用于矿区矸石山生态修复的基质材料和修复方法技术

本发明专利技术提供了一种用于矿区裸露矸石山边坡生态修复的基质材料。基质材料由种子萌发层和根系诱导层两部分构成，主要由壤土、酸化后的煤矸石、无机非金属矿物、植物纤维、保水剂、团粒剂、消毒剂、复合肥、种子混合物等组成。具有保水，保肥，稳定性好，抗侵蚀，以及植物易建植等特点；利用煤矸石等废弃物作为主要基质材料，可以有效减少客土使用，改善废弃矿山的土壤环境，减少环境污染，节约生态恢复的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生态修复工程，特别涉及一种用于矿区矸石山生态修复的基质材料和生态修复的方法。
技术介绍
伴随着煤炭开采建设，大量裸露矸石山边坡形成，极易产生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害问题，急需生态治理。矸石山边坡表层没有植物正常生长发育的土壤，植被生长发育所必需的水分和养分不能正常供给，矸石山边坡生态恢复关键在于在边坡表面创造土壤条件，其能够稳定并持续的为植物生长提供养分和水分保障。现有的矿区矸石山生态修复主要是客土覆盖，所形成的土壤层养分含量低，保墒性能差，土壤稳定性差，植物不易快速建植，降雨条件下极易崩塌滑坡，并且由于大量取自于当地耕地的熟化土壤，不仅造成了有限土壤资源的破坏，而且大大增加了施工的成本。煤矸石是煤炭开采和洗选过程中的废弃物，煤矸石长期堆存，占用大量土地，污染水质，大量堆积的煤矸石还侵占了越来越多的耕地，构成了对生态和环境的双重破坏；另一方面，煤矸石又是一种可供开发和利用的自然资源。煤矸石(采煤和选煤矿尾矿)含有较丰富的有机碳(有机质)和农作物生长所必须的硅、铜、锌、铁、锰等中微量元素，可用于改善土壤结构，增强土壤的肥力，使农作物增产，改善农产品品质。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种用于矿区矸石山生态修复的基质材料和生态修复的方法，该基质材料和方法可利用煤矸石等废弃物替代部分土壤作为主要基质材料，不仅为植物生长提供良好的基质环境，而且还能降低降雨侵蚀和风蚀，减少水土的径流损失，且能降低煤矸石山生态修复的成本。为实现上述目的，本专利技术提供的技术解决方案为：本专利技术提供的一种用于矿区矸石山生态修复的基质材料，由种子萌发层和根系诱导层按质量比1∶2-6组成；种子萌发层主要促进种子快速萌发，满足幼苗期稳定的水分和营养供给，为幼苗生根提供稳定空间，保障植物幼苗免受土壤病虫害危害；根系诱导层主要促进植物根系的快速建成，满足植物后期生长过程水分和养分需求，促进植物根系与坡面的锚固连接，
保障植物在岩石边坡稳定建植。所述种子萌发层的原材料按质量分数计：壤土70-80、膨胀蛭石10-15、植物纤维10-15、保水剂0.1-0.3、团粒剂0.1-0.2、消毒剂0.01-0.03、复合肥0.5-0.8、种子混合物1-2；所述根系诱导层的原材料按质量分数计：壤土20-40、酸化后的煤矸石30-50、矿物混合物5-15、膨胀蛭石5-15、植物纤维10-15、保水剂0.1-0.3、团粒剂0.1-0.2、消毒剂0.01-0.03、复合肥0.5-1.2，所述的壤土是当地地表土，进一步优选经风干、粉碎、过5mm筛，土壤中砂粒含量在3-5％、含水量在12-16％的当地地表土。