一种排矸场的生态修复方法与流程

本发明涉及固体废弃物处理与矿山生态恢复的，具体而言，涉及一种排矸场的生态修复方法。

背景技术：

1、煤矸石作为和原煤共生的一种岩石，是矿山在采矿工业过程中所产生的最主要污染源，其化学组成主要是有机质、无机质以及有毒重金属。目前，煤矸石的利用率还不到30％，主要的处理方式为露天堆放成山，使得此污染源在露天风雨的环境下随风雨漂浮和流动，污染大气环境和附近土壤环境、水环境；煤矸石还极易引起煤矸石山自燃，造成极大的财产损失；当煤矸石中的重金属释放到地表水和地下水中，也会造成水体的重金属污染。因此，煤矸石山的露天堆存导致了严重的环境污染与资源破坏，已成为煤矿区环境治理的首要问题。

2、与此同时，煤炭开采形成的采空区若不采取任何措施，便会沉降形成永久性盆地，严重干扰土壤性质，对养分循环产生不利影响，使得土地贫瘠且无生产力，加剧了土地资源的匮乏。

3、而值得一提的是，煤矸石密度高，荷载能力强，可将其作为充填材料用于回填复垦，这样不仅降低了煤矸石堆存的占地率，实现了煤矸石的就近处置，而且改善了地下采煤引起的地表沉降的问题，具有良好的经济效益和环境效益。另外，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。

4、但是，若将煤矸石直接回填，则存在孔隙度过大，容易混入空气导致自燃以及浸出重金属污染环境的问题；同时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。

5、因此，如何进一步完善现有的煤矸石的回填工艺，使其能够更好地隔绝重金属离子的渗出，以更好地实现排矸场的生态修复，是本领域亟需解决的重要问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种排矸场的生态修复方法，以解决现有的煤矸石回填工艺中对重金属离子的防渗效果不佳的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种排矸场的生态修复方法，包括如下步骤：步骤s1，在排矸场的底部铺设防渗层；步骤s2，在防渗层的上表面铺设煤矸石，形成预注浆层；然后向预注浆层中充填浆体材料，经过交联固化后形成复合充填层；步骤s3，在复合充填层的上表面铺设压实层；步骤s4，在压实层的上表面铺设土壤层，并在土壤层的上表面种植绿植。

3、进一步地，按重量份数计，步骤s2中浆体材料包括：海藻酸钠5～15份、粉煤灰30～45份、黄土8～15份、水滑石2～6份、第一膨润土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份以及水120～200份。

4、进一步地，步骤s2中浆体材料的制备方法包括：步骤s2-1，制备改性木质纤维素溶液，并将粉煤灰加入到改性木质纤维素溶液中，混合得到混合物a；步骤s2-2，将第一膨润土、碳酸氢钠和部分水混合，得到混合物b；步骤s2-3，将混合物a和混合物b混合后，加入海藻酸钠、黄土、水滑石和剩余水，混合得到混合物c；步骤s2-4，将硫酸铝加入混合物c中，混合得到浆体材料。

5、进一步地，改性木质纤维素溶液的制备方法包括：将酶解木质素、苯酚、氢氧化钠和水在密闭条件下反应，得到改性木质纤维素溶液；优选地，反应的温度为60～70℃，时间为2～3h。

6、进一步地，在改性木质纤维素溶液的制备过程中，以加入的原料总重量为100％计，酶解木质素的质量分数为20～25wt％，苯酚与酶解木质素的重量比为0.5～0.6:1，氢氧化钠与酶解木质素的重量比为0.4～0.6:1，余量为水。

7、进一步地，预注浆层中煤矸石的直径≤30cm，复合充填层的厚度为4～7m。

8、进一步地，步骤s1中防渗层包括由下往上依次叠置的膨润土层、hdpe膜层、沙土层和土工布层；优选地，沙土层中设置有hdpe导流管。

9、进一步地，以重量份计，膨润土层包括95～105份改性膨润土、1～6份煤气化渣和0.1～0.5份氢氧化钠；改性膨润土的制备方法包括：(1)将第二膨润土、插层剂和水混合，得到混合浆液，插层剂包括六氟硅酸钠；(2)将混合浆液冷冻，得到冷冻混合浆液；(3)将冷冻混合浆液解冻后干燥，得到改性膨润土。

