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主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

“黄河流域矿区生态保护与可持续发展”专题

来源:煤炭学报

黄河流域生态保护和高质量发展是事关中华民族伟大复兴的千秋大计,要综合治理、系统治理、源头治理。黄河流域矿区生态环境修复是整个大黄河流域生态修复的重要组成部分。黄河流域成为我国煤炭开发规模最大的地区,我国14个大型煤炭生产基地有9个分布在黄河流域,煤炭年产量约占全国总产量的70%左右。黄河流域面积约80万平方公里,其中含煤区域面积超过35.7万平方公里。

煤炭开发对地表环境和生态、地表水和地下水资源产生严重影响,成为黄河流域生态环境最严重的人为干扰因素。黄河流域生态修复不仅仅是黄河水沙协调,更是黄河流经所滋养和直接影响的地理生态学区域的保护与修复。十八大后生态文明建设、美丽中国建设的战略思想为绿色矿山建设带来了新的机遇与挑战,保护黄河,就是保护母亲河。

为了配合国家和行业对绿色矿山的重大战略需求,交流共享矿业领域对流域矿区土地复垦与生态修复方面取得的最新科技成果,推动我国能源与环境可持续发展。《煤炭学报》编辑部特邀中国矿业大学(北京)彭苏萍院士、毕银丽教授共同担任客座主编,策划本专题。

行业视野

环境保护

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  • 作者(Author): 《煤炭学报》

    摘要:本期封面为“黄河流域矿区生态保护与可持续发展”专题
  • 作者(Author): 《煤炭学报》

  • 作者(Author): 彭苏萍, 毕银丽

    摘要:  黄河流域是我国重要经济地带,也是我国重要的生态屏障。2019年9月18日,习近平总书记在郑州主持召开黄河流域生态保护和高质量发展座谈会并发表重要讲话。2020年8月31日,中共中央政治局召开会议审议了《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》。会议提出,黄河流域生态保护和高质量发展是事关中华民族伟大复兴的千秋大计,要综合治理、系统治理、源头治理。  黄河流域生态保护不仅针对黄河本身治理,也包括黄河流经所滋养和直接影响的地理生态学区域保护。以近20 a来该流域高速发展的煤炭工业为例,我国14个大型煤炭生产基地有9个分布在黄河流域,黄河流域煤炭不仅储量大而且煤种齐全,煤质好,赋存条件好,是我国煤炭开发规模最大的地区,煤炭年产量约占全国总产量的70%。最近,我国煤炭地质工作者对鄂尔多斯盆地富油煤进行了初步评价和研究,发现煤的焦油产率最高超过17%,仅陕西省富油煤总量就达1 500亿t以上。预测全盆地富油煤总量大于3 000亿t,煤中潜在的油资源量约300亿t,气资源量约45万亿m3,这一地区将会成为我国重要的煤基油气资源富集区,对立足国内增加油气供给具有十分重要的意义。可以预见,在未来的10 a内,黄河流域煤炭的产能还有进一步加大的趋势!   中共中央政治局会议把水资源作为黄河生态保护最大的刚性约束是十分正确的。黄河流域煤炭开采引起地表沉陷、地面塌陷和裂缝,对地下水资源和生态环境产生严重的影响。煤层开采形成的导水裂缝贯通地表,煤炭规模开采导致矿区地下水位大范围和大幅度疏降,天然泉眼在逐步消失,地表水系逐年干涸,导致大面积的乔、灌、草等荒漠植被衰败减少,加速了荒漠化进程,形成了水资源与生态环境之间的恶性循环。  黄河流域煤炭基地的生态环境修复是整个大黄河流域生态修复的重要组成部分,其生态环境保护与修复要坚持“绿水青山就是金山银山”的理念,更要有“开发金山银山再造绿水青山”的决心。西部大开发以来,煤炭开采重心已经从东部转移到西部,尤其是在黄河流域。针对黄河流域不同煤矿区开发过程对水、土资源受损的影响程度与范围,揭示其对生态系统结构功能的影响。利用生态自修复规律与人工修复方法有机结合,实现主动治理,使煤矿区生态环境修复成为黄河流域生态治理的典范并推广至其他行业,实现黄河流域煤矿区生态环境修复的可持续发展。  针对黄河流域矿区生态保护与可持续发展的关键技术问题,《煤炭学报》于2021年第5期策划出版“黄河流域矿区生态保护与可持续发展”专题,共收到来稿125篇,最终录用刊登25篇。论文涉及黄河流域矿区地质环境监测技术与方法、开采沉陷与环境治理技术、水资源保护与利用、生态修复技术与方法、山水林田湖草综合治理、水土保持与改良技术、生态格局规划与修复模式、矿区生态演变规律的探测信息技术与方法、矿区生态水文特征等研究方向。希望该专题的出版,能给从事矿山生态修复的广大科技工作者以借鉴与启迪。  在专题刊出之际,衷心感谢各位专家学者的大力支持,特别感谢各位评审专家认真细致的审阅并提出中肯意见,以及《煤炭学报》编辑部为本专题的策划、评审和出版所付出的辛勤工作。
  • 作者(Author): 毕银丽, 彭苏萍, 杜善周

