煤矿区复垦土壤重构的理论与方法

　　土壤是生命之基。土壤重构是矿山土地复垦与生态修复的核心和关键。《煤矿区复垦土壤重构的理论与方法》介绍土壤重构的作用、理念、原理与技术。从土壤发生学、仿自然地层和仿自然土壤的视角，阐述矿区复垦土壤重构的概念、内涵与理念。土壤重构的实质是单元土体的仿自然四维构建，其中复垦土壤剖面构型及关键层构造是关键。广义的土壤重构界定为地貌重塑、土壤剖面重构和土壤改良，狭义的土壤重构界定为土壤剖面重构。《煤矿区复垦土壤重构的理论与方法》提出“分层剥离、交错回填”的土壤重构原理和数学模型，并分别从露天煤矿复垦土壤重构、采煤沉陷地非充填复垦（挖深垫浅）土壤重构、采煤沉陷地黄河泥沙充填复垦土壤重构、采煤沉陷地粉煤灰/煤矸石充填复垦土壤重构、煤矸石山土壤重构和重构土壤质量检测与评价等方面介绍土壤重构技术。

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目录
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 国内外复垦土壤重构研究进展 3
1.3 煤矿区土壤复垦重构的主要研究内容和研究方法 5
1.3.1 主要研究内容 5
1.3.2 研究方法 6
参考文献 6
第2章 土壤重构的支撑理论 8
2.1 土壤学 8
2.1.1 土壤的物质组成 9
2.1.2 土壤的物理性质 10
2.1.3 土壤的化学性质 13
2.1.4 土壤的养分性质 15
2.1.5 土壤的环境质量 18
2.2 土壤地理学 18
2.2.1 土壤发生学 19
2.2.2 土壤分类 24
2.2.3 土壤调查 27
参考文献 33
第3章 矿山复垦土壤的特征与分类 34
3.1 概述 34
3.2 研究方法与设计 35
3.2.1 研究区选择 35
3.2.2 外业调查 37
3.2.3 室内分析方法 37
3.3 矿山复垦土壤特征 37
3.3.1 土壤形态特征 37
3.3.2 土壤物理特征 46
3.3.3 土壤化学特征 48
3.3.4 土壤环境质量特征 58
3.3.5 小结 59
3.4 矿山复垦土壤分类 61
3.4.1 诊断层与诊断特征 61
3.4.2 复垦土壤分类参比 64
3.4.3 复垦土壤分类建议 65
参考文献 71
第4章 矿区复垦土壤重构的概念、内涵与原理 73
4.1 复垦土壤重构的概念、内涵与理念 73
4.1.1 复垦土壤重构的概念与内涵 73
4.1.2 “土层生态位”与关键层的概念与内涵 75
4.1.3 矿区复垦土壤重构的类型 78
4.1.4 复垦土壤重构的理念 80
4.2 土壤剖面构型及其重构原理 80
4.2.1 土壤剖面构型及其优化的基本原则 81
4.2.2 土壤剖面重构的原理 82
参考文献 84
第5章 露天煤矿复垦土壤重构 86
5.1 概述 86
5.1.1 露天煤矿复垦土壤重构存在的主要问题 86
5.1.2 露天煤矿排土场复垦措施 86
5.2 露天煤矿土壤重构技术工艺 87
5.2.1 露天煤矿采复一体化（边采边复）土壤重构工艺 87
5.2.2 露天煤矿排土场隔水层重构 90
5.3 表土替代材料 91
5.3.1 表土替代基质材料的筛选 91
5.3.2 表土替代材料配方的优选 97
5.4 马家塔露天煤矿采复一体化土壤重构实践 110
5.4.1 马家塔露天煤矿概况 110
5.4.2 马家塔露天煤矿采复一体化土壤重构工艺流程 110
5.4.3 马家塔露天煤矿表土替代材料研制 111
5.5 神华宝日希勒煤矿表土替代材料的野外试验 116
5.5.1 研究区概况 116
5.5.2 指标与方法 117
5.5.3 结果与讨论 118
5.5.4 结论 122
参考文献 123
第6章 采煤沉陷地非充填复垦（挖深垫浅）土壤重构 125
6.1 概述 125
6.1.1 采煤沉陷地的产生及危害 125
6.1.2 挖深垫浅复垦土壤重构的应用条件 126
6.1.3 挖深垫浅复垦土壤重构的技术特点与分类 126
6.2 挖深垫浅复垦土壤重构的通用工艺 128
6.3 泥浆泵挖深垫浅复垦土壤重构 129
6.3.1 泥浆泵挖深垫浅复垦工艺 129
6.3.2 采煤沉陷地挖深垫浅重构土壤存在的问题 130
