一种用于典型锰矿尾矿库的生态修复方法与流程

1.本发明涉及生态修复技术领域，具体涉及一种用于典型锰矿尾矿库的生态修复方法。


背景技术：

2.尾矿指的是矿山开采过程中产出的矿石，经选矿厂精选后排放的“废渣”。锰矿的大规模开采与选冶，使得尾矿堆的规模越来越大，不仅占用了大量的土地，而且很容易发生风化，长期在降雨或者融雪和自身所载水分的作用下，会发生一系列的物理、化学反应。尾矿库中锰及伴生的重金属随着雨水径流进入矿区周围的河流，导致地表水体以及农田受到污染，并且通过直接渗透的方法进入到地下的含水层，造成尾矿库周围区域的土壤和地下水的严重污染。因此，锰矿尾矿库闭库后的生态修复显得尤为重要。
3.一般锰矿区土壤呈酸性，缺少有机质，肥力较低，土壤cd、mn的含量较高，对植物生长造成较大影响。因此，在锰矿区生态恢复治理中，若不考虑土壤污染和植物毒害因素，生态修复效果差，实用性差，会降低治理效果。
4.为了解决上述问题，近些年来对于锰矿区尾矿库的生态恢复、土地复垦及植被修复技术的研究数量逐年增多。然而由于其规划不科学、修复方法较为笼统，如直接覆土或通过松土来改善土壤结构，其所需费用较高，也可能引起水土流失；在整个尾矿库区坡面设置同一种坡面植被覆盖装置，其不仅无法适用于所有坡面环境，导致生态修复成效不理想；或是为了保证修复效果，统一采用成本更高的坡面植被覆盖装置，从而导致生产成本的浪费。且现有生态修复方法常需要将待修复坡面进行“化坡改梯”处理，其处理方式复杂、工作量巨大，使得生态修复工期普遍较长。因此，研发一种简单、有效、经济的，且适用于锰矿区尾矿库的生态修复方法，可以弥补现有锰矿区尾矿库生态修复方法的不足，从而降低锰矿尾矿库对环境、生态造成的恶劣影响。


技术实现要素：

5.本发明意在提供一种用于典型锰矿尾矿库的生态修复方法，以解决现有尾矿库的生态修复方法较为笼统而无法适用于不同坡面环境的技术问题。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于典型锰矿尾矿库的生态修复方法，包括边坡修复和库区修复，所述边坡修复包括在边坡上设置排水装置和坡面植被覆盖装置；所述排水装置包括沿着坡面纵向设置的急流槽组和沿着坡面横向设置的截水沟组，急流槽组和截水沟组将坡面切割为若干坡面板块；所述坡面板块内铺设坡面植被覆盖装置，所述坡面植被覆盖装置根据坡面角度及环境设置；所述库区修复包括种植土改良。
7.本方案的原理及优点是：
8.1、与现有修复方法统一设置一种坡面植被覆盖装置不同，本方案的边坡修复根据不同的坡面角度及环境设置不同的坡面植被覆盖装置，并在坡面制备覆盖装置上播撒不同类型植物种子，即可在坡面上快速形成生态系统，从而提升尾矿库的生态修复效果；本方案
坡面植被覆盖装置的铺设针对性更强，有效提升坡面的生态修复效果的同时降低尾矿库生态修复的生产成本。
9.2、尾矿库一般位于山谷，降雨较多且易形成水流，水流冲刷坡面易造成水土流失。本方案通过在待修复的尾矿库坡面纵向和横向分别挖设若干排水装置，降雨时水流汇聚至排水装置并顺着排水装置排至坡脚，可有效疏导水流，不仅利于尾矿库的分区修复，提升尾矿库的安全性；还能及时排出尾矿库内降雨，减少尾矿库水土流失。
10.3、本方案的边坡修复主要通过组合设备排水装置和坡面植被覆盖装置，在避免尾矿库内水土流失的基础上，利用坡面植被覆盖装置对尾矿库的坡面进行生态修复，有效避免尾矿库在山洪暴发期成为泥石流的来源，从而进一步替提升尾矿库的安全性。且本方案还可通过种植不同的生态植被，可进一步将尾矿库所在山谷打造为生态旅游区域或生态果园，不仅能美化当地环境，还能为当地居民创造营收。
