CN113575008A - 一种矿区场地土体重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种矿区场地土体重构方法，包括如下步骤：划分矿区内拟重构场地的土层序列，按照顺序将每一土层剥离开，并将剥离得到的土壤按照不同土层单独堆存；对完成剥离的拟重构场地进行平整处理；在完成平整处理后的拟重构场地中铺设下隔离层；根据拟重构场地的不同需求将拟重构场地划分为不同分场地，根据每一分场地的需求设定场地充填材料；在充填材料上放铺设上隔离层，在上隔离层上依照所述土层序列铺设土层的土壤得到表土覆盖层。本发明提供的方案可适用于各类不同矿区环境的土体重构并且具有极低的成本。

Description

一种矿区场地土体重构方法

技术领域

本发明涉及资源环境技术领域，尤其涉及一种矿区场地土体重构方法。

背景技术

矿区资源大量开采导致了土地和环境的破坏，土体重构是土地复垦最重要的组成部分之一，是土地复垦的核心内容。破坏土地面积大，覆盖范围广及资金短缺的实际情况使得如何高效低成本完成矿区土壤重构工作任重而道远。

土壤重构的方法包括非充填复垦土壤重构和充填复垦土壤重构。非充填复垦土壤重构主要考虑土壤物理特性的改良，包括疏排法重构、挖深垫浅法重构、梯田法重构等重构方式，减少了填充物可能带来的二次污染，但条件限制因子较多，工程较大，成本较高，土地复垦大范围推广实施难度大；充填复垦土壤重构是利用土壤或矿山固体废弃物回填沉陷区至设计高程，足够数量的土壤是很难实现的，较多情况是使用矿山固体废弃物来填充，如煤矸石、粉煤灰以及河湖淤泥等，但这些废弃物可能会造成土壤、植物与地下水的污染，存在较高的生态风险。在复垦表土缺乏和复垦充填材料不适宜植物生长的情况下，许多新型材料和新兴技术成功开发应用在土壤重构上，在淮河流域，为了减少表土工程量及提高复垦土壤的保肥效果，在充填层中加入砂礓层；在黄河沿岸的土壤重构中可以采用黄河泥沙中夹土壤层的夹心式重构技术，减少了表土需求量，同时可以改善重构土壤的肥力。这些新兴技术和复垦材料在一定区域范围内可以有效解决表土缺乏和填充材料不利于植物生长的问题，但随着采矿业在全国范围内的发展，工矿用地数量增加，损毁土地、退化土地、污染土地数量也增多，已有的新复垦方法不能适用于大范围、多区域的土壤重构。

发明内容

本发明旨在提供一种矿区场地土体重构方法，以解决现有技术中的土壤重构方法使用范围受限和成本高的技术问题。

为此，本发明一部分实施例提供一种矿区场地土体重构方法，包括如下步骤：

划分矿区内拟重构场地的土层序列，按照顺序将每一土层剥离开，并将剥离得到的土壤按照不同土层单独堆存；

对完成剥离的拟重构场地进行平整处理；

在完成平整处理后的拟重构场地中铺设下隔离层；

根据拟重构场地的不同需求将拟重构场地划分为不同分场地，根据每一分场地的需求设定场地充填材料；在充填材料上放铺设上隔离层，在上隔离层上依照所述土层序列铺设土层的土壤得到表土覆盖层。

本发明一部分实施例提供的矿区场地土体重构方法，在划分矿区内拟重构场地的土层序列，按照顺序将每一土层剥离开，并将剥离得到的土壤按照不同土层单独堆存的步骤中，土层序列包括表土层和心土层；以塌陷区表面0-30厘米厚度的土层作为表土层，以30厘米以上厚度的土层作为心土层；将剥离表土层和心土层得到的土壤分别堆存。

