CN111466279B - 一种高海拔地区尾矿土壤化保水系统及保水方法 - Google Patents

一种高海拔地区尾矿土壤化保水系统及保水方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高海拔地区尾矿土壤化保水系统及保水方法，所述高海拔地区尾矿土壤化保水系统，包括蓄水箱、连接软管以及毛细作用管。所述保水方法，包括挖沟、埋入毛细作用管、安装、注水以及回填和种植植物步骤。本发明利用毛细作用原理，通过蓄水箱、连接软管以及毛细作用管组成的保水系统，持续浸润尾矿土壤，保持尾矿土壤的水分和湿度，避免了地表浇水蒸腾与渗透造成的水资源损耗，大幅度的节约用水，长期保水保墒作用明显，在实现尾矿土壤化生态自我恢复的同时，加快生态恢复，具有节约人力投入、无二次污染风险的优点。

Description

一种高海拔地区尾矿土壤化保水系统及保水方法
技术领域
本发明属于矿山治理技术领域，具体涉及一种高海拔地区尾矿土壤化保水系统及保水方法。
背景技术
随着矿产资源的不断开采利用，由此产生了大量的矿山尾矿。尾矿又称尾砂，是天然矿石经破碎、磨矿、分选等选矿工艺处理，将矿石中有用成分选别后排出的细砂状废弃物。尾矿不断积存，不仅占用大量土地资源，影响自然生态景观，还极易对水体、空气及土壤造成污染，破坏生态环境，甚至存在诱发崩塌、滑坡、泥石流等灾害问题，在高海拔地区，由于蒸发量大、温度变化大的环境使这一问题更加突出。我国现存尾矿数量庞大，在大宗的固体废弃物中具有较强的代表性。目前，处理尾矿的方式很多，常见的包括资源化、土壤化、堆存等几种。近年来，尾矿土壤化利用方法因其无需客土覆盖就可实现矿山恢复治理受到了学者们的普遍关注。但尾砂土壤化利用最显著的问题就是其孔隙度大、质地疏松、蓄水能力弱，保水性极差，导致理化性质不适宜土壤动植物的生存，因此如何保水保墒是对尾矿土壤化的成败起决定性作用。特别是在高海拔地区，降水少、蒸发量大、低温干旱、以及昼夜温差大的特点使一般的保水保墒方法很难达到理想效果。
在国内已申请的相关专利中，专利申请号为CN201811102129.8《一种铁尾矿土壤化的方法》，在铁尾矿表层下添加保水剂和改良剂，并施加微生物菌剂，然后种植或栽培植物，绿化效果好，植物成活率高，但其外加的保水剂容易形成新的环境问题，且保水时限不长，在高海拔地区应用效果不理想。专利申请号为CN201910221447.4《一种酸性尾矿土壤化处理方法》，将秸秆等生物质废料充分利用，同时炭化促进了尾矿的热力风化，加速尾矿的土壤化，加快生态恢复，但其利用自然降水或人工浇水的方式不适用于高海拔缺水地区。
因此，尾矿土壤化中如何保水保墒已经成为目前矿山尾矿生态恢复治理领域的一个亟待解决的问题。为此，研发一种适用于高海拔地区尾矿土壤化的保水系统及保水方法是非常必要的。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种高海拔地区尾矿土壤化保水系统。
本发明的第二目的在于提供一种高海拔地区尾矿土壤化保水系统的保水方法
本发明的第一目的是这样实现的，包括蓄水箱、连接软管以及毛细作用管，所述的蓄水箱有两个，蓄水箱、毛细作用管分别埋设于尾矿土壤化处理后的尾矿场地中，且蓄水箱的顶部露出，所述的毛细作用管的一端通过连接软管与其中一个蓄水箱连接，另一端通过连接软管与另一个蓄水箱连接，所述的蓄水箱内装有水，且蓄水箱的水位低于毛细作用管所处的水平位置。
