土壤基质和煤矸石填埋场复垦的方法与流程

本发明涉及矿山生态恢复，具体而言，涉及一种土壤基质和煤矸石填埋场复垦的方法。

背景技术：

1、当前，煤矸石复垦技术是国内外最有效煤矸石处置技术。煤矸石复垦能够有效地降低煤矸石山对矿区及其周边环境的破坏，同时还具有处置技术成熟、成本低和易监管等优点。

2、但是由于煤矸石成分复杂如果不进行底部防渗处理，复垦后在雨水侵蚀的作用下会产生包含pb2+、cr2+、cd2+、hg+等重金属离子的煤矸石淋滤液，对地下水及周边环境造成污染。进一步完善现有的煤矸石的复垦工艺。

3、另外，在填埋煤矸石层后，需要在煤矸石层上方铺设一定厚度的土壤，才能实现植物的种植，但是现有技术大部分都是直接挖掘开采其他地区较好的土质作为在煤矸石层上方铺设的土壤层，这样运输成本较高。若能利用煤矸石等煤基固废，制备一种直接能在当地因地制宜的土壤基质，可以更加经济高效的实现煤矸石填埋场的复垦。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种土壤基质和煤矸石填埋场复垦的方法，以解决现有技术中矿区土壤结构差、养分水平低以及保水性差的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种土壤基质，以重量百分含量计，该土壤基质包括：3-5％的煤矸石、1-3％的粉煤灰、0.5-1.5％的煤气化细渣、7-9％的微生物肥料和矿区表土。

3、进一步地，煤矸石的粒径小于1mm；

4、和/或，粉煤灰为来自热电厂煤基燃料燃烧的产物；

5、和/或，煤气化细渣的粒径小于2mm；

6、和/或，矿区表土为0～20cm处的表层土壤，优选的，矿区表土的ph值为7.5～8.5，优选的，矿区表土的粒径小于2mm。

7、根据本申请的另一个方面，提供了一种煤矸石填埋场复垦的方法，在煤矸石填埋场的底部自下而上依次设置防渗层、煤矸石复合填充层和土壤层，其中，煤矸石复合填充层由煤矸石和浆体材料充填形成，土壤层的土壤包括上述任一种的土壤基质。

8、进一步地，防渗层包括由下往上依次设置的改性膨润土层、hdpe膜、沙土导流层和土工布；

9、优选的，改性膨润土层的厚度为30-50cm，优选的，改性膨润土层采用粉煤灰改性膨润土；

10、优选的，沙土导流层的厚度为40-60cm；

11、优选的，沙土导流层中埋有hdpe导流管。

12、进一步地，复合填充层的设置方法包括：铺设煤矸石，在煤矸石中充填浆体材料，形成复合填充层分层，复合填充层分层包括充填层和位于充填层上方的支撑层；

13、优选的，煤矸石复合填充层包括3～5层复合填充层分层。

14、进一步地，复合填充层分层的厚度为1～2m；

15、优选的，填充层的厚度为50～170cm，支撑层的厚度为30～50cm。

16、进一步地，煤矸石复合填充层中的煤矸石的直径小于等于30cm。

17、进一步地，以重量份数计，浆体材料的原料包括：海藻酸钠5-15份、粉煤灰30-45份、黄土8-15份、水滑石2-6份、膨润土3-8份、改性木质纤维素溶液50-70份、碳酸氢钠2-5份、硫酸铝2-5份、水120-200份；

18、优选的，浆体材料的原料包括：海藻酸钠5-10份、粉煤灰35-40份、黄土10-12份、水滑石3-5份、膨润土5-7份、改性木质纤维素溶液55-65份、碳酸氢钠3-4份、硫酸铝3-4份、水140-180份。

