复合层、矿山渣土堆场酸性阻控方法及植被重建方法
【专利摘要】本发明提供了一种复合层，其用于矿山渣土堆场酸性阻控，包括：依次设置的导流层、第一无纺布层、沙石层、第二无纺布层和隔离层。本发明还提供了一种矿山渣土堆场酸性阻控方法和一种矿山渣土堆场植被重建方法。本发明的复合层、矿山渣土堆场阻控方法和植被重建方法，通过在渣土堆场酸化表层与植生层之间建立一个缓冲隔离带，不仅可以对含有多种重金属离子的酸水进行阻挡和隔离，而且可以有效防止下层硫矿物进一步氧化与再酸化，阻止下层酸液由于土壤毛细管作用反渗至上层污染植生层和毒害植物，通过在复合层之上重建植生层，为植物生长发育营造一个长期稳定的适生环境，避免植被退化，达到修复生态、改善环境和保持水土的目的。
【专利说明】复合层、矿山渣土堆场酸性阻控方法及植被重建方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生态修复【技术领域】，具体涉及一种复合层、矿山渣土堆场酸性阻控方法及植被重建方法。
【背景技术】
[0002]金属矿山的露天开采给矿区环境造成威胁，特别是开采时剥离矿脉转运的渣土堆积如山，形成庞大的渣土堆场。由于堆场含有大量的硫化物和共(伴)生矿，长期裸露，在空气和雨水的共同作用下，使硫矿物氧化造成土壤酸化，同时，经雨水淋溶，降水后下层酸水以溢流和反渗的方式侵入地表，导致地表层进一步酸化和重金属流失，造成重金属污染污染周边环境，导致土壤环境恶化。目前，在酸性和重金属双重污染的堆场进行环境修复的方法很少，常用的方法为撒石灰中和与覆土压盖。单一的撒石灰难以中和下层不断反渗的酸液，也不能防止硫矿物的进一步氧化和再酸化；大面积的厚层覆土需要大量的土壤表土，在矿区取土困难，且成本高昂，难以解决矿区面上的污染和环境问题。
【发明内容】
[0003]本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种复合层，用于矿山渣土堆场酸性阻控。
[0004]本发明实施例的另一目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种矿山渣土堆场酸性阻控方法，避免酸性和重金属离子对植物的毒害。
[0005]本发明实施例的又一目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种矿山渣土堆场制备重建方法，避免酸性和重金属离子对植物的毒害，从而恢复植被、改善矿区环境。
[0006]为了实现上述发明目的，本发明实施例的技术方案如下:
[0007]一种复合层，其用于矿山渣土堆场酸性阻控，包括:依次设置的导流层、第一无纺布层、沙石层、第二无纺布层和隔离层。
[0008]一种矿山渣土堆场酸性阻控方法，包括:
[0009]在矿山澄土堆场的坡顶修建截水沟，在所述矿山澄土堆场的两侧和坡底修建排水沟；
[0010]清理所述矿山渣土堆场及边坡的表面，移除石砾，平整局部凸起的土层；
[0011 ] 在所述矿山渣土堆场及所述边坡的表面设置如上所述的复合层，其中，从所述矿山渣土堆场及所述边坡的表面向上依次为导流层、第一无纺布层、沙石层、第二无纺布层和隔离层。
[0012]以及，一种矿山渣土堆场植被重建方法，包括:
[0013]按照所述矿山渣土堆场酸性阻控方法在矿山渣土堆场及边坡的表面设置复合层；
[0014]将有机基材喷敷于所述复合层的上表面，形成土壤层；
[0015]喷播灌木和草本植物种子，覆盖第三无纺布层，经养护管理后，形成植被层。
[0016]本发明的实施例的复合层用于矿山渣土堆场时，利用其疏导和屏障作用，对渣土堆场径流与渗流进行导流和渣土堆场表面进行封闭，从而阻止下层酸性和重金属离子向上溢流和反渗，并有效防止下层硫化物进一步氧化和再酸化。
