CN113914265A - 基于煤矸石填充技术的荒沟生态恢复及治理方法 - Google Patents
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Abstract
基于煤矸石填充技术的荒沟生态恢复及治理方法，包括工程准备工作、堆矸作业、护坡工程作业、防自燃工程作业和植被恢复作业，工程准备工作包括清基作业、拦护工程作业、截水沟工程作业、马道排水沟工程作业和消力池工程作业，堆矸作业包括取土作业和覆土作业，具体的施工时序为：先修筑挡矸墙、消力池，然后随着渣体的堆高逐渐修建截水沟和横向排水沟，堆矸过程中将周围汇水引入已建成的截水沟，弃渣每堆高规定的标高时设一定宽度的马道，马道内侧设置横向排水沟，每设置一个马道后，及时修建横向排水沟和截水沟。本发明通过在改造后的荒沟上种植经济作物，不仅绿化了环境，有效防止了水土流失，还能够带来一定的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及生态恢复技术领域，尤其涉及基于煤矸石填充技术的荒沟生态恢复及治理方法。
背景技术
作为全国重要的煤炭生产基地，鄂尔多斯市因煤而兴，因煤而困。煤炭资源的高强度、大规模的开采，产生了大量的煤矸石，造成残煤自然、煤矸石压占土地、空气污染，对环境造成了很大影响。
荒沟的存在使周围农田片段化，对流转后的农田耕作产生一定不利影响，荒沟内杂草丛生，地形起伏不平，通过实施“回填造地”，覆土绿化，种植当地的山杏、桃子、海红果及小杂粮等，降低矸石对空气环境的污染，将荒沟改造为农田，既可以增加土地资源，还可以恢复植被。针对当地产生大量的矸石，利用煤矸石作为填充物，对当地的荒沟进行生态恢复及治理。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了基于煤矸石填充技术的荒沟生态恢复及治理方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用的具体方案为：
基于煤矸石填充技术的荒沟生态恢复及治理方法，包括工程准备工作、堆矸作业、护坡工程作业、防自燃工程作业和植被恢复作业，所述工程准备工作包括清基作业、拦护工程作业、截水沟工程作业、马道排水沟工程作业和消力池工程作业，所述堆矸作业包括取土作业和覆土作业；
具体的施工时序为：先修筑挡矸墙、消力池，然后随着渣体的堆高逐渐修建截水沟和横向排水沟，堆矸过程中将周围汇水引入已建成的截水沟，弃渣每堆高规定的标高时设一定宽度的马道，马道内侧设置横向排水沟，每堆高1m进行平整和分层碾压，矸石堆放过程中，每设置一个马道后，及时修建横向排水沟和截水沟；
所述清基作业具体为清除工程场地植被及表层耕作物，去除软土有机土和所有可能降低防渗性能的异物，堵塞所有的裂缝和坑洞，并配合场地渗滤液收集系统的布设，使场底形成整体坡度，以≥2％的坡度坡向坝；
所述拦护工程作业具体为根据实际地形在填埋区下游的冲沟出口处采用浆砌石重力式挡矸墙进行拦挡，墙体上沿轴线方向每隔10m设置一道宽2cm的伸缩缝，在挡矸墙上设置入肝排水孔；
所述截水沟工程作业具体为在堆矸边界与山体坡面的交界处设置截水沟，截水沟根据矸石堆放的封场标高从沟口逐步向上修建；
所述马道排水沟工程作业具体为在形成的马道内侧修筑马道排水沟；
