本发明属于环境治理、土地复垦、生态重建、矿山生态恢复技术领域，具体涉及一种矸石山生态环境恢复综合治理方法。
背景技术：
煤矸石是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一，年产量达数亿吨，由于受现有技术手段的限制，目前资源利用率很低，大多堆放于地面，形成矸石山。目前已累计堆放50多亿吨，且以每年数亿吨速度递增，仅在山西，现存上千座矸石山，最大矸石山堆存量达上千万吨。由于煤矸石含有硫化物，极易氧化自燃，产生大量有毒有害气体、烟尘等污染物，污染大气环境，下雨造成的煤矸石渗滤液中的重金属对土壤和地下水资源都会造成污染，严重损害周边居民的安全及身体健康，破坏矿区及其周边的生态环境，同时影响煤炭企业的安全生产、经济效益和社会形象。矸石山生态环境治理已成为国家关注重点。2016年，山西省就列入了51个矸石山生态环境恢复治理试点示范工程项目，要求在18年底前完成。因此对矸石山生态环境进行综合治理乃是当务之急。
矸石山治理常规技术及工艺：整坡→覆土→修筑水渠→植被，多年来，矸石山治理技术没有大的突破，仍然沿用上述传统工艺技术，这从山西51个矸石山生态环境恢复治理试点示范项目可研和初步设计就可以看出，基本都是一个模式。那么上述治理工艺效果如何呢，调查了矸石山治理在全省乃至全国走在前列的阳煤集团三矿的大垴梁矸石山、280矸石山和二矿的思汉沟矸石山，西山煤电集团官地矿已治理的矸石山，自然发火问题相当严重，已长的植被大部甚至全部死亡，排水系统瘫痪，侵蚀和水土流失严重，个别的矸石已裸露出来，可以说，原治理全部失败。全国矸石山治理典型矿尚且如此，其它矿就可想而知了。
究其根源，是将复杂的事简单化了，在理论上、认知上、解决方法上出现了重大偏差。
目前的治理思路和方法，是把“土”当成了隔离物，既要阻止空气进入矸石区，又要在其上生长植被，看似简单、巧妙，但忽视了矸石区与植被生长区的喜忌完全相反，矸石区忌空气和水进入，忌扰动。而植被生长恰恰离不开水，离不开空气，将两个互相对立的区块叠加在一起，结果可想而知。所以“土”不能既起“隔离”作用，又供植被生长用，理论上就行不通，实践也印证了这一点。
其次侵蚀和雨水下渗是造成矸石山自燃的罪魁祸首。侵蚀容易形成冲蚀沟，逐渐形成矸石山的漏风通道，使矸石发生氧化放热反应，导致矸石温度越来越高，从而引发自然发火。经实地调查已治理矸石山的现状，凡是自然发火的矸石山，表土层均有大量的侵蚀沟存在，凡是植被表土层被侵蚀，形成冲沟的地方，均为温度异常区，并有自然发火趋势。雨水下渗，矸石与水接触会加速氧化反应，加大自然发火的危险性。同时矸石自燃，会使矸石山塌陷、沉降，进一步加大矸石山漏风，加剧自然发火。造成侵蚀和雨水下渗的原因主要有：
（1）排水系统落后。传统的刚性水渠不抗沉降，极易造成水渠断裂，不仅影响排水系统的正常运行，而且导致雨水下渗，形成漏风通道，导致矸石山自然发火，新型的柔性排水渠一是阻力大，排水慢，大量泥沙容易淤积在水渠内，致使排水系统很快瘫痪，二是土工袋之间接触不严，缝隙大，致使雨水漫流，不仅造成雨水下渗，而且大量雨水直接冲向坡面和马道，造成坡面受损。雨水下渗到矸石区，产生渗滤液，污染地下水和土壤。马道上的土壤长时间浸泡，极易引发滑坡、塌陷和沉降，继而对排水系统造成更大破坏，恶性循环。马道上的雨水不能直接流入水渠，轻则浸泡马道，重则冲刷坡面。
（2）植被技术落后，常规的植被技术无法控制雨水侵蚀，尤其是种植在矸石山大量边坡上的植被，自身存活都困难，更不能抵抗雨水侵蚀。
（3）种植层营养缺乏。覆土一般采用矸石山周边的客土，客土普遍比较贫瘠，有机质和养分缺乏，使得植被后生长效果不佳，不能起到护坡作用。
（4）没有植被养护或养护不当。现有矸石山治理工程均没有设计植被养护系统，全靠天下雨，植被生长缓慢，还没等它长出来，边坡就被侵蚀了，或者养护水量过大，冲刷坡面，造成植被破坏。
（5）矸石山坡度和分级马道高差设计不当。许多边坡坡度超过30度，甚至达到40～50度，分级马道高差达10～20m，甚至更高，边坡角度、高差越大，越易造成雨水侵蚀，水土流失，其次边坡上的植被难以涵水，养护难度也加大。
因此矸石山治理必须从“封闭隔离”和防侵蚀入手。
1、在矸石区与植被生长区之间构建“封闭隔离层”
“封闭”即是将矸石山彻底“包裹”起来，直接将矸石山危害解除掉，即将矸石区产生的粉尘、有毒有害气体、热量，甚至矸山中的有害重金属离子全部通过封闭隔离层的“封闭”作用将其封存在矸石区内，“封闭”后矸石区不对植被生长区及大气层造成危害，植被生长区的植被可以轻松的生长了。
“隔离”是指将矸石区与外部的植被生长区彻底隔开，将植被区内的水、空气、热量，甚至树根阻挡在矸石区外，不会对矸石区造成侵扰。矸石区不受外界侵扰，就不会产生高温，不会发生自燃，更不会释放有毒有害气体，矸石区的危害解除了，植被区的植被生长也就安全了。
