CN104429215B - 一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法及标准，目的在于提供一种针对生态环境相对脆弱且有火灾隐患的黄土丘陵沟壑区的生态恢复模式和技术，以满足其大面积生态恢复工程的需要。本发明通过利用表土资源剥挖、内排与外排相结合的方式边采矿边造地、进行水土保持工程、利用工程技术和生物方法进行复垦、最后进行植树绿化等一系列的生态恢复方法，为治理区的生态恢复提供了方法和技术。

Description

一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法

技术领域

本发明涉及生态恢复技术领域，特别是涉及一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法。

背景技术

陕西省府谷县郭家湾煤矿位于陕北黄土高原与毛乌素沙漠的接壤地带，治理区地貌单元属黄土丘陵沟壑区，区内除沟内有延安组地层出露外，大部分被第四系风积沙和黄土覆盖，生态环境相对脆弱。

该地区由于地形破碎，沟谷密集，表土结构疏松，植被稀少，加之原小煤矿开采中的配套设施欠缺，对废弃物处置不当等因素存在，极易引发如像火灾等灾害性环境地质现象。同时，本煤矿井田的开采对上述所在区域的生态环境也有一定程度的影响，特别对地表植被赖以生存的原生态地下水环境影响的程度较大。

到目前为止，针对这种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复模式和技术还比较缺乏，无法满足其大面积生态恢复工程的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法，以克服上述现有技术的缺陷，为火烧隐患区大面积生态恢复工程建设提供技术支撑。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供了所述一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法，包括以下步骤：