本发明一部分实施例提供的矿区场地土体重构方法，在对完成剥离的拟重构场地进行平整处理的步骤中，平整处理包括土体的破碎和压实。

本发明一部分实施例提供的矿区场地土体重构方法，根据拟重构场地的不同需求将拟重构场地划分为不同分场地，根据每一分场地的需求设定场地充填材料；在充填材料上放铺设上隔离层，在上隔离层上依照所述土层序列铺设土层的土壤得到表土覆盖层的步骤中：

所述上隔离层和所述下隔离层为通过相同的制备方式得到的隔离层；且所述下隔离层的厚度在10-20cm的范围内。

本发明一部分实施例提供的矿区场地土体重构方法，通过如下方式得到下隔离层和上隔离层：

隔离层材料收集制备，所述隔离层材料包括建筑废弃物、化学原料和农业废弃物；

上、下覆层的编织，根据包含纤维素、半纤维素和木质素的纺织织物编织得到隔离层的上覆层和下覆层；

隔离层填充料的制备，所述填充料包括植物纤维材料和软质炭化物；

隔离层制作，在得到上覆层和下覆层后，将配置好的填充料防止在上覆层和下覆层之间，压实上覆层和下覆层后得到隔离层。

本发明一部分实施例提供的矿区场地土体重构方法，在隔离层制作的步骤中，所述隔离层的压实系数大于0.9；所述隔离层的厚度在5-20cm的范围内。

本发明一部分实施例提供的矿区场地土体重构方法，根据拟重构场地的不同需求将拟重构场地划分为不同分场地，根据每一分场地的需求设定场地充填材料；在充填材料上放铺设上隔离层，在上隔离层上依照所述土层序列铺设土层的土壤得到表土覆盖层的步骤中：

所述分场地包括景观场地、农地场地和建筑地场地；不同所述分场地中具有不同厚度的下隔离层、不同厚度的上隔离层、不同充填材料以及不同的表土覆盖层。

本发明一部分实施例提供的矿区场地土体重构方法，根据拟重构场地的不同需求将拟重构场地划分为不同分场地，根据每一分场地的需求设定场地充填材料；在充填材料上放铺设上隔离层，在上隔离层上依照所述土层序列铺设土层的土壤得到表土覆盖层的步骤中：

若所述分场地为景观场地，则所述上隔离层的厚度在10-15cm的范围内，所述隔离层用原场地植物铺设，所述充填材料与土壤配比为3：7，所述表土覆盖层的厚度在10-20cm的范围内。

本发明一部分实施例提供的矿区场地土体重构方法，根据拟重构场地的不同需求将拟重构场地划分为不同分场地，根据每一分场地的需求设定场地充填材料；在充填材料上放铺设上隔离层，在上隔离层上依照所述土层序列铺设土层的土壤得到表土覆盖层的步骤中：

若所述分场地为农地场地，则所述上隔离层的厚度15-20cm的范围内；所述隔离层的填充料中添加用于抑制重金属上移至耕作层的吸附剂改性，所述充填材料与土壤配比为5：5，所述表土覆盖层的厚度在20-30cm的范围内。

本发明一部分实施例提供的矿区场地土体重构方法，根据拟重构场地的不同需求将拟重构场地划分为不同分场地，根据每一分场地的需求设定场地充填材料；在充填材料上放铺设上隔离层，在上隔离层上依照所述土层序列铺设土层的土壤得到表土覆盖层的步骤中：

若所述分场地为建筑地场地，则所述上隔离层的厚度5-10cm的范围内；所述充填材料与土壤配比为1：9，所述表土覆盖层的厚度在5-10cm的范围内。

与现有技术相比，本发明实施例提供的上述技术方案至少具有以下有益效果：

本发明实施例提供的矿区场地土体重构方法，针对不同环境下的矿区土体重构，提供了不同的重构方式，其中涉及到了隔离层的厚度选择、隔离层材料或者填充材料的选择等，使本发明提供的重构方法可以适用于各类情形下的矿区土体重建，具有极强的适应性，由于在本发明中所选择的材料大部分为矿区开采过程中的废弃材料，从而使本发明具有较低的成本。