“封闭隔离”是一个事物的两面，封闭是对矸石区来说，不影响植被区，隔离是对植被区来讲，不影响矸石区。这就要求封闭隔离层具备气密、防水、防渗、隔热作用，同时还应阻燃、坚固、耐久。只要封闭隔离层的性能具备这些特征，矸石山治理难题即可迎刃而解。
封闭隔离层的重要性：
（1）保证了矸石区独立，解除了植被生长区对矸石区的扰动，即使植被区因雨水侵蚀、土壤龟裂等原因形成沟蚀、裂缝，也不会对矸石区造成大的影响。
（2）保证了植被生长区植被安全。以往因矸石自燃、因高温、因气体外泄，直接受害的就是其上植被，轻者植被生长不佳，重者导致植被死亡，有了“封闭隔离”这道屏障，大大减小了矸石山对植被的危害。
（3）彻底解放了植被区，植被生长更轻松。将原来由植被区承担的防火、防渗、气密等不可能做到的任务解除，专供植被生长，只需解决土壤疏松、透气、保墒、保肥等问题，就可使植被生长更快速、茂盛，反过来又减轻了封闭隔离层压力，形成良性循环。
（4）封闭隔离层直接承担了矸石山危害治理任务。防灭火、防渗、隔热甚至防尘均由封闭隔离层完成。
2、多管齐下防侵蚀
矸石山的最大特点是边坡多，涉及坡体安全、稳定，涉及风雨侵蚀、水土流失。因此必须多管齐下防侵蚀。
（1）不合理的坡度设计和分级马道高差设计，会加剧雨水侵蚀，同时高差形成的自然风压又会加剧漏风供氧。因此在对矸石山削坡、分级处理时，尽量减小边坡的角度，缩短分级马道高差，合理设计马道的宽度，减小自然风压，减小侵蚀，稳定坡体。此外，根据矸石山自然发火特点，在工程机械堆坡成型过程中，将已自燃或高温区域矸石直接挖除是最简单可靠并节省费用的灭火方法。
（2）必须形成完善的快速排水系统，排水渠不仅要能够抵御矸石山沉降对水渠的破坏，还要快速排水，减少雨水对马道的浸泡和对坡面的冲刷。
（3）构建植被生长的营养土层，使植物能够快速发芽、生根，长久的生长，起到固土护坡作用，抵御风雨侵蚀。
（4）采用抗侵蚀植被恢复技术，使所播种植被形成护坡能力前，能够抵御风雨侵蚀，防止矸石山边坡水土流失。
（5）必须解决植被的养护问题，既能够在植被生长前期实施浇灌，又不会造成边坡水、土、肥流失。
因此，本发明从矸石山削坡整形和灭火、封闭隔离、覆土、排水系统构筑、营养土构建、植被恢复、植被养护等七方面对矸石山进行综合治理。
技术实现要素：
本发明提供了一种矸石山生态环境恢复综合治理方法。
本发明所采用的技术方案是：一种矸石山生态环境恢复综合治理方法，包括以下步骤和内容：（a）矸石山削坡整形和灭火工程、（b）封闭隔离工程、（c）覆土工程、（d）半柔性快速排水系统工程、（e）营养土构建工程、（f）抗侵蚀植被恢复工程和（g）植被养护系统工程，在矸石山体上由内而外依次形成封闭隔离层、覆土层、营养土层和抗侵蚀基质层。
（a）所述矸石山削坡整形和灭火工程包括：矸石山削坡整形和矸石山灭火。
所述矸石山削坡整形，首先确定几个重要参数，所述矸石山体包括马道和边坡，所述马道宽度3～5m，所述边坡坡比1：2～1：1.75，上下两个马道之间垂高为4～7m；
所述矸石山削坡整形方法，首先由下至上，根据上述确定的矸石山边坡、马道参数，由挖掘机和装载机削坡整形，边坡成型后，由挖掘机拍实，马道由压路机压实，确保矸石山稳定。本发明整坡成型要点：首先考虑矸石山安全性、稳定性，其次考虑边坡防侵蚀、涵水性、防火、排水、库容、养护，最后考虑便于机械施工和美观。马道宽度主要考虑机械施工便利性。上述控制指标是经过理论计算和实践验证，已考虑安全性、实用性、美观性，包括后续水渠留设，植被养护系统、挖掘机开挖整形、覆土，喷播施工、养护全套工序。其它基础工程，如拦矸坝、周边纵向排水渠、涵洞、消力池等属常规技术内容，不再介绍；
所述矸石山灭火，是在整坡前，先由热成像仪查找矸石区高温点、自燃区，如存在高温点、自燃区，提前制定出灭火方案，在整坡成型实施中，先灭火后成型；如无火，则直接进行矸石山整坡成型工作；
所述矸石山灭火方法，正常情况下，矸石山自燃区、高温点，基本在距离矸石表面2.5m深范围内，因此灭火方法是在专业人员指挥下，由挖掘机直接挖出自燃或高温矸石，用胶体或泥浆灭火材料直接覆盖灭火，待其冷却后回填到矸石区，并成型，灭火浆料的混合搅拌喷射由专用机械完成。当然，在实施之前要制定严格的安全技术管理措施，确保安全、可靠，特殊情况制定专项安全技术方案。
（b）所述封闭隔离工程是在矸石区与植被生长区之间增加封闭隔离层，将矸石区全部封闭隔离，利用封闭隔离层的气密、防渗、隔热功能以及坚固、耐久的特性，将矸石山的危害彻底消除，为下一步生态恢复打下基础。具体的讲就是：
利用气密功能阻止外界空气进入矸石区，防止发生氧化发热反应，发生自然发火；同时阻止矸石区内的有毒有害气体进入植被生长区和大气层；
