研究方向三：生态脆弱矿区环境保护与固废处置关键技术

煤炭高强度开发导致了土地损毁、水资源破坏及植被退化、矿区生态环境失衡等一系列问题，同时，大宗矸石等矿山固体废弃物的排放，不仅占用大量土地、污染大气和土壤环境，而且具有发生自燃、爆炸、滑坡等灾害的重大隐患，严重威胁矿区的安全生产与生态环境。围绕生态脆弱矿区采损生态响应、植被-群落胁迫作用与修复、煤基固废多元化生态利用 3 个关键科学问题，攻克生态脆弱矿区生态系统“空-天-地”智能监管、损毁区地貌-土壤-植物一体化自维持修复、煤基固废与伴生矿物协同生态利用 3 项关键技术，在厘清生态脆弱矿区生态本底与环境承载力阈限的基础上，创新发展损毁区地貌-土壤-植物修复等技术，构建服务于矿山生产建设与损毁区土壤改良增肥等的煤基固废及伴生矿物多元生态利用技术链，形成生态保护修复与资源综合利用的理论与技术体系。创立西部生态脆弱矿区资源开发与生态保护-修复新模式，引领我国生态脆弱矿区生态保护修复与资源利用的科技进步和可持续发展，为我国矿区生态安全屏障建设提供理论支撑。

（1）生态脆弱矿区煤能源基地生态效应与退化监管平台

提出生态脆弱矿区煤能源基地“空-天-地”一体化协同监测技术体系，提升生态本底和采损区特征信息感知精度，定量分析矿区开发过程中关键生态要素的演化趋势，提出生态环境承载力综合指标指数与评价体系，实现生态脆弱矿区生态环境承载力分级分区；通过现场监测、遥感解析、数值模拟研究不同承载力矿区采动地下水位、土壤含水率、植被盖度的演变规律，建立地表土壤、植被、水位等参数对煤炭资源开采活动的响应函数关系模型，阐明开采强度-地下水位-土壤含水率-植被盖度间的定量传导关系，揭示开采扰动与生态系统的耦合响应机制；研究不同平台多要素、多尺度和多时相观测数据的像素级融合策略，构建生态效应表征-过程-趋势评价模型，研发多功用一体化生态系统智能监测与监管平台，实现开采扰动区智能化生态损伤监测与退化诊断和生态保护-修复的高效实时监管。

（2）生态脆弱矿区能源基地损毁区地貌-土壤-植物综合修复

研究采动覆岩破断-地裂缝-地表沉陷发育协同规律，判别损毁区地表破坏形式与土壤损伤特征，构建针对地表不同破坏类型的全周期地貌修复技术，提出开发损毁区土壤损伤分级管控方法；分析开发损毁区土层结构与含水量时空分布特征，构建因地制宜式上部防蒸发、中间保持水、底部防渗漏土层重构结构模型，形成不同地类修复自维持适应性土壤重构技术；阐明开发损毁对水肥过程与供给能力的影响规律，揭示煤炭开发损毁区不同限制性因素对植物生态过程、生长发育以及群落结构的胁迫作用；探明生态脆弱矿区乡土植物的种类和分布特征，分析植物群落演替方向，筛选具有耐旱耐寒耐盐等特性的植物物种，确定生物结皮的优势种和普遍种，研发损毁区抗侵蚀生物材料；确定不同地貌生态修复工程措施关键参数，整合地貌重塑、土壤重构、适地植生技术，构建开发损毁区地貌-土壤-植物引导的一体化生态修复技术体系；提出开发损毁区植被修复效果评价指标，构建开发损毁区综合修复评估模型，实现对生态脆弱矿区能源基地损毁区地貌-土壤-植物综合修复效果量化评价。

（3）生态脆弱矿区煤基固废及伴生矿物资源多元化生态利用

调研分析生态脆弱矿区煤基固废资源属性的本底特征，揭示生态脆弱矿区煤基固废的时空分布规律，构建典型煤基固废物理化学性质、资源环境属性、空间地理分布的数据库，提出生态脆弱矿区多场景煤基固废资源化利用技术路径；揭示多源煤基固废骨料颗粒成浆与固结机理，研制路基固化材料、生态填充材料、防渗修复材料，开发多源固废路基填筑-路面基层-路面面层一体化应用技术与多源煤基固废喷浆-注浆材料多维综合利用技术，构建煤基固废生态化应用的环境功效科学评价体系；研发煤基固废和有机固废综合利用制备土壤改良剂技术，揭示多源固废衍生改良剂培肥/增碳的生态学机制，应用功能微生物辅助煤基固废资源化技术产品进行生态修复和土壤改良研究，探明煤基固废资源化产品应用的生态效应与机理，形成生态脆弱矿区煤基固废及伴生矿物生物活化和定向调控技术体系。