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论露天矿区近自然生态修复

煤炭学报 2024年第4期49卷 2021-2030页

作者：雷少刚夏嘉南卞正富程伟中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心江苏徐州221116

露天矿区生态修复面临着重建生态系统自维持力低、维持成本高,尤其是修复后“采矿痕迹”明显等问题,亟待协调好人工修复与自然恢复的关系,升级发展传统生态修复模式,促进露天矿区人与自然和谐共生。在长期的理论方法研究和应用实践经验... 详细信息

露天矿区生态修复面临着重建生态系统自维持力低、维持成本高,尤其是修复后“采矿痕迹”明显等问题,亟待协调好人工修复与自然恢复的关系,升级发展传统生态修复模式,促进露天矿区人与自然和谐共生。在长期的理论方法研究和应用实践经验总结基础上,①提出了露天矿区近自然生态修复的必要性及其理论内涵与技术框架。近自然矿山生态修复是参照本地自然地貌、水文、土壤、植被、景观及其演变规律,使修复后的矿业斑块达到与周边自然生态系统近似的结构与功能状态,并与周边自然地貌、水系、景观相融合的修复模式,是对传统生态修复模式的升级,逼近“采矿无痕”是其追求的理想状态。②近自然生态修复是露天矿生态化设计的重要构成,其技术环节主要包括,参照生态系统学习、近自然地貌重塑、水文衔接与调控、矿山活土层重构、植被重建与多样性重组等。参照生态系统学习为后续各个修复环节提供修复目标与参数。近自然地貌重塑是近自然生态修复的核心与基础,包括内排土场全生命周期近自然地貌重塑、外排土场近自然地貌重塑、邻近自然问题地貌协同重塑等。水文衔接与调控要解决河道沟道的优化布局、矿区上下游水系的衔接、以蓄代排径流调控等。矿山活土层重构包括矿山土物理结构重组、微生物和养分循环过程重构等内容;植被重建与多样性重组包括近自然的植物群落与多样性配置,以及近自然的植株空间布局等。③实践分析表明,露天矿近自然生态修复有助于减少土壤侵蚀,提高地貌稳定性,增强重建生态系统的自维持能力,有利于实现露天矿区“采矿无痕”,促进人与自然和谐共生。

关键词：露天开采矿山生态生态化设计自然修复地貌重塑

面向中国式现代化的国土空间治理:从理论逻辑到实现路径

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中国土地科学 2024年第1期38卷 9-19页

作者：于昊辰吕晓杨俊卞正富青岛科技大学经济与管理学院山东青岛266061 东北大学文法学院辽宁沈阳110169 中国矿业大学公共管理学院江苏徐州221116

研究目的:阐释中国式现代化语境下国土空间治理的新要求及理论逻辑,为助推中国式国土空间治理现代化提供路径支撑。研究方法:理论分析法、归纳演绎法和逻辑推理法。研究结果:(1)依据中国式现代化的核心要义,国土空间治理有必要在人地协... 详细信息

研究目的:阐释中国式现代化语境下国土空间治理的新要求及理论逻辑,为助推中国式国土空间治理现代化提供路径支撑。研究方法:理论分析法、归纳演绎法和逻辑推理法。研究结果:(1)依据中国式现代化的核心要义,国土空间治理有必要在人地协调、公平均衡、特色鲜明、绿色高效、稳定安全等方面发挥更大的价值和作用。(2)归纳阐释了中国式现代化与国土空间治理之间所存在的系统协调、协同共生、演绎交互、调适匹配、包容共区5大理论逻辑。(3)由于区域间和城乡间差距(宏观)、产业间和地类间竞争(中观)、部门间和主体间博弈(微观),国土空间治理落实中国式现代化要求仍有较大差距。(4)从规划引导、用途管制和实践行动出发,提出区域协调与城乡融合、调适匹配与差别管控、精细治理与共治共享的中国式国土空间治理现代化路径。研究结论:国土空间治理将始终贯穿于中国式现代化的各个方面和各个环节,从中国式现代化的时代特征和整体逻辑去反思治理路径,可为拓展具有中国特色的国土空间治理内涵外延和理论实践提供有效参考。