[0017]本发明实施例的矿山渣土堆场酸性阻控方法，利用复合层对金属矿山渣土堆场的酸化和重金属污染的疏导和物理屏障作用，能有效地引导含有重金属离子的酸水和渗流进入坡脚排水系统、阻止了酸液向上反渗和屏蔽深层硫化物进一步氧化和再酸化。
[0018]本发明实施例的矿山澄土堆场植被重建方法，通过在澄土堆场酸化表层与植生层之间建立一个缓冲隔离带，不仅可以对含有多种重金属离子的酸水进行阻挡和隔离，而且可以有效防止下层硫矿物进一步氧化与再酸化，阻止下层酸液由于土壤毛细管作用反渗至上层污染植生层和毒害植物，通过在复合层之上重建土壤层(即植生层)，为植物生长发育营造一个长期稳定的适生环境，避免植被退化，达到修复生态、改善环境和保持水土的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0020]图1为本发明实施例的复合层的结构示意图；
[0021]图2为本发明实施例的导流板的结构示意图；
[0022]图3为本发明实施例的隔档的结构示意图；
[0023]图4为本发明实施例的矿山渣土堆场酸性阻控方法的流程图；
[0024]图5为本发明实施例的设置复合层的流程图；
[0025]图6为本发明实施例的矿山渣土堆场植被重建方法的流程图；
[0026]图7为本发明实施例的矿山渣土堆场植被重建后的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0028]如图1所示，为本发明实施例的复合层的结构示意图。本发明实施例的复合层包括:依次设置的导流层11、第一无纺布层12、沙石层13、第二无纺布层14和隔离层15。
[0029]具体地，该复合层的厚度为19?25cm。该复合层的厚度有利于防止渣土堆场和边坡下层泉涌和反渗出来的含有多种重金属离子的酸性水在该复合层中积蓄。
[0030]具体地，导流层11由导流板构成。如图2所示，为本发明实施例的导流板的结构示意图。导流板21为用塑料压制成的具有一定通透性的板块。导流板21的上表面、下表面和一组两相对的端面具有多个透水孔22。导流板21的内部具有空隙23，该空隙23用于连通透水孔22，水分可以在空隙23中流动。该导流层的厚度优选为3cm?5cm。如果导流层的厚度较薄，则当水量较大时，导致排水不畅，积水容易在其它地方溢出形成危害；如果导流层的厚度较厚，则增加成本。将该复合层用于矿山渣土堆场，降雨后，导流层的导流板可以对渣土堆场和边坡下层泉涌和反渗出来的含有多种重金属离子的酸性水起阻挡作用，并将其有序地疏导至边坡下方的排水沟中，然后排入矿山的废水处理站进行无害化处理。
[0031]具体地，沙石层13由依次设置的沙层131和砾石层132构成。沙石层13的厚度为15?20cm。其中，沙层131的厚度为5?8cm，烁石层132的厚度为10?15cm。该厚度能有效地阻止下层水和毛细管水向上反渗，如果沙石层太厚，则沙石层易从坡面滑脱。将该复合层用于矿山渣土堆场，沙石层可以对通过毛细管作用向上反渗的酸水进行进一步阻挡，使含有重金属离子的酸液难以到达堆场及边坡表面。具体地说，沙层对导流层漏渗的酸水进一步导流至坡脚的排水沟，砾石层的间隙阻挡了通过毛细管作用向上酸液的反渗。
[0032]具体地，隔离层14为醋酸乙烯-乙烯共聚VAE乳液和水的重量比为1:8?10的胶液干化后形成的胶膜。该比例得到的胶液呈现易流动的胶体状，有利于喷射。VAE乳液中醋酸乙烯的含量在70%?95%范围内，呈乳白色乳液状态。VAE乳液经水稀释后形成粘稠的胶液。该胶液干化后形成的胶膜是一种高分子聚合物密实胶体层，将该复合层用于矿山渣土堆场，其可以阻止空气进入深层与硫化物接触，防止硫矿物进一步氧化和再酸化。该隔离层的厚度优选为I?2cm。该厚度即可达到隔离阻控的作用，在此基础上增加隔离层的厚度，则成本高，造成浪费。