附图说明

图1为本发明一个实施例所述的矿区场地土体重构方法的流程图；

图2为本发明另一个实施例所述的矿区场地土体重构方法的流程图；

图3为本发明一个实施例所述的隔离层的上覆层和下覆层的编织结构示意图；

图4为本发明一个实施例所述矿区场地土体重构后的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合附图进一步说明本发明实施例。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必需具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本发明中提供的以下实施例中的各个技术方案，除非彼此之间相互矛盾，否则不同技术方案之间可以相互组合，其中的技术特征可以相互替换。

本实施例提供一种矿区场地土体重构方法，该方法已在多个实际矿区区进行应用，如图1所示，包括如下步骤：

步骤一：划分矿区内拟重构场地的土层序列，按照顺序将每一土层剥离开，并将剥离得到的土壤按照不同土层单独堆存。本步骤主要是分层剥离复垦区域的表土和其他土层，分层剥离待复垦区域的表土一般为10-30cm，并将其分区堆存，以备后续土体重构场地使用。

步骤二：对完成剥离的拟重构场地进行平整处理。排出场地积水，机械平整场地，设计平整设备的运行路线，注重土壤压实改良，为后续场地土体重构做准备。

步骤三：在完成平整处理后的拟重构场地中铺设下隔离层。可以将一些有害物质隔离开来，避免对重构后的场地产生不利影响。

步骤四：根据拟重构场地的不同需求将拟重构场地划分为不同分场地，根据每一分场地的需求设定场地充填材料(充填材料可以选择煤矸石粉煤灰等)；在充填材料上放铺设上隔离层，在上隔离层上依照所述土层序列铺设土层的土壤得到表土覆盖层。例如，根据场地的不同用途，将场地划分为景观场地、农地场地、建筑地场地，针对各类型场地的用途不同分别铺设厚度、填充材料的不同的隔离垫，同时开展一定程度上的土壤绿肥。

以上方案中，针对不同环境下的矿区土体重构，提供了不同的重构方式，其中涉及到了隔离层的厚度选择、隔离层材料或者填充材料的选择等，使本发明提供的重构方法可以适用于各类情形下的矿区土体重建，具有极强的适应性，由于在本发明中所选择的材料大部分为矿区开采过程中的废弃材料，从而使本发明具有较低的成本。

优选地，上述步骤一中，土层序列包括表土层和心土层；以塌陷区表面0-30厘米厚度的土层作为表土层，以30厘米以上厚度的土层作为心土层；将剥离表土层和心土层得到的土壤分别堆存。一般情况下，表土层厚度为0-30cm，植物根系大多分布在表土层和心土层中。按照划分的土壤剖面层次，剥离塌陷区30cm以上的表土层，堆存于开采通道上，供复垦土地回填作为新土壤的表土层，剥离30cm以下土层分开堆存。

在一些方案中，上述步骤二中，平整处理包括土体的破碎和压实，在实际应用时，机械施工对土体的破碎和压实是最主要的。泥浆泵机械施工平整场地使得土壤具有极差的土壤结构、上下土层混合等，推土机平整虽不存在土壤含水量过大、土层顺序差的问题，但存在压实问题。因此，在平整场地时注意平整设备的运行路线的优化和土壤压实的改良。。

一些可实现的方案中，上隔离层可以和下隔离层不同也可以相同，优选地，所述上隔离层和所述下隔离层为通过相同的制备方式得到的隔离层，如此可以简化隔离层的制备过程。优选地，为防止充填物中的重金属迁移，污染地下水及其他土壤，在底部和两侧均设置所述下隔离层，其厚度在10-20cm的范围内，例如10cm、15cm或20cm等。

