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矿山复垦土壤重构的理论与方法

煤炭学报 2022年第7期47卷 2499-2515页

作者：胡振琪中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116

土壤是生物之基,土壤重构是矿山土地复垦与生态修复的关键和基础。目的是革新土壤重构理念,凝练和提升土壤重构理论与方法,为矿区土地复垦与生态修复独特基础理论提供支撑。回顾了矿山复垦土壤重构的研究历史,从单元土体空间重构的视角... 详细信息

土壤是生物之基,土壤重构是矿山土地复垦与生态修复的关键和基础。目的是革新土壤重构理念,凝练和提升土壤重构理论与方法,为矿区土地复垦与生态修复独特基础理论提供支撑。回顾了矿山复垦土壤重构的研究历史,从单元土体空间重构的视角,提出了四维重构的概念,即垂直方向(Z)的土壤剖面重构、水平方向(X,Y)的地貌重塑、时间维(t)方向的土壤改良,其中垂向剖面重构是土壤重构的核心,也是土壤重构的狭义概念。总结国内外矿山生态修复成功经验与失败教训,依据土壤发生学原理和师法自然的理念,提出了“土层生态位”和“土壤关键层”的概念,认为不同土层有其独特的生态功能和空间位置,将各个土层在空间的位置及其与相关土层之间的功能关系与作用,称为“土层生态位”;将影响土壤整体功能和生产力的关键土层,称为“土壤关键层”。矿山复垦土壤剖面重构的原理就是以土层生态位为理论基础、土壤关键层为构造核心,设计和优化土壤剖面构型并付诸实施的过程,其核心是优化设计各个土层生态位、确定和优化关键层。因此,土壤剖面重构方法就是在深入分析自然土壤剖面结构和损毁土地特征的基础上,基于需求确定重构土壤剖面的目标;然后对每一土层空间生态位适宜度进行分析;再通过土层生态位的空间位、宽度、重叠、差距和竞争等要素分析,确定可能的土壤剖面构型和关键层;最后通过室内外种植试验或模拟试验验证与筛选,从而获得最佳生产力功能的土壤剖面构型。基于这一原理和方法,提出了“分层剥离、交错回填”的土壤重构技术工艺原理,“分层”是满足“土层生态位”和“关键层”构造的要求,“交错”是实现土壤重构连续、高效的施工工艺,并以露天煤矿采复一体化和采煤塌陷地挖深垫浅复垦为例介绍了土壤重构工法。最后,以山东黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地为例,介绍了土壤重构原理与方法的应用和实践。

关键词：矿山复垦土壤重构土壤剖面土层生态位土壤关键层原理工法

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露天煤矿复垦土壤物理特性的空间变异性

中国矿业大学学报 1992年第4期21卷 31-37页

作者：胡振琪中国矿业大学采矿系

土壤空间变异性是影响土壤生产能力的重要因素。本文在大量田间测试的基础上,引入地质统计学分析倒堆法露天采煤复垦土壤物理特性的空间变异性,得出了复垦土壤物理特性空间变异大、压实严重且压实最严重深度为20～40cm的结论;同时也发... 详细信息

土壤空间变异性是影响土壤生产能力的重要因素。本文在大量田间测试的基础上,引入地质统计学分析倒堆法露天采煤复垦土壤物理特性的空间变异性,得出了复垦土壤物理特性空间变异大、压实严重且压实最严重深度为20～40cm的结论;同时也发现土壤空间变异性与采矿方向密切相关;土壤剖面内的空间变异呈明显的规律性;空间变异性与压实成正比等重要结果。这些研究结果为改良土壤和改进采矿与复垦方法提供了依据和方向。

关键词：煤矿土地复垦土物理性质变异性

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煤矿山复垦土壤剖面重构的基本原理与方法

煤炭学报 1997年第6期22卷 617-622页

作者：胡振琪中国矿业大学

基于土壤学理论和国外露天矿复垦的实践，提出了“分层剥离、交错回填”的土壤剖面重构原理，使破坏土地的土层顺序在复垦后保持基本不变，更适宜于作物生长，并以上覆土（岩）分为两层（部分）为例，给出了土壤剖面重构的公式和图示，... 详细信息

基于土壤学理论和国外露天矿复垦的实践，提出了“分层剥离、交错回填”的土壤剖面重构原理，使破坏土地的土层顺序在复垦后保持基本不变，更适宜于作物生长，并以上覆土（岩）分为两层（部分）为例，给出了土壤剖面重构的公式和图示，进而总结出上覆土（岩）分为两层以上的通用的土壤剖面重构公式，同时成功地将这一原理应用于横跨采场倒堆工艺（连续开采工艺）的露天矿复垦土壤剖面重构方法的描述和研制出一种新颖的采煤沉陷地泥浆泵挖深垫浅复垦的土壤剖面重构方法．

