

摘要：土壤可蚀性不仅可以定量刻画土壤自身抗侵蚀能力，还能反映人类活动产生的水土流失效应，研究煤炭采动损害对土壤可蚀性的影响有利于煤矿区生态环境保护。以陕北煤矿区沉陷年限分别为1～5、6～10 a的典型沉陷坡面土壤（垂直深度20 cm以浅）为研究对象，分别用MS2000激光粒度仪和总有机碳分析仪测定了土壤机械组成和有机质含量，并以此为基础利用EPIC模型计算土壤可蚀性K值，阐明了土壤机械组成和有机质的空间变化特征，揭示了沉陷坡面的水土流失效应。研究结果表明：① 陕北煤矿区开采沉陷不会改变土壤质地类型，但随沉陷年限增加坡顶部位土壤砂化程度加剧，坡中部位土壤砂化程度减缓，坡脚部位土壤砂粒含量下降趋势、黏粒含量增加趋势日趋明显。沉陷1～5 a的坡顶部位10～20 cm土层土壤物理结构恶化最为严重，沉陷6～10 a内的坡脚部位10～20 cm土层物理结构改善最为明显；② 开采沉陷会产生降低坡顶、坡中部位土壤有机质含量的效应，平均降幅为20.8%～55.3%。随着沉陷年限的增加，坡顶部位土壤有机质含量降幅加剧，坡中部位土壤有机质含量降幅减缓。沉陷6～10 a的坡顶部位0～10 cm土层土壤化学结构恶化最为严重，而对坡脚部位土壤有机质含量的影响不明显；③ 陕北煤矿区开采沉陷会产生提高周围土壤的可蚀性的效应，随着沉陷年限的增加，坡顶、坡中、坡脚部位土壤可蚀性K值增幅均有所减缓。沉陷1～5 a的坡顶部位0～10 cm土层土壤可蚀性K值增幅最显著，而沉陷6～10 a的坡中部位以及不同沉陷年限下坡脚部位0～10 cm土层土壤可蚀性K值变化不明显。开采沉陷会显著扩大坡顶部位两层土壤可蚀性的差异，缩小坡中、坡脚部位2层土壤可蚀性的差异；④ 陕北煤矿区沉陷坡顶土壤可蚀性K值较大，土壤抗侵蚀能力较差，应着重考虑人工措施如土壤结构改良、施肥等进行水土流失精准防控，坡脚、坡中部位则应着重考虑自然措施。该结果可为黄河流域中游煤矿区水土流失精准防控和生态环境保护与高质量发展提供科学依据。

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煤炭科学技术

2022年第02期

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荒漠化露天矿土壤湿度监测模型的构建———以红沙泉矿区为例

作者(Author)：岳辉, 朱蓉, 刘英, 魏嘉莉, 毕银丽, 姜凯升

摘要：土壤湿度作为表征矿区地表环境的重要指标，准确监测荒漠化露天矿的土壤湿度对矿区生态保护和可持续发展具有关键作用。以典型荒漠化露天矿区-准东红沙泉矿区及周边区域为研究对象，基于Landsat 8 OLI影像，利用基于植被信息的归一化植被指数NDVI、比值植被指数RVI、条件植被指数VCI，基于热红外波段的表观热惯量ATI和条件温度指数TCI以及基于反射率特征空间的垂直干旱指数PDI、土壤湿度监测指数SMMI反演红沙泉矿区的土壤湿度，结合实测土壤湿度数据验证得知上述指数的反演结果与实测样点的土壤湿度不符，即传统的土壤湿度指数不能单独作为研究区土壤湿度的指数因子。鉴于以上指数存在的不足和研究区特殊的生态环境，提出新裸岩石砾地指数NGLI，并结合SMMI、NGLI和NDVI通过线性加权构建一种适用于荒漠化露天矿区的土壤湿度模型NMSMI，最后评估其精度和适用性。结果表明：① 构建的裸岩石砾地指数NGLI能够有效提取研究区裸岩石砾地和露天采坑的土壤湿度，NGLI与实测土壤湿度呈显著负相关（R2=0.245,P<0.01），验证点的均方根误差RMSE为0.009；② 基于熵权法和线性加权法，利用SMMI、NDVI、NGLI三种指数构建新型修正土壤湿度监测指数NMSMI，经验证NMSMI与实测土壤湿度呈显著负相关（R2=0.517,P<0.01），验证点的均方根误差RMSE为0.004，且反演结果在空间分布上与实测土壤湿度相符。通过实测数据与各传统指数及NMSMI指数的对比与验证，说明NMSMI指数适用于特殊荒漠化露天矿区的土壤湿度监测。