利用防渗功能将雨水等阻挡在矸石区外，防止加快矸石氧化；防止产生渗滤液危害周边土壤和地下水；防止雨水下渗破坏矸石区稳定；
利用隔热功能隔绝外部热量进入矸石区，矸石区有良好的蓄热条件，同时隔绝矸石区热量传导进入植被区影响植被生长，尤其是向阳坡面；
利用封闭隔离层的坚固耐久特性，阻止植被生长区的树根下穿进入矸石区，产生扰动，影响矸石区稳定，同时也防止雨水、空气通过树根周边裂隙进入矸石区。
封闭隔离层也可灭火，但周期要长，其主要功能为防火。如直接灭火困难，也可采取封闭隔离灭火方法。根据具体情况确定。
所述封闭隔离层是将混合浆料喷涂在矸石山表面凝固而成，混合浆料包括无机材料、聚合物、纤维、添加剂和水；其中，所述无机材料重量配比为20～75%，所述无机材料包括水泥、碳酸钙、水泥窑灰（ckd）、硅灰、硅石粉、膨润土、矿渣、石英砂中的至少两种，均为粉末状，其中一种为水泥；其中，水泥窑灰、硅灰、矿渣均为工业固体废弃物，使用上述无机物除当作填充料外，还可作为气密、隔热、防渗、防水功能材料使用，同时可以降低成本，保护环境；硅石粉、膨润土除用作防火、保温材料，还可用作防渗材料；石英砂（粉）、碳酸钙为常规填充料和密实材料。上述无机物均为常规市售材料或废弃物。优选的，所述无机物在混合物中的重量配比为40～70%；
其中，所述聚合物重量配比为0.2～5%，所述聚合物包括聚乙烯醇、胶粉、纤维素中的一种，所述纤维素包括甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、乙基甲基纤维素中的至少一种；聚合物均为水溶性聚合物，上述聚合物不仅仅提供胶粘性，增稠、柔韧性，另一方面还有防渗、气密功能。优选的，所述聚合物在混合物中的重量配比为0.5～4%，更进一步为0.8～3%；
其中，所述纤维重量配比为0.05～5%，所述纤维包括玻璃纤维、合成纤维中的至少一种，所述合成纤维包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、尼龙中的至少一种；其中纤维长度为6～12mm；本发明纤维是为增强封闭隔离材料的完整性，防止分离开裂，增强韧性，也可适应山体轻微的沉降变形。优选的，所述纤维重量在混合物中的重量配比为0.1～3%；
其中，所述添加剂重量配比为0.05～2%，所述添加剂包括减水剂、密实剂、防渗剂中的至少一种，所述减水剂包括萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂中的至少一种，其中，所述减水剂为与水泥配套使用，减水剂的作用是在使用水泥时，为减少水化比而使用，可以单独使用，也可以与密实剂或防渗剂一种混合使用，但总比例不超过2%。密实剂和防渗剂主要为增加封闭隔离材料中的密实性和防渗性而使用，可同时用，也可单独使用，优选的，使用量为混合物重量的0.1～2%；
其中，所述混合浆料中余量为水，所述水为施工现场所能提供的水源，符合环保要求即可。
进一步的，所述封闭隔离层的混合浆料还包括颜料，所述颜料为砂浆颜料或水性颜料，所述颜料添加比例为混合浆料重量比的0.03～0.1%。
所述封闭隔离方法是在搅拌容器中，先加入足够量的水，加入纤维；加入聚合物搅拌；加添加剂；最后加入无机物和颜料；在混合浆料喷涂前，不要停止搅拌，防止混合浆料凝固在搅拌容器中；搅拌最好以机械搅拌方式进行。在喷涂前，先整理好矸石坡面及所要喷涂的部位，将矸石山马道平台用压路机压实，边坡用钩机整平、拍实，然后将上述搅拌好的混合浆料用液力或气力泵喷涂到矸石山表面。最好使用市售喷播机，自带搅拌和喷涂设备，可以将喷播机放在卡车上移动使用。特殊场地，可以将大功率砂（泥）浆泵固定在某一地点，接高压软管延伸近点喷涂。喷涂厚度为10—50mm。喷涂完成后，一般10—20小时凝固，即可形成封闭隔离层。
所述覆土工程是在封闭隔离层的表面覆盖黄土，为下步植被恢复提供扎根生长空间。马道覆土厚度一般为50～100cm，黄土厚度取决于是否种植深根性乔木，以及是否修筑水渠。边坡上覆土厚度一般为20～50cm，主要考虑植被生长扎根深度，边坡不建议种植乔木，以草、灌木为宜，厚度30cm为佳；
另外，上述覆盖黄土厚度为总厚度，已包含后续要提供的营养基质厚度，要根据测土结果、土壤有机质、营养成份情况，最终确定真正的覆盖黄土厚度，提前留出营养土层厚度。覆土机械一般采用汽车运土倒土，挖掘机摊平，人工配合局部修整。此间注意，马道、平台不能将覆土太过压实，不利于植被生长。