所述消力池工程作业使岸坡截水沟末端采用25°的坡度将水送至沟底，流入消力池；
所述堆矸作业具体为将矸石分层摊铺在排矸场内，每堆放3m厚的矸石覆盖一层30cm厚的黄土；
所述取土作业采用台阶式开挖取土，每层开挖台阶高度小于2m；
所述覆土作业进行前先对矸石整平、碾压，然后覆0.3m厚黏性土，土料的含水量要求在16～20％范围，若含水量不够时应在土料场洒水拌匀，覆土后应进行碾压，干容重不低于1.55t/m3，之后再覆土至设计厚度，堆矸坡面覆土要求分层压实，压实度不小于0.9；
所述护坡工程作业采用拱形浆砌片石骨架内客土绿化，拱架下侧设C20现浇素砼挡水埂，肋条顶面设检修踏步兼排水槽，肋条中部设一道耳墙；
所述防自燃工程作业具体为每堆放3m厚的矸石层用推土机进行一次压实，覆盖一层30cm厚的黄土，喷洒5-10％的石灰乳；
所述植被恢复作业具体为建设完毕后，对堆矸坡面、马道覆1.0m厚的黄土，覆土结束后，对堆矸坡面、马道采用灌草结合的方式进行防护。
进一步，所述清基作业中，场地进行压实，压实度不小于90％，为了使衬垫层与土质基础之间的紧密接触，场地表面要用滚筒式碾压机进行碾压，平整顺序从挡矸墙坝向库区后端延伸，沟底采用1m厚的黏土压实，利用压机对其进行分层碾压，渗透系数不应大于10-7cm/s。
进一步，所述拦护工程作业中，伸缩缝采用沥青麻丝等材料填充。
进一步，所述截水沟工程作业中，截水沟与马道排水沟相连接。
进一步，所述马道排水沟工程作业中，马道排水沟的断面底宽、侧墙和底板厚度根据实际情况测算，马道排水沟采用浆砌石矩形结构。
进一步，所述堆矸作业中，堆放过程中注意修筑与养护临时道路工程及雨季时的临时排雨水工程，设计要求临时工程与永久工程的材料、工程做法互相匹配，临时路面预制素砼块的平面分块尺寸可为永久路面的一半，厚度不变，临时水沟使用预制素砼块，临时工程的素砼块可重复使用，冲沟沟壁临时取土要注意临时边坡的稳定性，需确定临时边坡的坡比。
进一步，所述取土作业中，取土需放缓取土场的坡度，坡度控制在10％以下，取土前进行表土剥离，根据当地土层厚度，剥离表土的厚度，开挖的表层熟土需专门堆放。
进一步，所述覆土作业中，土料选轻壤土、中壤土或沙质黏土，用推土机推平，不得含有大的物体块、植物根及其他杂物。
进一步，所述防自燃工程作业中，石灰乳站设置在管理区内，主要建筑包括石灰库房、灌浆站各一间，灌浆站内设搅拌站机一台，原料石灰从当地购买，汽车运输，袋装入场。
进一步，所述植被恢复作业中，草种均选用紫花苜蓿，种植方式为撒播，种植密度50kg/hm2，草种规格要求草籽粒饱满，发芽率在90％以上，无病虫害，灌木树种选用山杏、桃树、海红果等，采用穴状整地的方法，整为圆形坑穴，规格为直径40cm，深40cm；苗木规格要求：采用植苗造林，苗木要求三年生一级苗木，生长健壮，无病虫危害；种植密度采用行距1.5m，株距1.5m。
本发明的有益效果为：
本发明充分利用当地的实际情况，采用更加简单、高效的方式对荒沟进行生态恢复和改造，通过在改造后的荒沟上种植经济作物，不仅绿化了环境，有效防止了水土流失，还能够带来一定的经济效益。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步描述本发明，但本发明不仅仅限于以下实施例。在本发明的范围内或者在不脱离本发明的内容、精神和范围内，对本发明进行的变更、组合或替换，对于本领域的技术人员来说是显而易见的，且包含在本发明的范围之内。