关键词：土地复垦土壤重构土壤剖面煤矿

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多光谱遥感影像煤火监测新方法（英文）

光谱学与光谱分析 2016年第8期36卷 2712-2720页

作者：夏清胡振琪中国矿业大学(北京) 北京100083

煤火在世界各地均有不同程度的发生,严重威胁生态环境,煤火燃烧释放大量的有毒有害气体,造成大气污染,同时煤火燃烧形成地下空洞,导致地表塌陷,直接威胁着矿区人员的生命安全。遥感技术的迅猛发展使大尺度反演与监测煤火温度变为可能。... 详细信息

煤火在世界各地均有不同程度的发生,严重威胁生态环境,煤火燃烧释放大量的有毒有害气体,造成大气污染,同时煤火燃烧形成地下空洞,导致地表塌陷,直接威胁着矿区人员的生命安全。遥感技术的迅猛发展使大尺度反演与监测煤火温度变为可能。单窗算法是一个简单可行且精度较高的煤火温度反演方法,该方法需要两个大气参数进行温度反演,即大气水分含量和地表比辐射率。由于该算法需要卫星影像获取瞬间时的大气水分含量,而卫星过境瞬间的大气水分含量受多种因素影响难以获得;单窗算法对不同类型的地物均采用统一的地表比辐射率,这会导致反演温度不精确,误差较大。针对上述存在的问题,采用基于地面湿度参量建立起的大气可降水量与地面水汽压间的经验关系,计算大气水分含量,同时,采用NDVI阈值法计算不同地物类型的地表比辐射率,对单窗算法中的两个参数进行精确估计,从而改进提高该算法的精度及可操作性。将改进的算法应用于内蒙古乌达矿区,反演从1988年到2015年间研究区的煤火温度,提取每年研究区的温度异常区域,对比分析煤火区域分布、面积变化情况。本文提出的改进算法能够快速、高效的反演煤火温度,对掌握煤火异常区域变化情况提供技术支持,具有可操作性及现实意义。

关键词：多光谱热红外光谱单窗算法 NDVI阈值法

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我国采动地裂缝形成机理研究进展

煤炭学报 2018年第3期43卷 810-823页

作者：陈超胡振琪中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所北京100083

煤矿区采动地裂缝可对岩土工程的稳定及土地生态安全造成严重威胁,研究其形成机理有助于实现矿区资源与环境协调开发。根据采动地裂缝的力学成因进行分类,系统梳理了不同类型采动地裂缝形成机理研究进展,分析了采动地裂缝的影响因素与... 详细信息

煤矿区采动地裂缝可对岩土工程的稳定及土地生态安全造成严重威胁,研究其形成机理有助于实现矿区资源与环境协调开发。根据采动地裂缝的力学成因进行分类,系统梳理了不同类型采动地裂缝形成机理研究进展,分析了采动地裂缝的影响因素与研究方法,讨论了相关的关键科学问题。分析认为,岩层破断与表土层形变过程尤其是基岩与松散层接触面的应力-应变机制、动态地裂缝多周期形成机理、顾及多因素耦合影响效应的力学模型构建、多技术手段的综合运用、深部开采与生态脆弱矿区高强度开采以及煤炭开采新技术引起的地裂缝形成机理等将是未来研究的难点与发展趋势。

关键词：采煤沉陷地裂缝形成机理岩层破断土体形变

黄河下游平原煤矿区采煤塌陷地治理的若干基本问题研究

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煤炭学报 2021年第5期46卷 1392-1403页

作者：胡振琪袁冬竹中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116

黄河下游流经河南和山东两省,该区域为冲积平原地貌,既是我国的粮食主产区,也是重要的煤炭基地。平原煤矿区煤炭开采最主要的生态环境问题是采煤塌陷并严重积水,造成耕地面积减少、生态环境恶化。以黄河下游平原煤矿区采煤塌陷地为研究... 详细信息

黄河下游流经河南和山东两省,该区域为冲积平原地貌,既是我国的粮食主产区,也是重要的煤炭基地。平原煤矿区煤炭开采最主要的生态环境问题是采煤塌陷并严重积水,造成耕地面积减少、生态环境恶化。以黄河下游平原煤矿区采煤塌陷地为研究对象,针对治理范围、积水机理和稳沉性分析这三大采煤塌陷地治理的基础性问题进行探讨,并研究其治理措施。研究表明:①采煤塌陷地治理范围是一个隐伏信息,比较难以精准确定。传统以下沉10 mm的沉陷边界作为治理范围往往过大,应以塌陷对建筑物和耕地的损毁边界作为采煤塌陷地治理范围,对建筑物的损害边界以临界变形值:倾斜i=3 mm/m,水平变形ε=2 mm/m,曲率K=0.2 mm/m^(2)来确定,耕地损毁边界以对耕地生产力开始产生影响的临界下沉值、临界倾斜值、临界水平变形值的最小值来圈定,并提出耕地损毁临界变形值计算方法和治理范围圈定方法。②采煤塌陷地积水是平原矿区生态损毁的主要特征和优选治理技术的关键,它主要与地表下沉量、潜水位、气候、土壤结构和质地等因素有关,通过厘清塌陷后的地表与潜水位的关系,阐述了塌陷积水的机理及动态过程,并以是否积水作为土地损毁程度评价的重要标准。③塌陷稳定性是治理措施和时机选择的关键,提出了基于治理阶段性和考虑未来(周边与多煤层)开采影响的塌陷稳定性分析方法。④针对黄河下游平原煤矿区耕地损毁严重的问题,改变传统的“末端治理理念”和“零和博弈思维”,提出了“采煤与耕地保护协同发展战略”和“边采边复战略”,可有效保护和恢复耕地,实现煤炭开采与生态保护的协同发展。