所述半柔性快速排水系统工程是在覆土层上修筑排水系统，在所述每个马道均设置横向排水渠，所述横向排水渠两端分别与场外纵向排水渠连通，坡面及马道上雨水经过横向排水渠流向场外纵向排水渠，从而排出矸石山区域；所述横向排水渠设置在马道上内侧1/3处或距边坡坡底的1.0～1.5m处，使得从边坡下来的水得以缓冲，减小坡面下来的雨水流速，雨水不会因惯性冲到马道上，同时泥沙通过自身沉降或被草阻挡在边坡底，减少了边坡雨水夹杂的泥沙直接进入横向排水渠，造成淤积，影响排水，同时考虑横向排水渠所在位置由于施工机械的频繁碾压，该处最密实，沉降可能性最小，稳定性最好；所述排水渠将马道分成内侧平台和外侧平台，所述内侧平台与排水渠在一个水平面，所述外侧平台为反坡型，坡度α为2～6%，保证马道上的雨水和上部边坡流下的雨水顺利流入马道横向排水渠，避免了马道上的雨水对下部边坡坡面的冲刷；所述横向排水渠为半柔性排水渠，既有刚性水渠的强度，又有柔性水渠的韧性，实现抗沉降与快速排水的双重功能；所述半柔性排水渠为hdpe材质或树脂混凝土材质的排水渠，内壁光滑，抗腐蚀，排水迅速。其抗冻特性，能够应对高寒天气对其的影响；为了减小排水阻力，加快排水速度，所述横向排水渠断面为u型，其具有较大的输水、输沙能力；所述横向排水渠横向底面中间高、两侧低，便于横向排水渠内雨水能尽快向场外纵向排水渠排出；优选的，所述横向排水渠底面的排水坡度β是2～5‰；所述横向排水渠由多个hdpe或树脂混凝土材质的线性成品u型排水渠连接而成，规格为200～300mm宽，300～450mm高，单节长度500mm。所述hdpe线性成品u型排水渠之间一般通过子母卡槽连接，为了严格防止排水下渗，所述hdpe线性成品u型排水渠之间的卡槽缝使用防水密封胶（如沥青硅胶）均匀涂抹。为了防止泥沙淤积，所述横向排水渠内沿水流方向每隔40～50m设置沉沙池；
所述专用于矸石山治理的半柔性快速排水系统，既能够抗沉降，又能防泥沙淤积，并结合多种优化设计，能快速将矸石山上的雨水排出场外，避免雨水对矸石山构成威胁，同时保护边坡。
所述半柔性快速排水系统优点：
1.克服了现有排水系统的不足，能够插接组成一体，利用了半柔性排水渠的韧性，抵御矸石山沉降对水渠的破坏；同时利用hdpe材质和树脂混凝土材质的光滑性，解决排水渠泥沙淤积问题；利用hdpe材质接缝的严密性，防止雨水渗漏；同时hdpe材质的高强、耐腐蚀、寿命长、抗冻、安装、更换方便等特点，为排水渠的长久使用提供有力保障；
2.排水系统的优化设计和多种措施并举。横向排水渠的u型断面、中间高两边低及反坡设计使得雨水能够更快、更多的进入横向排水渠，从而排出场外，减少了泥沙淤积，减少了水土流失，减少了雨水对坡面和马道的浸泡，为矸石山安全与稳定奠定了基础。
所述营养土构建工程，具体包括：a）客土养分检测：取3～10份客土样，对土壤中的氮、磷、钾含量及ph值进行检测，取平均值；b）通过计算，合理配置化肥：根据客土养分检测结果，以及要达到的肥力等级各大量元素指标，采用养分平衡法，计算需肥量；c）营养土的配制和喷涂覆盖：将配制营养土的各种原料混合，加水充分搅拌制成浆液，加入ph调理剂，将浆液调节到适宜所种植物生长的酸碱度，然后将浆液通过喷播机喷涂在矸石山覆土层表面，构成植被生长的营养土层，可一次或多次喷涂，使其厚度达8～30cm；
所述营养土包括以下物质及重量配比：客土20000～35000份，粉煤灰1000～3000份，有机质1000～2500份，腐熟剂3～8份，褐煤300～1000份，肥料30～100份；其中，所述客土为矸石山周边荒地、荒沟或荒山黄土，所述粉煤灰为燃煤电厂生产过程中产生的粉煤灰，粉煤灰具有密度小，空隙大，相当于砂质土，比黏土颗粒粗，比砂土颗粒细，可以优化土壤颗粒粒度组成，改善土壤结构，改善黏土的通气性、透水性，增强土壤与外界的热交换能力，提高砂质土壤的持水性，提高抗旱能力，同时促进土壤微生物群落的良性发展及植物健康生长。粉煤灰颜色较深，增强土壤吸收太阳光强度，提高地温，增强微生物活性，促进植物生长。粉煤灰采用工业ⅱ级以上。所述有机质指植物秸秆，包括300～500份草纤维，还包括麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯、稻壳或木屑中的至少一种；有机质根据当地情况灵活选配，其作用除提供有机质、氮、磷、钾等营养元素外，同时又具有疏松土壤、保水、保温、缓释水肥作用。其中草纤维起交织固土、防止雨水侵蚀作用，长度可以为2～5cm。其它植物秸秆应粉碎到直径3～5mm的颗粒状。所述有机质与所述腐熟剂配合使用，本发明是在地里土壤中直接发酵秸秆，这样节省了发酵场地和发酵时间。其中，所述腐熟剂对秸秆能快速启动发酵腐解过程，快速腐解有机物中的纤维素、半纤维素、木质素，逐步释放部分速效养分，产生促进植物生长的物质，同时可固氮、解磷、解钾，增加土壤养分，改良土壤结构，提高化肥利用率。在腐熟过程中，还可以增加地温，促进植被快速发芽、生长，快速保护边坡。