一种冻土区煤炭矿山生态修复方法

本发明涉及矿山生态修复，尤其涉及一种冻土区煤炭矿山生态修复方法。

背景技术：

1、冻土是一种温度等于或低于零度并且含有冰的土体或岩石，多年冻土是指土层常年低于零度。多年冻土与工程安全及其稳定性、冻胀融沉等地质灾害存在直接因果联系，同时多年冻土起到区域相对稳定的隔水层作用，对下伏的能源矿产尤其是气体矿产等具有保护和成矿控制作用，多年冻土作为高寨地区特殊的自然环境组成部分，对环境的变化反应敏感，而且环境变化的影响牵连范围广泛，对区域乃至更广范围的生态系统的稳定和保护起重要的决定作用。

2、高原高寒地区的采矿活动，尤其是露天采矿活动，会对多年冻土层造成挖损破坏，并使其暴露至地表，即使没有进一步的采坑活动的破坏影响，同样会直接造成冻土加剧消融等破坏，诱发相关的地质灾害，改变周边地下水流场，加剧矿坑积水和周边地下水疏干，进一步造成植被退化、水土流失。所以，露天开采活动造成的多年冻土层破坏会产生一系列的生态环境及地质或灾害问题，影响深远、复杂，如果对露天采坑多年冻土层不加以修复，便会造成更加严重的后果。

3、因高原寒区矿山生态环境依赖于冻土冷生作用，其大气圈-生物圈-水圈-岩土圈等耦合机制极为复杂，目前冻土区煤炭矿山生态修复技术与措施尚属空白。此外，现阶段冻土保护技术的应用对象以寒区点状、线性分布的构筑物基础与地基为主，缺少针对以网面大区域分布的露天开挖矿山冻土保护技术。鉴于此，本发明旨在提供一种冻土区煤炭矿山生态修复方法，以解决多年冻土区露天矿区的生态修复、矿坑边坡暴露冻土保护以及修复多年冻土区露天矿区水文生态。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种冻土区煤炭矿山生态修复方法，以解决多年冻土区露天矿区的生态修复、矿坑边坡暴露冻土保护以及修复多年冻土区露天矿区水文生态。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种冻土区煤炭矿山生态修复方法，利用块石复合覆盖层进行生态修复，所述块石复合覆盖层由上至下分别为植被层、基质层、矿渣层、植被毯、块石层，本方法包括以下步骤：

3、s1)方案设计：设计前掌握矿区基本情况、自然生态状况、冻土分布、地形地貌等资料，设计时坚持仿自然地貌整形、土壤重构、植被重建、景观格局优化、生物多样性保育重组一体化综合治理原则；

4、s2)参数设计：根据方案对所述块石复合覆盖层具体的层进行材料材质、材料质量、各层铺设厚度和斜率进行设计；

5、s3)工程施工：根据上述设计遵循施工原则进行施工准备、块石准备、植被毯与矿渣铺设、基质层铺设和植被种植；

6、s4)矿山冻土生态环境监测与成效评估。

7、优选地，所述植被层构建时应在地貌重塑和土壤重构基础上，依据按照生态系统的生物种群特点，考虑矿山生态重建的植被适宜性、结构布局合理性和物种多样性，合理配置植物种群组成和结构，保障植物群落持续稳定；植被选取时应筛选适地植物物种，采取种植、播种、抚育等人工辅助措施，加快场地生态系统结构和功能的修复，禁止引入对当地生物多样性造成威胁的外来物种。

8、优选地，所述基质层采用工程、物理、化学、生物等改良措施，形成适宜植被生长的土壤剖面结构与肥力等条件；煤矿区基质层主体由渣土与羊板粪混合组成，煤矿区基质层主体由渣土与羊板粪按照5:1比例、颗粒有机肥按照1000kg/667m2用量混合而成，上层按照1000kg/667m2用量撒施颗粒有机肥，羊板粪有机质含量大于30％，杂质小于10％，水分小于40％；有机肥符合ny525。

9、优选地，所述矿渣层应以矿区煤矸石为主，应为一般工业固体废物，煤矸石须有合理的级配，确保能够实现堆积密实，含水量不低于15％。

10、优选地，所述植被毯兼顾生态友好、土壤保持、保湿保水、施工便捷等特点，植被毯主体由生态纤维与无纺布层组成，幅宽2～3m，质量20g/m2±2g/m2。

11、优选地，所述块石层的块石选取时，考虑强度、抗风化和抗冻融能力，以及粒径尺寸、形状、洁净度和透水性等，块石粒径介于150mm～300mm，最小边长大于150mm，长细比小于3。

