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GIS技术在“三线一单”环境管控单元划定中的应用研究

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青海环境 2024年第2期 72-75页

作者：梁启靓中国煤炭地质总局航测遥感局

环境管控单元的划定是“三线一单”编制中总结性工作的关键环节之一，目前各种规范、指南和公开发表的论文中均少见环境管控单元划分的具体步骤。针对这一问题，本文提出了划定环境管控单元的原则，从地理信息系统（GIS）角度阐明了用Ar... 详细信息

环境管控单元的划定是“三线一单”编制中总结性工作的关键环节之一，目前各种规范、指南和公开发表的论文中均少见环境管控单元划分的具体步骤。针对这一问题，本文提出了划定环境管控单元的原则，从地理信息系统（GIS）角度阐明了用ArcMap软件划定环境管控单元的具体流程、每一步使用到的工具及注意事项等。最后讨论了该方案的可行性、适用范围和存在的问题。

关键词： “三线一单” 环境管控单元划定地理信息系统(GIS)

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牡丹沟煤矿地质环境问题及恢复治理研究

能源与环保 2024年第6期 154-159页

作者：张立罗岐恩徐辉王彦君郑震张发金江苏地质矿产设计研究院(中国煤炭地质总局检测中心) 青海省有色第一地质勘查院青海省海北藏族自治州应急管理局

矿区含煤地层主要为侏罗系，矿山开采形成采坑2处，呈阶梯状开挖，目前形成“陡坎—平台—陡坎—平台—陡坎”状的微地貌。其中边坡17处(分为Q1—Q17边坡)及平台2处（P1、P2）,采坑底部见有积水。矿区主要地质环境问题为煤矿开采过程中... 详细信息

矿区含煤地层主要为侏罗系，矿山开采形成采坑2处，呈阶梯状开挖，目前形成“陡坎—平台—陡坎—平台—陡坎”状的微地貌。其中边坡17处(分为Q1—Q17边坡)及平台2处（P1、P2）,采坑底部见有积水。矿区主要地质环境问题为煤矿开采过程中对地形地貌景观及植被的破坏以及采坑对土地资源的挖损。矿区开展地质环境治理，治理面积277 646.6 m2,其中1号采坑55 001.7 m2,2号采坑222 644.9 m2。本次治理对Q1、Q3、Q10、Q11、Q14边坡进行修整，对Q2、Q4—Q9边坡进行危岩清理，其中Q15、Q16边坡已开展边坡修整工作，Q12、Q13边坡由于地质条件限制，此次不进行边坡修整相应工程；对P1、P2开采平台进行平整、植草绿化工作。为了确保植被恢复成效，对复绿工程实施管护工程，保证植被成活率。通过矿山地质环境恢复治理，可取得较好的社会、环境效益。

关键词：青藏高原生态脆弱区地质环境问题恢复治理

高寒冻土区露天矿水传输涵养系统构建模式及应用

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煤炭科学技术 2023年第12期51卷 168-179页

作者：王伟超王佟王明宏李永红梁振新赵欣孙玉琦李有鑫中国煤炭地质总局青海煤炭地质局青海西宁810001 中国煤炭地质总局北京100038 中国煤炭地质总局碳中和研究院北京100039 青海煤炭地质勘查院青海西宁810001

水源涵养修复与保护一直是露天矿从开采到闭坑后全生命周期治理和生态环境保护中的薄弱环节,涉及高寒冻土区复杂背景下多学科、多圈层环境下更为错综复杂的水问题,其中相互联动水文过程的分析研究更是巨大挑战。在分析自然环境及高寒冻... 详细信息

水源涵养修复与保护一直是露天矿从开采到闭坑后全生命周期治理和生态环境保护中的薄弱环节,涉及高寒冻土区复杂背景下多学科、多圈层环境下更为错综复杂的水问题,其中相互联动水文过程的分析研究更是巨大挑战。在分析自然环境及高寒冻土环境下水传输涵养的影响因素和矿山开采活动对水传输涵养影响的基础上,从不同形式和环境圈层中水的相互交织传输过程,重点分析在自然环境、露天矿生产活动破坏影响和人工修复保护3种情形下的水传输涵养机理。基于全面联系分析查找问题的思路和综合系统治理的原则,提出了水传输涵养系统的概念,并从3个基本构架提出了露天矿水传输涵养系统模式构建:(1)从治理区到与自然水系联通的20余种组合模式及不同类型对象基本适用条件,提出了地表水系联通搭接顶层系统构建;(2)按照近似原位涵养、汇水传输、过水传输、输排通道等功能单元定位,从生态截排水沟、不同截排水沟空间展布样式和输排水骨干网、汇水支网、功能单元分区提出生态截排水网络构建;(3)从微地貌整形、地表毛细沟网络和垂向上多元生态地质层重构理念支撑原位水源涵养系统重构的底层设计。基于以上研究,以5号井为例将其规划建造成10个功能单元分区,实现分区引导下地表水补径排汇空间分布的重新调整分配,最终形成5号井新的地表水传输涵养系统。研究旨在为高寒冻土区露天矿水的修复保护工作提供新的系统思路和方法支撑。

