CN112012231B - 一种废弃矿山生态修复系统及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废弃矿山生态修复系统及其应用方法，所述修复系统包括：（1）地貌重塑工程：包括清理矿山的硬土就地填埋、收集矿山的碎石回收利用、拆除待整顿建筑并外运砖渣、土地翻耕、土地平整以及堆土放坡；（2）排水工程：包括开挖排水沟和坑塘边坡加固；（3）景观生态修复工程：播撒草籽、喷播草籽和绿植围挡；（4）其他工程，标识牌和后期管护。本发明提供的废弃矿山生态修复系统及其修复方法，通过全面的修复工程设计，可以有效解决矿山修复问题。
Description
技术领域
本发明属于矿山生态修复技术领域，更具体地，涉及一种废弃矿山生态修复系统及其应用方法。
背景技术
在城市化建设过程中，废弃矿山(采石场)给城市带来较为严重的景观生态问题，如水土流失、威胁城市防洪、降低生物的多样性、对地表的破坏等，对城市生态、社会、经济的可持续发展造成一定的影响。近年来，随着我国经济实力的增强和生态环境保护意识的提升，人们越来越关注城市废弃采石场的生态修复及改造利用，挖掘其蕴含的价值。
矿山生态修复是以生态环境恢复为核心，研究如何根据实际情况，因地制宜、因矿施治，落实矿山生态环境恢复工作，从而取得生态、经济、社会的最佳效益。通过生态恢复可促使废弃矿山的生态和经济价值再生。矿山生态修复一般包括地貌恢复、边坡治理、植被恢复、尾矿治理、土壤改良和水资源恢复等。现有的矿山生态修复的方法比较常规和简单，难以达到较好的生态修复效果。
综上所述，如何设计一种废弃矿山生态修复系统及其应用方法，通过设计全面的生态修复系统，从而有效解决矿山修复问题，是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于为了解决上述技术问题，而提供一种废弃矿山生态修复系统及其应用方法，通过全面的生态修复系统设计，可以有效解决矿山修复问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种废弃矿山生态修复系统，所述修复系统包括：
（1）地形地貌重塑工程：包括清理矿山的硬土就地填埋、收集矿山的碎石回收利用、拆除待整顿建筑并外运砖渣、土地翻耕、土地平整以及堆土放坡；
（2）排水工程：包括开挖排水沟和坑塘边坡加固，所述排水沟采用反铲挖掘机挖沟，开挖点根据各条排水沟的走向，从排水沟的下游向上游挖进，每隔一定距离设蓄水槽，用潜水泵将水排入坑塘内；所述坑塘作为修复后地面上积水的汇聚区，并对坑塘岸边进行夯土加固；
（3）景观生态修复工程：包括播撒草籽、喷播草籽和绿植围挡，对无植被覆盖的裸露地面采取播撒草籽方式进行自然复绿，所述播撒草籽的密度为18～23g/m2；被水泥硬块和废弃建筑物长期压占的土壤，采取喷播草籽方式，将特制的新型喷播材料通过喷播机分批喷至土壤，进行复绿；在矿山和坑塘周围，采取绿植围挡，种植株距为1 ～1.5m；
（4）其他工程：包括标识牌和后期管护。
进一步地，所述排水沟纵向设置在矿山坡面上，所述排水沟的两侧连通且交错设有多个蓄水槽，所述蓄水槽的底面低于排水沟0.8～1.0m，所述排水沟的底部设有导流槽，所述导流槽由排水沟底部的中央向蓄水槽延伸，所述蓄水槽内并排设有第一滤网和第二滤网，所述第一滤网靠近排水沟且含有倒须，所述第二滤网的目数大于第一滤网，所述第一滤网和第二滤网的目数从上游到下游以每5～10个单位逐渐降低，所述蓄水槽内的水通过潜水泵排出去，所述潜水泵的进水口置于第二滤网与蓄水槽外壁形成的凹槽内。
进一步地，处于矿山最上游的所述第一滤网为60～80目，第二滤网为80～100目。
