發(fā)布時(shí)間：2020-09-16 07:55

　　 該研究以環(huán)境生態(tài)學(xué)為理論基礎(chǔ),通過(guò)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構(gòu)建的制約因素,提出了自燃煤矸石山生境構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù);在研究植物對(duì)煤矸石山環(huán)境脅迫下的抗性特點(diǎn)基礎(chǔ)上,提出了煤矸石山植被構(gòu)建的基本理論和技術(shù)方法。并結(jié)合陽(yáng)泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司280自燃煤矸石山的生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目,將工業(yè)上的單純滅火技術(shù)與林業(yè)生態(tài)的單純種植技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)接,在自燃煤矸石山的生境和植被構(gòu)建中取得了理論和實(shí)踐上的突破。研究結(jié)果如下: 1.自燃煤矸石山基本特性 1)調(diào)查中發(fā)現(xiàn):(1)覆土不當(dāng),會(huì)強(qiáng)化“煙囪效應(yīng)”,導(dǎo)致火勢(shì)加大;(2)傳統(tǒng)的擋土墻和覆土設(shè)計(jì)施工不能阻隔空氣;(3)治理過(guò)程中在煤矸石山上修筑的各種設(shè)施會(huì)形成煤矸石山空氣流動(dòng)的新通道。 2)使用Divener2000對(duì)自燃煤矸石山水分動(dòng)態(tài)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明土壤覆蓋改變了煤矸石山基質(zhì)的水分條件:(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為22.4%,覆土后只有12.2%。(2)覆土改變了煤矸石山水分季節(jié)變化規(guī)律,未覆土的裸露煤矸石山水分季節(jié)性變化不明顯,覆土后的煤矸石山水分含量則呈現(xiàn)與降水相似的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。水分最低的時(shí)間在雨季來(lái)臨前的5月,最干旱的土層在高溫煤矸石層,最低含水量?jī)H為2.1%。(3)未覆土的裸露煤矸石山水分的垂直變異不大,上層0-20cm水分變化相對(duì)活躍,下層穩(wěn)定;覆土后垂直變化十分明顯。 3)自燃煤矸石山的溫度特征為:(1)高溫點(diǎn)水平分布沒(méi)有規(guī)律性,分布極不均勻,一些火區(qū)相互重疊;(2)整個(gè)山體溫度自上而下降低;(3)自燃煤矸石山的內(nèi)部溫度由表及里先升高后降低,大約在7m左右最高;(4)煤矸石山風(fēng)化物導(dǎo)熱性較低,溫度由最高點(diǎn)隨距離增加而急劇降低;(5)淺層溫度與氣溫的變化規(guī)律一致,具有明顯的日變化和季節(jié)性變化,深層變化不明顯。 4)鹽和酸是煤矸石山自燃的產(chǎn)物,總鹽含量高達(dá)3.80%,但鹽分含量的垂直和水平分布均沒(méi)有規(guī)律性。煤矸石山高溫區(qū)pH最低(pH2.8),自燃不明顯的區(qū)域pH接近正常,為pH7.9;其垂直變化沒(méi)有規(guī)律性。 2.自燃煤矸石山植被構(gòu)建的制約因素 1)影響自燃煤矸石山植被生長(zhǎng)的因子較多,其中高溫、干旱、鹽害、酸害、壓實(shí)和養(yǎng)分缺乏是最重要的影響因子。 2)高溫脅迫是影響植物成活的主要因素。植物的高溫脅迫研究顯示:(1)各種植物“致死”溫度差異極大,在脅迫溫度30℃-70℃,時(shí)間28-360h范圍內(nèi),均有植物“死亡”;(2)植物具有較強(qiáng)的自我修復(fù)和對(duì)熱害的躲避能力,在高溫脅迫解除后,“死亡”的植物均可“復(fù)活”,沒(méi)有找到每種植物的永久“死亡”溫度。 3)植物在鹽脅迫時(shí),光合速率、蒸騰速率、胞間二氧化碳濃度、氣孔導(dǎo)度等均會(huì)受到不同程度的影響。280煤矸石山植物分布范圍的含鹽量為0.13%。 3.自燃煤矸石山生境構(gòu)建 1)針對(duì)煤矸石山覆土后“煙囪效應(yīng)”的加強(qiáng)現(xiàn)象,設(shè)計(jì)了防止“煙囪效應(yīng)”的新式擋土墻和排水設(shè)施施工方法,有效解決了空氣從山腳進(jìn)入,上部排出的問(wèn)題。 2)針對(duì)注漿滅火過(guò)程引發(fā)爆炸的問(wèn)題,研制了“自燃煤矸石山隔氧滅火注漿管”(專利號(hào):ZL 2006 2 0024643.0)專利技術(shù),解決了自燃煤矸石山注漿滅火過(guò)程進(jìn)水進(jìn)氣,進(jìn)水爆炸的矛盾。 3)提出的煤矸石山復(fù)式覆土方式初步解決了滅火壓實(shí)和植物生長(zhǎng)的矛盾。 4)從雨水資源化利用的角度出發(fā),提出了坡面徑流集水系統(tǒng)。 5)土壤改良研究過(guò)程發(fā)現(xiàn):(1)黃土可以中和自燃煤矸石山的酸,覆蓋的黃土沒(méi)有酸性制約。(2)黃土不能解決鹽漬化的問(wèn)題,黃土覆蓋后鹽分依然很大。 6)微生物能緩解煤矸石對(duì)植物生長(zhǎng)的脅迫。外生菌根真菌鉚釘菇菌(Gomphidium viscidus)能在高濃度的煤矸石浸提液中接種存活,接種后的白皮松在煤矸石風(fēng)化物中的成活率和生長(zhǎng)量顯著提高。 4.自燃煤矸石山植被構(gòu)建 1)通過(guò)研究確定自燃煤矸石山植被構(gòu)建的植物篩選原則為:(1)實(shí)地適植物;(2)鄉(xiāng)土木本植物為主。 2)根據(jù)耐高溫、抗干旱、耐鹽堿的要求,篩選出了適宜在陽(yáng)泉自燃煤矸石山栽植的喬木樹(shù)種為榆樹(shù)、刺槐、臭椿,側(cè)柏、白皮松,灌木樹(shù)種有紫穗槐、檸條、山皂莢、華北衛(wèi)矛、紫葉小檗、連翹,藤本植物有爬山虎、杠柳、山蕎麥,草本植物馬齒莧、鬼針草、沙打旺、紫花苜蓿、鴨茅、高羊茅、升麻塘等。 3)自燃煤矸石山植物種植方式為:前期以直播草本植物以及前期生長(zhǎng)迅速的灌木為主,后期補(bǔ)植木本植物容器苗。 4)建議的群落結(jié)構(gòu)為下層以豆科和禾本科草本植物為主,上層以木本植物為主的復(fù)層結(jié)構(gòu)。 5)撫育管護(hù)的方式是木本植物灌叢化,人為控制為地被植物為主的群落結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：X171.4
【部分圖文】：