11.4、本方案对尾矿库库区种植土进行改良，可以有效提高土壤中有机质含量，进而提高苗木成活率。对局部土壤进行改良，有效提升生态修复效果的同时降低尾矿库生态修复的成本。
12.优选的，所述坡面植被覆盖装置根据坡面角度及环境设置，具体包括如下方式：
13.a、坡度≤15
°
：所述坡面植被覆盖装置为生态毯、生态棒、无土混合纤维中的任意一种；
14.b、15
°
《坡度《45
°
：所述坡面植被覆盖装置为加筋固土网垫、蜂巢格室、土工三维网中的任意一种；
15.c、45
°
≤坡度≤60
°
：所述坡面植被覆盖装置为金属网、钢筋网或高强塑料三维网中的任意一种；
16.d、60
°
《坡度：削坡降低坡面坡度。
17.有益效果：本方案通过对不同坡面角度设置坡面制备覆盖装置，因地制宜的对尾矿库不同坡度的坡面进行生态修复，便于在保证植被覆盖装置稳定效果的同时降低材料成本。如对于坡度较小的缓坡(坡度≤15
°
)，使用生态毯类装置即可实现固定和生态修复；而针对坡度较小的陡坡(15
°
《坡度《45
°
)，则需要使用三维网对坡面进行固定，避免坡面土壤和石块掉落砸伤过往车辆及行人；对于坡度较大的陡坡(45
°
≤坡度≤60
°
)则需要设置强度较大的金属网、钢筋网等对坡面进行固定，以保证边坡的稳定和安全；而对于过于陡峭的坡面(60
°
《坡度)，为了进一步降低其危险性，建议削坡处理。
18.优选的，一种用于典型锰矿尾矿库的生态修复方法，具体包括如下步骤：
19.(一)边坡修复
20.s1、挖设排水装置：根据整个尾矿库地形及环境进行规划并挖设排水装置，包括横向的截水沟组和纵向的急流槽组，对排水装置底部进行夯实和水泥灰浆抹面处理；
21.s2、坡面整形：对坡面进行整平，保证排水装置切割而成的各坡面板块局部平缓；
22.s3、铺设坡面制备覆盖装置：根据坡面坡度铺设坡面植被覆盖装置；
23.(二)库区修复
24.s4、种植土改良：将锰矿尾渣与矿区剥离表土、污泥中的任意一种按比例混合均匀，获得种植土；
25.s5、生态种植：在库区挖坑，种植苗木后以s4所得种植土填埋，并在苗木间撒播草
本植物种子。
26.有益效果：
27.1、本方案边坡修复通过先挖设排水装置再集中整平坡面，挖设排水装置能将坡面化整为零，便于对坡面分块划区整平，降低坡面整形难度，降低尾矿库生态修复成本。
28.2、与现有边坡修复需要将坡面整平为梯级时工作量巨大相比，本方案边坡修复只需局部整平坡面，有效减少坡面整形工作量，提升坡面整形效率。
29.3、本方案边坡修复通过根据局部整平坡面的坡度铺设坡面植被覆盖装置，有效提升坡面生态修复的灵活性；同时在同一尾矿库铺设不同类型的坡面制备覆盖装置，因地制宜合理配置，在保证生态稳定的同时，又能实现矿区经济的绿色和可持续发展。
30.4、本方案库区修复通过使用锰矿尾渣改良种植土，有效提升土壤中有机质含量以提高苗木的成活率，进而对尾矿库库区进行生态修复。
31.优选的，在s1中，在挖设排水沟前，还包括在整个尾矿库边缘设置挡墙，所述挡墙以钢丝编织圆柱形石笼，所述石笼内填充石块；所述钢丝直径为2～5mm，石笼网孔规格为20cm
×
20cm；所述石笼呈圆筒状，其截面直径为50-100cm，其长度为2-5m，相邻石笼间通过双股铁丝连接；靠近坡底的挡墙距离坡底1～1.5m。