实施例一
1、施工时序
施工时，先修筑挡矸墙、消力池，然后随着渣体的堆高逐渐修建截水沟和横向排水沟，堆矸过程中建设单位需做好矸石场周围的临时排水工作，将周围汇水引入已建成的截水沟。在施工时，弃渣每堆高规定的标高时设一定宽度的马道，马道内侧设置横向排水沟。每堆高1m进行平整和分层碾压，矸石堆放过程中，每设置一个马道后，及时修建横向排水沟和截水沟。
2、清基
首先必须对选择的场地进行简单的处理，对工程场地底部平面进行部分处理，进行平整。清除场地内的植被，处理不稳定边坡，以防在填沟造地期间发生滑坡、塌方等生产事故。平整原则为清除掉所有的植被和及表层耕作物，确定所有的软土有机土和其他所有可能降低防渗性能的异物去除，堵塞掉所有的了裂缝和坑洞，并配合场地渗滤液收集系统的布设，使场底形成整体坡度，以≥2％的坡度坡向坝；同时要求场地进行压实压，实度不小于90％。为了使衬垫层与土质基础之间的紧密接触，场地表面要用滚筒式碾压机进行碾压，使压实地基后的表面密度分布均匀，最大限度地减少不均匀沉降。平整顺序最好从挡矸墙坝向库区后端延伸。为防止降雨造成的雨水入渗，沟底采用1m厚的黏土压实，利用压机对其进行分层碾压，渗透系数不应大于10-7cm/s。
3、拦护工程
根据实际地形在填埋区下游的冲沟出口处采用浆砌石重力式挡矸墙进行拦挡，挡墙总长16m，墙高5.5m(其中基础埋深2.0m，地面出露3.5m)，墙底高程为938.5m，墙顶高程为944m，墙顶宽为2.0m，墙面垂直，墙背坡比为1:0.4，墙趾宽1.0m、墙踵宽1.0m，采用M7.5水泥砂浆砌MU40毛石砌筑，M10水泥砂浆勾缝。开挖挡矸墙地基时，开挖至938.5m时，进行地基处理工作，使地基承载力达到150kPa以上。在墙体上沿轴线方向每隔10m设置一道宽2cm的伸缩缝，伸缩缝采用沥青麻丝等材料填充。本项目挡矸墙共需布设伸缩缝1道。为了排出矸石场场内的部分渗水，在挡矸墙上设排水孔。排水孔的布置：在垂直方向上，设置三排直径为10cm的排水孔，最低一排排水孔与场地齐平，每排之间间隔50cm，在水平方向上，孔与孔之间间隔200cm，排水孔在挡矸墙上呈“品”字形布设，并在排水孔进口处设置反滤体粗砂与碎石，厚度均为20cm。排水孔向下游倾斜，保持2/100的比降。
4、截水沟设计
该矸石场的汇水面积为0.24km2，设计在填埋区周边设置浆砌石截水沟，截水沟布设在堆矸边界与山体坡面的交界处，随着堆矸的进行逐段修筑。截水沟主要用于排除矸石场上游两侧山坡的坡面汇水，同时截水沟与马道排水沟相连接，将矸石场内的汇水排至场外。截水沟根据矸石堆放的封场标高从沟口逐步向上修建。
5、马道排水沟设计
在形成的马道平台内侧设置马道排水沟，断面为底宽0.4m、深0.4m，侧墙和底板厚均为0.3m的浆砌石矩形排水沟，修建长度为640m。
6、消力池设计
修筑消力池的作用是使下泄急流迅速变为缓流，减少水流对下游沟道的冲刷，岸坡截水沟末端采用25°的坡度将水送至沟底，流入消力池。消力池断面尺寸确定为：长×宽×深＝5.0m×2.0m×1.5m，采用M7.5水泥砂浆砌MU40毛石砌筑，M10水泥砂浆勾缝。修筑消力池的作用是使下泄急流迅速变为缓流，减少水流对下游沟道的冲刷。
