煤矸石山生态修复

煤矸石是煤矿采矿和选矿过程中的必然产物，在矿区堆积成山，对矿区的土地、水体和大气造成了严重污染，是煤矿区最主要的污染源。本书从煤矸石的产生与污染机理入手，阐述煤矸石山生态修复原理，将煤矸石山划分为酸性和非酸性两类，分别介绍其生态修复技术模式；重点探讨煤矸石山生态修复的五大关键技术：煤矸石山立地条件调查和自燃诊断技术、煤矸石山整形整地技术、煤矸石山灭火技术、煤矸石山防火技术和煤矸石山植被重建技术，同时介绍新排煤矸石山的边堆边治技术；最后，给出多个煤矸石山生态修复应用实践案例，并介绍经验分享。本书可供高等院校矿山生态修复、环境工程、土壤学、土地资源管理、土地整治工程等相关专业的高年级本科生和研究生阅读，也可作为从事土地复垦与生态修复相关工作人员的参考书。

第一篇 理论技术篇
第1章 煤矸石概述 3
1.1 煤矸石的定义、产生与分类 3
1.1.1 煤矸石的定义 3
1.1.2 煤矸石的产生 3
1.1.3 煤矸石的分类 3
1.2 我国煤矸石基本情况 4
1.2.1 煤矸石的分布及排放量 4
1.2.2 煤矸石的综合利用情况 5
1.3 煤矸石的危害 6
第2章 煤矸石山自燃机理及生态修复原理 7
2.1 煤矸石山自燃机理 7
2.1.1 煤矸石山的空气吸附 7
2.1.2 煤矸石山自燃过程的发生与临界温度 8
2.1.3 煤矸石山自燃过程中氧气传递原理 9
2.1.4 煤矸石山中残煤的复合氧化原理 10
2.1.5 煤矸石山中硫化亚铁（黄铁矿水解）的氧化原理 10
2.2 煤矸石山自燃规律 11
2.2.1 自燃孕育期 11
2.2.2 自燃发生期 11
2.2.3 自燃发展期 12
2.2.4 自燃衰退期 12
2.3 煤矸石山自燃的产生条件 12
2.3.1 气候和水 12
2.3.2 组成成分 13
2.3.3 残存煤 13
2.3.4 堆体堆积成分 14
2.3.5 堆体堆积年限及内部压力 14
2.3.6 堆积形式 14
2.4 煤矸石山自燃特征 14
2.4.1 热量聚散均衡理论 14
2.4.2 煤矸石山自燃一般特征 16
2.5 煤矸石山生态修复基本原理 18
2.5.1 生态系统定位与优化 18
2.5.2 立地条件 19
2.5.3 煤矸石山防灭火 20
2.5.4 煤矸石山植物筛选与种植 21
第3章 煤矸石山生态修复技术模式 25
3.1 非酸性煤矸石山绿化技术模式 25
3.1.1 立地条件分析与评价 26
3.1.2 整形和整地 26
3.1.3 植物种类筛选 30
3.1.4 种植 31
3.1.5 抚育管理 34
3.2 酸性/自燃煤矸石山生态修复技术模式 36
3.2.1 立地条件调查及诊断 36
3.2.2 防灭火措施 38
3.2.3 植被恢复 42
第4章 煤矸石山立地条件调查 43
4.1 煤矸石山堆体调查的主要内容 43
4.1.1 排矸场历史资料收集 43
4.1.2 排矸场现场踏勘 44
4.1.3 分析监测 46
4.2 煤矸石山堆体温度场的建立 47
4.2.1 火情勘察方法 47
4.2.2 煤矸石山深部着火点的诊断与探测 49
4.3 煤矸石山火情勘察与温度场空间分布特征分析 51
4.3.1 火情勘察 51
4.3.2 火情的空间分布特征 51
4.3.3 煤矸石粒径分布与孔隙率分析 53
4.3.4 灭火关键因子分析 55
4.3.5 自燃煤矸石山火情评估 55
4.4 自燃煤矸石山表面温度场测量技术 56
4.4.1 测量的基本原理 56
4.4.2 测量的方法 57
第5章 煤矸石山整形、整地技术 59
5.1 煤矸石山堆体整形、整地的必要性 59
5.1.1 煤矸石山堆体整形、整地问题分析 59