本发明的第二目的是这样实现的，包括以下步骤：
S1、在尾矿土壤化处理后的尾矿场地，开挖深为10~30cm的沟；
S2、将毛细作用管水平埋入沟中，若毛细作用管有多个时，相邻毛细作用管之间通过连接软管连通，毛细作用管的间距为30~50cm；
S3、在沟的首、尾端分别挖坑并放置蓄水箱，沟的首端的蓄水箱通过连接软管与相对应的毛细作用管连接，沟的尾端的蓄水箱通过连接软管与相对应的毛细作用管连接；
S4、向蓄水箱内注水至蓄水箱的水位低于毛细作用管所处的水平位置；
S5、回填沟并平整尾矿场地，然后在尾矿场地上种植植物。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明利用毛细作用原理，通过蓄水箱、连接软管以及毛细作用管组成的保水系统，持续浸润尾矿土壤，保持尾矿土壤的水分和湿度，避免了地表浇水蒸腾与渗透造成的水资源损耗，大幅度的节约用水，长期保水保墒作用明显，在实现尾矿土壤化生态自我恢复的同时，加快生态恢复，具有节约人力投入、无二次污染风险的优点；
2、本发明同时具有保水及排水功能；在旱季，蓄水箱中的水通过毛细作用持续浸润尾矿土壤，达到保水保湿目的；在雨季，由于水位差，尾矿土壤中多余的水进入水箱，从而实现排水；使得尾矿土壤的水分处于动态平衡的状态，其湿度始终保持在一个适宜的范围，利于土壤中微生物及动植物的生长，加速了尾矿的土壤化及生态恢复；
3、本发明保水系统可根据待处理尾矿场地实际情况因地制宜，按需进行组装多个毛细作用管形成联合系统，拆卸组装方便，无能耗，管理方便，工程成本低，适用性好；本发明保水系统可多次循环重复使用，并且各材料均可回收再利用，环保安全，且材料易得，价格低廉，综合投资小；
4、本发明保水系统采用双蓄水箱结构，缩短了毛细作用时间，同时便于安装多根毛细作用管，提高了保水及排水效率；
5、本发明特别适用于高海拔地区的尾矿土壤化，由于埋于地下，可有效减少了高海拔地区蒸发量大的问题；同时也具有一定的抗冻和保温效果，对于高海拔地区温度变化大的环境有较好的适用性；
6、本发明毛细作用管中的第二毛细材料由高海拔地区的牲畜粪便制成，具有就地取材、废物再利用以及经济耐用的优点。
附图说明
图1为本发明保水系统的结构示意图；
图2为本发明保水系统包括多个毛细作用管的结构示意图；
图3为连接软管的结构示意图；
图4为毛细作用管的立体结构示意图；
图5为毛细作用管的内部结构示意图；
图6为毛细作用管包括3根刚性管本体的结构示意图；
图中：1-蓄水箱，2-连接软管，2a-软管本体，2b-第一毛细材料，3-毛细作用管，3a-刚性管本体，3b-螺旋透水塞，3c-第二毛细材料，3d-滤网层，4-植物，5-尾矿土壤。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
如附图1~图6所示本发明包括蓄水箱1、连接软管2以及毛细作用管3，所述的蓄水箱1有两个，蓄水箱1、毛细作用管3分别埋设于尾矿土壤化处理后的尾矿场地中，且蓄水箱1的顶部露出，所述的毛细作用管3的一端通过连接软管2与其中一个蓄水箱1连接，另一端通过连接软管2与另一个蓄水箱1连接，所述的蓄水箱1内装有水，且蓄水箱1的水位低于毛细作用管3所处的水平位置；其中与蓄水箱1连接的连接软管2是从蓄水箱1顶部竖直插入蓄水箱1内的，且连接软管2的最高点与蓄水箱1水位之间的最大垂直距离为35cm；连接软管2与毛细作用管3之间套接连接在一起。