关键词：空间治理中国式现代化国土空间理论逻辑路径

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新疆煤炭资源开发潜力与开发策略

煤炭学报 2024年第2期49卷 967-977页

作者：卞正富张益东王猛王长申韩晓彤牟守国任清晨李国栋中国矿业大学教育部矿山生态修复工程研究中心江苏徐州221008 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221008 中国矿业大学碳中和研究院江苏徐州221008 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221008 中国矿业大学公共管理学院江苏徐州221008 新疆大学地矿学院新疆乌鲁木齐830046

鉴于新疆煤炭资源赋存条件的独特性以及煤炭赋存区生态环境的脆弱性,科学开发新疆煤炭资源成为当务之急。为此,简要论述了新疆煤炭资源地质赋存条件、赋煤区水文地质条件、自然地理与生态环境条件,分析了新疆煤炭资源开发潜力。结果表明... 详细信息

鉴于新疆煤炭资源赋存条件的独特性以及煤炭赋存区生态环境的脆弱性,科学开发新疆煤炭资源成为当务之急。为此,简要论述了新疆煤炭资源地质赋存条件、赋煤区水文地质条件、自然地理与生态环境条件,分析了新疆煤炭资源开发潜力。结果表明:新疆煤炭资源极为丰富,全区预测煤炭资源量2.19万亿t,占全国总预测储量的40%以上;新疆共有24个预测资源量超过100亿t的煤田,其中5个煤田预测资源量超过1 000亿t,8个煤田预测资源量在400亿~1 000亿t,11个煤田预测资源量在100亿~400亿t;潜在煤炭资源量中,1 000 m以下浅储量占比52.8%。新疆煤炭资源以低阶烟煤和中阶烟煤为主要煤阶,其次是中煤阶煤中的高阶烟煤,而低煤阶煤中的褐煤和中煤阶煤中的超高阶烟煤以及高煤阶煤中的无烟煤,分布范围和数量极为有限,所占资源总量的比例很低;综合考虑疆煤外运、疆电外送、西气东输以及本地煤化工产业规划,预计2035年新疆煤炭产能有望超8亿t。在此基础上,构建了生态环境承载力评价指标体系,对新疆规划建设的五大煤矿区生态环境承载力进行了评价,得出:新疆煤炭资源赋存区生态环境承载力整体处于中低水平,五大煤矿区生态环境承载力均值排序为伊犁(0.42)>库拜(0.38)>和丰(0.31)>准东(0.25)>吐哈(0.22),呈现出由西到东递减的趋势。针对新疆煤炭资源开发条件与潜力,提出了优化煤炭资源开发布局、推动开采技术升级、推进智能采矿技术、强化绿色开采理念、拓展煤炭多元化利用渠道等策略。

关键词：新疆煤炭开发潜力生态承载力开发策略

先验信息驱动的DSInSAR自适应相位优化算法

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中国矿业大学学报 2024年第2期53卷 409-420页

作者：李世金卞正富高延东张书毕郑南山张秋昭张艳锁田雨中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 中国矿业大学自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室江苏徐州221116

相位优化是分布式散射体干涉合成孔径雷达(Distributed Scatterers Interferometric Synthetic Aperture Radar,DSInSAR)技术中提升相位信噪比的关键步骤.为了改善现有相位优化算法在矿区大梯度形变对应密集条纹处的相位信息严重损失问... 详细信息

相位优化是分布式散射体干涉合成孔径雷达(Distributed Scatterers Interferometric Synthetic Aperture Radar,DSInSAR)技术中提升相位信噪比的关键步骤.为了改善现有相位优化算法在矿区大梯度形变对应密集条纹处的相位信息严重损失问题,提出一种基于先验信息驱动的DSInSAR自适应相位优化算法.算法首先采用常规小基线集技术反演初始时序形变相位,通过时序相位预处理获取先验形变相位信息;然后将其从原始单视复数(Single Look Complex,SLC)相位中去除,获取SLC残余相位,结合相干性次幂加权策略构建残余相位优化模型,通过先验形变相位补偿,估计最终优化相位.试验结果表明:提出算法可有效兼顾大梯度形变场对应条纹密集区域的相位信息保护及噪声抑制,且有效提升了大梯度形变区域的监测点密度及监测精度,较常规优化算法具有更好的自适应效果及优化性能.

