[00994267]厚煤层高强度开采地表生态环境演变与调控关键技术

该项目属于煤矿地测与绿色开采技术领域。中国煤炭储量以厚煤层为主，煤炭资源已形成了高强度、智能化、安全高效率开采模式，但煤炭高强度开采诱发的覆岩、地表及生态损伤严重，控制与修复技术难度大、成本高，是制约中国煤炭安全高效绿色开采的共性、关键性技术难题。项目以河南省厚煤层高强度开采为研究区，通过多年产学研用联合攻关，突破了中国传统矿区生态环境修复技术瓶颈，构建了矿区生态环境与地质灾害时空信息多尺度监测技术体系，揭示了厚煤层高强度开采矿区覆岩与地表破坏特征及其演化机理，建立了矿区生态环境损害动态预警技术与方法，创新性提出了高强度开采诱发的生态环境演变的调控技术体系，对实现煤炭绿色开发具有重大科学意义和应用价值。主要创新如下： 1.首次科学界定了“高强度开采”内涵及其技术特征，构建了覆岩破坏与地表非连续变形预测方法体系，揭示了厚煤层高强度开采矿区覆岩与地表破坏特征及其演化机理。基于高强度开采“采矿技术指标”+“负外部性”，科学界定了高强度开采的定义及8个主要技术特征，构建了绿色开采视角下12项高强度开采判别指标体系；建立了高强度开采覆岩破坏力学模型及地表非连续变形预测模型，给出了基于GA-SVR的覆岩破坏“两带”高度计算方法，揭示了覆岩与地表破坏特征及其损伤传导演化机理，在矿区厚煤层高强度开采方案优化、地表生态环境治理过程中得到了规模化应用。 2.构建了矿区生态环境与地质灾害时空信息多尺度监测技术体系，实现了矿区生态环境信息的大范围、高精度、高效获取与分析。提出了“相邻式”和“累积式”互为印证的多时相时空数据DInSAR干涉处理技术，实现了矿区地质灾害时空信息多尺度、长时序、准实时的监测；融合SBAS InSAR时序分析、PIM预计、LiDAR观测等技术，研发了“天-空-地”矿区地质灾害时空信息的一体化协同处理算法，提高了信息融合提取的精度与效率；首次建立了甄别采矿活动与气候变化影响下的矿区生态环境时空演变模型，发现了矿区植被生态、植被生产力对开采强度、气候变化的响应规律。 3.创新发展了厚煤层高强度开采矿区生态环境演变链式响应理论，建立了矿区生态环境损害动态预警技术与方法。利用同位素示踪技术，揭示了厚煤层放顶煤高强度开采“地表破坏源头驱动-侵蚀过程驱动-土壤质量下降-植被退化终端响应”链式驱动响应机理，精准识别出生态环境响应的关键因子，给出了地表生态环境治理恢复最佳时效；构建了矿区生态环境预警指标体系和生态环境损害动态预警模型，为煤炭资源绿色开采和矿区地表损害鉴定提供了理论支撑。 4.突破了水分胁迫效应对生态环境恢复的技术瓶颈，研发了高强度开采矿区生态环境修复与调控技术，实现了矿区生态环境的正向演替且效果显著。统筹地表土壤与地下保水效应，研发出植被、作物快速恢复的生态环境调控技术，突破了水分胁迫效应对植被恢复效果的瓶颈，1年治理期植物多样性与植被覆盖率恢复效果可达80％以上；生物与工程措施相结合，提出了平原地貌区、沟壑地貌区、台塬地貌区等开采沉陷区生态重建技术模式，缩短了矿区生态环境恢复的周期，为科学防控地质灾害等提供了理论与技术依据。 项目解决了矿区生态环境演变与调控的关键技术与行业应用难题，改变了中国厚煤层高强度开采矿区的生态环境修复与调控技术模式。成果应用于河南、山西等矿区，近三年直接经济效益44.48亿元，新增利润14.23亿元，综合效益显著。成果还有：已获专利10项，软件著作权19项，发表学术论文84篇(SCI/EI论文40篇)，出版专著2部，培养博士后6人，博士生8人，硕士生52人。