淮北矿区煤矿开采对土地资源影响及煤矸石充填复垦技术研究

发布时间：2017-10-09 00:20

  本文关键词：淮北矿区煤矿开采对土地资源影响及煤矸石充填复垦技术研究

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【摘要】：以淮北矿区为研究对象,利用3S技术对矿区进行土地破坏及利用情况调查,利用空间分析等工具对矿区土地利用分类及驱动力进行分析；以淮北芦岭煤矿煤矸石为例,依据矸石不同来源将区内煤矸石分为细矸、粗矸和洗矸3类,对不同类型煤矸石的理化性质进行探究。在研究区内建立试验小区,利用矿区不同类煤矸石分别进行充填复垦试验,研究复垦土地的地质环境效应。在复垦地上种植作物,监测复垦重构土壤中重金属在复垦地植被中的分布特征。为芦岭矿乃至全国矿区煤矸石充填复垦区的复垦及复垦地粮食安全性评价工作提供理论依据。研究结果表明： (1)利用3S技术快速、准确、便捷地获取研究区土地利用及覆盖的动态变化：煤炭的持续开采使得矿区大量土地变为塌陷水域,同时在政府和矿业集团对塌陷地进行复垦重利用后,部分损毁土地重新得到高效利用。(2)不同类型煤矸石的理化性质不尽相同,主要不同体现在块度和岩性两方面。细矸和洗矸以小块矸石为主,粗矸块度普遍较大；洗矸主要以粘土矿物较多的泥岩为主,粗矸主要以砂岩、粉砂岩为主。(3)研究区不同类型煤矸石及对照土壤饱和含水率相差很大,表现为对照组土壤洗矸细矸粗矸；同时不同类型煤矸石重构土壤对浅层地下水吸附能力表现为：洗矸细矸≈粗矸。(4)研究区复垦地重构土壤中重金属向地表植被的迁移及分布具有独特特征,复垦所用三种类型煤矸石Cu、Pb、Zn、Sn、Cd和Cr等7种重金属元素含量均未超过国家土壤环境质量二级标准,富集程度较低；研究区不同区块玉米各器官Cu、Pb、Zn、Sn、 Hg、Cd、Cr等7种重金属元素在果实中富集程度较低,在叶中富集程度较高；研究区同一区块玉米不同器官、不同区块玉米相同器官对重金属富集程度各不相同；研究区玉米各器官和煤矸石中重金属含量之间存在不同程度的相关性,不同器官对重金属存在不同吸收富集能力,叶与煤矸石重金属含量相关性较高,符合植被器官吸收富集重金属的一般规律。(5)研究区煤矸石充填对水体中多数指标的影响较大,细矸对水体中pH、氟化物等水质指标的影响较大；粗矸对水体中铅、锌和氯化物等水质指标的影响较大；洗矸对水体中铜、铅、铁和氯化物等水质指标的影响较大；各类培煤矸石主要通过释放能与钙镁离子化合的碱性阴离子而间接影响水体中的钙镁含量；铜、锌、铁、钙镁和氯化物在水体中的富集效应较弱,铅在水体中有一定的富集效应。
【关键词】：3S技术 土地资源 环境地质 煤矸石 塌陷区复垦 重构土壤
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD88
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 1 绪论16-26
• 1.1 研究背景及意义16-18
• 1.2 国内外研究概述18-23
• 1.2.1 国内外研究现状18-19
• 1.2.2 煤矿开采对地质环境的影响19
• 1.2.3 煤矿土地复垦发展历程19-22
• 1.2.4 重构土壤对地质环境的影响22-23
• 1.3 研究目标及内容23-24
• 1.3.1 研究目标23-24
• 1.3.2 研究内容24
• 1.4 技术路线24-26
• 2 研究区概况26-32
• 2.1 自然地理概况26
• 2.2 地层信息26-28
• 2.3 煤炭资源开发利用情况28-29
• 2.3.1 矿区煤炭资源开发历史28-29
• 2.3.2 矿区煤炭资源开发利用现状29
• 2.4 复垦潜力29-32
• 3 煤炭资源开发对土地资源破坏及影响研究32-48
• 3.1 煤炭开采对土地破坏的一般特征概述32-34
• 3.1.1 淮北矿区资源开发对土地资源的影响32-33
• 3.1.2 煤炭矿区塌陷区土地分析33-34
• 3.2 基于3S技术的矿区土地破坏及利用情况调查34-42
• 3.2.1 调查方法34-38
• 3.2.2 遥感影像分类38-40
• 3.2.3 分类后处理40-42
• 3.3 沉陷区土地毁损现状与土地利用分类42-44
• 3.3.1 沉陷区土地损毁现状分析42-43
• 3.3.2 研究区土地利用类型时空变化43-44
• 3.4 矿区土地利用变化驱动力分析44-48
• 3.4.1 经济发展因子44-45
• 3.4.2 人口因素45
• 3.4.3 城市化水平45-46
• 3.4.4 综合评价46-48
• 4 煤矸石充填复垦技术研究48-60
• 4.1 煤矸石充填复垦原理及意义48
• 4.2 煤矸石充填复垦的主要问题48-49
• 4.2.1 表层土壤水分含量问题48-49
• 4.2.2 煤矸石中重金属的潜在生态危害问题49
• 4.3 研究区煤矸石理化性质研究49-52
• 4.3.1 煤矸石分类49
• 4.3.2 煤矸石的采集方法与处理49-50
• 4.3.3 不同类型煤矸石颗粒级配和岩石类型50-52
• 4.3.4 不同类型煤矸石饱和含水率计算52
• 4.4 基于块度结构的充填复垦水分运移土柱模拟实验52-56
• 4.4.1 不同类型煤矸石水分运移曲线53-55
• 4.4.2 不同类型、不同高度煤矸石含水率计算55-56
• 4.5 试验小区复垦土壤及对照地样品采集和分析56-57
• 4.5.1 试验小区土壤样品采集方法56
• 4.5.2 试验小区不同深度土壤含水率分析56-57
• 4.6 试验小区生及对照地生物质样品采集和分析57-60
• 4.6.1 生物质采样方法与处理57
• 4.6.2 试验小区秋玉米产量估算57-60
• 5 煤矸石充填复垦的田间小区试验60-74
• 5.1 试验方案设计60-62
• 5.2 样品的采集与分析62-64
• 5.2.1 样品的采集62-63
• 5.2.2 生物质样品的分析63-64
• 5.3 主要重金属的生物迁移及分布特征分析64-68
• 5.3.1 研究区煤矸石重金属含量特征64-65
• 5.3.2 作物各器官重金属元素分异特征65-67
• 5.3.3 相关性分析67-68
• 5.4 复垦区土壤及地下水变化特征分析68-74
• 5.4.1 单因子指数评价68-70
• 5.4.2 水质差异性分析70-74
• 6 结论与展望74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 创新点75
• 6.3 展望75-76
• 参考文献76-82
• 致谢82-84
• 作者简介及科研成果84

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