其中，所述褐煤含有大量腐殖酸，能够促进植物生长发育，调节土壤ph值，提高土壤保水保肥能力，调节土壤水、肥、气、热状况，增强植物抗逆性，提高氮肥利用率，缓释磷。另外褐煤可增加土壤的透气性，改良土壤结构。褐煤粒度60～80目。其中，所述肥料为化肥，一般为氮肥、磷肥、钾肥，用来提高土壤肥力。由于每个地块的土壤肥力差别很大，必须对土壤的氮、磷、钾等大量元素进行检测，根据检测结果及土壤中所缺养分，合理配置肥料，使营养土达到一定肥力标准。氮肥为尿素、硝酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、硝酸钙、硝酸钠，磷肥为过磷酸钙、重过磷酸钙、钙镁磷肥，钾肥为氯化钙、硫酸钾、草木灰、窑灰钾肥。
所述营养土优点：
1、在测土基础上确定的土壤改良方案，科学、合理，与现有技术相比实用性强，植物养分全面、均衡；
2、不会因施肥过多，对土壤和水体造成污染，影响人畜安全；
3、根据需要配施速效肥，同时结合秸秆还田，既能快速见效，使植物快速发芽、生长，又能缓释养分，为植物生长提供了长久动力；
4、营养土既涵水疏松，又相互粘结，促进土壤团粒尽快形成，减少雨水冲刷对营养层的影响；
5、所配材料简单、易购，成本低廉。
所述抗侵蚀植被恢复工程就是在营养土层上喷播抗侵蚀基质混合浆料，形成抗侵蚀基质层，所述抗侵蚀植被层具有保水、保肥、抗侵蚀的特点；
所述抗侵蚀基质混合浆料包括抗侵蚀基质混合物和植物种子；其中，所述抗侵蚀基质混合物组成按重量份数计如下：膨润土600～1200份，沸石200～600份，黄腐酸20～40份，木纤维1400～2600份，聚合物20～100份，合成纤维0.5～2份；所述膨润土为天然矿物材料，主要成分为蒙脱石，其独特结构使其具有较强的吸水性、膨胀性、吸附性、分散性、粘着性、阳离子交换性、保水保肥性，对肥料有良好的缓释效果，并具有植物所需的常量和微量元素，为植物提供多种营养。膨润土的粘性能使抗侵蚀基质浆液更好的粘附到喷播面上。所述膨润土为钠基或钙基，粒度大小可以为100～200目。其中，所述沸石具有吸附性和很高的离子交换速度，在改良土壤和发挥水肥作用方面作用独特，可降低土壤酸碱度，保持水分，提高肥料利用率和延长作用时间。其粒径小于3mm。其中，所述黄腐酸为腐殖酸的一种，为有机胶体物质，有强大的吸水能力，有较强的保水、保肥性，对化肥有显著的增效作用，能够有效促进植物快速生长，增强作物抗逆性。大小可以为100～200目粉状。其中，所述木纤维有机质含量高，保水性能好，吸水量大，释水缓慢均匀，能与种子、肥料较好的融合，能够防止风雨对表层土壤的侵蚀，改良土壤结构。其丰富的有机质，利于微生物生长，促进土壤熟化，增加土壤肥力，涵养水分和肥，为植物生长提供充足水分和养分。植被后期，可自然降解为有机肥，为植物提供长期养分。长度可以为0.7～5mm。所述聚合物为水分散性纤维素聚合物，包括甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、乙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的至少一种；所述合成纤维用于改善基质层的抗侵蚀性能，可以为聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯晴纤维的束状单丝纤维，纤维直径可以为18μm，长度可以为3mm或6mm。根据矸石山特点，为防止坡面被雨水侵蚀，应选择根系发达、耐旱、耐贫瘠、覆盖力强、适应性强、可粗放管理的草、灌植物。考虑矸石山坡面覆土较薄，乔木扎根太深，因此不建议选用乔木。草、灌结合，可建立立体群落，实现多群种、多层次、多功能的优势组合和自然演替。冷季型草如多年生黑麦草、高羊茅、紫羊茅、早熟禾等，暖季型草如结缕草、狗牙根等，灌木可选用紫穗槐、柠条、胡枝子等，可单播也可混播。为使植物早发芽，可加入一些肥料，如复合肥；
将混合浆料由喷播机均匀的喷涂在营养土层上，喷涂厚度5—20mm。