    摘要:露天煤矿开采对生态环境最严重和直接的影响是对水资源破坏与土地资源的挖损占压,对生态系统的种群破坏。西部干旱半干旱露天矿区生态重构的关键是水资源保护与利用、排土场土层结构重构、表土改良和植被优化组合。西部干旱半干旱露天矿区生态重构核心是研发露天矿区岩层结构与含水量探测技术,监测地下水存在的范围与边界。以水资源量为约束,构建排土场近地表合理的土层结构,实现重构土层保水与涵水动态协调供给。提出干旱半干旱露天矿排土场近地表高效低成本的表土生态层-涵水层-隔水层的三层土层重构结构模型,研发物探检测成套技术与装备,监测矿坑水来源、排土场土层结构与含水率,保证生态工程水资源有效利用。结合土地的生态承载力,对排土场重构生态进行功能分区与景观设计。开发新型微生物菌剂培养配方,揭示微生物改良土壤及抗逆境机理,形成较好的有机生物立体生态重构模式,可产生较好的经济、生态和社会效益,促进矿区绿色可持续发展。通过对西部干旱半干旱露天矿区及其周边环境动态观测,在生态条件差的地区,人工干预能有效地打破原始生态禁锢,刺激生态正向发展,获得西部干旱半干旱露天矿区自然与人工生态协调发育规律。解豁了科技界担心大规模的煤炭开发使西部干旱半干旱地区的生态环境进一步恶化,造成“雪上加霜”效应的难题。同时针对西部干旱半干旱区露天矿排土场重构土壤的结构差、肥力低、植物种类单一,重构生态难的现状,采用微生物-植物联合修复技术,研发多型号生物修复菌剂和基质,有效地促进了植物根系发育,增强了植物抗土壤压实、养分贫瘠、干旱缺水及易盐碱化等逆境的生理生化反应,人工干预重构后的生态环境比原生态效应提高10倍以上。实践了西部露天煤矿区既要金山银山,再造绿水青山的生态理念。
  • 作者(Author): 王双明, 师庆民, 王生全, 申艳军, 孙强, 蔡玥

