CN110419287A - 一种新型砒砂岩区煤矿复垦控渗促生布置结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型砒砂岩区煤矿复垦控渗促生技术及布置结构，首先在煤矿复垦区的覆土层中设置控渗层，即在回填砒砂岩风化土层时，先回填10cm‑40cm的砒砂岩风化土，进行平整压实，并喷涂5%‑10%浓度的控渗复合材料溶液，控渗复合材料溶液与土壤发生固结，形成1cm‑5cm的控渗层，控渗层形成后继续回填40cm‑110cm的砒砂风化土。其次在覆土层中引进适合当地环境的优势微生物菌种，通过微生物促进砒砂岩的土壤化，改善土壤结构，促进植物生长。最后栽种适合当地环境的油松、山杏等灌木和播撒紫花苜蓿、沙大旺等草本植物。解决现阶段煤矿复垦区水分渗漏严重、植被成活率低、植被覆盖面积低等问题。

Description

一种新型砒砂岩区煤矿复垦控渗促生布置结构

技术领域

本发明属于生态修复工程领域，具体的说是涉及一种新型砒砂岩区煤矿复垦控渗促生技术及布置结构。

背景技术

砒砂岩区位于鄂尔多斯高原，气候类型为干旱半干旱的过渡区，地貌类型也是黄土高原到西北沙漠类型的过渡区域，环境异质性极为突出，土壤贫瘠，植被稀少，植被退化严重，土壤侵蚀剧烈。

砒砂岩区蕴藏着丰富的煤炭资源，神府东胜煤田、准格尔煤田等大型煤田均为位于砒砂岩区，该区域的煤层较浅，多为露天开采，对土层结构、地表地貌以及植被造成了严重的破坏。煤炭资源开采后的复垦区域由于覆土层较薄，砒砂岩土壤贫瘠，水分渗漏严重，加之气候干旱，复垦区域往往植被成活率低，植被稀少，水土流失严重。传统的煤矿复垦生态修复方法在生态系统高度破坏的区域进行生态修复十分困难，且修复程度低，周期长，不能满足人们对生存环境及景观的需求。

发明内容

为了克服现有煤矿复垦区生态恢复方法的不足，本发明提供了一种砒砂岩区新型生态修复方法及布置结构，首先在煤矿复垦区的砒砂岩风化土覆盖层中设置控渗层，即在回填砒砂岩风化土层时，先回填10cm-40cm的砒砂岩风化土，进行平整压实，并喷涂5%-10%浓度的控渗复合材料溶液，控渗复合材料溶液与砒砂岩风化土发生固结，形成1cm-5cm的控渗层，在控渗层上继续回填40cm-110cm的砒砂风化土。其次，在砒砂岩风化土覆土盖中引进适合当地环境的优势微生物菌种，通过微生物对砒砂岩土壤进行改良。最后栽种适合当地环境的灌木、乔木和草本植物。为解决现阶段煤矿复垦区水分渗漏严重、植被成活率低、植被覆盖面积低等问题，本发明不仅通过采用控渗复合材在砒砂岩风化土覆盖层中形成控渗层，实现水分截留于控渗层的上面的砒砂岩风化土层中，显著减少水分渗漏，也能通过微生物促进砒砂岩土壤化，改善土壤结构，促进植物生长，提高植被成活率，实现复垦区的生态修复。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种新型砒砂岩区煤矿复垦控渗促生布置结构，煤矿复垦控渗促生布置结构包括矸石层、控渗层、覆土层和改良层，所述控渗层包括控渗复合材料、水和砒砂岩风化土，所述改良层包括微生物和砒砂岩风化土。

本发明的进一步改进在于：控渗复合材料为改性亲水性聚氨酯复合材料，控渗复合材料溶液的浓度为5%-10%，所述控渗层的厚度为1cm-5cm，抗渗复合材料与砒砂岩风化土发生固结，形成控渗层。控渗层的主要功能有两个方面，一是控渗层可以有效的防治水分渗漏，使水分截留在控渗层上面的砒砂岩风化土中，为植物的生长提供水分；二是，防治砒砂岩风化土层的水土流失，防治矸石层和砒砂岩风化土层的沉降。通过控制控渗复合材料溶液的浓度在5%-10%及其厚度在1cm-5cm之间时，当控渗层上水量较小时可以控制水分不会向矸石层泄露，保障有足够的水分供植物生长；当控渗层上水量很大时，多余的水分可以缓慢通过控渗层向向矸石层渗透，不至于造成因渗透量难易控制而形成的水土流失和沉降。大量试验证明，当浓度小于5%和厚度小于1cm时，很难起到渗漏的控制作用，往往会因为渗漏过快而造成砒砂岩风化层的水分流失过大和矸石层、覆土层与改良层的沉降；当浓度大于10%和厚度大于5cm时，虽然具有优良的渗漏防治作用，但当控渗层上部水量过大时，水分不能有效的向矸石层渗漏而导致上部的植物容易被淹死或生长状况不好。通常可以根据覆土层及改良层的土质特征以及上部植物情况，进行控渗复合材料溶液浓度及控渗层的厚度设计。