12、本技术方案的原理及有益效果：

13、露天开采矿区破坏了天然活动层，将多年冻土暴露出来，加速了多年冻土退化，显著影响当地冻土、水文、生态环境。块石复合覆盖层作为矿区冻土保护措施，由上至下分别为植被层、基质层、矿渣层、植被毯、块石层。块石复合覆盖层主要利用冷暖季自身对流与导热性质差异，减少暖季时多年冻土热量摄入，增加冷季时多年冻土热量释放，进而形成导热“二极管”效应，实现保持或提高多年冻土上限、缓解冻土升温的目的。块石复合覆盖层冷却作用主要基于块石的多孔媒介，实现对流换热的作用。因此，并不适用于矿区低洼汇水区域。

14、块石复合覆盖层布置后，在矿区面形成封闭的对流换热层。在暖季，块石层上部气温较高，密度较小，对流作用较弱，起到了隔热层的作用；在冷季，块石层上部气温较低，密度较大，内部发生对流效应。加之，覆盖层的热物理性能具有相变异性，在正温条件下，其导热系数较小，而在负温条件下，导热系数较大。因此，块石复合覆盖层能起到防止热量侵入和增加矿区冻土冷储量的作用。

技术特征：

1.一种冻土区煤炭矿山生态修复方法，其特征在于：利用块石复合覆盖层进行生态修复，所述块石复合覆盖层由上至下分别为植被层、基质层、矿渣层、植被毯、块石层，本方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种冻土区煤炭矿山生态修复方法，其特征在于：所述植被层构建时应在地貌重塑和土壤重构基础上，依据按照生态系统的生物种群特点，考虑矿山生态重建的植被适宜性、结构布局合理性和物种多样性，合理配置植物种群组成和结构，保障植物群落持续稳定；植被选取时应筛选适地植物物种，采取种植、播种、抚育等人工辅助措施，加快场地生态系统结构和功能的修复，禁止引入对当地生物多样性造成威胁的外来物种。

3.根据权利要求1所述的一种冻土区煤炭矿山生态修复方法，其特征在于：所述基质层采用工程、物理、化学、生物等改良措施，形成适宜植被生长的土壤剖面结构与肥力等条件；煤矿区基质层主体由渣土与羊板粪混合组成，煤矿区基质层主体由渣土与羊板粪按照5:1比例、颗粒有机肥按照1000kg/667m2用量混合而成，上层按照1000kg/667m2用量撒施颗粒有机肥，羊板粪有机质含量大于30％，杂质小于10％，水分小于40％；有机肥符合ny525。

4.根据权利要求1所述的一种冻土区煤炭矿山生态修复方法，其特征在于：所述矿渣层应以矿区煤矸石为主，应为一般工业固体废物，煤矸石须有合理的级配，确保能够实现堆积密实，含水量不低于15％。

5.根据权利要求1所述的一种冻土区煤炭矿山生态修复方法，其特征在于：所述植被毯兼顾生态友好、土壤保持、保湿保水、施工便捷等特点，植被毯主体由生态纤维与无纺布层组成，幅宽2～3m，质量20g/m2±2g/m2。

6.根据权利要求1所述的一种冻土区煤炭矿山生态修复方法，其特征在于：所述块石层的块石选取时，考虑强度、抗风化和抗冻融能力，以及粒径尺寸、形状、洁净度和透水性等，块石粒径介于150mm～300mm，最小边长大于150mm，长细比小于3。

技术总结本发明公开了一种冻土区煤炭矿山生态修复方法，利用块石复合覆盖层进行生态修复，块石复合覆盖层由上至下分别为植被层、基质层、矿渣层、植被毯、块石层，在矿区面形成封闭的对流换热层。在暖季，块石层上部气温较高，密度较小，对流作用较弱，起到了隔热层的作用；在冷季，块石层上部气温较低，密度较大，内部发生对流效应。加之，覆盖层的热物理性能具有相变异性，在正温条件下，其导热系数较小，而在负温条件下，导热系数较大。以解决多年冻土区露天矿区的生态修复、矿坑边坡暴露冻土保护以及修复多年冻土区露天矿区水文生态。技术研发人员：杨林山,冯起,高泽永,商允虎,朱猛,郭小燕受保护的技术使用者：中国科学院西北生态环境资源研究院技术研发日：技术公布日：2024/9/29