关键词： DSInSAR 相位优化先验信息矿区形变监测

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新疆煤炭资源-水资源-自然生态地理组合类型划分及生态修复策略

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绿色矿山

绿色矿山 2024年第2期 191-205页

作者：于昊辰张建韩晓彤牟守国卞正富青岛科技大学经济与管理学院中国矿业大学矿区土地利用与生态安全治理研究中心中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心

源于不同类型资源配置或要素组合之下所呈现的区域差异性，分区分类、因地制宜是科学实施生态保护修复的题中之义。在新疆，大规模采矿扰动与干旱脆弱生态环境的空间耦合所导致的土地退化问题严峻，而资源禀赋及生态环境差异又决定了不... 详细信息

源于不同类型资源配置或要素组合之下所呈现的区域差异性，分区分类、因地制宜是科学实施生态保护修复的题中之义。在新疆，大规模采矿扰动与干旱脆弱生态环境的空间耦合所导致的土地退化问题严峻，而资源禀赋及生态环境差异又决定了不同矿区生态问题及保护修复措施的差异将是一种必然，但尚缺乏保护修复分类方案的理论与实践探索。为此，尝试从“煤炭资源-水资源-自然生态地理(简称CR-WR-PGE)”的不同组合类型出发，对新疆5个煤炭基地所涉及的矿区进行分类，进而提出差异化的生态保护修复策略。结果表明：(1)基于CR-WR-PGE的定性关联分析，构建了基于空间叠置法的CR-WR-PGE组合类型划分理念及概念模型，提出了包括3个方面、5项指标叠置的简化划分方式。(2)以5个煤炭基地为例，共划分出69种CR-WR-PGE组合类型，其中准东、吐哈、伊犁、库拜、和丰分别有15、17、25、33、24种不同的组合类型，并较为系统的分析了5个煤炭基地各自组合类型的主要特征。(3)结合CR-WR-PGE不同组合类型的共性与特性提出了新疆矿区三级分类体系，包括戈壁荒漠矿区、荒漠草原矿区和绿洲矿区3个Ⅰ级类，并细化为6个Ⅱ级类和17个Ⅲ级类。(4)基于Ⅰ级类划分结果，提出差异化的生态保护修复策略，其中戈壁荒漠矿区可适当放宽对于植被恢复的要求，并重视规模性砾幕层重构；荒漠草原矿区则可通过引导型修复模式，消除或减少人类活动负面扰动来促进土地生态系统要素的自我恢复；绿洲矿区在生态保护方面仍需由政府规划主导，但生态修复方面可允许资本有序注入矿山生态修复领域，探索建立多元市场化修复机制。未来，建议在矿区生态保护修复领域树立CR-WR-PGE组合类型这一新理念，既可为“一矿一策”提供边界和指导，又能为维护区域生态安全提供科学依据。

关键词：新疆煤矿区生态保护修复煤炭资源水资源自然生态地理

关闭/废弃矿井地热能开发利用研究现状与进展

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煤炭学报 2022年第6期47卷 2243-2269页

作者：浦海许军策卞正富 HOLGERSchüttrumpf 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 新疆工程学院矿业工程与地质学院新疆乌鲁木齐830023 中国矿业大学教育部矿山生态修复工程中心江苏徐州221116 亚琛工业大学水利工程和水资源管理研究所亚琛52062

探索清洁能源发展的创新途径是实现我国“双碳”目标的重要推动力。低焓地热资源(<85℃)是一种零碳清洁能源,可加快居民热能需求的脱碳进程。然而,低焓地热资源的开采面临着投资成本大、易诱发地质环境灾害等问题,限制了其大规模的开发... 详细信息