优选地，所述的蓄水箱1为带盖的塑料水箱，可减少水分蒸发损失。
优选地，所述的第一毛细材料2b为微米级孔径的压缩海绵。
优选地，所述的连接软管2与蓄水箱1连接处设有过滤网，防止杂质进入连接软管2中。
优选地，所述的连接软管2为PVC材质的软管。
优选地，所述的毛细作用管3包括刚性管本体3a、螺旋透水塞3b，所述的刚性管本体3a两端分别设有螺旋透水塞3b，所述的螺旋透水塞3b的材质为聚酯纤维，形状呈锥形，螺旋透水塞3b具毛细透水效果，所述的刚性管本体3a内填充有第二毛细材料3c，刚性管本体3a的管壁均布有透水孔，刚性管本体3a外侧包裹有滤网层3d；螺旋透水塞3b一方面起到透水效果，另一方面可将填充在刚性管本体3a内的第二毛细材料3c进一步压紧，使第二毛细材料3c与刚性管本体3a内壁紧密接触，增强毛细作用管的毛细效果。
优选地，所述的刚性管本体3a端部内壁设有内螺纹，刚性管本体3a端部与螺旋透水塞3b通过内外螺纹结构可拆卸连接。
优选地，所述的刚性管本体3a为de20、de25、de32、de40、de50、de63或de75管，材质为PE材质。
优选地，所述的第二毛细材料3c的制备方法包括以下步骤：
A、收集高海拔地区的牲畜粪便并干燥；
B、将干燥后的牲畜粪便粉碎、筛分，得木质纤维；
C、将木质纤维清洗、晾干，得到第二毛细材料3c。
优选地，所述的牲畜粪便为牛粪、羊粪、马粪中的一种或多种。
优选地，所述的刚性管本体3a的数量为2~5根，且并排设置，可提高浸润尾矿土壤的效率。
优选地，所述的刚性管本体3a内径为2cm。
优选地，所述的滤网层3d为棕榈纤维或棉纱，防止刚性管本体3a的透水孔堵塞，并具有浸润效果。
优选地，所述的毛细作用管3的长度为2~5m。
优选地，所述的毛细作用管3的数量为1~7根，毛细作用管3的数量为两根以上时，毛细作用管3之间相互平行排列，毛细作用管3之间通过连接软管2串联，毛细作用管3的数量可根据尾矿场地实际情况，按需进行组装，因地制宜，施工便捷。
优选地，所述的连接软管2包括软管本体2a以及填充在软管本体2a内的第一毛细材料2b。
所述的高海拔地区尾矿土壤化保水系统的保水方法，包括以下步骤：
S1、在尾矿土壤化处理后的尾矿场地，开挖深为10~30cm的沟；
S2、将毛细作用管3水平埋入沟中，若毛细作用管3有多个时，相邻毛细作用管3之间通过连接软管2连通，毛细作用管3的间距为30~50cm；
S3、在沟的首、尾端分别挖坑并放置蓄水箱1，沟的首端的蓄水箱1通过连接软管2与相对应的毛细作用管3连接，沟的尾端的蓄水箱1通过连接软管2与相对应的毛细作用管3连接；
S4、向蓄水箱1内注水至蓄水箱1的水位低于毛细作用管3所处的水平位置；
S5、回填沟并平整尾矿场地，然后在尾矿场地上种植植物。
优选地，所述的尾矿场地为经过微生物、有机肥、生物炭或稻壳改良后的尾矿场地。