圖 1.2 矸石山的自然對(duì)流Fig.1.2 The Natural Convection on the Gangue Pile煤矸石山在自然堆放過(guò)程中，無(wú)論是平地起堆還是順坡傾倒堆放，均會(huì)發(fā)生粒度偏析，使煤矸石山內(nèi)形成空氣通道，結(jié)果是煤矸石山產(chǎn)生“煙囪效應(yīng)”（圖 1.3）（張策等，1998；J 貝爾著，李竟生等譯，1982；Bilger，1979；賈寶山，2001）。

所以臨界風(fēng)速有上限與下限值，當(dāng)風(fēng)速帶走。從防治煤矸石山自燃的角度來(lái)說(shuō)，不式來(lái)作為防治自燃的措施，所以關(guān)鍵的是控燃物的物理化學(xué)性質(zhì)及環(huán)境條件有關(guān)。國(guó)內(nèi)行過(guò)研究，但研究結(jié)果相差極大。一般認(rèn)為／s 時(shí)，煤矸石不會(huì)發(fā)生自燃(陳永峰，2005方式對(duì)自燃的影響和塊石為主，砂粒以下細(xì)粒含量很少，且顆排放堆積煤矸石，形成“倒排式”排放，多用下，滑落的煤矸石具有明顯的分選性（如間，細(xì)小的粉碎狀矸石靠近 A 端，越往 B 端形成了自燃的外部環(huán)境，自燃點(diǎn)一般在 AB 之處橫向形成了一條燃燒帶，燃燒帶寬度一般剛等，1997)。

煤 矸 石 山 體覆風(fēng) 化 層土層夯實(shí)土（隔 離層）阻 隔 空 氣新 式 煤 矸 石 山 擋 土 墻 示 意 圖空 氣 流 通普 通 煤 矸 石 山 擋 土 墻 示 意 圖風(fēng) 化 層覆土層煤 矸 石 山 體圖 5.1 煤矸石山擋土墻示意圖Fig.5.1 The Diagram of gravity retaining wall to Gnague Pile擋土墻的示意圖見(jiàn)圖 5.2，內(nèi)側(cè)和底部用 3：7 的灰土夯實(shí)。

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