关键词：高寒冻土区水传输涵养机理水传输涵养系统地表水系联通生态截排水网络原位水涵养系统

露天矿区生态地质层修复中地形重塑层的构建技术及应用

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煤田地质与勘探 2023年第7期51卷 113-122页

作者：赵欣王佟李聪聪林中月李飞王伟超冯康宁尹亚磊蒋喆中国煤炭地质总局碳中和研究院北京100039 中国煤炭地质总局北京100038 西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 中国煤炭地质总局航测遥感局陕西西安710199 中国煤炭地质总局广东煤炭地质局广东广州510170 中国煤炭地质总局青海煤炭地质局青海西宁810015 中化地质矿山总局地质研究院北京100101 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

露天地区矿山开采容易形成不规则采坑、高陡边坡和渣山、原始土壤破损、采坑积水等一系列地貌形态的改变,造成与周边环境的不协调。不仅影响地表生态环境,还会对地下浅层水渗流场、冻土层等带来不同程度的影响和破坏,且存在滑坡、垮塌... 详细信息

露天地区矿山开采容易形成不规则采坑、高陡边坡和渣山、原始土壤破损、采坑积水等一系列地貌形态的改变,造成与周边环境的不协调。不仅影响地表生态环境,还会对地下浅层水渗流场、冻土层等带来不同程度的影响和破坏,且存在滑坡、垮塌等地质隐患和灾害。针对这些问题,从地质角度提出通过构建地形重塑层实现开采后矿山地形地貌重塑的思路与方法,应用形成的地形重塑层修复关键技术,在青海木里高原高寒露天矿区生态环境治理与修复中取得显著效果。首先定义地形重塑层,即是对地貌起伏形态、采坑和渣山边坡等的稳定性和安全性起控制作用的复杂成形曲面。地形重塑层是一个复杂不规则且动态变化的重构层,是生态地质层修复的一种情况。提出地形重塑层的构建思路与方法:(1)通过空-天-地一体的地质勘查与监测手段,对矿山开采后的采坑、采坑边坡和渣山等情况进行系统的勘查、监测和评估。(2)根据治理对象的不同,对修复的目标地质体进行分类,本次依据边坡坡体岩性变化和岩层倾向与坡向的关系,将岩质边坡分为4类13型。(3)通过理论计算结合现场勘查测量,确定不同修复地质体的地形重塑层形态与产状。(4)通过覆土复绿,实现采坑、渣山依形就势的综合治理和矿山地形地貌的修复。以青海木里矿区为例,系统论述了地形重塑层构建与修复技术:对采坑坑底的修复,考虑挖损采坑深度和地形现状,设计合理的坑底样式,防止出现二次滑坡或坍塌等地质灾害;对边坡治理与修复,通过理论计算和野外现场观测,确定木里矿区边坡稳定的合理坡角应小于26°,治理时根据不同岩质边坡类型,采用清坡处理、修筑台阶状边坡等方法,保证采坑边坡稳定和后期植被复绿;对于特殊的渣山边坡治理,需要通过构建坚硬的地形重塑层,形成类似鸡蛋壳一样的渣山外壳,以起到稳定地形地貌、防止水土流失和涵养水源的作用。利用遥感影像数据对比治理效果,治理前矿区地形杂乱,边坡坡角大且不稳定,植被退化,经地形地貌重塑治理后,矿区边坡的坡角基本都处于26°以下,植被长势良好,治理效果显著。提出的地形重塑层构建方法和修复技术为高原高寒矿区生态治理和矿山地形地貌的修复提供了新的治理思路与方法。

关键词：高原高寒地区露天矿区矿山生态环境生态地质层地形重塑层边坡失稳青海木里矿区

青海木里煤田聚乎更矿区土壤肥力及重金属风险评价

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煤田地质与勘探 2022年第4期50卷 113-120页

作者：王佟章梅徐辉张谷春王彦君方惠明李媛中国煤炭地质总局北京100038 江苏地质矿产设计研究院(中国煤炭地质总局检测中心) 中国煤炭地质总局煤系矿产资源重点实验室江苏徐州221000 中国煤炭地质总局勘查研究总院北京100039