7、堆矸工艺
矸石通过汽车运入排矸场，要求使用自卸车辆，侧翻、后翻均可。在倾倒矸石的空隙时间内，推土机或铲车进行作业，拉运矸石并分层摊铺，虚摊厚度要严格控制，不得＞1.0m，大型振动压路机同时进行碾压工作。每堆放3m厚的矸石覆盖一层30cm厚的黄土。覆土取自上游沟底及沟侧土坎，在原有沟底有选择性地取土。堆放过程中注意修筑与养护临时道路工程及雨季时的临时排雨水工程，设计要求临时工程与永久工程的材料、工程做法互相匹配，临时路面预制素砼块的平面分块尺寸可为永久路面的一半，厚度不变。临时水沟使用预制素砼块，临时工程的素砼块可重复使用。冲沟沟壁临时取土要注意临时边坡的稳定性，现场根据经验或另行委托相关单位确定临时边坡的坡比。根据现场勘察和实测，本项目沟道的地势走向，弃渣工艺设计为堆矸至挡矸墙墙顶高程以后留一条5m宽马道平台(标高为944m)，然后按照1:2的边坡进行分层堆渣，堆矸过程中要分层进行碾压，每堆高1米进行推平、碾压，每堆高3米覆土0.3m、碾压，确保渣体坡面及堆矸的稳定，渣体坡面坡度保持在1:2左右，当堆矸高度每升高6m时(标高1004m起升高8m时)要预留平台。
8、取土与覆土
8.1、取土
工程矸石覆土取土场位于工程场地范围内沟两侧处，占地面积约4.4hm2，主要土地类型为荒地，植被覆盖率约较低，无环境保护敏感目标。由需覆土量计算，所需土量约为18.17万m3，该区域土层较厚，平均厚度超过10m，土质、土量能够满足复垦要求。本工程取土全部采用挖掘机取土，然后用汽车运往场地使用。取土场黄土资源丰富，运距短，土地性质为荒地，选址可行。项目需根据工程的需求，制定合理地取土方量。取土过程严格执行“按需所取”，禁止多余土方堆放。取土应尽量放缓取土场的坡度，坡度控制在10％以下，取土时按台阶式开挖取土，尽量减少取土台阶的高度，每层开挖台阶高度应小于2m。取土前先进性表土剥离，根据当地土层厚度，剥离表土厚度为0.3m。开挖的表层熟土要专门堆放，用于后期复垦用土。可将部分表层土装入编织袋堆放在外侧，形成拦挡，取土完毕后将表层熟土覆土复垦，为下一步绿化工作提供养分基础，提高栽种植物的生存能力。
8.2、覆土
渣顶覆土前应先对矸石整平、碾压(或机械夯实)，然后覆0.3m厚粘性土，土料的含水量要求在16～20％范围，若含水量不够时应在土料场洒水拌匀，覆土后应进行碾压(或机械夯实)，要求干容重不低于1.55t/m3，之后再覆土至设计厚度，土料尽量选轻壤土、中壤土或沙质黏土，用推土机推平，不得含有大的物体块、植物根及其他杂物等。堆矸坡面覆土要求分层压实，压实度不小于0.9。本工程土石方开挖主要为基础土方开挖，采用1m3反铲挖掘机开挖，人工配合修整。土石方回填主要包括挡矸墙后土石方回填、倒矸回填、矸石场顶面及坡面覆土回填等。墙后土石方回填采用人工就近取土，蛙式打夯机夯实。倒矸回填采用1m3反铲挖掘机挖装，8t自卸汽车运输，74kW推土机摊平并碾压，边角处采用蛙式打夯机夯实。矸石场顶面及坡面覆土回填采用1m3反铲挖掘机在土料场挖装，8t自卸汽车运输至矸石场顶面，顶面覆土74kW推土机摊平并碾压，坡面覆土采用人工挑抬或脚轮架子车坡面运输，人工夯实。对于采取植物措施或复垦的马道、坡面及矸石场顶面需要进行覆盖黄土，覆土厚度为1.0m，排矸碾压过程中每升高3.0m覆土0.3m进行碾压，达到最终高程后采取绿化措施。其中层间覆土需9.64万m3，马道、坡面及矸石场顶面总面积为8.53hm2，需覆土18.17万m3。