32.有益效果：本方案通过在尾矿库边缘设置挡墙，有效避免尾矿库边坡滚石掉落砸伤过往车辆及行人；且本方案挡墙由石笼和内填石块组成，石块及石笼含有空隙，便于水流通过，从而提升尾矿库内流水排出效率。另，本方案通过使用较细的钢丝编织石笼，有效降低石笼的重量、提升石笼的柔软性，从而使得填充石块的石笼能根据尾矿库边缘地形地貌调整安装位置，从而提升石笼固定作用。另，本方案设置的挡墙和坡底间预留1-1.5m的距离，有效避免修复前期坡面上的土壤或石块在雨水冲刷下向坡底方向推进，从而挤压挡墙靠近坡底，从而影响坡底下的农田或公路的正常使用。
33.优选的，在s1中，所述截水沟组包括位于坡顶的截水沟和位于坡面的若干马道排水，所述截水沟宽为1m、深0.6m；所述马道排水宽度为1.5-2m；所述截水沟与马道排水间、相邻马道排水间高程的间距为10-15m；所述纵向急流槽组包括位于尾矿库两侧边坡的排水沟和位于坡面中间的若干急流槽，所述排水沟、急流槽的宽度为0.8m、深度为0.6m，排水沟与急流槽间、急流槽间的间距为20-30m。
34.有益效果：本方案根据不同区域的水流压力设置不同宽度及深度的排水装置(如横向的截水沟和排水马道、纵向的排水沟和急流槽)，有效提升排水效率；进一步避免坡面上雨水冲刷造成的水土流失。
35.优选的，在s1中，所述急流槽两侧均堆放若干生态袋形成生态袋墙，所述生态袋墙高度为40-60cm。
36.有益效果：本方案通过在急流槽两侧堆放生态袋，有效固定急流槽两侧土壤，不仅能有效避免急流槽两侧土壤被雨水冲刷引发水土流失，还能避免土壤进入急流槽而降低急流槽排水效果。
37.优选的，在s3中，当坡面环境以石块为主时，所述坡面植被覆盖装置还包括基质土壤，所述基质土壤为营养土、菜园土、河沙、炉渣、蛭石、珍珠岩、岩棉、木屑、泥炭、草炭中的一种或多种组合。
38.有益效果：本方案通过在以石块为主的坡面补充基质土壤，便于提升播撒种子后
种子的附着效果及存活率，避免植物根系发育完全前被流水冲走导致种子堆积甚至种子流失。
39.优选的，在s3中，当坡面植被覆盖装置为蜂巢网格，其蜂巢网格的高度为15cm，覆土厚度为7～8cm，所述覆土包括底层覆土和上层覆土，底层覆土厚度为3～4cm，上层覆土厚度为4～5cm；除蜂巢网格外的坡面植被覆盖装置，底层覆土厚度为10cm，上层覆土厚度为10～15cm。
40.有益效果：本方案通过在三维网的间隙覆土(即填充基质)，一方面便于隐藏三维网，避免裸露的三维网在长时间风吹雨淋下破损严重；另一方面，覆土便于进一步提升植物种子的附着，且较厚的覆土便于种植根系更为发达的植物种类，如灌木、小乔木等，从而提升尾矿库坡面造林效率，加速尾矿库的生态修复。
41.优选的，在s3中，包括在底层覆土和上层覆土间播种，所述播种所用种子包括小乔木、灌木、草本和藤本植物中至少两种组合形成的混合种子，播种方式为间种、套种、混种中的任意一种。
42.有益效果：本方案通过在每个坡面板块内以小乔木、灌木、草本和藤本植物等间种、套种、混种，形成模拟自然生态的人工造林，复杂的生态系统的根系更为发达，不仅让边坡得到快速恢复，还能使生态系统更加稳定。
43.优选的，在s4中，所述种植土为向锰矿尾渣中掺入矿区剥离表土或污泥，质量占比20％。
44.有益效果：本方案通过将锰矿尾渣与土壤或污泥按比均匀(锰矿尾渣占比80％、土壤或污泥占比20％)混合进行改良，土壤可采用矿区剥离表土，污泥为当地生活污水处理厂风干的污泥，不仅有效实现尾矿和污泥的废物利用，还能有效提高土壤中有机质含量。