具体地，通过如下方式得到下隔离层和上隔离层：

S1：隔离层材料收集制备，所述隔离层材料包括建筑废弃物、化学原料和农业废弃物。隔离层材料主要有三类，第一类是建筑废弃物，对建筑废弃物进行简单的初加工，将“变废为宝”成为隔离层材料，如黄土、熟石灰、细沙等混合，可用于重金属隔离和钝化。第二类是化学原料，化学原料经过现代化加工，可作为隔离层材料，如生态植物毯是由聚酰胺(PA)干拉成型工艺制成。第三类是农业废弃物，，其主要类型是农业和林业的生物质，如秸秆、皮壳、浆液、渣沫及屑粉。土体重构应该考虑到重构后的“土壤”物料组成与介质层次要与区域自然土条件相协调，同时，土体重构也要考虑破坏土地复垦后的利用方向、复垦资金等其他相关因素。农业废弃物作为生物质材料的一种，其特点是数量巨大、价格低廉、可再生循环、可生物降解。农业废弃物的孔隙度高、比表面积大，容易物理吸附重金属离子，同时自身含有一些活性物质，因此，农业废弃物适合用做隔离层制作的介质。

S2：上、下覆层的编织，根据包含纤维素、半纤维素和木质素的纺织织物编织得到隔离层的上覆层和下覆层；纤维素、半纤维素和木质素是构成了植物体的支持骨架，纤维素组成微细纤维，进而构成纤维细胞壁的网状骨架，其分子排序是规则有序、聚集成束的，富含纤维素的植物，是良好的纺织织物，如稻草、麦秸、甘蔗渣、玉米杆等，可用于编织为隔离层的上下覆层。

S3：隔离层填充料的制备，所述填充料包括植物纤维材料和软质炭化物；秸秆、稻壳、食用菌基质、边角料、薪柴、树皮、花生壳、枝桠柴、卷皮、刨花等都可以作为隔离层填充材料。秸秆、稻壳、花生壳是典型的植物纤维材料，具有较高的孔隙度和比表面积，其主要成分是木质素、半纤维素和纤维素，富含多酚类物质、矿物质和脂肪类等，经过适当改性处理后，能很好吸附金属离子。草木灰作为软质炭化物，可以增加有效孔隙度及土壤的有机质成分。以上材料均可用作隔离层的充填材料。

S4：隔离层制作，在得到上覆层和下覆层后，将配置好的填充料防止在上覆层和下覆层之间，压实上覆层和下覆层后得到隔离层。其中，所述隔离层的压实系数大于0.9；所述隔离层的厚度在5-20cm的范围内。隔离层的作用是抑制土壤中的重金属向上或向下危害作物生长和地下水，并为土壤提供一定的营养元素。首先，用玉米秸秆或其他长纤维的废弃植物编制为紧密的上下面；其次，将配备好的填充物放置在上下面之间；最后，压实上下面，形成隔离层，压实系数可为0.95。针对实际情况及场地复垦后用途，铺设不同厚度隔离层。隔离层厚度可以包括5cm、10cm、15cm和20cm。小区域的土体重构可用人工编织隔离层，对于大范围土体重构可以产业化制作各种隔离层。

结合图2、图3和图4所示，以上步骤四中，所述分场地包括景观场地、农地场地和建筑地场地；不同所述分场地中具有不同厚度的上隔离层、不同充填材料以及不同的表土覆盖层。

其中，若所述分场地为景观场地，则所述上隔离层13的厚度在10-15cm的范围内，下隔离层11和上隔离层13用原场地植物铺设，填充层12中的所述充填材料与土壤配比为3：7，所述表土覆盖层14的厚度在10-20cm的范围内。景观场地是人们休闲娱乐的场所，重构土体用做景观场地，其土壤表土层要求没有农业场地高。因此，对于景观场地的土体重构，可以选择10cm、15cm的隔离层，隔离层可用原场地植物铺设，充填物料与土壤配比3：7，覆盖10-20cm厚度的表土覆盖层。