6.3.3 泥浆泵挖深垫浅复垦土壤重构新工艺 132
6.4 拖式铲运机挖深垫浅复垦土壤重构 133
6.4.1 拖式铲运机挖深垫浅土壤重构工艺 133
6.4.2 拖式铲运机挖深垫浅重构土壤的理化特性 135
6.5 挖掘机联合四轮翻斗车的采煤沉陷地复垦工艺 137
6.5.1 挖掘机联合四轮翻斗车挖深垫浅重构土壤工艺 137
6.5.2 挖掘机联合四轮翻斗车挖深垫浅重构土壤的理化特性 138
参考文献 139
第7章 采煤沉陷地黄河泥沙充填复垦土壤重构 140
7.1 概述 140
7.2 采煤沉陷地黄河泥沙充填复垦可行性分析 140
7.3 采煤沉陷地黄河泥沙充填复垦土壤“上土下沙”结构 142
7.3.1 “上土下沙”结构特征 142
7.3.2 “上土下沙”结构重构工艺 142
7.3.3 “上土下沙”结构重构效果——室内模拟试验 144
7.3.4 “上土下沙”结构重构效果——野外田间试验 152
7.4 采煤沉陷地黄河泥沙充填复垦土壤“夹层式”重构 157
7.4.1 夹层式结构的特征与机理 157
7.4.2 夹层式结构重构工艺 160
7.5 夹层式多层土壤重构效果及优选——室内试验 168
7.5.1 试验设计 168
7.5.2 试验分析与结论 170
7.6 夹层式结构土壤重构效果及优选——野外田间试验 174
7.6.1 试验设计 174
7.6.2 试验分析与结论 175
参考文献 178
第8章 采煤沉陷地矿山固废充填复垦土壤重构 179
8.1 概述 179
8.2 矿山固废充填复垦可行性分析及无害化充填思路 180
8.2.1 粉煤灰/煤矸石充填复垦可行性 180
8.2.2 粉煤灰/煤矸石无害化充填复垦思路与技术 181
8.3 采煤沉陷地粉煤灰/煤矸石一次性充填复垦 186
8.3.1 粉煤灰一次性充填复垦工艺流程 186
8.3.2 煤矸石一次性充填复垦工艺流程 187
8.4 粉煤灰/煤矸石充填复垦夹层式充填复垦技术 188
8.4.1 粉煤灰充填复垦多层多次充填工艺 189
8.4.2 煤矸石充填复垦多层多次充填工艺 195
8.5 煤矸石充填复垦土壤夹层式结构室内外试验 196
8.5.1 多层土壤剖面构型优选试验 197
8.5.2 多层土壤剖面构型土壤水力特征试验 200
8.6 粉煤灰充填复垦土壤重构的室内外试验 203
8.6.1 采煤沉陷地充填粉煤灰的理化特性 203
8.6.2 充填重构土壤的水分特性试验 206
参考文献 210
第9章 煤矸石山土壤重构 212
9.1 概述 212
9.1.1 煤矸石的来源、类型与矿物组成 212
9.1.2 煤矸石风化物的理化特性 214
9.1.3 煤矸石的污染特性 215
9.1.4 煤矸石山土壤重构的限制因素 217
9.2 矸石山生态修复的土壤剖面构型及重构工艺 218
9.2.1 废弃煤矸石山土壤剖面构型及重构工艺 218
9.2.2 新排煤矸石土壤剖面构型 220
9.3 煤矸石山土壤重构关键层的构建 221
9.3.1 抑制氧化防燃材料的研制与施用 221
9.3.2 隔离层的构建 224
9.3.3 毛管阻滞层的构建 225
9.3.4 表土层的构建 225
9.4 酸性煤矸石山土壤重构工艺及效果 226
9.4.1 煤矸石山自燃诊断技术 226
9.4.2 煤矸石山浅层喷浆与浅孔注浆相结合的灭火技术 227
9.4.3 防火阻燃技术 229
9.4.4 煤矸石山植被恢复技术 230
9.5 小康煤矿煤矸石土壤重构案例 231
9.5.1 研究区概况 231
9.5.2 煤矸石问题诊断 231
9.5.3 煤矸石山整形方案 234
9.5.4 煤矸石山灭火方案 235
9.5.5 煤矸石山土壤重构方案 235
参考文献 237
第10章 重构土壤质量检测与评价 239
10.1 重构土壤质量检测 239
10.1.1 传统土壤质量检测方法 239
10.1.2 基于探地雷达的重构土壤无损检测技术 240
10.1.3 基于遥感的重构土壤质量检测技术 268
10.2 重构土壤质量评价 270
10.2.1 重构土壤质量评价指标体系构建 271
10.2.2 重构土壤质量综合评价 274
参考文献 304
附录 单个土体描述 307
索引 331