进一步地，所述新型喷播材料包括天然粘合层、多孔基材和种子层，所述天然粘合层包括普通黏土10～12份和淀粉8～10份，所述多孔基材包括发泡型硅酸水凝胶30～40份，所述种子层包括腐殖土20～25份、有机肥5～10份、微生物菌剂1～2份和草籽8～15份。
进一步地，所述发泡型硅酸水凝胶的制备方法为：
（1）将矿山上收集的所述碎石洗净后干燥，在100～120℃、700～800r/min的粉碎机中粉碎，过60～80目筛，得碎石粉末；
（2）将所述碎石粉末与2mol/L的NaOH溶液混合，搅拌反应30～45min后，过滤取滤液备用；
（3）将所述滤液与1mol/L的硫酸溶液混合，搅拌反应20～40min后加入1mol/L的NaOH溶液中和，然后加入三甲氧基硅烷，在80～90℃和300～400W的条件下，微波反应10～20min，然后静置2～3h，制得硅酸水凝胶；
（4）将硅酸水凝胶与碳酸氢钠粉末在700～800r/min的高速分散机中分散30～60min，接着升温至120～130℃静置1-2h，然后升温至250～300℃静置2-3h，即得成品。
进一步地，所述碎石、三甲氧基硅烷和碳酸氢钠粉末的质量比为25:1:3。
一种废弃矿山生态修复系统的应用方法，包括以下步骤：
（1）分区分类：根据矿山区的人工活动类型和生态景观损毁程度的不同，规划出待修复区、保留区和不动工区，针对不同类型的地表附着物和问题所在，采用不同的方式进行处理；
（2）对于待修复区：将矿山区内的晒砖场和取土场，进行地形地貌重塑、排水和景观生态修复工程；
（3）对于保留区：将矿山区内原有的坑塘、沟渠和苗圃保留，坑塘边坡进行加固；
（4）对于不动工区：矿山区内的民房不动工进行保留；
（5）完成施工后，在项目区外周和坑塘边种植树木，修建绿植围挡，并设置标志牌和进行后期管护。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明通过设计地形地貌重塑工程、排水工程、景观生态修复工程及其他工程，进行全面的生态修复，可以有效解决矿山修复问题；
（2）本发明的排水沟设计有蓄水槽和分级式滤网，将排水沟内的水与砂石进行分级隔离与收集，分离出砂石后的水经潜水泵排出，收集的砂石重新归还矿山，既减少了矿山的水土流失，也有效解决了排水沟堵塞的问题；
（3）本发明以矿山废石为原料制备新型喷播材料，使得废石得以回收利用，且该新型喷播材料以发泡型硅酸水凝胶作为多孔基材，草籽扎根稳定且分散性好不宜扎堆，喷播后的材料与矿山边坡粘合度高不易脱落，保水性强，从而整体上增强复绿效果。
附图说明
图1为本发明提供的一种废弃矿山生态修复系统的组成示意图；
图2为本发明提供的一种废弃矿山生态修复系统的排水沟的结构示意图。
附图标记说明：
1. 排水沟，2. 蓄水槽，3. 潜水泵，4. 导流槽，5. 第一滤网，6.第二滤网，7. 倒须。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种废弃矿山生态修复系统，所述修复系统包括：
（1）地形地貌重塑工程：包括清理矿山的硬土就地填埋、收集矿山的碎石回收利用、拆除待整顿建筑并外运砖渣、土地翻耕、土地平整以及堆土放坡。
（2）排水工程：包括开挖排水沟和坑塘边坡加固，所述排水沟采用反铲挖掘机挖沟，开挖点根据各条排水沟的走向，从排水沟的下游向上游挖进，每隔一定距离设蓄水槽，用潜水泵将水排入坑塘内；在挖设计标高时，应及时安排人员清除余土，疏通沟槽积水，以利抽干排除。对于地质情况较差的沟槽，采用适当的挡土板支扩加固，防止坍塌。
所述坑塘作为修复后地面上积水的汇聚区，并对坑塘岸边进行夯土加固。
（3）景观生态修复工程：包括播撒草籽、喷播草籽和绿植围挡。