若所述分场地为农地场地，则所述上隔离层13的厚度15-20cm的范围内；下隔离层11和上隔离层13的填充料中添加用于抑制重金属上移至耕作层的吸附剂改性，填充层12中所述充填材料与土壤配比为5：5，所述表土覆盖层14的厚度在20-30cm的范围内。农业场地土体重构对土壤质量要求高，土体重构后会用做耕地、园地等，必须要保证土壤质量，构建足够厚度的覆土层保证作物的有效根系全部生长在土层中是很必要的。因此，对于农业场地的土体重构，首先需要铺设15cm、20cm的隔离层，隔离层的填充物可适当添加吸附剂改性，抑制重金属上移至耕作层，其次要保证耕作层土体的质量，充填物料与土壤配比可选择5:5，再次要保证土体重构的厚度，上覆表土20-30cm，最后还可以对耕作层增肥，提高对农作物的营养供给。

若所述分场地为建筑地场地，则所述上隔离层13的厚度5-10cm的范围内；填充层12中所述充填材料与土壤配比为1：9，所述表土覆盖层14的厚度在5-10cm的范围内。建筑地场地是利用土地的承载能力或建筑空间，不以取得生物产品为主要目的用地。建设用地是生活场所、操作空间和工程的载体，不是直接利用土壤，与土壤肥力没有关系，所以对于建筑地场地土体的重构，可以铺设5cm、10cm的隔离层，充填物与土壤配比1:9，上覆表土5-10cm。本方案根据场地的不同用途，将场地划分为景观场地、农地场地、建筑地场地，针对各类型场地的用途不同分别铺设不同厚度的上隔离层、不同的填充材料，还可同时开展一定程度上的土壤绿肥。

以内蒙古自治区呼伦贝尔市宝日希勒露天矿塌陷区为例，根据矿区实际塌陷情况，采用上述矿区土体重构方法，其步骤如下：

(1)划分自然土层序列，分层剥离堆放土壤。按照划分的土壤剖面层次，剥离塌陷区30cm以上的表土层，堆存于开采通道上，供复垦土地回填作为新土壤的表土层，剥离30cm以下土层分开堆存。

(2)场地平整，排出场地积水，机械平整场地，设计平整设备的运行路线，注重土壤压实改良，为后续场地土体重构做准备。

(3)放置底部、两侧隔离层，为防止充填物中的重金属迁移，污染地下水及其他土壤，在底部和两侧放置隔离层，厚度为10-20cm。

(4)按照国家土地复垦示范中心工程设计要求及试验场地实际情况，回填煤矸石及其他物料，再利用泥浆泵抽吸粉煤灰回填至煤矸石及其他物料充填的上方，作为充填物充填塌陷区并进行压实措施。

(5)选用与底层隔离层相同材料制成的厚度为5-20cm隔离层，覆盖在充填层上方。

(6)按原土序将分层剥离的土层依次回填，即在可降解污染隔离层上方回填原5-30cm以下心土层，再在心土层上方回填5-30cm以上的表土层。

本发明提供的以上方案能够适用于不同矿区的土体构建，实现矿区土地的可持续利用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种矿区场地土体重构方法，其特征在于，包括如下步骤：

划分矿区内拟重构场地的土层序列，按照顺序将每一土层剥离开，并将剥离得到的土壤按照不同土层单独堆存；

对完成剥离的拟重构场地进行平整处理；

在完成平整处理后的拟重构场地中铺设下隔离层；

根据拟重构场地的不同需求将拟重构场地划分为不同分场地，根据每一分场地的需求设定场地充填材料；在充填材料上放铺设上隔离层，在上隔离层上依照所述土层序列铺设土层的土壤得到表土覆盖层。

2.根据权利要求1所述的矿区场地土体重构方法，其特征在于：

在划分矿区内拟重构场地的土层序列，按照顺序将每一土层剥离开，并将剥离得到的土壤按照不同土层单独堆存的步骤中，土层序列包括表土层和心土层；以塌陷区表面0-30厘米厚度的土层作为表土层，以30厘米以上厚度的土层作为心土层；将剥离表土层和心土层得到的土壤分别堆存。