本发明保水系统的工作原理和工作过程：当蓄水箱1中的水位低于毛细作用管3所处的水平位置，尾矿土壤中水分不足，通过毛细作用，蓄水箱1内的水被提升至毛细作用管3所处的水平位置，使蓄水箱1中的水经连接软管2、毛细作用管3，持续浸润毛细作用管3周围的尾矿土层，起到保水保墒的作用；当尾矿土壤中水分过量，尾矿土壤水位高于蓄水箱1中的水位时，由于水位差及渗透和虹吸作用，尾矿土壤中多余的水经毛细作用管3、连接软管2进入蓄水箱1中，达到土壤排水以及水回收的效果。
下面结合实施例1~实施例4对本发明作进一步说明。
实施例1
高海拔地区尾矿土壤化保水系统的保水方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、在尾矿土壤化处理后的尾矿场地，以间距为30~50cm，开挖深为10~30cm的S型沟；
S2、毛细作用管3有1根，将毛细作用管3水平埋入沟中；
S3、在沟的首、尾端分别挖坑并放置蓄水箱1，沟的首端的蓄水箱1通过连接软管2与相对应的毛细作用管3连接，沟的尾端的蓄水箱1通过连接软管2与相对应的毛细作用管3连接；
S4、向蓄水箱1内注水至蓄水箱1的水位低于毛细作用管3所处的水平位置；
S5、回填沟并平整尾矿场地，然后在尾矿场地上种植植物。
实施例1
高海拔地区尾矿土壤化保水系统的保水方法，包括以下步骤：
S1、在尾矿土壤化处理后的尾矿场地，开挖深为10cm的沟；
S2、毛细作用管3有1根，将毛细作用管3水平埋入沟中；
S3、在沟的首、尾端分别挖坑并放置蓄水箱1，沟的首端的蓄水箱1通过连接软管2与相对应的毛细作用管3连接，沟的尾端的蓄水箱1通过连接软管2与相对应的毛细作用管3连接；
S4、向蓄水箱1内注水至蓄水箱1的水位低于毛细作用管3所处的水平位置；
S5、回填沟并平整尾矿场地，然后在尾矿场地上种植植物。
实施例2
高海拔地区尾矿土壤化保水系统的保水方法，包括以下步骤：
S1、在尾矿土壤化处理后的尾矿场地，开挖深为30cm的沟；
S2、毛细作用管3有7根，将毛细作用管3水平埋入沟中，相邻毛细作用管3之间通过连接软管2连通，毛细作用管3的间距为50cm；
S3、在沟的首、尾端分别挖坑并放置蓄水箱1，沟的首端的蓄水箱1通过连接软管2与相对应的毛细作用管3连接，沟的尾端的蓄水箱1通过连接软管2与相对应的毛细作用管3连接；
S4、向蓄水箱1内注水至蓄水箱1的水位低于毛细作用管3所处的水平位置；
S5、回填沟并平整尾矿场地，然后在尾矿场地上种植植物。
实施例3
高海拔地区尾矿土壤化保水系统的保水方法，包括以下步骤：
S1、在尾矿土壤化处理后的尾矿场地，开挖深为20cm的沟；
S2、毛细作用管3有4根，将毛细作用管3水平埋入沟中，相邻毛细作用管3之间通过连接软管2连通，毛细作用管3的间距为40cm；
S3、在沟的首、尾端分别挖坑并放置蓄水箱1，沟的首端的蓄水箱1通过连接软管2与相对应的毛细作用管3连接，沟的尾端的蓄水箱1通过连接软管2与相对应的毛细作用管3连接；
S4、向蓄水箱1内注水至蓄水箱1的水位低于毛细作用管3所处的水平位置；
S5、回填沟并平整尾矿场地，然后在尾矿场地上种植植物。
实施例4
高海拔地区尾矿土壤化保水系统的保水方法，包括以下步骤：
S1、在尾矿土壤化处理后的尾矿场地，开挖深为10cm的沟；
S2、毛细作用管3有3根，将毛细作用管3水平埋入沟中，相邻毛细作用管3之间通过连接软管2连通，毛细作用管3的间距为30cm；