木里煤田聚乎更矿区在开采煤炭资源的同时,破坏了矿区生态环境。通过对矿区土壤肥力指标及重金属指标的测定,采用主成分分析法、潜在生态危害指数法对土壤肥力和重金属风险进行评价。结果表明:木里煤田聚乎更矿区土壤整体呈碱性,有机质... 详细信息

木里煤田聚乎更矿区在开采煤炭资源的同时,破坏了矿区生态环境。通过对矿区土壤肥力指标及重金属指标的测定,采用主成分分析法、潜在生态危害指数法对土壤肥力和重金属风险进行评价。结果表明:木里煤田聚乎更矿区土壤整体呈碱性,有机质、全氮、速效钾含量较丰富而速效磷含量较缺乏,呈富氮富钾贫磷的特点,三号井田土壤中各肥力指标含量最好;土壤肥力综合得分分别为:哆嗦贡玛井田(-0.113)、九号井田(0.081)、八号井田(-0.369)、五号井田(-0.034)、四号井田(-0.145)、三号井田(0.692),三号井田土壤综合肥力最好;木里聚乎更矿区土壤中6种重金属的生态危害强度由弱到强的顺序为Cr、Pb、Cu、Hg、As、Cd,各井田土壤重金属风险评价结果均为轻微生态危害程度。综上,矿区排土场土壤肥力质量整体较差,重金属处于低风险状态,排土场土壤可作为土壤重构中的充填基质,但需混合牲畜肥料、有机肥来提高重构土壤的肥力质量,研究结果将为木里煤田聚乎更矿区土壤重构和植被修复提供基础与依据。

关键词：木里煤田聚乎更矿区土壤肥力重金属风险评价潜在生态危害指数法

生态地质层理论及其在矿山环境治理修复中的应用

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煤炭学报 2022年第10期47卷 3759-3773页

作者：王佟刘峰赵欣林中月李聪聪王辉李永红中国煤炭地质总局北京100038 中国煤炭工业协会北京100013 中国煤炭地质总局碳中和研究院北京100039 中煤航测遥感集团有限公司陕西西安710199 广西煤炭地质局广西南宁530000 青海煤炭地质局青海西宁810001

矿山开采活动不仅对地表植被、土壤层和地形地貌产生破坏,还会对所能影响到的地下岩层等地质体产生扰动和破坏,引起区域地表和地下生态环境系统的变化。因此,有必要从地质学角度开展矿山生态环境治理修复的理论与技术研究。基于对煤炭... 详细信息

矿山开采活动不仅对地表植被、土壤层和地形地貌产生破坏,还会对所能影响到的地下岩层等地质体产生扰动和破坏,引起区域地表和地下生态环境系统的变化。因此,有必要从地质学角度开展矿山生态环境治理修复的理论与技术研究。基于对煤炭矿山开采造成的主要生态环境问题研究,提出了如何从地质角度开展矿山生态环境治理的思路,分析了煤炭开采对生态环境的影响机理,论述了生态地质层理论。采用“将今复古”的治理原则,通过对破坏地层层序结构的研究和模拟再造,形成了生态地质层的构建原理和修复关键技术,并列举了青海木里矿区“急、难、险”生态治理修复工程推广应用的实例。研究认为:①矿山开采造成生态环境破坏的根本原因是开采对原始地层系统产生扰动和破坏,引起地层位移、变形、破裂、垮落,导致应力重新分布,引发地下水、气系统变化、运移和重新聚集,造成地表上部或浅层的岩石发生变化,影响到地表土壤、生态环境的改变,乃至水圈、大气圈的变化。②生态地质层是指对区域生态环境具有控制属性作用的地层或地层组合层段,矿山勘查开采对生态环境破坏的实质是生态地质层的破坏。③矿山生态环境治理的关键是构建和修复生态地质层,通过研究区域原始地层剖面和产状、岩石结构构造,采用人工干预和相似材料物理模拟的方式,构建出具有与原始地层相似属性作用的类岩性层段。根据治理修复对象的不同,生态地质层可划分为土壤层、地形重塑层、煤层顶板岩层、含水层等,高原高寒地区还包括冻土层。④生态地质层构建材料的选用是生态修复的关键。提出无土地区可利用矿山开采形成的废弃渣土,变固废为生态地质层构建修复的主要材料的技术与方法。在青海木里矿区生态治理修复中解决了高原高寒地区大范围生态治理修复时客土无法实现、渣土占地与环境不相融合和污染等问题。生态地质层理论的提出与构建原理解决了因地层变形、破裂、沉陷、地表水断流、土壤层、地形地貌及冻土层等地质环境扰动与破坏引发的矿山生态环境治理与修复难题,为在复杂条件下矿山生态环境治理探索出了一条地质学治理的新路径。