探索清洁能源发展的创新途径是实现我国“双碳”目标的重要推动力。低焓地热资源(<85℃)是一种零碳清洁能源,可加快居民热能需求的脱碳进程。然而,低焓地热资源的开采面临着投资成本大、易诱发地质环境灾害等问题,限制了其大规模的开发与利用。而关闭/废弃煤炭矿井,由于具有丰富的水、热及空间资源,可创新性地开发低焓地热资源并延长矿区的经济寿命,降低对环境与经济的负面影响。为此有必要对废弃矿井开采地热能相关的技术、经济、环境和政策等因素进行全面的梳理。因此,进行了广泛的文献综述,从废弃矿井地热能开采原理的角度,概述了其系统、热源、需求及政策等方面的研究成果,特别是对矿井水体积、连通性和温度特征及其影响因素进行了详细的分析。在此基础上,讨论了以解析模型、数值计算及现场实验方法评估废弃矿井地热能利用可行性的研究进展。此外,为了直观地说明废弃矿井地热能的利用潜力,考虑围岩动态补热机制,以徐州矿区关闭张集矿为分析案例,估算了其可利用的地热资源。结果表明:张集矿静态储能约为278000 MW·h,围岩动态补热量(0.5 a)约为4731.4 MW·h,系统供能的碳排放系数仅为0.05 kg/(kW·h),与化石能源相比碳排放量减少约13000 t。尽管考虑了动态补热,废弃矿井地热能补给速率仍相对较慢,因此未来的研究应着眼于多能互补方式开发废弃矿井地热资源,结合风能或太阳能将废弃矿井作为产-储热能的关键结构,以提高系统的稳定性。

关键词：废弃矿井清洁能源地热开采矿井地热系统矿井水

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碳中和目标背景下矿山生态修复的路径选择

煤炭学报 2022年第1期47卷 449-459页

作者：卞正富于昊辰韩晓彤中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心江苏徐州221116 江苏省老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心江苏徐州221116 中国矿业大学江苏贾汪资源枯竭矿区土地修复与生态演替教育部野外科学观测研究站江苏徐州221116

针对“双碳目标”背景,对矿山生态修复的内涵做出了新的阐释。新形势下,矿山生态修复的目标至少包括实现修复后生态系统的自我维持能力、正向演替达到新的生态平衡和区域社会经济可持续发展。实现目标的基本手段是以自我恢复为主,与适... 详细信息

针对“双碳目标”背景,对矿山生态修复的内涵做出了新的阐释。新形势下,矿山生态修复的目标至少包括实现修复后生态系统的自我维持能力、正向演替达到新的生态平衡和区域社会经济可持续发展。实现目标的基本手段是以自我恢复为主,与适度人工干预相结合。从碳中和目标的实现路径出发,较为系统地分析了碳中和引发的社会经济与生态格局变化和结果,认为双碳目标必将加速后矿业时代到来,而生态修复是后矿业时代最为重要的任务之一。后矿业时代具有长久性、艰巨性和复杂性等特征。土地整治、环境治理、产业转型、社会转型、景观重建等是生态修复通常采用的人工引导措施,这些举措对碳中和目标的实现发挥着不同的作用。实现碳中和目标需要从能源替代、产业替代与升级、生态服务功能提升等方面延伸矿山生态修复措施,进一步分析了矿山生态修复在实现碳中和目标过程中发挥的能源替代、节能减排和固碳增汇3方面的作用和贡献,按贡献大小排序:能源替代>节能减排>固碳增汇。提出了碳中和目标背景下矿山生态修复的新路径,包括:①更新标准规范,适应碳中和目标的需求,构建“1+N”标准与规范体系,提高规范与标准的针对性和适用性;②改革管理机制,探索矿业临时用地政策,明晰地下空间产权,推进生态修复市场化机制,实现多措并举协同推进生态修复;③创新技术体系,开展分类施策、分区管控、分级治理、分步推进,推动生态修复全过程深度减排与长效生态增汇。

关键词：矿山生态修复碳中和后采矿时代路径选择双碳目标

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论引导型矿山生态修复

煤炭学报 2022年第2期47卷 915-921页

作者：雷少刚卞正富杨永均中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心江苏徐州221116 山东省煤田地质局采煤塌陷地与采空区治理工程研究中心山东济宁272100

“以自然恢复为主,与人工修复相结合”作为生态修复的基本原则,其引出的关键科学问题是,如何认知并利用自然恢复能力、如何协同人工干预与自然恢复。重点讨论分析了引导型矿山生态修复的基本原理和技术框架,以破解人工干预和自然恢复之... 详细信息