S3、在沟的首、尾端分别挖坑并放置蓄水箱1，沟的首端的蓄水箱1通过连接软管2与相对应的毛细作用管3连接，沟的尾端的蓄水箱1通过连接软管2与相对应的毛细作用管3连接；
S4、向蓄水箱1内注水至蓄水箱1的水位低于毛细作用管3所处的水平位置；
S5、回填沟并平整尾矿场地，然后在尾矿场地上种植植物。

Claims (8)

1.一种高海拔地区尾矿土壤化保水系统，包括蓄水箱（1）、连接软管（2）以及毛细作用管（3），其特征在于所述的蓄水箱（1）有两个，蓄水箱（1）、毛细作用管（3）分别埋设于尾矿土壤化处理后的尾矿场地中，且蓄水箱（1）的顶部露出，所述的毛细作用管（3）的一端通过连接软管（2）与其中一个蓄水箱（1）连接，另一端通过连接软管（2）与另一个蓄水箱（1）连接，所述的蓄水箱（1）内装有水，且蓄水箱（1）的水位低于毛细作用管（3）所处的水平位置；
所述的毛细作用管（3）包括刚性管本体（3a）、螺旋透水塞（3b），所述的刚性管本体（3a）两端分别设有螺旋透水塞（3b），所述的螺旋透水塞（3b）的材质为聚酯纤维，形状呈锥形，所述的刚性管本体（3a）内填充有第二毛细材料（3c），刚性管本体（3a）的管壁均布有透水孔，刚性管本体（3a）外侧包裹有滤网层（3d）；
所述的高海拔地区尾矿土壤化保水系统的保水方法，包括以下步骤：
S1、在尾矿土壤化处理后的尾矿场地，开挖深为10~30cm的沟；
S2、将毛细作用管（3）水平埋入沟中，若毛细作用管（3）有多个时，相邻毛细作用管（3）之间通过连接软管（2）连通，毛细作用管（3）的间距为30~50cm；
S3、在沟的首、尾端分别挖坑并放置蓄水箱（1），沟的首端的蓄水箱（1）通过连接软管（2）与相对应的毛细作用管（3）连接，沟的尾端的蓄水箱（1）通过连接软管（2）与相对应的毛细作用管（3）连接；
S4、向蓄水箱（1）内注水至蓄水箱（1）的水位低于毛细作用管（3）所处的水平位置；
S5、回填沟并平整尾矿场地，然后在尾矿场地上种植植物。
2.根据权利要求1所述的高海拔地区尾矿土壤化保水系统，其特征在于所述的蓄水箱（1）为带盖的塑料水箱。
3.根据权利要求1所述的高海拔地区尾矿土壤化保水系统，其特征在于所述的连接软管（2）与蓄水箱（1）连接处设有过滤网。
4.根据权利要求1所述的高海拔地区尾矿土壤化保水系统，其特征在于所述的第二毛细材料（3c）的制备方法包括以下步骤：
A、收集高海拔地区的牲畜粪便并干燥；
B、将干燥后的牲畜粪便粉碎、筛分，得木质纤维；
C、将木质纤维清洗、晾干，得到第二毛细材料（3c）。
5.根据权利要求1所述的高海拔地区尾矿土壤化保水系统，其特征在于所述的刚性管本体（3a）的数量为2~5根，且并排设置。
6.根据权利要求1所述的高海拔地区尾矿土壤化保水系统，其特征在于所述的毛细作用管（3）的长度为2~5m。
7.根据权利要求1所述的高海拔地区尾矿土壤化保水系统，其特征在于所述的毛细作用管（3）的数量为1~7根，毛细作用管（3）的数量为两根以上时，毛细作用管（3）之间相互平行排列，毛细作用管（3）之间通过连接软管（2）串联。
8.根据权利要求1、3或7所述的高海拔地区尾矿土壤化保水系统，其特征在于所述的连接软管（2）包括软管本体（2a）以及填充在软管本体（2a）内的第一毛细材料（2b）。
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