本发明的进一步改进在于：微生物为从砒砂岩风化土和植物根系中筛选并培育的包含根瘤菌和芽孢杆菌的优势微生物菌种，通过撒播优势微生物菌剂，在砒砂岩风化土中形成10cm-50cm的改良层，改良层中的微生物可以促进砒砂岩的土壤化，改善土壤结构，促进植物的生长。

本发明是一种新型砒砂岩区煤矿复垦控渗促生布置结构的布置方法，该布置方法包括如下步骤：

（1）在矸石层回填完成后，先回填10cm-40cm厚的砒砂岩风化土，再进行平整压实；

（2）在压实平整后的砒砂岩风化土层上喷涂浓度为5%-10%的控渗复合材料溶液，控渗复合材料溶液和砒砂岩风化土发生固结，形成1cm-5cm的控渗层；

（3）待控渗复合材料溶液和砒砂岩风化土完全固结后，继续回填40cm-110cm的砒砂岩风化土；

（4）在控渗层上部的砒砂岩风化土回填完成后，均匀散播培育好的微生物菌种，在砒砂岩风化土中形成10cm-50cm厚的砒砂岩改良层，然后进行平整压实，并划分网格；

（5）沿网格四周栽种适合当地环境的灌木或乔木，中间区域播撒适合当地环境的草本植物或具有经济价值的作物；

（6）进行管理和养护。

复垦区域是指煤炭资源开采完成后，进行回填矸石和砒砂岩风化土，并种植灌木、乔木和草本植物进行生态修复的区域。

矸石层是指煤炭资源采空区回填的煤矸石岩石层，并逐层碾压保持结构的稳定。

覆土层是指矸石层回填完成后，在矸石层上部覆盖一定厚度的砒砂岩风化土，一般为50cm-150cm，煤矿复垦区通常做法为矸石层回填完成后，一次性在矸石层上覆盖50cm-150cm的砒砂岩风化土。

所述控渗复合材料是指在原有亲水性聚氨酯材料的基础上融合纳米改性、组成结构改变及功能材料复合技术，由异氰酸酯、聚醚多元醇以及多种功能性改性材料在特定温度、时间、配比条件下经过聚合而得到的改性亲水性聚氨酯复合材料。

控渗复合材料的浓度是根据覆盖的砒砂岩风化土的土壤性质确定，一般为5%-10%。

所述优势微生物菌种是指在砒砂岩风化土和植物根系中进行筛选并培育的包含根瘤菌和芽孢杆菌的优势微生物菌种。

所述改良层是指通过在砒砂岩风化土中添加适合当地环境的优势微生物菌剂的土层，一般为10cm-50cm厚，改良层主要是通过微生物促进砒砂岩的土壤化，改善土壤结构，促进植物生长。

所述的网格是指复垦区根据土地的平整度进行划分的平整网格的大小，网格的大小根据复垦区的整体大小确定。

所述的灌木是指适合当地环境的灌木，可采用为油松、山杏、酸枣等植物。

所述的草本植物是指适合当地环境的草本植物，可采用沙大旺、草苜蓿、紫花苜蓿、披碱草等植物。

本发明具有以下突出的有益效果：

（1）本发明提供的控渗复合材料具有无毒、不含重金属等优点，通过对鱼和白鼠的毒性研究表明其对有机体不会造成伤害，具有高度安全性，对植被不产生危害，对生态环境不造成二次污染，是一种环境友好型材料。该控渗复合材料可将松散的砒砂岩风化土进行固结，形成一个大型网状结构层，起到保水保肥的效果，从而可以有效防止水分的渗漏。

（2）与传统砒砂岩区煤矿复垦区生态修复方法相比，本发明结构简单，可行性高，本发明不仅通过采用控渗复合材在覆土层下部形成控渗层，实现水分截留在砒砂岩风化土层中，显著减少水分渗漏，也能通过微生物促进砒砂岩土壤化，改善土壤结构，促进植被生长，提高植被成活率，实现复垦区的生态修复。

本发明不仅通过采用控渗复合材在覆土层下部形成控渗层，实现水分截留覆土层，显著减少水分渗漏，也能通过微生物促进砒砂岩的土壤化，改善土壤结构，促进植被生长，提高植被成活率，实现复垦区的生态修复。本发明属于生态修复工程领域。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1 是本发明煤矿复垦区布置结构图。