关键词：黄河流域平原煤矿区采煤塌陷地积水机理治理战略

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基于遥感图像的煤矿区土地利用/覆盖变化

煤炭学报 2005年第1期30卷 44-48页

作者：胡振琪谢宏全中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所北京100083

选择唐山市古冶区为试验场,以3期(1987年、1992年和2001年)TM和ETM图像为主要数据源,采用ENVI和ArcView获取计算的基础数据和景观生态学的指数模型,计算了单个地类面积变化率、土地利用程度综合指数、土地利用动态度、多度和重要度指数... 详细信息

选择唐山市古冶区为试验场,以3期(1987年、1992年和2001年)TM和ETM图像为主要数据源,采用ENVI和ArcView获取计算的基础数据和景观生态学的指数模型,计算了单个地类面积变化率、土地利用程度综合指数、土地利用动态度、多度和重要度指数,并依据计算结果做了详细的分析.实验表明:古冶区土地利用结构变化呈波浪式变化,与矿山开发强度和复垦程度有密切关系,利用多种指数模型可以较好地分析煤矿区土地利用/覆盖的演变规律.

关键词：遥感图像煤矿区土地利用/覆盖变化指数模型

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黄河泥沙在生态修复中的作用机理与关键技术

中国矿业大学学报 2022年第1期51卷 1-15页

作者：胡振琪李勇陈洋中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所北京100083 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116

以黄河泥沙对黄河流域煤矿开采造成的采煤塌陷地修复方法为研究对象,探讨和分析了黄河泥沙在黄河流域矿山生态修复中的作用机理与关键技术.研究结果表明:黄河泥沙具有无毒无害、营养成分低的特性,黄河中下游沉积泥沙砂粒占比大部分高于6... 详细信息

以黄河泥沙对黄河流域煤矿开采造成的采煤塌陷地修复方法为研究对象,探讨和分析了黄河泥沙在黄河流域矿山生态修复中的作用机理与关键技术.研究结果表明:黄河泥沙具有无毒无害、营养成分低的特性,黄河中下游沉积泥沙砂粒占比大部分高于60%,悬移质泥沙黏粉粒含量大部分高于35%,前者适宜作为充填材料对植物生长介质起支撑和辅助作用,后者可作为粗化土壤的质地改良材料.利用黄河泥沙与心土质地特性逆向的特性,研究了表土和夹层等关键层的构造方法,提出了黄河泥沙充填复垦的4大关键技术,即取沙、输沙、固结排水和土壤重构,并得到了黄河泥沙充填采煤沉陷地的一般工艺流程,以及无夹层一次充填和夹层式多次充填的技术工艺.黄河泥沙悬移质作为土壤改良材料时,需要采用漫灌的方式对特定时机、特定位置的泥沙进行施用,沉积泥沙作为改良材料时,表土、心土、泥沙的混配比例在1∶1∶0.86~1∶1∶2之间能够使农作物产量达到最大.

关键词：黄河流域黄河泥沙采煤沉陷充填复垦土壤改良生态修复

遗传算法在GPS快速定位病态方程解算中的应用

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武汉大学学报（信息科学版） 2009年第2期34卷 240-243页

作者：郭秋英胡振琪中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京市100083 山东建筑大学土木工程学院济南市250101

将GPS病态方程求解问题转化为一个函数优化问题,应用遗传算法求解,避免了法方程的求逆运算,从而可以得到参数的近似最优解。探讨了利用遗传算法得到模糊度浮点解、应用有偏估计的均方误差矩阵确定模糊度的搜索范围、结合Lambda方法快速... 详细信息

将GPS病态方程求解问题转化为一个函数优化问题,应用遗传算法求解,避免了法方程的求逆运算,从而可以得到参数的近似最优解。探讨了利用遗传算法得到模糊度浮点解、应用有偏估计的均方误差矩阵确定模糊度的搜索范围、结合Lambda方法快速确定整周模糊度的方法。

关键词： GPS快速定位病态方程整周模糊度遗传算法