45.且本方案在s5中，选用对重金属具有特殊耐性和富集能力的植物(以乔木和草本植物为主)进行库区生态修复，如本方案选取的乔木主要有板栗、栾树、千头柏、杜英，其中栾树在重金属元素含量高的土壤中成活率较高，且对mn、cd具有一定的吸收净化能力；选取的草本植物主要有商陆、白茅、井栏边草、飞蓬、苍耳等对mn具有较强富集能力的植物，以及蒲公英、全叶马兰、鬼针草等对cd具有较强富集能力的植物。
附图说明
46.图1为本发明实施例中尾矿库整体及边坡修复结构示意图。
47.图2为本发明实施例中蜂巢格室的结构示意图。
48.图3为本发明实施例中土工三维网的结构示意图。
具体实施方式
49.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
50.说明书附图中的附图标记包括：截水沟1、马道排水2、排水沟3、急流槽4、生态袋墙5、挡墙6、坡面板块7、公路8、u型钉9、锚杆10。
51.实施例1：在重庆秀山典型锰矿区完成的尾矿库生态修复
52.本实施例基本如图1所示：一种用于典型锰矿尾矿库的生态修复方法，包括边坡修复和库区修复，所述边坡修复包括在边坡上设置排水装置和坡面植被覆盖装置；排水装置
包括沿着坡面纵向设置的急流槽组和沿着坡面横向设置的截水沟组，急流槽组和截水沟组将坡面切割为若干坡面板块，急流槽组和截水沟组依照山体形状设置为直线型或曲线型，如图1所示，本实施例具体以直线型展示急流槽组和截水沟组；每个坡面板块内铺设坡面植被覆盖装置，坡面植被覆盖装置根据坡面角度及环境设置。具体包括如下步骤：
53.(一)边坡修复
54.s1、挖设排水装置：准备以2～5mm的钢丝编织网孔规格为20cm
×
20cm的圆筒状石笼，其截面直径为50～100cm，其长度为2～5m；在石笼里填充石块形成挡墙，将若干个挡墙围放在尾矿库边缘，并将相邻石笼通过双股铁丝连接形成围绕尾矿库边缘一周的挡墙。靠近坡底的挡墙距离坡底1～1.5m。
55.随后，坡底-坡顶方向如图1中箭头所示，对坡度》60
°
的坡面进行削坡：削坡后根据整个尾矿库地形及环境进行规划并挖设排水装置，包括横向的截水沟组和纵向的急流槽组，对所有排水装置底部和侧部进行夯实和水泥灰浆抹面处理，抹灰厚度20～30mm。
56.其中，横向的截水沟组包括位于坡顶的截水沟和位于坡面的若干马道排水，截水沟宽为1m、深0.6m；马道排水宽度为1.5-2m；截水沟与马道排水间、相邻马道排水间高程的间距为10-15m；纵向的急流槽组包括位于尾矿库两侧边坡的排水沟和位于坡面中间的若干急流槽，排水沟、急流槽的宽度为0.8m、深度为0.6m，排水沟与急流槽间、急流槽间的间距为20-30m。并在急流槽两侧均堆放若干生态袋形成生态袋墙，生态袋墙高度为40-60cm。本方案所用生态袋50cm
×
80cm，袋内装满土壤后，厚度约为15cm，生态袋墙高度为45cm。
57.s2、坡面整形：对坡面板块进行整平，保证排水装置切割而成的坡面板块局部平缓；
58.s3、铺设坡面制备覆盖装置：根据坡面角度(坡度)铺设坡面植被覆盖装置，坡面植被覆盖装置的铺设和播种具体包括如下方式：
59.a、坡度≤15
°
：坡面植被覆盖装置为生态毯、生态棒、无土混合纤维中的任意一种；