    摘要:黄河中上游是国家大型煤炭基地集中分布区,也是我国富油煤的主要生产区。受我国“缺油、少气、相对富煤”资源禀赋特点的制约,煤炭安全绿色开采,清洁低碳利用已成为保障国家能源安全的重大需求。实现黄河流域富油煤开发与生态环境保护协调发展,对缓解我国油气供应紧张、保障能源战略安全具有重要的科学价值和现实意义。富油煤是集煤油气属性为一体的煤炭资源,其油气潜力、特殊性、关键地质问题亟需研究,绿色低碳化开发技术亟待探索。① 富油煤主要赋存于中低阶煤类中,主要特点是富含较多富氢结构;在隔绝空气加热时,可生成油、气和半焦。半焦主要成分为固定碳,与无烟煤相近;气体的主要成分是CH4,H2,CO等,可以作为燃料气和原料气;油为煤焦油,类似于重质石油,可通过前处理、加氢精制和加氢催化裂化工艺等达到清洁燃料油标准;② 富氢结构是富油煤具有油气资源属性的物质基础,研究富氢结构的岩石学、沉积学特征及变化规律,分析富氢结构物质来源、沉积转化、变质演化、聚集规律及地质驱动机制,是构建富油煤预测模式与评价理论的基础;③ 梯级利用和原位热解是富油煤绿色低炭开发的重要途径。富油煤地面热解-气化一体化、热解-化工-发电一体化技术可以实现清洁高效利用,井下原位热解有望破解清洁低炭利用的难题。其中,矿井式原位热解技术通过井巷工程布置方式,利用井下巷道开展煤层分割、保温封闭,通过煤层原位加热实现井下热解生产油气;钻孔式原位热解技术通过注热孔加热和油气抽采孔回收油气,也可借助人工辅助造缝,实现加热回收油气。将富油煤作为煤基油气资源管理和开发,是新时代煤炭工业高质量发展的重要取向。
  • 作者(Author): 卞正富, 于昊辰, 雷少刚, 尹登玉, 朱国庆, 牟守国, 杨德军

    摘要:黄河流域煤炭资源富集与生态环境脆弱并存,亟待破解煤炭资源开发与生态环境保护的矛盾,构建黄河流域高质量发展新格局。为此,构建了黄河流域资源环境承载力指标体系,揭示了黄河流域资源环境承载力指数的时空规律;重新审视了煤炭资源开发强度测算方法,量化了黄河流域42个煤矿区的煤炭资源开发强度;利用耦合协调度模型测度了矿区尺度煤炭资源开发强度与区域尺度资源环境承载力的匹配程度。结果发现,下游以高级协调为主,显著高于中上游。但中上游变化趋势有差异:中游从初级协调(0.63)降至勉强协调(0.55);上游以初级协调为主,耦合协调度从0.60提升至0.62。随着能源战略重心西移,晋陕蒙宁四省区的煤炭开发强度不断增大,特别是榆横、榆神、吴堡、离柳等矿区煤炭资源开发强度已然与资源环境承载力不匹配;青海木里矿区从勉强协调(0.53)降至中度失调(0.25),降幅超50%;甘肃整体改善幅度较大,各矿区均有不同程度提升。基于此,研判黄河流域煤炭资源保护性开发利用战略:①要从“水资源-煤炭资源-社会经济-生态”的全局性视角探析黄河流域“煤水双保”;②与资源环境承载力不相匹配的煤炭开发方式亟需改进或退出;③煤炭资源开发应与更大尺度的国土空间规划相协同;④加强闭矿后矿业废弃地与废弃矿井的资源化利用。鉴于黄河流域地域跨度大、矿区分布广,历史遗留问题较多、潜在生态风险较高,点上问题亟待解决、线上问题不容忽视、面上问题更需重视。建议将黄河流域煤矿区划分为青甘保育区、蒙宁陕风沙区、晋陕黄土区、豫鲁平原区4类区域,未来煤炭资源开发与生态修复应实施分区管控、分类治理、分级修复、分步推进,坚持生态保护与修复并举、自我恢复与人工修复并重,以期为黄河流域生态保护与煤炭高质量发展提供科技支撑。
  • 作者(Author): 胡振琪, 袁冬竹