9、护坡工程
边坡防护形式采用拱形浆砌片石骨架内客土绿化，拱架下侧设C20现浇素砼挡水埂，高度10cm，拱架跨度3.0m，肋条顶面设检修踏步兼排水槽，肋条中部设耳墙一道，护坡沉降缝间距5～7m。
10、防自燃工程
所填埋固废从煤矿通过汽车拉入工程场地，用推土机将矸石推平，每堆放3m厚的矸石层用推土机进行一次压实，覆盖一层30cm厚的黄土，隔绝空气，喷洒5-10％的石灰乳，抑制自燃，再用推土机压实，减少矸石之间的空隙，预防由于矸石内部热量积聚，引起矸石自燃。石灰乳站设置在管理区内，主要建筑包括石灰库房、灌浆站各一间，灌浆站内设搅拌站机一台。原料石灰从当地购买，汽车运输，袋装入场。
治理工艺如下：石灰→矸石→矸石场→推平压实→喷洒石灰乳→黄土覆盖→绿化复垦
11、植被防护措施
建设期期满后，对堆矸坡面、马道覆1.0m厚的黄土，覆土结束后，对堆矸坡面、马道采用灌草结合的方式进行防护，草种均选用紫花苜蓿，种植方式为撒播，种植密度50kg/hm2，草种规格要求草籽粒饱满，发芽率在90％以上，无病虫害，灌木树种选用山杏、桃树、海红果等，采用穴状整地的方法，整为圆形坑穴，规格为直径40cm，深40cm；苗木规格要求：采用植苗造林，苗木要求三年生一级苗木，生长健壮，无病虫危害；种植密度采用行距1.5m，株距1.5m。
以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于煤矸石填充技术的荒沟生态恢复及治理方法，其特征在于：包括工程准备工作、堆矸作业、护坡工程作业、防自燃工程作业和植被恢复作业，所述工程准备工作包括清基作业、拦护工程作业、截水沟工程作业、马道排水沟工程作业和消力池工程作业，所述堆矸作业包括取土作业和覆土作业；
具体的施工时序为：先修筑挡矸墙、消力池，然后随着渣体的堆高逐渐修建截水沟和横向排水沟，堆矸过程中将周围汇水引入已建成的截水沟，弃渣每堆高规定的标高时设一定宽度的马道，马道内侧设置横向排水沟，每堆高1m进行平整和分层碾压，矸石堆放过程中，每设置一个马道后，及时修建横向排水沟和截水沟；
所述清基作业具体为清除工程场地植被及表层耕作物，去除软土有机土和所有可能降低防渗性能的异物，堵塞所有的裂缝和坑洞，并配合场地渗滤液收集系统的布设，使场底形成整体坡度，以≥2％的坡度坡向坝；
所述拦护工程作业具体为根据实际地形在填埋区下游的冲沟出口处采用浆砌石重力式挡矸墙进行拦挡，墙体上沿轴线方向每隔10m设置一道宽2cm的伸缩缝，在挡矸墙上设置入肝排水孔；
所述截水沟工程作业具体为在堆矸边界与山体坡面的交界处设置截水沟，截水沟根据矸石堆放的封场标高从沟口逐步向上修建；
所述马道排水沟工程作业具体为在形成的马道内侧修筑马道排水沟；
所述消力池工程作业使岸坡截水沟末端采用25°的坡度将水送至沟底，流入消力池；
所述堆矸作业具体为将矸石分层摊铺在排矸场内，每堆放3m厚的矸石覆盖一层30cm厚的黄土；
所述取土作业采用台阶式开挖取土，每层开挖台阶高度小于2m；
所述覆土作业进行前先对矸石整平、碾压，然后覆0.3m厚黏性土，土料的含水量要求在16～20％范围，若含水量不够时应在土料场洒水拌匀，覆土后应进行碾压，干容重不低于1.55t/m3，之后再覆土至设计厚度，堆矸坡面覆土要求分层压实，压实度不小于0.9；
