山西阳泉自然煤矸石山生境及植被构建技术研究

发布时间：2020-09-16 07:55

　　该研究以环境生态学为理论基础,通过研究煤矸石山的自燃、水分和理化特性,分析研究了自燃煤矸石山植被构建的制约因素,提出了自燃煤矸石山生境构建的关键技术;在研究植物对煤矸石山环境胁迫下的抗性特点基础上,提出了煤矸石山植被构建的基本理论和技术方法。并结合阳泉煤业(集团)有限责任公司280自燃煤矸石山的生态恢复项目,将工业上的单纯灭火技术与林业生态的单纯种植技术实现对接,在自燃煤矸石山的生境和植被构建中取得了理论和实践上的突破。研究结果如下: 1.自燃煤矸石山基本特性 1)调查中发现:(1)覆土不当,会强化“烟囱效应”,导致火势加大;(2)传统的挡土墙和覆土设计施工不能阻隔空气;(3)治理过程中在煤矸石山上修筑的各种设施会形成煤矸石山空气流动的新通道。 2)使用Divener2000对自燃煤矸石山水分动态进行了监测。结果表明土壤覆盖改变了煤矸石山基质的水分条件:(1)覆土降低了煤矸石山的水分含量,裸露煤矸石山的年平均含水量为22.4%,覆土后只有12.2%。(2)覆土改变了煤矸石山水分季节变化规律,未覆土的裸露煤矸石山水分季节性变化不明显,覆土后的煤矸石山水分含量则呈现与降水相似的季节动态变化规律。水分最低的时间在雨季来临前的5月,最干旱的土层在高温煤矸石层,最低含水量仅为2.1%。(3)未覆土的裸露煤矸石山水分的垂直变异不大,上层0-20cm水分变化相对活跃,下层稳定;覆土后垂直变化十分明显。 3)自燃煤矸石山的温度特征为:(1)高温点水平分布没有规律性,分布极不均匀,一些火区相互重叠;(2)整个山体温度自上而下降低;(3)自燃煤矸石山的内部温度由表及里先升高后降低,大约在7m左右最高;(4)煤矸石山风化物导热性较低,温度由最高点随距离增加而急剧降低;(5)浅层温度与气温的变化规律一致,具有明显的日变化和季节性变化,深层变化不明显。 4)盐和酸是煤矸石山自燃的产物,总盐含量高达3.80%,但盐分含量的垂直和水平分布均没有规律性。煤矸石山高温区pH最低(pH2.8),自燃不明显的区域pH接近正常,为pH7.9;其垂直变化没有规律性。 2.自燃煤矸石山植被构建的制约因素 1)影响自燃煤矸石山植被生长的因子较多,其中高温、干旱、盐害、酸害、压实和养分缺乏是最重要的影响因子。 2)高温胁迫是影响植物成活的主要因素。植物的高温胁迫研究显示:(1)各种植物“致死”温度差异极大,在胁迫温度30℃-70℃,时间28-360h范围内,均有植物“死亡”;(2)植物具有较强的自我修复和对热害的躲避能力,在高温胁迫解除后,“死亡”的植物均可“复活”,没有找到每种植物的永久“死亡”温度。 3)植物在盐胁迫时,光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度等均会受到不同程度的影响。280煤矸石山植物分布范围的含盐量为0.13%。 3.自燃煤矸石山生境构建 1)针对煤矸石山覆土后“烟囱效应”的加强现象,设计了防止“烟囱效应”的新式挡土墙和排水设施施工方法,有效解决了空气从山脚进入,上部排出的问题。 2)针对注浆灭火过程引发爆炸的问题,研制了“自燃煤矸石山隔氧灭火注浆管”(专利号:ZL 2006 2 0024643.0)专利技术,解决了自燃煤矸石山注浆灭火过程进水进气,进水爆炸的矛盾。 3)提出的煤矸石山复式覆土方式初步解决了灭火压实和植物生长的矛盾。 4)从雨水资源化利用的角度出发,提出了坡面径流集水系统。 5)土壤改良研究过程发现:(1)黄土可以中和自燃煤矸石山的酸,覆盖的黄土没有酸性制约。(2)黄土不能解决盐渍化的问题,黄土覆盖后盐分依然很大。 6)微生物能缓解煤矸石对植物生长的胁迫。外生菌根真菌铆钉菇菌(Gomphidium viscidus)能在高浓度的煤矸石浸提液中接种存活,接种后的白皮松在煤矸石风化物中的成活率和生长量显著提高。 4.自燃煤矸石山植被构建 1)通过研究确定自燃煤矸石山植被构建的植物筛选原则为:(1)实地适植物;(2)乡土木本植物为主。 2)根据耐高温、抗干旱、耐盐碱的要求,筛选出了适宜在阳泉自燃煤矸石山栽植的乔木树种为榆树、刺槐、臭椿,侧柏、白皮松,灌木树种有紫穗槐、柠条、山皂荚、华北卫矛、紫叶小檗、连翘,藤本植物有爬山虎、杠柳、山荞麦,草本植物马齿苋、鬼针草、沙打旺、紫花苜蓿、鸭茅、高羊茅、升麻塘等。 3)自燃煤矸石山植物种植方式为:前期以直播草本植物以及前期生长迅速的灌木为主,后期补植木本植物容器苗。 4)建议的群落结构为下层以豆科和禾本科草本植物为主,上层以木本植物为主的复层结构。 5)抚育管护的方式是木本植物灌丛化,人为控制为地被植物为主的群落结构。
【学位单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2008
【中图分类】：X171.4
【部分图文】：

粒度偏析,空气通道,煤矸石山

图 1.2 矸石山的自然对流Fig.1.2 The Natural Convection on the Gangue Pile煤矸石山在自然堆放过程中，无论是平地起堆还是顺坡倾倒堆放，均会发生粒度偏析，使煤矸石山内形成空气通道，结果是煤矸石山产生“烟囱效应”（图 1.3）（张策等，1998；J 贝尔著，李竟生等译，1982；Bilger，1979；贾宝山，2001）。

示意图,倒排,排矸,示意图

所以临界风速有上限与下限值，当风速带走。从防治煤矸石山自燃的角度来说，不式来作为防治自燃的措施，所以关键的是控燃物的物理化学性质及环境条件有关。国内行过研究，但研究结果相差极大。一般认为／s 时，煤矸石不会发生自燃(陈永峰，2005方式对自燃的影响和块石为主，砂粒以下细粒含量很少，且颗排放堆积煤矸石，形成“倒排式”排放，多用下，滑落的煤矸石具有明显的分选性（如间，细小的粉碎状矸石靠近 A 端，越往 B 端形成了自燃的外部环境，自燃点一般在 AB 之处横向形成了一条燃烧带，燃烧带宽度一般刚等，1997)。

示意图,挡土墙,图片,夯实土

煤矸石山体覆风化层土层夯实土（隔离层）阻隔空气新式煤矸石山挡土墙示意图空气流通普通煤矸石山挡土墙示意图风化层覆土层煤矸石山体图 5.1 煤矸石山挡土墙示意图Fig.5.1 The Diagram of gravity retaining wall to Gnague Pile挡土墙的示意图见图 5.2，内侧和底部用 3：7 的灰土夯实。

【相似文献】