[0033]具体地，该复合层还包括在第一无纺布层的上表面间隔设置的隔档。如图3所示，为本发明实施例的隔档的结构示意图。该隔档31的高度和沙石层的厚度相同。将该复合层用于矿山渣土堆场的边坡上，由于矿山渣土堆场具有一定倾斜度，设置该隔档可以阻挡沙石层和土壤层(即植生层)滑落。相邻隔档31之间的间距为I?2m。如果间隔太宽，则隔档的阻挡下滑的效果较差。该隔档可以选用竹板，通过钢筋固定。
[0034]从上述的复合层结构可知，本发明的实施例的复合层用于矿山渣土堆场时，利用其疏导和屏障作用，对渣土堆场径流与渗流进行导流和渣土堆场表面进行封闭，从而阻止下层酸性和重金属离子向上溢流和反渗，并有效防止下层硫化物进一步氧化和再酸化。
[0035]本发明实施例还提供了一种矿山渣土堆场酸性阻控方法。如图4所示，为本发明实施例的矿山渣土堆场酸性阻控方法的流程图。该方法具体包括如下步骤:
[0036]步骤S41:在矿山澄土堆场的坡顶修建截水沟，在矿山澄土堆场的两侧和坡底修建排水沟。
[0037]该步骤的目的是为了防止雨水对坡面的冲刷和周边酸水的侵入。
[0038]步骤S42:清理矿山渣土堆场及边坡的表面，移除石砾，平整局部凸起的土层。
[0039]其中，移除石砾主要是移除大块和松动的石砾。该步骤的目的是为了避免大块浮石或突出物影响用于阻控隔离的复合层发挥作用。
[0040]步骤S43:在矿山渣土堆场及边坡的表面设置复合层。
[0041]其中，该复合层为前文所述的复合层，其包括从矿山渣土堆场及边坡的表面向上依次设置的导流层、第一无纺布层、沙石层、第二无纺布层和隔离层。其中，该导流层由导流板构成，导流板的上表面、下表面和一组两相对的端面具有多个透水孔，导流板的内部具有用于连通透水孔的空隙。
[0042]如图5所示，为本发明实施例的设置复合层的流程图。具体地，该步骤包括如下过程:
[0043]步骤S51:形成导流层。
[0044]在矿山渣土堆场及边坡的表面铺设导流板形成导流层，使导流板的具有透水孔的两相对的端面沿矿山渣土堆场及边坡的表面纵向设置，即每块导流板沿着坡顶到坡底方向的两端面上具有透水孔。
[0045]该导流层可以由一整块导流板构成；也可以由多个导流板密封拼接构成，导流板与导流板之间不留缝隙。该导流板的具有透水孔的两相对的端面沿矿山渣土堆场及边坡的表面纵向设置，使得渣土堆场和边坡下层泉涌和反渗出来的含有多种重金属离子的酸性水可有序地疏导至边坡下方的排水沟中，然后排入矿山的废水处理站进行无害化处理。
[0046]步骤S52:在导流层的上表面平铺第一无纺布层。
[0047]设置第一无纺布层的目的是为了防止沙粒进入导流板堵塞透水孔。
[0048]步骤S53:形成沙石层。
[0049]在第一无纺布层的上表面沿矿山渣土堆场及边坡的表面横向间隔设置多个隔档，将河沙平摊于隔档内形成沙层，在沙层的上表面铺设砾石层。
[0050]沙石层的厚度为15?20cm，其中，沙层的厚度为5?8cm，烁石层的厚度为10?15cm。该隔档可以采用竹板，用钢筋固定。隔档的高度和沙石层的厚度相同。相邻隔档之间的间距为I?2mο
[0051]该步骤的目的是为了对通过毛细管作用向上反渗的酸水进行进一步阻挡，使含有重金属离子的酸液难以到达堆场及边坡表面。
[0052]步骤S54:在烁石层的上表面平铺第二无纺布层。
[0053]该步骤的目的是为了喷射隔离层时，第二无纺布层可避免胶液滑入砾石层。
[0054]步骤S55:形成隔离层。
[0055]将重量比为1:8?10的醋酸乙烯-乙烯共聚VAE乳液和水组成的胶液喷射于第二无纺布层的上表面，干化后形成的胶膜即为隔离层。
[0056]该隔离层的厚度为I?2cm。
[0057]该步骤的目的是为了阻止空气进入深层与硫化物接触，防止硫矿物进一步氧化和再酸化。
[0058]本发明实施例的矿山渣土堆场酸性阻控方法利用复合层对金属矿山渣土堆场的酸化和重金属污染的疏导和物理屏障作用，能有效地引导含有重金属离子的酸水和渗流进入坡脚排水系统，阻止酸液向上反渗和屏蔽深层硫化物进一步氧化和再酸化，还可以进一步阻止酸性和重金属离子与上面重建的人工土壤层(即植生层)和植物根系的接触，避免对植物根系造成毒害。