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1所示，本发明是一种新型砒砂岩区煤矿复垦控渗促生布置结构，煤矿复垦控渗促生布置结构包括矸石层、控渗层、覆土层和改良层，所述控渗层包括控渗复合材料、水和砒砂岩风化土，所述改良层包括优势微生物菌种和砒砂岩风化土，优势微生物菌种是指在砒砂岩风化土和植物根系中进行筛选出包含根瘤菌和芽孢杆菌的优势菌种，但又不局限于从砒砂岩风化土和植物根系中进行筛选出的优势菌种，具有能改良砒砂岩土壤结构、促进砒砂岩土壤化的微生物菌种均在权利要求范围内，所述控渗复合材料为改性亲水性聚氨酯复合材料，但又不局限于改性亲水性聚氨酯复合材料，具有与砒砂岩固结后形成具有相似效果的固结材料均在权利要求范围内，控渗复合材料的浓度为5%-10%，所述控渗层的厚度为1cm-5cm，所述覆土层的厚度为50cm-150cm。

一种新型砒砂岩区煤矿复垦控渗促生布置结构的布置方法，所述布置方法包括如下步骤：

（1）在矸石层回填完成后，先回填10cm-40cm厚的砒砂岩风化土，再进行平整压实；

（2）在压实平整后的砒砂岩风化土层上喷涂浓度为5%-10%的控渗复合材料溶液，控渗复合材料溶液和砒砂岩风化土发生固结，形成1cm-5cm厚的控渗层；

（3）待控渗复合材料溶液和砒砂岩风化土完全固结后，继续回填40cm-110cm的砒砂岩风化土；

（4）在覆土层回填完成后，均匀散播培育好的的优势微生物菌种，优势微生物菌种是从砒砂岩风化土和植物根系中筛选并培育包含根瘤菌和芽孢杆菌的微生物，在覆土层中形成10cm-50cm的改良层，然后进行平整压实，并划分网格；所述网格是指复垦区根据土地的平整度进行划分的平整网格的大小，网格的大小可根据土体的整体大小确定；

（5）在平整压实后的网格沿网格四周栽种适合当地环境的灌木，中间区域播撒适合当地环境的乔木和草本植物，所述灌木是指适合当地环境的灌木，可采用为油松、山杏、酸枣等植物；

（6）对栽种的灌木和草本植物进行浇水养护，所述草本植物是指适合当地环境的草本植物，可采用沙大旺、草苜蓿、紫花苜蓿、披碱草等植物。

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种新型砒砂岩区煤矿复垦控渗促生布置结构，其特征在于：煤矿复垦控渗促生布置结构包括矸石层、控渗层、覆土层和改良层，所述控渗层包括控渗复合材料、水和砒砂岩风化土，所述改良层包括微生物和砒砂岩风化土。

2.根据权利要求1所述微生物是指在砒砂岩风化土和植物根系中进行筛选出包含根瘤菌和芽孢杆菌的优势菌种，将优势菌种进行培育，并制成菌剂。

3.根据权利要求1所述一种新型砒砂岩区煤矿复垦控渗促生布置结构，其特征在于：所述控渗复合材料为改性亲水性聚氨酯复合材料，控渗复合材料的浓度为5%-10%，所述控渗层的厚度为1cm-5cm。

4.根据权利要求1所述一种新型砒砂岩区煤矿复垦控渗促生布置结构，其特征在于：所述砒砂岩风化土的厚度为50cm-150cm。

5.根据权利要求1-3的任一项所述一种新型砒砂岩区煤矿复垦控渗促生布置结构的布置方法，其特征在于：所述布置方法包括如下步骤：

（1）在矸石层回填完成后，先回填10cm-40cm厚的砒砂岩风化土，再进行平整压实；

（2）在压实平整后的砒砂岩风化土层上喷涂浓度为5%-10%的控渗复合材料溶液，控渗复合材料溶液和砒砂岩风化土发生固结，形成1cm-5cm厚的控渗层；

（3）待控渗复合材料溶液和砒砂岩风化土完全固结后，继续回填40cm-110cm的砒砂岩风化土；

（4）在控渗层上部的砒砂岩风化土回填完成后，均匀散播培育好的微生物菌种，在砒砂岩风化土中形成10cm-50cm厚的改良层，然后进行平整压实，并划分网格；

（5）沿网格四周栽种适合当地环境的灌木或乔木，中间区域播撒适合当地环境的草本植物或具有经济价值的作物；

（6）进行管理和养护。