60.本实施例具体使用生态毯覆盖坡度较小的坡面板块，生态毯具体为使用复合材料编织形成防护毯，生态毯底部密实，可有效避免覆土和种子掉落丢失；生态毯中网格孔径为1cm
×
1cm，在挂毯前将混合均匀的灌木、草本植物的种子洒在网格中，同时向网格中加入适量的营养土(厚度为1.5cm)，然后将生态毯平铺在坡面板块上。在四个角上使用u型钉进行固定，相邻两块生态毯搭接处，要重叠约15cm；使用生态毯可以提高坡面的粗糙程度，减少坡面径流。
61.b、15
°
《坡度《45
°
：坡面植被覆盖装置为加筋固土网垫、蜂巢格室、土工三维网中的任意一种；
62.本实施例中石块较多时，具体使用蜂巢格室铺设；其中蜂巢格室为采用高密度聚乙烯经热熔焊接的方式形成的三维网格结构，如图2所示。蜂巢格室的高度在15cm，六边形格子的边长为5cm。其施工流程为：在整理好的坡面上安装蜂巢格室，使用u型钉对蜂巢格室的边角位置进行固定。然后将营养土均匀的倒入各室内；填土厚度为7-8cm左右，分两次填入，第一次填土3cm，然后加入混合种子(包括灌木、草本和藤本植物)，继续填剩余的土。
63.c、45
°
≤坡度≤60
°
：坡面植被覆盖装置为金属网、钢筋网或高强塑料三维网中的任意一种；
64.本实施例具体为铺设钢筋网，钢筋直径选用4mm～12mm的钢条，本实施例具体选用
5mm钢筋纵横焊接为网，网格尺寸为5cm
×
5cm；将钢筋网挂在坡面上，使用锚杆对钢筋网的边角位置进行固定；随后在钢筋网表面覆盖厚度为10cm的土壤，然后在土层表面喷播由小乔木、灌木和藤本混合而成的混合种子，具体种子以当地常见种为主；之后再覆盖一层厚度为10-15cm的土壤。
65.d、60
°
《坡度：在挖设排水装置前进行削坡降低坡度，根据削坡后的坡度铺设。
66.当坡面环境以石块为主时，坡面植被覆盖装置还包括基质土壤，基质土壤为营养土、菜园土、河沙、炉渣、蛭石、珍珠岩、岩棉、木屑、泥炭、草炭中的一种或多种组合；覆土包括底层覆土和上层覆土，在当坡面植被覆盖装置为蜂巢网格时，其蜂巢网格为高度为15cm，覆土厚度为7-8cm，底层覆土厚度为3～4cm，上层覆土厚度为4～5cm；除蜂巢网格外的坡面植被覆盖装置，底层覆土厚度为10cm，上层覆土厚度为10～15cm。在底层覆土和上层覆土间还包括播种，播种所用种子包括小乔木、灌木、草本和藤本植物中至少两种组合形成的混合种子，播种方式为间种、套种、混种中的任意一种。
67.其中，基于边坡立地条件较差的前提，本方案放弃栽种大型的乔木，以小乔木、灌木、草本和藤本植物为主进行多植被间种、套种、混种。且本生态修复方法优选本地品种，也可适当引进外来品种，增加生物多样性，以保证尾矿库边坡生态的稳定性。本方案选取的植物种子主要包括如下品种：草本植物包括蒲公英、全叶马兰、鬼针草、井栏边草、白茅、马唐、毛竹、飞蓬、苍耳、耳草、芒萁、商陆、水蓼、短毛蓼、苜蓿等；藤本植物包括地瓜榕、爬山虎、地枇杷、络石、扶芳藤、五叶地锦、蛇葡萄、葛藤、金银花、凌霄、常春藤、赤地利等；灌木植物包括木豆、紫穗槐、马棘、胡枝子、黄荆、盐肤木、柠条、杠柳、锦鸡儿、沙地柏、绣线菊、黄刺玫、胡颓子、丁香、连翘、枸杞、酸枣、柽柳、木槿、杜鹃、马棘、多花木蓝、迎春花、夹竹桃、沙冬青、沙棘、沙柳、黄柳、白刺等；小乔木植物包括板栗、栾树、千头柏、杜英、刺槐、臭椿、山桃、山杏、火炬树、银合欢等。本实施例中乔木选用板栗、栾树、千头柏、杜英，草本选择商陆、白茅、井栏边草、飞蓬、苍耳、蒲公英、全叶马兰、鬼针草。