1、表土剥挖；

2、造地；

3、水土保持工程；

4、复垦：所述复垦包括工程方法和生物方法；

所述工程方法包括：

(1)内排土场造地：将大块、坚硬的矸石排放在底部；然后，采取岩土混排；对排弃的剥挖物逐层堆垫、逐步压实；利用黄土对所述矸石进行包埋，将矸石包埋在采坑中部；

(2)黄土母质直接铺覆：对火烧隐患区内能够为植物生长提供必要条件的土层全部进行剥挖；

(3)堆状地面排土：大型运输机械在铺覆黄土，排土后不碾压，堆成蜂窝状起伏的土堆；小型推土机稍推；人工平整；

(4)台阶复垦：包括内排土场台阶平台的复垦和内排土场台阶边坡的复垦；

所述生物方法包括：

(1)土壤改良与培肥；

(2)植物的筛选与种植；

5、生态恢复：包括排土场平台林地的恢复、排土场平台草地的恢复和边坡复垦；

所述排土场平台林地的恢复包括：

(1)整地：采用封闭式带状整地；

(2)造林：选择种植侧柏，乔木林网中间种植沙棘，所述侧柏、沙棘采用坑植，混交种植；

(3)造林季节与时间：春季造林，栽植侧柏和沙棘；或在已栽植数年的侧柏林内补栽沙棘，或在沙棘林内栽侧柏；

(4)抚育管理：造林后当年对混交林进行松土除草，扩带扩穴；9年后开始修枝；沙棘植后第3年开始平茬；

所述排土场平台草地的恢复包括：

选取优质的沙打旺或紫花苜蓿，开沟播种；灌木为柠条或沙棘，选取一年生的一级苗，以小穴种植；

所述边坡复垦包括：

选择灌木类植物，挖鱼鳞坑，利用火烧隐患区土源形成客土栽种；同时在所述鱼鳞坑上撒播攀爬类植物，以增加地表植被覆盖率；

所述灌木类植物为紫穗槐；所述攀爬类植物为爬山虎。

所述的表土剥挖的土壤为矿区表层土壤及其下深厚的、无污染的、厚度为0～200cm黄土母质；所述步骤(2)造地，实行内排与外排结合的方式。

所述步骤(4)的黄土母质直接铺覆中，对土层的剥挖深度为0-200cm。

所述步骤(4)的植物的筛选与种植中，所述先锋或适生草本植物类选自：沙打旺、紫花苜蓿、白花草木樨、黄花草木樨、无芒雀麦、蜀葵、红豆草或羊草、或其组合；

所述先锋或适生灌木植物类选自：紫穗槐、沙棘、火炬树、沙柳、五叶地锦、紫藤、柠条锦鸡儿、沙枣、或其组合；

所述先锋或适生乔木植物类选自：侧柏、油松、小黑杨、合作杨、小叶杨、河北杨、刺槐、榆树、或其组合；

所述先锋或适生作物类选自：谷子、黍子、燕麦、莜麦、荞麦、玉米、大豆、西瓜、甜瓜、马铃薯、或其组合；

所述先锋或适生药材类选自：华黄芪、草红花、连翘、甘草、枸杞、菘蓝、或其组合。

所述步骤(5)的侧柏种植穴的规格为底径10-80cm，深10-80cm；所述的沙棘种植穴的规格为底径0-60cm，深0-60cm。

所述步骤(5)的侧柏为2年生容器苗，胸径4～6cm；如裸根苗，保持苗根湿润，醮浆造林；沙棘为1年生苗。

所述步骤(5)的混交方式：采用行间混交，带状混交或块状混交；

所述混交比例，乔木植物与灌木植物为1-8∶5或2-9∶4；乔木植物与灌木植物的株行距均为1-3.0m×2.0m，1000-5000株/hm²，或乔木植物1-3.0m×4.0m，灌木植物1.0-5.0m×3.0m；

所述乔木植物为侧柏；所述灌木植物为沙棘。

所述步骤(5)的抚育管理中，侧柏修去树干基部10-50cm的侧枝。

所述的沙打旺和紫花苜蓿，株距是0.1-0.8m，行距是0.1-0.8m；每个单位面积种植2000-4000穴，需苗量0.2-1.2公斤/亩。

所述的挖鱼鳞坑规格为长径0.2-1.4m，短径0.1-0.7m，深0.1-0.7m；株行距1.0-6.0×2.0m；所述爬山虎的播种量为50-200kg/hm²。

本发明采用上述技术方案以后具有的有益效果：

1、本发明一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法及标准是针对生态环境相对脆弱且有火灾隐患的黄土丘陵沟壑区所提供的生态恢复模式和技术，能够满足大面积生态恢复工程的需要。

2、本发明一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法及标准可以使治理区的剥挖工艺、开采工艺、排弃工艺、造地复垦工艺和植树绿化工艺紧密联系在一起。实现开采残煤与造地同时进行，破坏与复垦同时进行，减少了矿区土地出于破坏状态的时间，加快了土地复垦的进度，为矿区生态重建和土地恢复、再利用创造了良好的条件。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法的流程图。

图2是排土场造林典型设计图(平面图)。

图3是排土场造林典型设计图(剖面图)。

图4是内排土场平台植被配置模式图(平面图)。

图5是内排土场平台植被配置模式图(剖面图)。

图6是鱼鳞坑设计图。

图7是鱼鳞坑效果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合图1对本发明的实施方式做进一步的详细描述。

实施例1

本实施例的实施地点是陕西榆神矿区郭家湾煤矿。

1、表土剥挖

剥挖的土壤为矿区表层土壤及其下深厚的、无污染的黄土母质，即100cm的土层，该部分土层理化性状相似，具有头植被生长所需要的水分和营养物质。经过合理培肥，即能达到甚至超过破坏前土壤的肥力；

2、造地

实行内排与外排结合的方式，有效利用地势情况进行排放，减少和降低土地破坏面积和程度。所述内排即是把剥离物排放到露天采场内的采空区；所述外排即是把剥离物排放到露天采场外的采空区；

3、水土保持工程

在排弃剥挖物阶段对排土场的台阶，尤其是边坡采取相应防治措施，如构建挡水墙、挡土围堰等；对于采坑，要在其周围设排水沟，增强排水能力。同时，对施工机械、运行方式和施工季节严格设计，如在滑坡可能发生的地区主要在非暴雨季节施工。在土壤风蚀严重地区注意水平施工，避免垂向施工；