10、更进一步地，冷冻的温度为-5～-15℃，时间为30～60min；解冻之后、干燥之前，还包括将解冻后的冷冻混合浆液在3～5℃下维持10～20min。

11、进一步地，形成压实层的材料选自锅炉炉渣、下水道污泥和河道污泥中的一种或多种。

12、进一步地，防渗层的厚度为70～110cm，压实层的厚度为100～150cm，土壤层的厚度为100～150cm。

13、更进一步地，防渗层中，膨润土层的厚度为30～50cm；沙土层的厚度为40～60cm。

14、应用本发明的技术方案，通过提供具备优异保水性能、性能稳定且对煤矸石层具有很好的渗透性的充填浆体材料，将其有效地灌注进煤矸石的缝隙中，对煤矸石进行有效的包覆和交联固化，达到防止煤矸石自燃和防止重金属渗出污染环境的目的，提升了对重金属离子的防渗效果，从而能够很好地满足排矸场的使用需求。

技术特征：

1.一种排矸场的生态修复方法，其特征在于，所述排矸场的生态修复方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的排矸场的生态修复方法，其特征在于，按重量份数计，所述步骤s2中所述浆体材料包括：海藻酸钠5～15份、粉煤灰30～45份、黄土8～15份、水滑石2～6份、第一膨润土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份以及水120～200份。

3.根据权利要求2所述的排矸场的生态修复方法，其特征在于，步骤s2中所述浆体材料的制备方法包括：

4.根据权利要求2所述的排矸场的生态修复方法，其特征在于，所述改性木质纤维素溶液的制备方法包括：将酶解木质素、苯酚、氢氧化钠和水在密闭条件下反应，得到所述改性木质纤维素溶液；优选地，所述反应的温度为60～70℃，时间为2～3h。

5.根据权利要求4所述的排矸场的生态修复方法，其特征在于，在所述改性木质纤维素溶液的制备过程中，以加入的原料总重量为100％计，所述酶解木质素的质量分数为20～25wt％，所述苯酚与所述酶解木质素的重量比为0.5～0.6:1，所述氢氧化钠与所述酶解木质素的重量比为0.4～0.6:1，余量为水。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的排矸场的生态修复方法，其特征在于，所述预注浆层中所述煤矸石的直径≤30cm，所述复合充填层(30)的厚度为4～7m。

7.根据权利要求1所述的排矸场的生态修复方法，其特征在于，步骤s1中所述防渗层(20)包括由下往上依次叠置的膨润土层、hdpe膜层、沙土层和土工布层；优选地，所述沙土层中设置有hdpe导流管。

8.根据权利要求7所述的排矸场的生态修复方法，其特征在于，以重量份计，所述膨润土层包括95～105份改性膨润土、1～6份煤气化渣和0.1～0.5份氢氧化钠；所述改性膨润土的制备方法包括：

9.根据权利要求8所述的排矸场的生态修复方法，其特征在于，所述冷冻的温度为-5～-15℃，时间为30～60min；所述解冻之后、所述干燥之前，还包括将解冻后的所述冷冻混合浆液在3～5℃下维持10～20min。

10.根据权利要求1所述的排矸场的生态修复方法，其特征在于，形成所述压实层(40)的材料选自锅炉炉渣、下水道污泥和河道污泥中的一种或多种。

11.根据权利要求1所述的排矸场的生态修复方法，其特征在于，所述防渗层(20)的厚度为70～110，所述压实层(40)的厚度为100～150cm，所述土壤层(50)的厚度为100～150cm。

12.根据权利要求7或11所述的排矸场的生态修复方法，其特征在于，所述防渗层(20)中，所述膨润土层的厚度为30～50cm；所述沙土层的厚度为40～60cm。

技术总结
本发明提供了一种排矸场的生态修复方法，包括：步骤S1，在排矸场的底部铺设防渗层；步骤S2，在防渗层的上表面铺设煤矸石，形成预注浆层；然后向预注浆层中充填浆体材料，经过交联固化后形成复合充填层；步骤S3，在复合充填层的上表面铺设压实层；步骤S4，在压实层的上表面铺设土壤层，并在土壤层的上表面种植绿植。本发明通过提供具备优异保水性能、性能稳定且对煤矸石层具有很好的渗透性的充填浆体材料，将其有效地灌注进煤矸石的缝隙中，对煤矸石进行有效的包覆和交联固化，达到防止煤矸石自燃和防止重金属渗出的目的，提升了对重金属离子的防渗效果，从而能够很好地满足排矸场的使用需求。

技术研发人员：王义,翟小娟,贺俞锦,王春雯,郭洋楠,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：2024/5/9