播撒草籽：对无植被覆盖的裸露地面采取播撒草籽方式进行自然复绿，所述播撒草籽的密度为18g/m2；植草施工完成之后，在表面覆盖无纺布，既可保持坡面水分促使种子生长，又能防止雨水对地表土体的直接冲蚀，还能遮阳锁住土壤水分。
喷播草籽：被水泥硬块和废弃建筑物长期压占的土壤，采取喷播草籽方式，将特制的新型喷播材料通过喷播机分批喷至土壤，进行复绿。
绿植围挡：在矿山和坑塘周围，采取绿植围挡，种植株距为1m。
（4）其他工程：包括标识牌和后期管护。
本实施例还提供了一种废弃矿山生态修复系统的应用方法，包括以下步骤：
（1）分区分类：根据矿山区的人工活动类型和生态景观损毁程度的不同，规划出待修复区、保留区和不动工区，针对不同类型的地表附着物和问题所在，采用不同的方式进行处理；
（2）对于待修复区：将矿山区内的晒砖场和取土场，进行地形地貌重塑、排水和景观生态修复工程；
（3）对于保留区：将矿山区内原有的坑塘、沟渠和苗圃保留，坑塘边坡进行加固；
（4）对于不动工区：矿山区内的民房不动工进行保留；
（5）完成施工后，在项目区外周和坑塘边种植树木，修建绿植围挡，并设置标志牌和进行后期管护。
实施例2
本实施例提供了一种废弃矿山生态修复系统，在实施例1的基础上，本实施例还提供了一种新型喷播材料，所述新型喷播材料包括天然粘合层、多孔基材和种子层，所述天然粘合层包括普通黏土11份和淀粉10份，所述多孔基材包括发泡型硅酸水凝胶30份，所述种子层包括腐殖土20份、有机肥10份、微生物菌剂2份和草籽15份。
所述发泡型硅酸水凝胶的制备方法为：
（1）将矿山上收集的所述碎石洗净后干燥，在100℃、700r/min的粉碎机中粉碎，过60目筛，得碎石粉末；
（2）将所述碎石粉末与2mol/L的NaOH溶液混合，搅拌反应30min后，过滤取滤液备用；
（3）将所述滤液与1mol/L的硫酸溶液混合，搅拌反应20min后加入1mol/L的NaOH溶液中和，然后加入三甲氧基硅烷，在80℃和300W的条件下，微波反应10min，然后静置2h，制得硅酸水凝胶；
（4）将硅酸水凝胶与碳酸氢钠粉末在700r/min的高速分散机中分散30min，接着升温至120℃静置1h，然后升温至250℃静置2h，即得成品。
所述碎石、三甲氧基硅烷和碳酸氢钠粉末的质量比为25:1:3。
实施例3
本实施例提供了一种废弃矿山生态修复系统，在实施例1的基础上，本实施例还设有排水沟1，所述排水沟1纵向设置在矿山坡面上，所述排水沟1的两侧连通且交错设有多个蓄水槽2，所述蓄水槽2的底面比排水沟1低0.8m，所述排水沟1的底部设有导流槽4，所述导流槽4由排水沟1底部的中央向蓄水槽2延伸，所述蓄水槽2内并排设有第一滤网5和第二滤网6，所述第一滤网5靠近排水沟1且含有倒须7，所述第二滤网6的目数大于第一滤网5，所述第一滤网5和第二滤网6的目数从上游到下游以每5个单位逐渐降低，所述蓄水槽2内的水通过潜水泵3排出去，所述潜水泵3的进水口置于第二滤网6与蓄水槽2外壁形成的凹槽内。
处于矿山最上游的所述第一滤网5为60目，第二滤网6为80目。
实施例4
本实施例提供了一种废弃矿山生态修复系统，包括地形地貌重塑工程、排水工程、景观生态修复工程及其他工程，所述播撒草籽的密度为20g/m2，绿植围挡种植株距为1.2m。
所述排水沟1纵向设置在矿山坡面上，所述排水沟1的两侧连通且交错设有多个蓄水槽2，所述蓄水槽2的底面比排水沟1低0.9m，所述排水沟1的底部设有导流槽4，所述导流槽4由排水沟1底部的中央向蓄水槽2延伸，所述蓄水槽2内并排设有第一滤网5和第二滤网6，所述第一滤网5靠近排水沟1且含有倒须7，所述第二滤网6的目数大于第一滤网5，所述第一滤网5和第二滤网6的目数从上游到下游以每8个单位逐渐降低，所述蓄水槽2内的水通过潜水泵3排出去，所述潜水泵3的进水口置于第二滤网6与蓄水槽2外壁形成的凹槽内。