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2022年第02期

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含水率对复垦土壤光谱特征及属性估测的影响

作者(Author)：张世文, 杨斌, 冯志军, 徐云飞, 程琦, 黄亚婕

摘要：为探讨不同土壤水分含量对复垦土壤高光谱特征及土壤属性反演精度影响，以安徽省淮北市某煤矿复垦区为研究对象，采集土壤样本并测定土壤理化性质及风干前后的土壤光谱信息。分析复垦与非复垦土壤之间的差异，明确不同水分条件下的光谱吸收特征，采用配对样本t检验探究不同水分条件下光谱影响波段；利用辐射传输模型和直接标准化算法去除土壤水分影响，并结合吸光度变化比较2种算法剔除效果；以土壤全氮为例，采用不同的波段筛选方法皮尔森相关系数PCC、连续投影算法SPA及其组合算法PCC-SPA建立干土、湿土及校正后光谱的土壤属性预测模型。研究结果表明：风干后复垦土壤光谱反射率明显高于非复垦土壤，两种土壤光谱在可见光波段的差异明显高于近红外波段；土壤水分影响较大的中心波段为1 000、1 450、1 950和2 200 nm，当含水率过高或过低时还会引起可见光波段的差异；与直接标准化算法相比，辐射传输模型能更加有效地去除土壤水分影响，得到的光谱曲线平均吸光度与干土近乎重合；受土壤水分影响，复垦土壤全氮的预测模型降低45.38%，采用辐射传输模型去除土壤水分后建立的预测模型精度显著提高，验证集R2提高超30%，且与干土R2相差小于10%；3种波段筛选方法均能有效地筛选出重要波长变量，其中PCC-SPA筛选出的波段不超过7个，极大优化了模型结构，减少建模时间。该研究结果可作为该区域湿土土壤属性估测的重要方法，为进一步提高煤矿复垦土壤原位属性监测提供新的思路。

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2022年第02期

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非离子型复配捕收剂强化长焰煤浮选试验研究

作者(Author)：王磊, 李孟乐, 常国慧, 魏鑫鹏, 桂夏辉

摘要：非离子型复配捕收剂在低阶煤煤泥浮选综合指标上具有明显优势，但浮选效果易受非离子型表面活性剂类型影响。选用油酸二乙醇酰胺（ODEA）、聚氧乙烯单叔辛基苯基醚（OP-4）、失水山梨醇单油酸酯（Span80）分别与煤油混合制备复配捕收剂进行浮选试验，借助药剂分散性试验、接触角测试、X射线光电子能谱分析、分子动力学模拟等手段，研究了酯类、醚类、酰胺类非离子型复配捕收剂对长焰煤煤泥浮选的影响规律与强化机理。浮选试验结果表明，复配药剂具有较优捕收性和选择性，均可不同程度改善浮选效果，其中复配酯类Span80捕收剂浮选效果最佳，复配醚类OP-4捕收剂、复配酰胺类ODEA捕收剂效果相当，煤油效果最差。机理分析表明，3类非离子型表面活性剂均提升了长焰煤颗粒疏水性，但疏水强化程度因表面活性剂类型而异，主要体现在药剂对煤亲水位点覆盖与烃类油乳化分散的双重作用。由于氢键键合作用，Span80分子极性基团可有效覆盖煤粒表面极性位点，且分子疏水端向水相延伸，大幅增加了煤颗粒表面疏水性；ODEA分子同样可有效覆盖煤粒表面极性位点，效果较Span80分子稍差，但优于OP-4分子。三类非离子型表面活性剂均降低了煤油液滴尺寸，测定弦长集中在50～150 μm。复配酯类Span80药剂体系液滴数量最多，增加了其与煤粒疏水位点的接触时长与面积，更有利于浮选。OP-4相较ODEA，其乳化分散烃类油的优势在一定程度上弥补了其覆盖煤亲水位点的不足。

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2022年第02期

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ASE萃取对低、中阶煤增产生物气的研究

作者(Author)：武俐, 曹斌, 李怀珍, 罗永涛, 刘兴勇

摘要：为研究有机溶剂萃取对不同煤阶煤生物气的增产效果，采用加速溶剂萃取法（ASE）分别对中阶煤与低阶煤进行预处理，对原煤预处理后所得残煤和萃余物进行微生物成气实验。通过改变ASE的条件参数，讨论不同萃取温度和萃取次数对煤萃取效果的影响，分析了不同煤阶的原煤、萃取残煤和萃余物的生物甲烷的产生途径及增产效果，对原煤、萃取残煤和成气后残煤进行了傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，研究了煤中化学结构和官能团的变化。结果表明：ASE萃取的最佳条件是萃取温度为100 ℃，萃取次数为10次；中阶煤的萃取率为1.06%，低阶煤的萃取率为4.23%。在煤生物产甲烷过程中，第一阶段生成的甲烷主要是二氧化碳氢还原途径产出，而第二阶段产生的甲烷主要由乙酸发酵主导。ASE萃取后，中阶煤的残煤和萃余物的生物甲烷产量分别比原煤提高了38%和210%；低阶煤的残煤和萃余物的生物甲烷产量分别比原煤提高了17%和113%。低阶煤经ASE萃取后所得残煤和萃余物的甲烷产量均大于中阶煤的残煤和萃余物，分别高出了33%和4%。原煤经ASE萃取后部分芳环被打开，碳碳双键和羧基含量增加；萃取残煤经微生物作用后，煤中碳碳双键和羧基含量均减少。不同煤阶煤经萃取后明显提高了微生物的利用效率，增加了生物甲烷产量，该方法可为煤生物甲烷的增效研究提供一种新途径。

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2022年第02期

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