5.1.2 煤矸石山堆体整形、整地基本原则 64
5.2 煤矸石山堆体稳定性影响机制分析 64
5.2.1 沉降、变形影响因素及机制 64
5.2.2 滑坡影响因素及机制 66
5.3 煤矸石山多级隔坡反台山体整形、整地的原则与关键技术 67
5.3.1 整形、整地的原则 67
5.3.2 整形、整地的关键技术 68
第6章 煤矸石山灭火技术 78
6.1 概述 78
6.1.1 国内外主要灭火技术 78
6.1.2 煤矸石山灭火与防复燃问题分析 80
6.1.3 自燃煤矸石山堆体治理的难点 81
6.1.4 自燃煤矸石山堆体治理的误区 82
6.2 煤矸石山灭火防复燃技术体系 83
6.2.1 煤矸石山灭火防复燃技术体系基础 83
6.2.2 动态开放适应性管理理论体系 84
6.3 系统灭火技术 85
6.3.1 改良挖除技术 85
6.3.2 喷浆与注浆相结合的灭火技术 87
第7章 煤矸石山防火技术 90
7.1 防火技术原理 90
7.1.1 自燃的原因 90
7.1.2 煤矸石山抑制氧化原理 90
7.1.3 煤矸石山覆盖阻隔原理 91
7.1.4 煤矸石山防火管理 93
7.2 抑制氧化防火技术 93
7.2.1 杀菌剂的筛选 93
7.2.2 还原菌的筛选 96
7.2.3 杀菌剂与还原菌的耦合及其施用 99
7.3 隔氧防火技术 101
7.3.1 概述 101
7.3.2 覆盖阻燃技术 104
7.4 抑氧隔氧耦合防火技术 109
第8章 煤矸石山植被重建技术 110
8.1 煤矸石山植被重建问题分析 110
8.1.1 煤矸石山植被重建问题树 110
8.1.2 煤矸石山植被重建的关键因子分析 111
8.1.3 煤矸石山植被重建关键技术 112
8.2 煤矸石山基质层土壤改良与重构技术 113
8.2.1 近自然生态系统重建技术方法与步骤 113
8.2.2 土壤基质改良 114
8.3 植物物种筛选与配置 116
8.3.1 植被筛选原则 116
8.3.2 植物物种种群配置 116
8.3.3 不同部位植物配置 117
8.4 植被种植与抚育技术 118
8.4.1 植被种植基本原则 118
8.4.2 植被层种植施工技术 118
8.4.3 植被抚育与管理技术 122
8.5 煤矸石山生态系统监测与评价 125
8.5.1 生态环境变化监测 126
8.5.2 煤矸石山的土壤状况 127
8.5.3 煤矸石山物种多样性监测 129
8.5.4 煤矸石山温度与复燃监测 131
第9章 煤矸石山边堆边治技术 133
9.1 边堆边治的必要性 133
9.2 边堆边治技术方法 134
第二篇 应用实践篇
第10章 海美斯矿煤矸石山生态修复实践 139
10.1 基本情况 139
10.1.1 内蒙古煤矿开采情况 139
10.1.2 乌海矿区煤矿开采情况 139
10.1.3 乌海市煤炭资源开采带来的环境资源影响 140
10.1.4 乌海市矿区治理情况 140
10.1.5 项目区概况 141
10.1.6 火情勘测及煤矸石采样测定 143
10.2 案例典型性分析 151
10.2.1 煤矸石自燃典型特征 151
10.2.2 典型特征 151
10.3 治理思路与方法 153
10.3.1 治理原则与技术路线 153
10.3.2 治理目标 154
10.3.3 工程进度计划 154
10.3.4 煤矸石堆积区灭火防复燃施工技术 155
10.3.5 渣石堆积区灭火防复燃施工技术 158
10.3.6 土石堆积区施工技术 160
10.3.7 混合堆积区施工技术 160
10.4 防复燃监测 160
10.5 经验分享 161