4、复垦

(1)工程方法

1)内排土场造地

所述内排土场造地即将剥挖物逐步排弃至采坑，最终形成平台的过程。

a.将大块、坚硬的岩石排放在底部，可以保证排土场的稳定性；在此基础上，采取岩土混排工艺，注意对土壤粗细粒径的合理搭配，使细颗粒的黄土充填到岩块的缝隙中，增加单位空间的岩土容量，减轻非均匀沉降；

b.对排弃的剥挖物逐层堆垫、逐步压实；

c.利用黄土对矸石进行包埋。由于煤矸石具有自燃和酸性元素，为了避免对内排土场复垦土地的持续利用造成不利影响，在排弃时应当注意避免将煤矸石排弃在采坑的底部、边缘和上部，而是将其用黄土包埋在采坑中部。由于项目区黄土分布丰富，并且中性偏碱，因此能够有效地减少煤矸石对土地的不利影响；所述矸石即采矿过程中，从井下或露天矿采场采出的或混入矿石中的岩石；

2)黄土母质直接铺覆

对项目区内能够为植物生长提供必要条件的土层全部进行剥挖，约为100cm；

3)堆状地面排土

大型运输机械在铺覆黄土时，排土后不碾压，堆成蜂窝状起伏的土堆，再用小型推土机稍推，而后进行人工平整；

4)台阶复垦

a.内排土场台阶平台

根据内排土场平台发生的水土流失特点，首先将台阶平台划分为小块的畦田，畦田化的设计形式可以分块拦截雨水并排水，防止积水造成对平台的侵蚀。其次，由于平台积水易使边坡形成冲沟，因此，应在排土场边缘修建坡肩挡水墙，以防止冲沟的形成。所述畦田即用田埂将灌溉土地分隔成规格的长方形田块。

b.内排土场台阶边坡

根据内排土场台阶边坡发生的水土流失特点，应对边坡进行综合的防护过程。首先，应在坡脚修建汇水沟，对边坡的积水进行汇流排水。由于在雨季，特别是暴雨期，表层覆土“剥皮”的现象时有发生，因此在坡脚堆放大石块，拦截坡面下移泥沙，保护坡脚汇水渠系。其次，应在台阶边坡修建引水渠，将平台及边坡的积水最终引到采坑中，最后用水泵将采坑中的积水抽走。

(2)生物方法

1)土壤改良与培肥

a.施无机化肥

施用无机肥料来增加土壤养分，以化学肥料为启动，使植物生长良好，提高了土壤有机质，改良土壤的理化性质。

b.有效利用污泥和有机肥料

矿区和生活区内污水处理过程中形成的污泥，含有较多的养分和微生物，施在矸石风化物上有较好的效果。同时也可以采取堆肥发酵的方式，作为土壤改良与培肥的有机肥料。所述矸石即采矿过程中，从井下或露天矿采场采出的或混入矿石中的岩石；

c.绿肥法

常见的有沙打旺、紫花苜蓿、豆科等植物，其生命力旺盛，在自然条件较差、土壤较贫瘠的土地上都能很好地生长。在最初几年内需要种植多年生或一年生豆科草本植物，然后将这些植物通过压青、秸秆还田、过腹还田等多种方式复田，在土壤微生物作用下，除释放大量养分外，还可以转化成腐殖质，其根系腐烂后也有胶结和团聚作用，可以有效改善土壤理化性质；

d.容土法

对过砂、过粘土壤，合理添加调配物，调整耕作层的泥砂比例，达到改良土壤质地、改善耕性、提高肥力的目的；

e.化学中和法

主要使用化学方法对酸、碱性土壤进行改良。中和酸性土壤一般用石灰作掺合剂；中和碱性土壤常用石膏、氯化钙、硫酸；

2)植物的筛选与种植

由于治理区将原植被全部破坏，在半干旱生态条件脆弱地区依靠自燃恢复较困难，且周期漫长，所以要快速恢复植被，首先是筛选先锋植物，同时要筛选适宜的适生植物以重建人工生态系统。根据矿区植被重建的主要任务，以及生态重建的目标，同时结合本项目区的特殊自然条件，所选择的植被：