3.根据权利要求1所述的矿区场地土体重构方法，其特征在于：

在对完成剥离的拟重构场地进行平整处理的步骤中，平整处理包括土体的破碎和压实。

4.根据权利要求1所述的矿区场地土体重构方法，其特征在于，根据拟重构场地的不同需求将拟重构场地划分为不同分场地，根据每一分场地的需求设定场地充填材料；在充填材料上放铺设上隔离层，在上隔离层上依照所述土层序列铺设土层的土壤得到表土覆盖层的步骤中：

所述上隔离层和所述下隔离层为通过相同的制备方式得到的隔离层；且所述下隔离层的厚度在10-20cm的范围内。

5.根据权利要求4所述的矿区场地土体重构方法，其特征在于，通过如下方式得到下隔离层和上隔离层：

隔离层材料收集制备，所述隔离层材料包括建筑废弃物、化学原料和农业废弃物；

上、下覆层的编织，根据包含纤维素、半纤维素和木质素的纺织织物编织得到隔离层的上覆层和下覆层；

隔离层填充料的制备，所述填充料包括植物纤维材料和软质炭化物；

隔离层制作，在得到上覆层和下覆层后，将配置好的填充料防止在上覆层和下覆层之间，压实上覆层和下覆层后得到隔离层。

6.根据权利要求5所述的矿区场地土体重构方法，其特征在于：

在隔离层制作的步骤中，所述隔离层的压实系数大于0.9；所述隔离层的厚度在5-20cm的范围内。

7.根据权利要求6所述的矿区场地土体重构方法，其特征在于，根据拟重构场地的不同需求将拟重构场地划分为不同分场地，根据每一分场地的需求设定场地充填材料；在充填材料上放铺设上隔离层，在上隔离层上依照所述土层序列铺设土层的土壤得到表土覆盖层的步骤中：

所述分场地包括景观场地、农地场地和建筑地场地；不同所述分场地中具有不同厚度的上隔离层、不同充填材料以及不同的表土覆盖层。

8.根据权利要求7所述的矿区场地土体重构方法，其特征在于，根据拟重构场地的不同需求将拟重构场地划分为不同分场地，根据每一分场地的需求设定场地充填材料；在充填材料上放铺设上隔离层，在上隔离层上依照所述土层序列铺设土层的土壤得到表土覆盖层的步骤中：

若所述分场地为景观场地，则所述上隔离层的厚度在10-15cm的范围内，所述隔离层用原场地植物铺设，所述充填材料与土壤配比为3：7，所述表土覆盖层的厚度在10-20cm的范围内。

9.根据权利要求7所述的矿区场地土体重构方法，其特征在于，根据拟重构场地的不同需求将拟重构场地划分为不同分场地，根据每一分场地的需求设定场地充填材料；在充填材料上放铺设上隔离层，在上隔离层上依照所述土层序列铺设土层的土壤得到表土覆盖层的步骤中：

若所述分场地为农地场地，则所述上隔离层的厚度15-20cm的范围内；所述隔离层的填充料中添加用于抑制重金属上移至耕作层的吸附剂改性，所述充填材料与土壤配比为5：5，所述表土覆盖层的厚度在20-30cm的范围内。

10.根据权利要求7所述的矿区场地土体重构方法，其特征在于，根据拟重构场地的不同需求将拟重构场地划分为不同分场地，根据每一分场地的需求设定场地充填材料；在充填材料上放铺设上隔离层，在上隔离层上依照所述土层序列铺设土层的土壤得到表土覆盖层的步骤中：

若所述分场地为建筑地场地，则所述上隔离层的厚度5-10cm的范围内；所述充填材料与土壤配比为1：9，所述表土覆盖层的厚度在5-10cm的范围内。

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