    摘要:黄河下游流经河南和山东两省,该区域为冲积平原地貌,既是我国的粮食主产区,也是重要的煤炭基地。平原煤矿区煤炭开采最主要的生态环境问题是采煤塌陷并严重积水,造成耕地面积减少、生态环境恶化。本文以黄河下游平原煤矿区采煤塌陷地为研究对象,针对治理范围、积水机理和稳沉性分析这三大采煤塌陷地治理的基础性问题进行探讨,并研究其治理战略。研究表明:(1)采煤塌陷地治理范围是一个隐伏信息,比较难以精准确定。传统以下沉10mm的沉陷边界作为治理范围往往过大,应以塌陷对建筑物和耕地的损毁边界作为采煤塌陷地治理范围,对建筑物的损害边界以临界变形值i=3mm/m,ε=2mm/m,K=0.2mm/m2来确定,耕地损毁边界以对耕地生产力开始产生影响的临界下沉值、临界倾斜值、临界水平变形值的最小值来圈定,并提出耕地损毁临界变形值计算方法和治理范围圈定方法。(2)采煤塌陷地积水是平原矿区生态损毁的主要特征和优选治理技术的关键,它主要与地表下沉量、潜水位、气候、土壤结构和质地等因素有关,本文通过厘清塌陷后的地表与潜水位的关系,阐述了塌陷积水的机理及动态过程,并以是否积水作为土地损毁程度评价的重要标准。(3)塌陷稳定性是治理措施和时机选择的关键,本文提出了基于治理阶段性和考虑未来(周边与多煤层)开采影响的塌陷稳定性分析方法。(4)针对黄河下游平原煤矿区耕地损毁严重的问题,改变传统的“末端治理理念”和“零和博弈思维”,提出了“采煤与耕地保护协同发展战略”和“边采边复战略”,可有效保护和恢复耕地,实现煤炭开采与生态保护的协同发展。
  • 作者(Author): 侯恩科, 谢晓深, 王双明, 龙天文, 石增武, 杨征, 黄永安, 谢永利, 陈真, 白坤, 马越, 郭亮亮, 王岗

    摘要:煤炭开采对风化基岩含水层和潜水含水层的影响是榆神矿区“保水采煤”研究的重点。为揭示榆神矿区风沙滩地区中深埋厚煤层开采条件下地下水动态变化规律和机理,以榆神矿区中部某矿首采工作面(01工作面)为研究区,采用钻探、地下水位观测、野外实地探查和综合分析等方法,研究了采动地下水动态变化规律及其与覆岩损害和地表下沉之间的耦合关系。结果表明:① 风化基岩含水层水位随回采表现出“先下降后回升”并恢复至初始水位的动态变化过程,中间可分为“快速下降”、“回升恢复”和“稳定波动”3个阶段,平均持续时长为102 d。在水位快速下降阶段,水位最大降深、平均下降速率均呈正态分布,且与距工作面中心距离呈指数函数关系;水位回升恢复阶段,持续时长和平均回升速率与距工作面中心距离呈负相关关系;② 当潜水含水层分布局限、侧向补给缺乏时,潜水含水层水位出现“先下降后回升”和“持续下降”至稳定2种动态变化规律,且均未恢复至初始水位;③ 面内风化基岩含水层水位动态变化过程与风化基岩层的剧烈下沉密切相关,风化基岩层下沉速度的增大和减小过程分别对应水位的下降和回升过程,水位下降则与其下沉、临时性裂隙和离层发育有关,水位回升则是下沉减缓、临时性裂隙和离层的闭合以及含水层侧向补给因素有关;面外风化基岩含水层水位的动态变化则与其侧向补给有关;④ 面内潜水位的动态变化过程与地表下沉密切相关,其水位下降与地表活跃阶段早期剧烈下沉具有同时性和一致性,地表下沉造成的潜水水头差和潜水的渗流出露是造成水位下降的主要原因;水位回升则是地表进入活跃阶段后期和衰退阶段,高位潜水侧向补给和大气降水补给造成的;面外潜水位持续下降则是潜水侧向渗流和补给不足造成的;⑤ 中深埋煤层开采条件下,导水裂隙带一般不会导通至风化基岩层,风化基岩含水层水和潜水含水层水不会因采动导水裂隙而漏失,风化基岩水位可恢复,潜水含水层水位会因采动地表移动发生变化。

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