可供选择的先锋或适生草本植物类：沙打旺、紫花苜蓿、白花草木樨、黄花草木樨、无芒雀麦、蜀葵、红豆草、羊草。

可供选择的先锋或适生灌木植物类：紫穗槐、沙棘、火炬树、沙柳、五叶地锦、紫藤、柠条锦鸡儿、沙枣。

可供选择的先锋或适生乔木植物类：侧柏、油松、小黑杨、合作杨、小叶杨、河北杨、刺槐、榆树。

可供选择的先锋或适生作物类：谷子、黍子、燕麦、莜麦、荞麦、玉米、大豆、西瓜、甜瓜、马铃薯。

可供选择的先锋或适生药材类：华黄芪、草红花、连翘、甘草、枸杞、菘蓝。

5、生态恢复

(1)排土场平台林地恢复

a.整地：采用封闭式带状整地；

b.造林

如图2、图3所示的排士场造林典型设计图，本发明乔木选择种植侧柏，采用坑植技术。种植穴的规格为底径40cm，深40cm，坑植时裸根种植，把苗木放入穴的中心扶正，并使苗木根展开，填土时先用表土埋苗根，当填土到三分之二左右，把苗木向上略提，再踩实，再填土到穴满，再踩，之后在植穴表面覆盖一层厚约10cm的松土，以防土表开裂和水分散失，最后采用水车运水的方式进行浇水。

乔木林网中间种植灌木类，根据植物树种选择分析，灌木选择种植沙棘，采用坑植技术，种植穴的规格为底径30cm，深30cm，其坑植方法和种植柏树相同。

苗木年龄：侧柏用2年生容器苗，胸径约4～6cm，如裸根苗必须保持苗根湿润，醮浆造林，沙棘用1年生苗。

混交方式与比例：可采用行间混交，带状混交或块状混交。混交比例，侧柏与沙棘为5∶5或6∶4。

造林密度：侧柏和沙棘的株行距均为1.5m×2.0m，3333株/hm²，或侧柏1.5m×4.0m，沙棘2.0m×3.0m。

c.造林季节与时间

一般春季造林，侧柏和沙棘可同时栽植，亦可在已栽植数年的侧柏林内补栽沙棘，或在沙棘林内栽侧柏。

d.抚育管理

造林后当年要对混交林进行松土除草，扩带扩穴，侧柏幼树不宜修枝，待9a后再开始修枝，并只修去树干基部35cm的侧枝。沙棘植后第3年可开始平茬以作薪柴用。

e.模式成效评价

侧柏沙棘混交林具有显著的生态效益、经济效益和社会效益。据调查，侧柏与沙棘混交林中的侧柏较纯林中的侧柏，树高增加了59.0％，胸径增加了151.0％，单株材积增加了897.8％。与纯林相比较，混交林中侧柏叶的氮、磷含量分别提高了41.8％和4.0％，叶绿素含量提高了33.7％。侧柏、沙棘混交林的土壤侵蚀量要比纯林减少95％。

(2)排土场平台草地恢复

如图4、图5所示的内排土场平台植被配置模式图，在草种的选择上以沙打旺和紫花苜蓿为主。选取优质的沙打旺或紫花苜蓿，以开沟播种的方式，两者间的株距是0.4m，行距是0.4m，每个单位面积种植2800穴，需苗量0.7公斤/亩。