处于矿山最上游的所述第一滤网5为70目，第二滤网6为90目。
所述新型喷播材料包括天然粘合层、多孔基材和种子层，所述天然粘合层包括普通黏土10份和淀粉8份，所述多孔基材包括发泡型硅酸水凝胶34份，所述种子层包括腐殖土25份、有机肥7份、微生物菌剂1.5份和草籽12.5份。
所述发泡型硅酸水凝胶的制备方法为：
（1）将矿山上收集的所述碎石洗净后干燥，在110℃、750r/min的粉碎机中粉碎，过70目筛，得碎石粉末；
（2）将所述碎石粉末与2mol/L的NaOH溶液混合，搅拌反应38min后，过滤取滤液备用；
（3）将所述滤液与1mol/L的硫酸溶液混合，搅拌反应30min后加入1mol/L的NaOH溶液中和，然后加入三甲氧基硅烷，在85℃和350W的条件下，微波反应15min，然后静置2.5h，制得硅酸水凝胶；
（4）将硅酸水凝胶与碳酸氢钠粉末在750r/min的高速分散机中分散45min，接着升温至125℃静置1.5h，然后升温至270℃静置2.5h，即得成品。
实施例5
本实施例提供了一种废弃矿山生态修复系统，包括地形地貌重塑工程、排水工程、景观生态修复工程及其他工程，所述播撒草籽的密度为23g/m2，绿植围挡种植株距为1.5m。
所述排水沟1纵向设置在矿山坡面上，所述排水沟1的两侧连通且交错设有多个蓄水槽2，所述蓄水槽2的底面比排水沟1低1.0m，所述排水沟1的底部设有导流槽4，所述导流槽4由排水沟1底部的中央向蓄水槽2延伸，所述蓄水槽2内并排设有第一滤网5和第二滤网6，所述第一滤网5靠近排水沟1且含有倒须7，所述第二滤网6的目数大于第一滤网5，所述第一滤网5和第二滤网6的目数从上游到下游以每10个单位逐渐降低，所述蓄水槽2内的水通过潜水泵排3出去，所述潜水泵3的进水口置于第二滤网6与蓄水槽2外壁形成的凹槽内。
处于矿山最上游的所述第一滤网5为80目，第二滤网6为100目。
所述新型喷播材料包括天然粘合层、多孔基材和种子层，所述天然粘合层包括普通黏土12份和淀粉9份，所述多孔基材包括发泡型硅酸水凝胶40份，所述种子层包括腐殖土23份、有机肥5份、微生物菌剂1份和草籽8份。
所述发泡型硅酸水凝胶的制备方法为：
（1）将矿山上收集的所述碎石洗净后干燥，在120℃、800r/min的粉碎机中粉碎，过80目筛，得碎石粉末；
（2）将所述碎石粉末与2mol/L的NaOH溶液混合，搅拌反应45min后，过滤取滤液备用；
（3）将所述滤液与1mol/L的硫酸溶液混合，搅拌反应40min后加入1mol/L的NaOH溶液中和，然后加入三甲氧基硅烷，在90℃和400W的条件下，微波反应20min，然后静置3h，制得硅酸水凝胶；
（4）将硅酸水凝胶与碳酸氢钠粉末在800r/min的高速分散机中分散60min，接着升温至130℃静置2h，然后升温至300℃静置3h，即得成品。
矿山生态修复情况考核
按照实施例1～5提供的废弃矿山生态修复系统及其应用方法，分别进行矿山生态修复，其结果如下表所示：
通过表中结果可知，按照本发明提供的废弃矿山生态修复系统及其应用方法，生态修复率高，均超过了考核标准（75%），特别是通过排水沟和新型喷播材料的的设计，显著提高了矿山的生态修复率。
本发明的有益效果在于：本发明通过设计地形地貌重塑工程、排水工程、景观生态修复工程及其他工程，进行全面的生态修复，可以有效解决矿山修复问题；且通过排水沟设计和新型喷播材料制备，更加提高了矿山的生态修复率。
最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种废弃矿山生态修复系统，其特征在于：所述修复系统包括：