[0059]本发明实施例还提供了一种矿山渣土堆场植被重建方法。如图6所示，为本发明实施例的矿山渣土堆场植被重建方法的流程图。该方法具体包括如下的步骤:
[0060]步骤S61:按照前文所述的矿山渣土堆场酸性阻控方法在矿山渣土堆场及边坡的表面设置复合层。该步骤的具体过程不再赘述。
[0061]步骤S62:将有机基材喷敷于复合层的上表面，形成土壤层(即植生层)。
[0062]该有机基材可以包括矿区外的过筛表土、有机堆肥、谷糠、复合肥、保水剂和胶粉等。该有机基材形成的土壤层的厚度优选为1cm?20cm。该厚度为植被能正常生长的厚度，虽然土壤层的厚度越厚越好，但厚度太厚会造成土方量很大，成本高。
[0063]步骤S63:喷播灌木和草本植物种子，覆盖第三无纺布层，经养护管理后，形成植被层。
[0064]如图7所示，为本发明实施例的矿山渣土堆场植被重建后的结构示意图。经过上述方法重建后的矿山澄土堆场，在矿山澄土堆场边坡74的坡顶具有截水沟75，在矿山澄土堆场边坡74的坡底具有排水沟76，在矿山渣土堆场边坡74的表面具有复合层71、土壤层72和植被层73。
[0065]本发明实施例的矿山澄土堆场植被重建方法，通过在澄土堆场酸化表层与土壤层(即植生层)之间建立一个缓冲隔离带，不仅可以对含有多种重金属离子的酸水进行阻挡和隔离，而且可以有效防止下层硫矿物进一步氧化与再酸化，阻止下层酸液由于土壤毛细管作用反渗至上层污染植生层和毒害植物，通过在复合层之上重建土壤层(即植生层)，为植物生长发育营造一个长期稳定的适生环境，避免植被退化，达到修复生态、改善环境和保持水土的目的。
[0066]下面以一具体实施例对本发明的技术方案做进一步地说明。
[0067]实施例1
[0068]以江西某铜矿渣土堆场生态修复中的裸露污染边坡为例。
[0069]该矿山渣土堆场污染边坡高30m，坡度55°，治理面积2000m2。边坡表面光秃，无植物生长。边坡表层及下层含有大量硫化物及硫铜矿物，表层渣土中含有多种重金属，包括Pb、Cu、Zn、Cr等。由于长期裸露，在氧化和降水的共同作用下，造成土壤严重酸化和重金属流失，土壤pH值在3.5?4.5之间。
[0070]采用本发明的方法对该地进行酸性阻控和植被重建，具体过程如下:
[0071]1.在坡顶修建截水沟，两侧和坡底修排水沟，阻止周边酸水的侵入，防止雨水对坡面的冲刷。
[0072]2.清理边坡:移除边坡表面大块和松动的石砾，平整局部凸起的表层，使边坡平整。
[0073]3.布设厚度为24cm的复合层，具体过程如下:
[0074](I)铺设导流层:按照从坡底到坡顶的顺序，将导流板平铺于渣土堆场边坡表面，板块之间尽量不留空隙。
[0075](2)在导流层上面平铺一层第一无纺布层。
[0076](3)铺设沙石层:在第一无纺布层的上表面用竹板沿坡面的横向打隔档。该竹板的高度为20cm，厚度为3cm。竹板用钢筋固定，隔档间距1.5m。将河沙平摊于隔档内的第一无纺布层之上，沙层厚度为5cm ;沙层之上铺敷砾石层，砾石为修筑公路用的石子，粒径
1.2?1.5cm，烁石层厚度为15cm。由此，该沙层和烁石层组成的沙石层的厚度为20cm。
[0077](4)在砾石层之上覆盖一层第二无纺布层。
[0078](5)喷射隔离层:将VAE乳液加8倍于VAE乳液重量的水稀释后，搅拌均匀，配成粘稠的液体，然后用喷草机(带搅拌机)喷射于沙石层之上，24h自然干化后形成Icm厚的密实的胶膜。该胶膜即为隔离层。其中VAE乳液中醋酸乙烯含量为90%。
[0079]该隔离层与下方的沙石层、导流层共同构成复合层，对酸化的边坡表面进行封闭，避免下层硫矿物继续氧化和再酸化，同时，对拟进行反渗的酸液进行阻控，防止污染植生层和毒害植物。
[0080]4.重建土壤层(即植生层):用TK-500型湿喷机将搅拌均匀的有机基材喷射于隔离层之上，形成一层1cm厚的人工土壤层。有机基材包括矿区外的过筛表土、有机堆肥、谷糠、复合肥、保水剂和胶粉等。