68.其中栾树在重金属元素含量高的土壤中成活率较高，且对mn、cd具有一定的吸收净化能力。商陆、白茅、井栏边草、板栗、飞蓬、苍耳等对mn具有较强富集能力的植物，以及蒲公英、全叶马兰、鬼针草等对cd具有较强富集能力的植物。
69.(二)库区修复
70.s4、种植土改良：将锰矿尾渣与库区表层土壤、污泥中的任意一种按比例混合均匀，混合质量比为锰矿尾渣:土壤/污泥＝80％:20％，获得种植土；本实施例具体使用表层土壤与锰矿尾渣进行混合形成种植土，放置2周，使得种植土中有机质混合均匀且轻微发酵后使用。
71.s5、生态种植：在库区挖坑，坑间距约为2m
×
2.5m，种植苗木后以上述种植土填埋，栽植后及时浇水，待苗木成活后，使用农家有机肥或复合肥等施肥以补充土壤养分，每株约10～20g。在苗木间撒播草本植物种子，及时浇水，出苗15天后，喷施0.1％的尿素水溶液，喷施量为300～500l/m2。其中苗木品种具体为板栗、栾树、千头柏、杜英；苗木间撒播的草本品种具体为蒲公英、全叶马兰、鬼针草、井栏边草、蒲公英、全叶马兰、鬼针草等。
72.修复效果：实施三个月后，边坡植被覆盖率达到30％，该阶段边坡主要是草本植物生长较好，库区栽种的小乔木植物成活率达到85％以上，植被覆盖率达到40％；六个月后，边坡植被覆盖率达到60％以上，此阶段草本和藤本植物生长旺盛，且分布较均匀；实施一年
后，库区和边坡的小乔木植物均生长旺盛，边坡和库区基本被植被覆盖，期间未发生过水土流失现象，边坡植被得到恢复，可以自我繁衍生长，生态系统保持稳定。且栾树对mn、cd具有一定的吸收净化能力，商陆、白茅、井栏边草、板栗、飞蓬、苍耳等对mn具有较强富集能力，以及蒲公英、全叶马兰、鬼针草等对cd具有较强富集能力，使得库区土壤中重金属得到明显改善。
73.实施例2：在重庆秀山典型锰矿区完成的尾矿库生态修复
74.本方案与实施例1的区别在于：
75.a、当坡度≤15
°
时，选用生态棒进行铺设；本方案所用生态棒是生态毯的一种改良形式，是一种直径为10cm、长为150cm的棒状结构，生态棒一侧有混合种子，可直接在坡面上按照顺序交错摆放，具有更长的使用寿命。
76.b、当15
°
《坡度《45
°
时，选用土工三维网进行铺设石块为主的坡面，土工三维网的结构如图3所示；本方案所用土工三维网由聚乙烯材料加工制成；其施工流程为：完成坡面整理后，将土工三维网挂在坡面上，使用锚杆对土工三维网的边角位置进行固定；随后在土工三维网表面覆盖厚度为10cm的土壤，然后在土层表面喷播由灌木、草本和藤本混合而成的混合种子。之后再覆盖一层厚度为10～15cm的土壤。
77.c、当45
°
≤坡度≤60
°
：选用高强塑料三维网铺设以石块为主的坡面，并在挂网固定后覆盖厚度为10cm的土壤，随后播种由小乔木、灌木和藤本混合而成的混合种子，具体种子以当地常见种为主，并在其中扦插栽植小乔木；之后再覆盖一层厚度为10～15cm的土壤。
78.修复效果：项目实施在春季，三个月后，边坡草本植物和藤本植物长势较好，库区栽种的小乔木植物成活率达到85％以上，植被覆盖率达到40％；六个月后，边坡植被覆盖率达到65％以上；一年后，小乔木植物生长旺盛，草本植物逐渐衰弱，植被覆盖率达到75％以上，栽植的小乔木植物保存率达到70％以上，与周边自然植被相互融合，治理效果稳定。
79.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。