而灌木主要种植柠条或沙棘。选取一年生的一级苗，以小穴的方式，两者间的株距是3m，行距是1m，每个单位面积种植220穴，需苗量220株/亩。

柠条或沙棘的种植采用“栽植-种植-抚育”的方式，其中：

栽植方式按照小穴挖坑、栽植、浇水、覆土保墒、清理的步骤，时间为4个月；小穴的坑径0.3米、坑深0.3米、蓄水坑宽0.1米。

种植采用播种的方式，包括种子的处理、人工开沟、播草籽、镇压。时间为5个月。

抚育采取追肥的方式，每年一次。

(3)边坡复垦

如图6所示的鱼鳞坑设计图、图7所示鱼鳞坑效果图，排土场最终形成坡面角为35°的边坡。选择当地灌木类植物紫穗槐，挖鱼鳞坑，所述鱼鳞坑的长径0.8m，短径0.4m，深0.4m，株行距3.0×2.0m，利用北部治理区土源形成客土栽种。同时在其中撒播攀爬类植物爬山虎，其播种量为100kg/hm²，以增加地表植被覆盖率。

实施例2

本实施例的实施地点是甘肃某火灾隐患区。

与所述实施例1不同的地方在于：

1、所述表土剥挖的土壤的土层厚度为50cm；

2、所述步骤4的黄土母质直接铺覆中，对土层的剥挖深度为50cm；

3、所述步骤5的侧柏种植穴的规格为底径10cm，深10cm；所述的沙棘种植穴的规格为底径10cm，深10cm；

4、所述步骤5的混交比例，侧柏与沙棘为1∶5或2∶4；侧柏与沙棘的株行距均为1m×2.0m，1000株/hm²，或侧柏1m×4.0m，沙棘1.0m×3.0m；

5、所述步骤5的抚育管理中，侧柏修去树干基部10cm的侧枝；

6、所述的沙打旺和紫花苜蓿，株距是0.1m，行距是0.1m；每个单位面积种植2000穴，需苗量0.2公斤/亩；

7、所述的挖鱼鳞坑规格为长径0.2m，短径0.1m，深0.1m；株行距1.0×2.0m；所述爬山虎的播种量为50kg/hm²。

其余具体实施方式均与所述实施例1完全一致。

实施例3

本实施例的实施地点是山西某火灾隐患区。

与所述实施例1和2不同的地方在于：

1、所述表土剥挖的土壤的土层厚度为200cm；

2、所述步骤4的黄土母质直接铺覆中，对土层的剥挖深度为200cm；

3、所述步骤5的侧柏种植穴的规格为底径80cm，深80cm；所述的沙棘种植穴的规格为底径60cm，深60cm；

4、所述步骤5的混交比例，侧柏与沙棘为8∶5或9∶4；侧柏与沙棘的株行距均为3.0m×2.0m，1000株/hm²，或侧柏3.0m×4.0m，沙棘5.0m×3.0m；

5、所述步骤5的抚育管理中，侧柏修去树干基部50cm的侧枝；

6、所述的沙打旺和紫花苜蓿，株距是0.8m，行距是0.8m；每个单位面积种植4000穴，需苗量1.2公斤/亩；

7、所述的挖鱼鳞坑规格为长径1.4m，短径0.7m，深0.7m；株行距6.0×2.0m；所述爬山虎的播种量为200kg/hm²。

其余具体实施方式均与所述实施例1和实施例2完全一致。

Claims (10)