关键词：生态地质层治理修复思路构建方法影响机理煤炭生态地质勘查

高原高寒矿区生态地质层修复中冻土层构建与应用

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煤炭科学技术 2023年第12期51卷 140-148页

作者：梁振新王佟王伟超肖龙杨成李聪聪青海煤炭地质一〇五勘探队青海西宁810007 中国煤炭地质总局北京100083 青海煤炭地质局青海西宁810001 青海煤炭地质勘查院青海西宁810001 西安科技大学地质与环境学院陕西西安7100544 中国煤炭地质总局航测遥感局陕西西安710199

冻土层在高寒地区的生态平衡中起着重要作用,但冻土层的修复与保护在高原高寒矿区生态环境治理中经常被忽略,鲜有研究。以木里矿区聚乎更区生态环境综合整治实践为例,通过对原始冻土层的平面分布、垂向分布、地层结构、地温变化等特征... 详细信息

冻土层在高寒地区的生态平衡中起着重要作用,但冻土层的修复与保护在高原高寒矿区生态环境治理中经常被忽略,鲜有研究。以木里矿区聚乎更区生态环境综合整治实践为例,通过对原始冻土层的平面分布、垂向分布、地层结构、地温变化等特征的分析,针对破坏的土壤层、地表层、冻土层、煤层顶板岩层等不同研究对象的生态地质层剖面,按照模拟季节性冻土、多年冻土差异变化特征及其生态地质功能的思路,在利用构建人造冻土层和回填层二元结构冻土生态地质层剖面模型的基础上,提出了以冻土概况调查、剖面模型建立、搭接融合、确定回填时间、设计表层保水、布设截排水沟、地貌重塑为流程的人工构建冻土层的修复技术,以实现人造冻土层在物质结构、地下含隔水层结构及水力联系、水源涵养等方面的功能基本达到原始冻土层的水平,同时提供更多对冻土保存有利的条件。采用探坑、钻孔岩心取样和孔内长期地温监测等不同方法手段在以往矿区渣山区和新回填修复采坑内对比实验,证实了原渣山压覆区域多年冻土顶界在稳定抬升,采坑内新回填区已经开始形成新的冻土层;通过对比渣山区自然恢复冻土层和采坑内人工修复冻层形成的时间和厚度,表明人造冻土层构建更有助于该区冻土快速恢复。

关键词：高原高寒矿区木里矿区生态地质层生态修复冻土层

高原高寒矿区生态地质层修复中地形重塑层的构建与修复技术

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煤田地质与勘探 2023年

作者：赵欣王佟李聪聪林中月李飞王伟超冯康宁尹亚磊蒋喆中国矿业大学(北京) 广东煤炭地质局中国煤炭地质总局中国煤炭地质总局碳中和研究院中国煤炭地质总局航测遥感局青海煤炭地质局中化地质矿山总局地质研究院

高原高寒地区矿山开采容易形成不规则采坑、高陡边坡和渣山、原始土壤破损、采坑积水等一系列地貌形态的改变，造成与周边环境的不协调。不仅影响地表生态环境，还会对地下浅层水渗流场、冻土层等带来不同程度的影响和破坏，且存在滑坡... 详细信息

高原高寒地区矿山开采容易形成不规则采坑、高陡边坡和渣山、原始土壤破损、采坑积水等一系列地貌形态的改变，造成与周边环境的不协调。不仅影响地表生态环境，还会对地下浅层水渗流场、冻土层等带来不同程度的影响和破坏，且存在滑坡、垮塌等地质隐患和灾害。针对这些问题，笔者提出从地质角度通过构建地形重塑层，实现开采后矿山地形地貌重塑的思路与方法。应用形成的地形重塑层修复关键技术，并在青海木里矿区生态环境治理与修复中进行应用。首先定义地形重塑层，即对地貌起伏形态、采坑和渣山边坡等的稳定性和安全性起到决定控制作用的复杂成形曲面。地形重塑层是一个复杂不规则且动态变化的重构层，是生态地质层修复的一种情况。提出地形重塑层的构建思路与方法：（1）通过空天地一体的地质勘查与监测手段，对矿山开采后地采坑、采坑边坡和渣山等情况进行系统的勘查、监测和评估。（2）根据治理对象的不同，对修复的目标地质体进行类别划分，本次依据边坡坡体岩性变化和岩层倾向与坡向的关系，将岩质边坡分为5类13型。（3）通过理论计算结合现场勘查测量，确定不同修复地质体的地形重塑层形态与产状。（4）通过覆土复绿，实现采坑、渣山依形就势综合治理和矿山地形地貌的修复。以青海木里矿区为例，系统论述了地形重塑层构建与修复技术：对采坑坑底的修复，考虑挖损采坑深度和地形现状，设计合理的坑底样式，防止出现二次滑坡或坍塌等地质灾害；对边坡治理与修复，通过理论计算和野外现场观测，确定木里矿区边坡稳定的合理坡角应小于26°，治理时根据不同岩质边坡类型，采用清坡处理、修筑台阶状边坡等方法，保证采坑边坡稳定和后期植被复绿；对于特殊的渣山边坡治理，需要通过构建坚硬的地形重塑层，形成类似鸡蛋壳一样的渣山外壳，起到稳定地形地貌，防止水土流失、涵养水源的作用。利用遥感影像数据对比治理效果，治理前矿区地形杂乱，边坡坡角大且不稳定，植被退化，经地形地貌重塑治理后，矿区边坡的坡角基本都处于26°以下，植被长势良好，治理效果显著。文中提出的地形重塑层构建方法和修复技术为高原高寒矿区生态治理和矿山地形地貌的修复，提供了新的治理思路与方法。