19、进一步地，浆体材料通过以下方法制备得到：

20、步骤a1，将粉煤灰与改性木质纤维素溶液混合，得到第一混合物；

21、步骤a2，将膨润土与碳酸钠和部分水混合，得到第二混合物，优选的，部分水为10-15重量份；

22、步骤a3，将第一混合物和第二混合物混合后，形成的混合物与海藻酸钠、黄土、水滑石、膨润土和剩余的水混合，得到第三混合物；

23、步骤a4，将第三混合物与硫酸铝混合，得到浆体材料。

24、进一步地，土壤层的厚度为100-150cm。

25、应用本发明的技术方案，基于煤基固废和矿区表土的基本理化性质分析结果，确定煤矸石、粉煤灰、煤气化细渣等煤基固废和表土理化性质的关键限制性因素，通过调整成分、配比形成含煤基固废的土壤基质。其中，粉煤灰的加入提高了表土中碱解氮和有效磷的含量，加入煤矸石主要提高了表土中速效钾和有机质的含量，加入煤气化细渣主要提高了表土中有效磷和有机质的含量，微生物肥料的加入提高了矿区表土中的养分含量。

26、该土壤基质的理化性质、保水保肥性能能满足绿化种植土壤指标技术要求，实现了煤基固废的有效利用。将该含煤基固废的土壤基质用于填埋煤矸石填埋场，可以实现就地取材，更好的实现煤矸石填埋场的复垦。

技术特征：

1.一种土壤基质，其特征在于，以重量百分含量计，所述土壤基质包括：3-5％的煤矸石、1-3％的粉煤灰、0.5-1.5％的煤气化细渣、7-9％的微生物肥料和矿区表土。

2.根据权利要求1所述的土壤基质，其特征在于，所述煤矸石的粒径小于1mm；

3.一种煤矸石填埋场复垦的方法，其特征在于，在煤矸石填埋场的底部自下而上依次设置防渗层、煤矸石复合填充层和土壤层，其中，所述煤矸石复合填充层由煤矸石和浆体材料充填形成，所述土壤层的土壤包括权利要求1或2所述的土壤基质。

4.根据权利要求3所述的煤矸石填埋场复垦的方法，其特征在于，所述防渗层包括由下往上依次设置的改性膨润土层、hdpe膜、沙土导流层和土工布；

5.根据权利要求3所述的煤矸石填埋场复垦的方法，其特征在于，所述复合填充层的设置方法包括：铺设煤矸石，在煤矸石中充填浆体材料，形成复合填充层分层，所述复合填充层分层包括充填层和位于所述充填层上方的支撑层；

6.根据权利要求5所述的煤矸石填埋场复垦的方法，其特征在于，所述复合填充层分层的厚度为1～2m；

7.根据权利要求3至6任一项所述的煤矸石填埋场复垦的方法，其特征在于，所述煤矸石复合填充层中的所述煤矸石的直径小于等于30cm。

8.根据权利要求3至7任一项所述的煤矸石填埋场复垦的方法，其特征在于，以重量份数计，所述浆体材料的原料包括：海藻酸钠5-15份、粉煤灰30-45份、黄土8-15份、水滑石2-6份、膨润土3-8份、改性木质纤维素溶液50-70份、碳酸氢钠2-5份、硫酸铝2-5份、水120-200份；

9.根据权利要求8所述的煤矸石填埋场复垦的方法，其特征在于，所述浆体材料通过以下方法制备得到：

10.根据权利要求3至9任一项所述的煤矸石填埋场复垦的方法，其特征在于，所述土壤层的厚度为100-150cm。

技术总结本发明提供了一种土壤基质和煤矸石填埋场复垦的方法。以重量百分含量计，该土壤基质包括：3‑5％的煤矸石、1‑3％的粉煤灰、0.5‑1.5％的煤气化细渣、7‑9％的微生物肥料和81.5～88.5％的矿区表土。本申请基于煤基固废和矿区表土的基本理化性质分析结果，确定煤矸石、粉煤灰、煤气化细渣等煤基固废和表土理化性质的关键限制性因素，通过调整成分、配比形成含煤基固废的土壤基质。其中，粉煤灰的加入提高了表土中碱解氮和有效磷的含量，加入煤矸石主要提高了表土中速效钾和有机质的含量，加入煤气化细渣主要提高了表土中有效磷和有机质的含量，微生物肥料的加入提高了矿区表土中的养分含量。技术研发人员：王义,郭洋楠,杨利平,李斌,潘金,张凯,杨康受保护的技术使用者：国能神东煤炭集团有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13