（1）地形地貌重塑工程：包括清理矿山的硬土就地填埋、收集矿山的碎石回收利用、拆除待整顿建筑并外运砖渣、土地翻耕、土地平整以及堆土放坡；
（2）排水工程：包括开挖排水沟和坑塘边坡加固，所述排水沟采用反铲挖掘机挖沟，开挖点根据各条排水沟的走向，从排水沟的下游向上游挖进，每隔一定距离设蓄水槽，用潜水泵将水排入坑塘内；所述坑塘作为修复后地面上积水的汇聚区，并对坑塘岸边进行夯土加固；
（3）景观生态修复工程：包括播撒草籽、喷播草籽和绿植围挡，对无植被覆盖的裸露地面采取播撒草籽方式进行自然复绿，所述播撒草籽的密度为18～23g/m2；被水泥硬块和废弃建筑物长期压占的土壤，采取喷播草籽方式，将特制的喷播材料通过喷播机分批喷至土壤，进行复绿；在矿山和坑塘周围，采取绿植围挡，种植株距为1 ～1.5m；
（4）其他工程：包括标识牌和后期管护；
所述喷播材料包括天然粘合层、多孔基材和种子层，所述天然粘合层包括普通黏土10～12份和淀粉8～10份，所述多孔基材包括发泡型硅酸水凝胶30～40份，所述种子层包括腐殖土20～25份、有机肥5～10份、微生物菌剂1～2份和草籽8～15份；
所述发泡型硅酸水凝胶的制备方法为：
（1）将矿山上收集的所述碎石洗净后干燥，在100～120℃、700～800r/min的粉碎机中粉碎，过60～80目筛，得碎石粉末；
（2）将所述碎石粉末与2mol/L的NaOH溶液混合，搅拌反应30～45min后，过滤取滤液备用；
（3）将所述滤液与1mol/L的硫酸溶液混合，搅拌反应20～40min后加入1mol/L的NaOH溶液中和，然后加入三甲氧基硅烷，在80～90℃和300～400W的条件下，微波反应10～20min，然后静置2～3h，制得硅酸水凝胶；
（4）将硅酸水凝胶与碳酸氢钠粉末在700～800r/min的高速分散机中分散30～60min，接着升温至120～130℃静置1-2h，然后升温至250～300℃静置2-3h，即得成品。
2.根据权利要求1所述的废弃矿山生态修复系统，其特征在于：所述排水沟纵向设置在矿山坡面上，所述排水沟的两侧连通且交错设有多个蓄水槽，所述蓄水槽的底面低于排水沟0.8～1.0m，所述排水沟的底部设有导流槽，所述导流槽由排水沟底部的中央向蓄水槽延伸，所述蓄水槽内并排设有第一滤网和第二滤网，所述第一滤网靠近排水沟且含有倒须，所述第二滤网的目数大于第一滤网，所述第一滤网和第二滤网的目数从上游到下游以每5～10个单位逐渐降低，所述蓄水槽内的水通过潜水泵排出去，所述潜水泵的进水口置于第二滤网与蓄水槽外壁形成的凹槽内。
3.根据权利要求2所述的废弃矿山生态修复系统，其特征在于：处于矿山最上游的所述第一滤网为60～80目，第二滤网为80～100目。
4.根据权利要求1所述的废弃矿山生态修复系统，其特征在于：所述碎石、三甲氧基硅烷和碳酸氢钠粉末的质量比为25:1:3。
5.一种根据权利要求1～4任一所述的废弃矿山生态修复系统的应用方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）分区分类：根据矿山区的人工活动类型和生态景观损毁程度的不同，规划出待修复区、保留区和不动工区，针对不同类型的地表附着物和问题所在，采用不同的方式进行处理；
（2）对于待修复区：将矿山区内的晒砖场和取土场，进行地形地貌重塑、排水和景观生态修复工程；
（3）对于保留区：将矿山区内原有的坑塘、沟渠和苗圃保留，坑塘边坡进行加固；
（4）对于不动工区：矿山区内的民房不动工进行保留；
（5）完成施工后，在项目区外周和坑塘边种植树木，修建绿植围挡，并设置标志牌和进行后期管护。
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