[0081]5.喷播种子:在土壤层(即植生层)上喷播草本和灌木植物种子。植物选择耐酸、耐瘠薄和抗逆性强的种类，如狗牙根、银合欢、紫穗槐、胡枝子、马尾松等。
[0082]6.覆盖第三无纺布层，并定时进行喷水保湿。
[0083]7.植被恢复:经过3个月的养护管理，草本完全覆盖坡面，6个月后灌木冲出草本形成灌木层，I年后边坡完全被植物覆盖，并形成灌草结合的植物群落，达到矿山污染地生态修复、改善环境和保持水土的目的。
[0084]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种复合层，其用于矿山渣土堆场酸性阻控，其特征在于，包括:依次设置的导流层、第一无纺布层、沙石层、第二无纺布层和隔离层。
2.如权利要求1所述的复合层，其特征在于:所述导流层由导流板构成，所述导流板的上表面、下表面和一组两相对的端面具有多个透水孔，所述导流板的内部具有空隙，所述空隙用于连通所述透水孔。
3.如权利要求1或2所述的复合层，其特征在于:所述复合层的厚度为19?25cm。
4.如权利要求1或2所述的复合层，其特征在于:所述导流层的厚度为3cm?5cm;和/或，所述沙石层的厚度为15?20cm ;和/或，所述隔离层的厚度为I?2cm。
5.如权利要求1或2所述的复合层，其特征在于:所述沙石层由依次设置的沙层和砾石层构成，且所述沙层位于所述第一无纺布层和所述砾石层之间，所述砾石层位于所述第二无纺布层和所述砂层之间；所述沙层的厚度为5?8cm，和/或，所述砾石层的厚度为10 ?15cm0
6.如权利要求1或2所述的复合层，其特征在于:所述隔离层为由重量比1:8?10的醋酸乙烯-乙烯共聚VAE乳液和水组成的胶液干化后形成的胶膜。
7.如权利要求1或2所述的复合层，其特征在于:还包括在所述第一无纺布层的表面间隔设置的隔档，所述隔档的高度和所述沙石层的厚度相同，相邻所述隔档之间的间距为I ?2m0
8.一种矿山渣土堆场酸性阻控方法，其特征在于，包括: 在矿山澄土堆场的坡顶修建截水沟，在所述矿山澄土堆场的两侧和坡底修建排水沟； 清理所述矿山渣土堆场及边坡的表面，移除石砾，平整局部凸起的土层； 在所述矿山渣土堆场及所述边坡的表面设置如权利要求1?4任一项所述的复合层，其中，从所述矿山渣土堆场及所述边坡的表面向上依次为导流层、第一无纺布层、沙石层、第二无纺布层和隔离层。
9.如权利要求8所述的矿山渣土堆场酸性阻控方法，其特征在于，所述在所述矿山渣土堆场及所述边坡的表面设置所述复合层的过程包括: 在所述矿山渣土堆场及所述边坡的表面铺设导流板形成所述导流层，使所述导流板的具有透水孔的两相对的端面沿所述矿山渣土堆场及所述边坡的表面纵向设置； 在所述导流层的上表面平铺第一无纺布层； 在所述第一无纺布层的上表面沿所述矿山渣土堆场及所述边坡的表面横向间隔设置多个隔档，将河沙平摊于所述隔档内形成所述沙层，在所述沙层的上表面铺设砾石层； 在所述砾石层的上表面平铺第二无纺布层； 将重量比为1:8?10的醋酸乙烯-乙烯共聚VAE乳液和水组成的胶液喷射于所述第二无纺布层的上表面，干化后形成的胶膜作为所述隔离层。
10.一种矿山渣土堆场植被重建方法，其特征在于，包括: 按照如权利要求8?9任一项所述的矿山渣土堆场酸性阻控方法在矿山渣土堆场及边坡的表面设置复合层； 将有机基材喷敷于所述复合层的上表面，形成土壤层； 喷播灌木和草本植物种子，覆盖第三无纺布层，经养护管理后，形成植被层。
【文档编号】B09C1/00GK104492798SQ201410747901
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】章梦涛, 李东樵, 黄真劲, 詹健, 潘荣森, 黄武生, 陈振峰, 陈增香 申请人:深圳市如茵生态环境建设有限公司, 江西铜业股份有限公司