所述植被养护系统工程主要解决矸石山边坡养护难题，加速植被生长，同时避免常规植被养护对边坡的破坏，实现大面积、低成本、全覆盖，养护均匀、高效的目的。具体包括：所述植被养护系统包括供水主管、供水支管、微喷带、过滤器、三通、蓄水池、水泵；所述供水主管沿矸石山中间或一侧自上而下纵向铺设，当马道长度过大时，为减小阻力损失，所述供水主管在矸石山中间由上而下纵向铺设，向两侧支管供水，所述供水主管通过两侧出水或者一侧出水与供水支管连接，所述供水支管沿横向在马道上布设，所述供水支管上每隔1～4m安装三通，同一马道上三通的间距相等，保证同一马道上微喷带的出水量相等；由于供水主管的纵向设置，所述供水主管的上端通过水泵与蓄水池连接，可以降低水泵的供水压力，同时下方马道上支管的进水压力大于上方马道上的进水压力，所以下方马道上微喷带的喷洒覆盖面大于上方马道上微喷带的喷洒覆盖面，故设计每个马道比上一马道三通的间距增加10～20%，所述每个三通的出水口与微喷带连接，这样保证上下马道的微喷带的喷水量均匀；由于同一微喷带上端的静压小于下端静压，因而同一微喷带上部的出水量小于下部出水量，且边坡上水会由上而下流失部分，因此，所述微喷带沿纵向从马道、边坡、下一个马道至下一个边坡的上半部自上而下布置；用上一马道上微喷带末端的较大水量弥补下一微喷带上部较小水量，从而确保边坡上部的需水量。所述供水主管的上端通过水泵与蓄水池连接。利用微灌技术的流量小、流速慢、细雨般的喷洒效果，有效湿润植被及根部土壤特点，用以解决矸石山高陡边坡植被养护难题，避免水、土、肥流失和水流对边坡的冲刷，同时通过上下相邻微喷带的适当重合，增强每个边坡上方的喷洒量，通过调整马道之间微喷带的间距提高喷洒的均匀度。所述供水主管与水泵之间还连接有止回阀，所述供水主管与止回阀之间连接有施肥器和过滤器。
进一步的，所述微喷带沿纵向从马道、边坡、下一个马道、下一个边坡的四分之一至二分之一处自上而下布置。为了便于自动控制，所述供水支管上靠近供水主管的进水口处设有电磁阀。为了适应矸石山地形，所述供水支管和所述供水主管均采用pe软管或硬管，所述供水主管与供水支管通过四通或者三通连接。所述电磁阀、水泵均通过电缆与中央控制器连接。所述每个三通的出水口通过快速接头与微喷带连接，方便拆卸与安装。所述蓄水池为矿井中水回用水池或者雨水收集池。
所述植被养护系统具有以下优点：
1、供水支管沿着马道水平布置，安装简单、快速、维护方便，对植被区域影响小，微喷带纵向自上而下布置，顺势而为，无需专门固定；
2、坡面上部需水量较下部大，本发明巧妙利用上一微喷带末端的较大水量弥补下一微喷带静压带来的上部水量小的不足；
3、用微喷带进行微灌，出水量小，流速慢，持续时间长，对植被根部的土壤有良好的湿润效果，不会对边坡造成侵蚀，确保矸石山的安全和稳定。
4、通过配置施肥器可实现水、肥一体化养护，满足植被生长需要，土壤浸润均匀，水、肥利用率高，养护效果好；配置湿度传感器、营养传感器可实现智能化植被养护。
5、适应地形，全覆盖，无死角，方便灵活，便于自动控制，投资小，节水、省工，工作量小。
6、材料轻便，安装简单，不易丢失，管路采用pe管，具有防冻作用，整个系统造价低，适宜大面积植被养护。
本发明的有益效果：
通过合理的矸石山削坡和半柔性快速排水系统，确保矸石山安全、稳定；通过矸石山灭火和封闭隔离将矸石区的危害消除；通过科学合理的客土改良，使植被快速、长久生长；通过抗侵蚀植被恢复技术，抵御风雨对边坡的侵蚀；通过植被养护系统解决矸石山边坡植被浇灌、施肥难题，防止矸石山边坡水土流失。从上述七个关键点多管齐下，防止矸石山自燃对环境的危害，快速形成植物群落，实现矿山生态环境恢复。
附图说明
图1为本发明治理方法工艺流程图。
图2为本发明治理系统结构示意图。
图3为本发明横向排水渠的剖视图。
图4为本发明植被养护系统结构示意图（供水主管中间布置）。
图5为本发明植被养护系统另一结构示意图（供水主管一侧布置）。
图6为本发明实际施工效果图，其中，图6（a）矸石山削坡整形和灭火工程施工效果图；图6（b）为封闭隔离工程施工效果图；图6（c）覆土工程施工效果图；图6（d）半柔性快速排水系统工程施工效果图；图6（e）营养土构建工程施工效果图；图6（f）抗侵蚀植被恢复工程施工效果图；图6（g）植被养护系统工程施工效果图；图6（h）1个半月后植被生长情况施工效果图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明的内容作进一步的阐述，但实施例仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的特征及原理所做的等效变化，均包括于本发明专利申请范围内。
如图1，2所示，一种矸石山生态环境恢复综合治理方法，包括以下步骤和内容：（a）矸石山削坡整形和灭火工程、（b）封闭隔离工程、（c）覆土工程、（d）半柔性快速排水系统工程、（e）营养土构建工程、（f）抗侵蚀植被恢复工程和（g）植被养护系统工程，在矸石山体1上由内而外依次形成封闭隔离层2、覆土层3、营养土层4和抗侵蚀基质层5。
如图2，3所示，所述半柔性快速排水系统工程是在覆土层3上修筑排水系统；