“以自然恢复为主,与人工修复相结合”作为生态修复的基本原则,其引出的关键科学问题是,如何认知并利用自然恢复能力、如何协同人工干预与自然恢复。重点讨论分析了引导型矿山生态修复的基本原理和技术框架,以破解人工干预和自然恢复之间的争议和困惑,更好地处理2者之间的关系。引导型矿山生态修复的关键问题就是明确何时干预、何处干预、如何干预、干预到何种程度。引导型矿山生态修复强调了人工干预的针对性、及时性、持久性和有效性,以减少人工过度修复的人力、物力成本和能量消耗,是符合“双碳”目标的。分析表明,引导型矿山生态修复的主要理论基础是生态系统的抵抗力和恢复力。引导型矿山生态修复的技术框架包括矿山生态问题诊断、引导修复方向的判定、引导修复的关键对象或区位的确定、引导修复的合理程度或生态阈值的识别,以及修复技术措施筛选与实施等主要内容。生态修复的本质是对生态关系的修复,因此,矿山生态关系、过程、规律感知是引导修复的前提;障碍性和限制性影响因子和景观格局过程是引导修复的主要对象;生态阈值和生态参数的调控是科学引导的关键。引导型矿山生态修复模式的修复目标和对象明确、干预程度合理,能有效降低修复成本、提升矿山生态系统自维持能力,符合自然恢复和人工修复相结合的理念和现实需求,是传统人工干预修复模式的发展升级,可以在矿山生态修复工作中进一步研究和应用推广。

关键词：土地复垦生态修复矿区环境恢复力阈值

黄河流域九省区废弃矿井抽水蓄能利用潜力评估

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煤田地质与勘探 2022年第12期50卷 51-64页

作者：卞正富朱超斌周跃进徐雨农中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

针对我国关闭矿井资源利用率低、蓄电储能需求日益增长的问题,废弃矿井抽水蓄能技术是实现资源二次开发利用,提升电网调峰能力的有效手段。基于废弃矿井抽水蓄能电站工作原理与发展现状,提出在黄河流域九省区利用废弃矿井建设抽水蓄能... 详细信息

针对我国关闭矿井资源利用率低、蓄电储能需求日益增长的问题,废弃矿井抽水蓄能技术是实现资源二次开发利用,提升电网调峰能力的有效手段。基于废弃矿井抽水蓄能电站工作原理与发展现状,提出在黄河流域九省区利用废弃矿井建设抽水蓄能电站的半地下式、全地下式2种模式。通过综合考虑空间、地质、水文、社会、经济与资源等影响因素,提出废弃矿井抽水蓄能电站选址评价指标体系,并进行黄河流域废弃矿井抽水蓄能电站实例分析。基于2016—2020年黄河流域九省区的废弃煤矿资料,利用废弃矿井抽水蓄能电站静态效益与动态效益计算方法,定量评估黄河流域九省区废弃煤矿抽水蓄能电站建设的开发潜力。结果表明:(1)黄河流域九省区能源资源丰富,现阶段满足电力供应需求,但火电仍是电力供应主体且水电发展进入瓶颈阶段;(2)影响废弃矿井抽水蓄能电站选址的重要因素为巷道空间体积、上下水库水位差、巷道围岩稳定性、巷道围岩渗透率与地下水循环特征;(3)由黄河流域废弃矿井抽水蓄能电站实例分析可知,其发电效率可达到75.7%,可媲美常规抽水蓄能电站;(4)2016—2020年黄河流域九省区废弃煤矿累计有效可利用井巷空间为4.7×10^(7)m^(3),依据132座废弃矿井基本情况,从统计学角度估算出废弃矿井抽水蓄能电站可利用井巷空间为1.34×10^(7)m^(3),利用其建设抽水蓄能电站年发电量可达3.78×10^(9) kW·h,可满足2021年黄河流域九省区28.4%的弃风、弃光电量的消纳需求,每年直接经济效益约达21.2亿元。综上表明,黄河流域九省区废弃矿井抽水蓄能利用具有可观的发展前景。

关键词：废弃矿井抽水蓄能选址因素指标体系效益分析潜力评估黄河流域