关键词：地形重塑层生态地质层高原高寒矿区边坡失稳矿山生态环境岩性边坡青海木里

煤层气井位精细部署的地质工程一体化影响因素分析与科学优化

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煤炭科学技术 2023年第12期51卷 42-51页

作者：赵欣段士川王梓良张尚锟丁恋李聪聪王伟超尹亚磊董昌乐中国煤炭地质总局勘查研究总院北京100039 中国煤炭地质总局碳中和研究院北京100039 中国煤层气集团有限公司北京100176 中国矿业大学江苏徐州221116 中石油煤层气有限责任公司北京100028 西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 中国煤炭地质总局航测遥感局陕西西安710199 中国煤炭地质总局青海煤炭地质局青海西宁810015 中国矿业大学(北京) 北京100083 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

煤层气井位部署与实施方案的研究与论证是煤层气区块开发方案制定的关键环节。通常认为煤层厚度、含气量、埋深等是煤层气井位部署的主控因素,但在实践中发现构造、井间干扰等因素对产气效果的影响也十分显著,煤层气井位部署需要综合地... 详细信息

煤层气井位部署与实施方案的研究与论证是煤层气区块开发方案制定的关键环节。通常认为煤层厚度、含气量、埋深等是煤层气井位部署的主控因素,但在实践中发现构造、井间干扰等因素对产气效果的影响也十分显著,煤层气井位部署需要综合地质条件、工程、经济效益等多因素进行科学合理性和全成本投入评价的系统研究。为此,重点介绍了在区块地质条件分析、井距优化、现场施工过程中时常被忽略掉的一些重要因素,并加以分析优化。(1)提出了煤层气井位精细部署与实施的思路与方法。煤层气井位精细部署和科学实施,要充分考虑地质因素、开发效果、经济效益、施工要求等多因素,对区块进行整体规划、精细部署、科学施工和动态调整,主要包括3个阶段任务:开发前精细部署阶段、现场科学实施阶段、开发后动态调整阶段。(2)构造变化对煤层气井产气效果影响较大。分析了沁水南部某煤层气区块内发育小高点、小低点、小鼻状、小断层等次级构造对产气效果的影响,局部小鼻状构造最有利于煤层气富集高产。针对不同构造部位的变化特点,提出了考虑不同井型和次级构造变化的4类13型井网样式分类,适用于不同地质条件的煤层气井型井网部署。(3)模拟研究了多因素影响下的井距优化方案。综合考虑不同井距条件下井间干扰对产气效果的影响、不同井距累计产气量差异、开发井数与产气效果之间的经济效益差异等因素,得出能够实现较好产气效果和经济效益的最优井距大小。(4)提出一种地质工程一体化的井位部署与实施新思路。提出“地质‘块段’划分+井口靶点坐标优化+集中工厂化钻井+强化缝网的‘块段’式压裂”4个步骤的地质工程一体化井位部署和工艺改进优化方法,通过优化井位部署单元,提高钻探效率的同时,利用多口井交替压裂促使裂缝转向,产生更大规模更加复杂的缝网,最大化的沟通储层裂缝和孔隙,以提高部署井的产气效果。文中提出的研究思路和方法可应用于煤层气区块井位部署和现场实施,以不断完善和细化煤层气井位部署实施的内容和全流程,提高煤层气开发方案的科学和合理性,最大化地开采利用煤层气资源。

关键词：煤层气井位部署井型样式次级构造缝间干扰地质工程一体化