所述排水系统具体包括：所述每个马道6均设置横向排水渠8，所述横向排水渠8两端分别与场外纵向排水渠连通；所述横向排水渠8设置在马道6上内侧1/3处或距边坡7坡底1.0～1.5m处；所述横向排水渠8将马道6分成内侧平台601和外侧平台602，所述内侧平台601与横向排水渠8在一个水平面，所述外侧平台602为反坡型，坡度α为2～6%；所述横向排水渠8为半柔性排水渠，所述半柔性排水渠为hdpe材质或树脂混凝土材质；所述横向排水渠8断面为u型，所述横向排水渠8横向底面中间高、两侧低。
所述横向排水渠8底面的排水坡度β是2～5‰；所述横向排水渠8内沿水流方向每隔40～50m设置沉沙池19。
如图4，5所示，所述植被养护系统工程即构建植被养护系统，具体包括：所述植被养护系统包括供水主管9、供水支管10、微喷带11、过滤器17、三通12、蓄水池13、水泵14；所述供水主管9沿矸石山中间或一侧自上而下纵向铺设，所述供水主管9通过两侧出水或者一侧出水与供水支管10连接，所述供水支管10沿横向在马道6上布设，所述供水支管10上每隔1～4m安装三通12，同一马道6上三通12的间距相等，且每个马道6比上一马道6三通12的间距增加10～20%，所述每个三通12的出水口与微喷带11连接，所述微喷带11沿纵向从马道6、边坡7、下一个马道6至下一个边坡7的上半部自上而下布置；所述供水主管9的上端通过水泵14与蓄水池13连接。所述供水主管9与水泵14之间还连接有止回阀15，所述供水主管9与止回阀15之间连接有施肥器16和过滤器17；所述植被养护系统中所述微喷带11沿纵向从马道6、边坡7、下一个马道6至下一个边坡7的四分之一至二分之一处自上而下布置；所述供水支管10上靠近供水主管9的进水口处设有电磁阀18；所述供水支管10和所述供水主管9均采用pe软管或硬管，所述供水主管9与供水支管10通过四通或者三通连接；所述电磁阀18和水泵14通过电缆与中央控制器连接；所述每个三通12的出水口通过快速接头与微喷带11连接；所述蓄水池13为矿井中水回用水池或者雨水收集池。
如图6所示，为本发明实际施工效果图，其中，图6（a）矸石山削坡整形和灭火工程施工效果图；图6（b）为封闭隔离工程施工效果图；图6（c）覆土工程施工效果图；图6（d）半柔性快速排水系统工程施工效果图；图6（e）营养土构建工程施工效果图；图6（f）抗侵蚀植被恢复工程施工效果图；图6（g）植被养护系统工程施工效果图；图6（h）1个半月后植被生长情况施工效果图。
实施例一
山西晋能集团长治分公司王庄煤业矸石山生态环境恢复治理试点示范工程实施例
王庄煤业矸石场位于矿井工业场地南约300m的自然荒沟内。该荒沟南北走向，地形北高南低，长约280m，宽约150m，深约35m，占地面积3.08hm2。该矸石山封场后形成7级台阶，每级台阶高差为5m，最终顶部平台标高为1110m。矸石山治理采取分期治理，边生产边治理，直至闭库，目前已堆矸120万吨。
（a）矸石山削坡整形和灭火工程
1、矸石山削坡整形工程
如图6（a）所示，矸石山坡度及分级马道高差对矸石山的稳定性以及下一步的植被恢复影响很大，坡度过大，不仅容易引发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，而且容易遭受雨水冲刷，且雨水不宜留存，不利植物生长，坡度过小，影响库容，根据本项目实际情况，设计矸石山体1的边坡7以1：2的坡度放坡，边坡7垂直高度5m。为了便于机械施工，马道6宽度不宜过小，本方案设计为5m。
矸石削坡从已有的挡矸墙位置开始形成第一个马道6，然后放坡，以此类推，共七个马道6七级台阶，高差35m。上述工作由挖掘机和装载机完成。施工员负责测量和定位。
其它基础工程：如拦矸坝、周边纵向排水渠、涵洞、消力池等属常规技术内容，不再介绍。
2、矸石山灭火工程
期间，由专业技术人员通过热成像仪扫描矸石山，查找高温点，有高温点部位由挖掘机开挖，将高温矸石挖出，再由喷播机将事先配置好的泥浆覆盖降温，待其冷却后回填。削坡后，直接整坡，修坡，用压路机将马道压实，边坡用挖掘机拍实。
（b）封闭隔离工程
如图6（b）所示，再次用热成像仪检查已成型边坡、马道，无高温异常区后，开始封闭隔离层2的施工。
采用设备：喷播机，型号hkp-125，容积8m3，功率125kw。
按重量比，将800份水加入搅拌容器中，然后依次加入玻璃纤维20份；加入胶粉40份，搅拌均匀；加入萘系减水剂5份，密实剂5份，最后加入水泥400份，硅石粉200份，碳酸钙300份，色浆1份，搅拌均匀，制成混合浆料。
将混合浆料通过喷播机喷涂到矸石山表面，喷涂厚度30mm。10小时后凝固形成封闭隔离层，起隔氧、防渗、隔热、坚固耐久作用。
（c）覆土工程
如图6（c）所示，当封闭隔离层2固化后，采用挖掘机配合自卸车从周边指定取土点拉运黄土，覆盖于封闭隔离层2上，马道6覆土厚度900mm，边坡7覆土厚度200mm，用挖掘机对马道6和边坡7覆土摊平，构成覆土层3。
（d）半柔性快速排水系统工程