第11章 白羊岭煤矿矸石山生态修复实践 162
11.1 基本情况 162
11.1.1 矸石场基本情况 162
11.1.2 煤矸石堆放方式和年限 164
11.1.3 煤矸石成分分析 166
11.1.4 煤矸石自燃状况 167
11.1.5 矸石场渗滤液现状 168
11.1.6 矸石场对周围环境带来的危害 170
11.2 案例典型性分析 174
11.2.1 煤矸石主要成分 174
11.2.2 煤矸石堆积方式 175
11.2.3 矸石场底部涵洞 176
11.2.4 原有治理模式不足 177
11.3 治理思路与方法 178
11.3.1 治理目标 178
11.3.2 治理技术路线 178
11.3.3 治理工程 179
11.4 治理效果 193
11.4.1 总体效果 193
11.4.2 生态效益 194
11.4.3 经济效益 194
11.4.4 社会效益 194
11.5 经验分享 194
第12章 西铭矿煤矸石山生态修复实践 196
12.1 基本情况 196
12.1.1 西铭矿沟西湾矸石场基本情况 196
12.1.2 西铭矿堆矸情况 196
12.1.3 西铭矿煤矸石成分 197
12.1.4 西铭矿沟西湾矸石场自燃现状 198
12.1.5 西铭矿沟西湾矸石场产生的环境问题 199
12.2 案例典型性分析 201
12.2.1 西铭矿沟西湾矸石场的典型性分析 201
12.2.2 西铭矿沟西湾矸石场治理关键问题分析 204
12.2.3 西铭矿沟西湾矸石场存在的具体问题 205
12.3 治理思路与方法 206
12.3.1 西铭矿沟西湾矸石场治理目标 206
12.3.2 西铭矿沟西湾矸石场治理工程 206
12.4 治理效果 220
12.5 经验分享 223
第13章 王庄煤矿西矸石山生态修复实践 224
13.1 基本情况 224
13.1.1 自然地理条件 224
13.1.2 王庄煤矿矸石山概况 225
13.2 治理思路与方法 225
13.2.1 立地条件分析 226
13.2.2 煤矸石山生态恢复适宜微生物筛选及施用方法 226
13.2.3 整形整地 233
13.2.4 植被重建技术 234
13.3 治理效果 237
13.4 经验分享 241
第14章 漳村煤矿矸石山生态修复实践 242
14.1 基本情况 242
14.1.1 自然地理条件 242
14.1.2 漳村煤矸石山概况 242
14.2 治理思路与方法 242
14.2.1 煤矸石山防火工程 243
14.2.2 煤矸石山灭火工程 244
14.2.3 煤矸石山防滑坡措施 244
14.2.4 排水系统设计工程 246
14.2.5 植被构建工程 247
14.2.6 自燃处置和复燃治理 249
14.3 治理效果 249
14.4 经验分享 251
第15章 屯兰煤矿矸石山生态修复实践 252
15.1 基本情况 252
15.1.1 地理位置 252
15.1.2 交通 252
15.1.3 煤矸石山现状 252
15.1.4 自然状况 252
15.1.5 排矸场自燃情况 253
15.2 治理思路与方法 255
15.2.1 系统灭火防复燃工程 255
15.2.2 稳定山体工程 260
15.2.3 道路工程 264
15.2.4 生态系统重建工程 265
15.2.5 配套工程 267
15.3 治理效果 268
15.4 经验分享 270
第16章 常村煤矿矸石山生态修复实践 271
16.1 基本情况 271
16.1.1 自然地理条件 271
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