所述护坡工程作业采用拱形浆砌片石骨架内客土绿化，拱架下侧设C20现浇素砼挡水埂，肋条顶面设检修踏步兼排水槽，肋条中部设一道耳墙；
所述防自燃工程作业具体为每堆放3m厚的矸石层用推土机进行一次压实，覆盖一层30cm厚的黄土，喷洒5-10％的石灰乳；
所述植被恢复作业具体为建设完毕后，对堆矸坡面、马道覆1.0m厚的黄土，覆土结束后，对堆矸坡面、马道采用灌草结合的方式进行防护。
2.根据权利要求1所述的基于煤矸石填充技术的荒沟生态恢复及治理方法，其特征在于：所述清基作业中，场地进行压实，压实度不小于90％，为了使衬垫层与土质基础之间的紧密接触，场地表面要用滚筒式碾压机进行碾压，平整顺序从挡矸墙坝向库区后端延伸，沟底采用1m厚的黏土压实，利用压机对其进行分层碾压，渗透系数不应大于10-7cm/s。
3.根据权利要求1所述的基于煤矸石填充技术的荒沟生态恢复及治理方法，其特征在于：所述拦护工程作业中，伸缩缝采用沥青麻丝等材料填充。
4.根据权利要求1所述的基于煤矸石填充技术的荒沟生态恢复及治理方法，其特征在于：所述截水沟工程作业中，截水沟与马道排水沟相连接。
5.根据权利要求1所述的基于煤矸石填充技术的荒沟生态恢复及治理方法，其特征在于：所述马道排水沟工程作业中，马道排水沟的断面底宽、侧墙和底板厚度根据实际情况测算，马道排水沟采用浆砌石矩形结构。
6.根据权利要求1所述的基于煤矸石填充技术的荒沟生态恢复及治理方法，其特征在于：所述堆矸作业中，堆放过程中注意修筑与养护临时道路工程及雨季时的临时排雨水工程，设计要求临时工程与永久工程的材料、工程做法互相匹配，临时路面预制素砼块的平面分块尺寸可为永久路面的一半，厚度不变，临时水沟使用预制素砼块，临时工程的素砼块可重复使用，冲沟沟壁临时取土要注意临时边坡的稳定性，需确定临时边坡的坡比。
7.根据权利要求1所述的基于煤矸石填充技术的荒沟生态恢复及治理方法，其特征在于：所述取土作业中，取土需放缓取土场的坡度，坡度控制在10％以下，取土前进行表土剥离，根据当地土层厚度，剥离表土的厚度，开挖的表层熟土需专门堆放。
8.根据权利要求1所述的基于煤矸石填充技术的荒沟生态恢复及治理方法，其特征在于：所述覆土作业中，土料选轻壤土、中壤土或沙质黏土，用推土机推平，不得含有大的物体块、植物根及其他杂物。
9.根据权利要求1所述的基于煤矸石填充技术的荒沟生态恢复及治理方法，其特征在于：所述防自燃工程作业中，石灰乳站设置在管理区内，主要建筑包括石灰库房、灌浆站各一间，灌浆站内设搅拌站机一台，原料石灰从当地购买，汽车运输，袋装入场。
10.根据权利要求1所述的基于煤矸石填充技术的荒沟生态恢复及治理方法，其特征在于：所述植被恢复作业中，草种均选用紫花苜蓿，种植方式为撒播，种植密度50kg/hm2，草种规格要求草籽粒饱满，发芽率在90％以上，无病虫害，灌木树种选用山杏、桃树、海红果等，采用穴状整地的方法，整为圆形坑穴，规格为直径40cm，深40cm；苗木规格要求：采用植苗造林，苗木要求三年生一级苗木，生长健壮，无病虫危害；种植密度采用行距1.5m，株距1.5m。
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