如图6（d）所示，王庄煤矿矸石山治理项目排水系统设计为：每个马道6均设计横向排水渠8，矸石山马道6的内侧平台601与横向排水渠8在一个水平面，外侧平台602为反坡型，坡度α为5%，横向排水渠8横向底面中间高，两侧低，排水坡度β为3‰，排水渠位于距上方边坡7坡底1.2m处。
横向排水渠8基础底采用素混凝土垫层，采用逐个插接铺设hdpe线性成品u型排水渠，规格为300×350mm，每节500mm，连接方式为子母卡槽式。所述横向排水渠8侧壁充填素混凝土，使得所述横向排水渠8与马道6之间的连接面与马道6表面齐平。为使水渠更为严密，使用沥青硅胶（防水密封胶）均匀涂抹在相邻排水渠接口卡槽缝处，涂抹完成后，将卡缝处多余的密封剂清理干净。排水系统正式使用前，清理排水渠杂物，确保排水渠畅通无阻。
各马道6横向排水渠8与周边纵向排水渠连接，雨水通过纵向排水渠排出矸石山区域。
该矸石山历经数场大雨，边坡雨水及平台面水均汇集至横向排水渠并快速流向周边排水渠。雨后平台表面没有积水。
（e）营养土构建工程
本实施例所用客土采用周边村庄荒地黄土，如图6（e）所示。
1、客土养分检测
采取3份土样，对土壤中的氮、磷、钾等大量元素以及ph值进行检测，取均值。
客土的全氮为0.588g/kg，有效磷5.81mg/kg，速效钾136mg/kg，分别达到五级、四级、三级肥力，ph为8.04，显碱性。由此看出，相较四级肥力标准，只需补充氮素即可，土壤酸碱度通过添加醋酸调节。
2、肥料用量计算
根据土壤养分检测值以及四级肥力各大量元素指标，采用养分平衡法，计算肥料需要量。
矸石山营养土层4厚度10cm，通过计算，矸石山营养土每亩需施氮肥12.4kg，硝酸铵含氮35%，需施硝酸铵35kg。
3、营养土的配置及喷涂施工
客土30000份，粉煤灰2800份，麦秸秆1500份，草纤维350份，腐熟剂4份，褐煤800份，硝酸铵35kg，将上述原料按配比加入喷播机中，加水充分搅拌制成浆液，加入醋酸，将浆液ph调节到7左右，通过喷播机喷涂在矸石山覆土层表面，构成植被生长的营养土层4。喷涂厚度100mm左右。
（f）抗侵蚀植被恢复工程
1、基质混合料按重量份由以下组分构成：
钙基膨润土800份，沸石300份，黄腐酸25份，木纤维2200份，甲基纤维素50份，聚丙烯纤维1份，将上述物料混合，搅拌均匀，制成抗侵蚀基质混合物。
2、植物种子选择
选择高羊茅、黑麦草、早熟禾等草本种子，混合比例5：3：2，喷播量25g/m2。灌木选用紫穗槐，喷播量8g/m2。
3、抗侵蚀基质混合浆料的配备
将水加入喷播机搅拌箱四分之一处，加入抗侵蚀基质混合物搅拌，然后加入植物种子，再加水，充分搅拌，直到制成粘稠浆料。将5kg复合肥加水融化，加入到搅拌箱内，为了观察喷播均匀程度和指示界限，加入2kg色浆。
4、施工工艺
如图6（f）所示，将上述混合浆料均匀的喷涂在营养层上，构成抗侵蚀基质层5，喷涂厚度10mm左右。
经历数场大雨和一场暴雨，矸石山坡面没有任何侵蚀发生，排水渠中的雨水含砂量也较低。
（g）植被养护系统工程
如图6（g）所示，植被种植后，在矸石山中部自上而下布设供水主管9，供水主管9直径d90，在每个马道6外侧边缘布设pe供水支管10，供水主管9与供水支管10通过四通19连接，供水支管10直径为d90，第六马道6每隔2m安装三通12，第五、第四、第三、第二、第一马道6三通12的间距分别为2.4m，2.8m，3.2m，3.6m，4.0m。三通12处安装5孔微喷带11，微喷带11的直径为d40，微喷带11沿纵向从马道6、边坡7、下一马道6、下一边坡7约二分之一处自上而下布置，每节微喷带11的长度在23m左右，微喷带11末端安装堵头。为了便于自动控制，在每趟供水支管10前端安装电磁阀18。供水主管9与供水支管10均采用pe软管，供水支管10与矸石山中间的供水主管9通过四通连接。供水主管9通过水泵14与蓄水池13相连接的管道上安装施肥器16、过滤器17、止回阀16，整个系统由中央控制器自动控制。经过实际运行，如图6（h）所示，本系统渗灌均匀，效果好，且无水土流失现象，既解决了矸石山的植被养护难题，又确保了矸石山的安全稳定。
以下实施例2到7为本发明可选的优化实施例，实施例中涉及的治理方法都包括（a）矸石山削坡整形和灭火工程、（b）封闭隔离工程、（c）覆土工程、（d）半柔性快速排水系统工程、（e）营养土构建工程、（f）抗侵蚀植被恢复工程和（g）植被养护系统工程，都包括了煤矸石山体1、封闭隔离层2、覆土层3、营养土层4和抗侵蚀基质层5，都具有半柔性快速排水系统和植被养护系统，所述煤矸石山体1都具有马道6和边坡7，具体实施例如下：
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。