1.一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法，包括以下步骤：

(1)表土剥挖；

(2)造地；

(3)水土保持工程；

(4)复垦：所述复垦包括工程方法和生物方法；

所述工程方法包括：

a.内排土场造地：将大块、坚硬的矸石排放在底部；然后，采取岩土混排；对排弃的剥挖物逐层堆垫、逐步压实；利用黄土对所述矸石进行包埋，将矸石包埋在采坑中部；

b.黄土母质直接铺覆：对火烧隐患区内能够为植物生长提供必要条件的土层全部进行剥挖；

c.堆状地面排土：大型运输机械在铺覆黄土，排土后不碾压，堆成蜂窝状起伏的土堆；小型推土机稍推；人工平整；

d.台阶复垦：包括内排土场台阶平台的复垦和内排土场台阶边坡的复垦；

所述生物方法包括：

a.土壤改良与培肥；

b.植物的筛选与种植；

(5)生态恢复：包括排土场平台林地的恢复、排土场平台草地的恢复和边坡复垦；

所述排土场平台林地的恢复包括：

a.整地：采用封闭式带状整地；

b.造林：选择种植侧柏，乔木林网中间种植沙棘，所述侧柏、沙棘采用坑植，混交种植；

c.造林季节与时间：春季造林，栽植侧柏和沙棘；或在已栽植数年的侧柏林内补栽沙棘，或在沙棘林内栽侧柏；

d.抚育管理：造林后当年对混交林进行松土除草，扩带扩穴；9年后开始修枝；沙棘植后第3年开始平茬；

所述排土场平台草地的恢复包括：

选取优质的沙打旺或紫花苜蓿，开沟播种；灌木为柠条或沙棘，选取一年生的一级苗，以小穴种植；

所述边坡复垦包括：

选择灌木类植物，挖鱼鳞坑，利用火烧隐患区土源形成客土栽种；同时在所述鱼鳞坑上撒播攀爬类植物，以增加地表植被覆盖率；

所述灌木类植物为紫穗槐；所述攀爬类植物为爬山虎。

2.根据权利要求1所述一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法，所述的表土剥挖的土壤为矿区表层土壤及其下深厚的、无污染的、厚度为0～200cm黄土母质；所述步骤(2)造地，实行内排与外排结合的方式。

3.根据权利要求1或2所述一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法，所述步骤(4)的黄土母质直接铺覆中，对土层的剥挖深度为0-200cm。

4.根据权利要求1所述一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法，所述步骤(4)的植物的筛选与种植中，所述植物的筛选首先是筛选先锋植物，同时筛选适生植物；

所述先锋植物或适生草本植物类选自：沙打旺、紫花苜蓿、白花草木樨、黄花草木樨、无芒雀麦、蜀葵、红豆草或羊草、或其组合；

所述先锋植物或适生灌木植物类选自：紫穗槐、沙棘、火炬树、沙柳、五叶地锦、紫藤、柠条锦鸡儿、沙枣、或其组合；

所述先锋植物或适生乔木植物类选自：侧柏、油松、小黑杨、合作杨、小叶杨、河北杨、刺槐、榆树、或其组合；

所述先锋植物或适生作物类选自：谷子、黍子、燕麦、莜麦、荞麦、玉米、大豆、西瓜、甜瓜、马铃薯、或其组合；

所述先锋植物或适生药材类选自：华黄芪、草红花、连翘、甘草、枸杞、菘蓝、或其组合。

5.根据权利要求1或4所述一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法，所述步骤(5)的侧柏种植穴的规格为底径10-80cm，深10-80cm；所述的沙棘种植穴的规格为底径0-60cm，深0-60cm。

6.根据权利要求5所述一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法，所述步骤(5)的侧柏为2年生容器苗，胸径4～6cm；如裸根苗，保持苗根湿润，醮浆造林；沙棘为1年生苗。

7.根据权利要求1所述一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法，所述步骤(5)的混交方式：采用行间混交，带状混交或块状混交；

所述混交比例，乔木植物与灌木植物为(1-8)∶5或(2-9)∶4；乔木植物与灌木植物的株行距均为1-3.0m×2.0m，共有1000-5000株/hm²，或乔木植物1-3.0m×4.0m，灌木植物1.0-5.0m×3.0m；

所述乔木植物为侧柏；所述灌木植物为沙棘。

8.根据权利要求1所述一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法，所述步骤(5)的抚育管理中，侧柏修去树干基部10-50cm的侧枝。

9.根据权利要求1所述一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法，所述的沙打旺和紫花苜蓿，株距是0.1-0.8m，行距是0.1-0.8m；每个单位面积种植2000-4000穴，需苗量0.2-1.2公斤/亩。

10.根据权利要求1所述一种煤炭自燃火烧隐患区的生态恢复治理方法，所述的挖鱼鳞坑规格为长径0.2-1.4m，短径0.1-0.7m，深0.1-0.7m；株行距1.0-6.0m×2.0m；所述爬山虎的播种量为50-200kg/hm²。