地表土壤中CO2 通量不仅可直接量化土壤的物理、化学及生物特性，同时也可间接反映人类对土地的利用以及地下矿产资源和岩溶状况。另外，地表土壤CO2 通量作为陆地与大气界面气体交换的重要度量指标，还可用于采矿迹地的处理和恢复程度的评价。采空区内(尤其是封闭采空区)存在高浓度的CO2[13]，受采空区实际环境特性影响，采空区内的CO2不断向地表涌出，影响地表土壤的CO2 通量变化。根据近年来对采空区遗煤自然发火的研究结论可知[9-10]，促进采空区内CO2向地表扩散的动力因素主要有：1）采空区上覆地表因开采时破坏了相对稳定的地质结构，产生了大量的裂隙，利于CO2的扩散；2）采空区内遗煤氧化自燃，使采空区内温度升高，气体密度小，利于采空区内外气体的流动；3）采空区是相对密闭的空间，遗煤氧化产生的CO2气体增多，又因上覆岩层塌陷，导致采空区内压力增大，利于采空区内CO2的涌出。地下采空区遗煤氧化所产生的CO2在往地表扩散过程中有一部分会溶解于地下的含水层，少量的CO2会被岩石介质或被地表附近的微生物及植物通过固定效应所吸收，绝大部分都扩散到地表[1-8]。实验研究表明，在煤低温氧化到高温热解的整个过程中，物理化学反应所产生的CO2在每个反应阶段都占有较大比例[9-11]。因此，将CO2视为指标性气体，来判定地下煤层或采空区遗煤的氧化状态是目前的一个研究方向。下图为具体的实验研究事例。监测结果显示：废弃矿井采空区遗煤的氧化程度可以通过其上覆地表CO2涌出量进行监测。根据本次实验测定结果，存在自燃的采空区其地表CO2通量值是无自燃采空区的10倍以上；无自燃采空区地表CO2通量值明显高于非采空区地表的CO2通量值。 实验监测区域采空区上覆地表CO2通量变化规律主要受环境温度影响，大气温度降低CO2通量会随之增大。参考文献[1] 陈浮,杨宝丹,马静,张绍良,张媛媛. 高浓度CO2地下泄漏对土壤微生物群落结构的影响[J]. 土壤学报,2017,54(01):180-190.[2] 高英旭, 刘红民, 刘阳,等. 海州露天矿排土场不同林分土壤理化性质对植被生物量的影响[J]. 中南林业科技大学学报, 2014, 34(1):78-83.[3] 董华松,黄文辉. CO2捕捉与地质封存及泄漏监测技术现状与进展[J]. 资源与产业,2010,12(02):123-128.[4] Dong, D. L.; Zhao, M. D; Lin, G.; Zhao, W. J.; Zhang, K.; Li, N. Optimization of Water Pumping and Injection for Underground Coal Gasification in the Meiguiying Mine, China. Mine Water and the Environment 2016, 35(3), pp.398–404.[5] Akbarzadeh, H.; Chalaturnyk, R. J. Structural changes in coal at elevated temperature pertinent to underground coal gasification: A review. International Journal of Coal Geology 2014, 131, pp.126-146.[6] Xu, B.; Chen, L.J.; Xing, B.L.; Li, L.; Zhang, L.; Wang, X.J.; Chen, H.L.; Yi, G.Y.; Huang, G.X. The environmental effect of underground coal gasification semi-coke on confined groundwater. Environmental Progress & Sustainable Energy 2016, 35(6), PP.1584-1589.[7] Ludwikpardała, M.; Stańczyk, K. Underground coal gasification (UCG): An analysis of gas diffusion and sorption phenomena. Fuel 2015, 150, pp. 48–54. [8] 梁福源，宋林华. 土壤CO2浓度昼夜变化及其对土壤CO2排放量的影响［J］. 地球科学进展，2003,22（2）：170-176.[9] Wang, H.Y.; Chen, C.CO2 Emission of Coal Spontaneous Combustion and Its Relation With Coal Microstructure,China. Journal of Environmental Biology 2015, 7, pp. 1017-1024.[10] Wang, H.Y.; Chen, C. Experimental Study on Green Gas Emission Caused by Spontaneous Coal Combustion. Energy & Fuels 2015, 8, pp.5213-5221.[11] Xu, Z.J.; Feng, J. F.; Zhang, Y.; Zhu, H.F.; Yu, J. Pre-evaluation of disturbance of farmland soil and vegetation carbon pool by mining subsidence in coal face. Journal ofChinaCoal Society 2018, 43(9), pp. 2605-2617.[12] Engle, M. A.; Radke, L.F.; Heffern, E.L.; et al. Gas emissions, minerals, and tars associated with three coal fires, Powder River Basin, USA. Science of the Total Environment 2012, 420, pp.146-159.[13] Wang, J.F.; Zhou, B.; An, B.; rt al. Application of “Trinity” prediction of spontaneous combustion area in goaf of Huangbaici Mine. Journal ofChinaCoal Society 2018, 43(SI), pp. 178-184.
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