所述的酸化后的煤矸石，是通过如下生产方法得到：按质量分数将煤矸石75～95、凹凸棒石粘土5～20和氧化镁0.2～2输入搅拌机中搅拌，再缓慢加入浓度为1～10％稀硫酸，进行酸化处理；将酸化处理后的混合物，输送到回转式烘干炉内焙烧，在235～360℃下焙烧2～3小时，焙烧后产物含水量≤3％，即为酸化后的煤矸石半成品；按质量分数将半成品90～99、速溶硅酸钠0.2～3、聚乙烯醇0.2～6、羟丙基甲基纤维素0.02～2和碳酸钠0.5～2.5输入研磨机中磨粉，颗粒细度≤3毫米，磨粉后的粉状物即为酸化后的煤矸石。酸化后的煤矸石可以改善煤矸石山由于碱性过强而不适宜植被恢复的状况，为植物生长提供了良好的基质环境。所述的矿物混合物是质量比为磷灰石：正长石：麦饭石＝1.5-2：2-3：1的并过5mm筛的混合物。主要作用是改善喷射的基质材料混合物的结构，以利于植物的生长，并提供给植物长期生长所需的养分(磷、钾、微量元素)。所述的种子混合物为按质量比灌木∶草本＝20-30∶70-80配制的、本土植被物种的种子混合物。所述的膨胀蛭石，为功能填充材料，容重约0.2g/cm3，吸水约3倍，蛭石粒径小于1-3mm，具有保水性能、缓冲保水剂引起的体积变动，提升水分的入渗性能。所述的植物纤维，是以植物秸秆(玉米、小麦、稻草、高粱、谷物等秸秆的一种或几种)为原料，粉碎成长度为2-3cm，自然发酵、腐熟处理20-50天。其主要起改良土壤并供给植物生长所需的长期养分需求。所述的保水剂可为植物生长提供水分，保证养护用水与天然降水能迅速保存在根系层中，当植物需要水分供给时能释放给植物根系，主要成分为聚丙烯酸钾-聚丙烯酰胺共聚体，0.9％盐水溶液吸收倍率50-100，粒径0.2-0.5mm，使用寿命3年以上。所述的团粒剂有利于基质材料的团粒结构的形成，主要成分是聚丙烯酰胺，分子量800w，粒径0.2-0.5mm，阴离子型。所述的消毒剂为根系层混合物杀菌材料，可稳定根系层混合物的微生物系统，减少病害
与霉变,主要成分是氰氨化钙，是一种药肥合一的绿色土壤消毒剂，具有高效缓释氮肥功能，能够大量提供钙离子，分解后无残留。所述的复合肥主要用来供给植物生长所需的大量元素(氮、磷、钾)，复合肥的各种有效元素质量分数比为N：P：K＝15：30：15。化学肥料中的各种有效元素分别由下述物质提供：氮取自于尿素或/和硫酸铵或/和磷酸二铵、磷取自于过磷酸钙或/和磷酸二铵或/和磷酸二氢钾、钾取自于硫酸钾或/和氯化钾或/和磷酸二氢钾。本专利技术提供的一种矿区矸石山生态修复的方法，步骤为：1)先将根系诱导层的原材料按上述规定的质量配比混合，搅拌均匀，用喷播机喷播在裸露的矸石山边坡表面，厚度为8～15cm；2)在根系诱导层喷播完成18-22小时后，再将种子萌发层的原材料按上述规定的质量配比混合，搅拌均匀，用喷播机喷播在根系诱导层表面，厚度为3～5cm；3)然后进行定期水分养护管理3-6个月。本专利技术的有益效果：本专利技术以煤矸石及其它废弃物为基础材料，经适宜的处理与配比，配制为基质材料，能够提供植物生长所需的合理物理结构，保障植物长期生长的养分和水分供给平衡，与植物共同作用，封闭坡面，抵抗降雨侵蚀和风蚀，提高了矸石山边坡稳定性。基质材料用以替代当前矿区矸石山植被恢复中大量使用客土的现状，降低了矿区植被恢复成本，同时亦可实现矸石山废弃物的再利用。本专利技术不仅可以解决矿区矸石山植被重建用土问题，降低矿山生态重建成本，还解决了矸石山等废弃物所造成的环境污染问题，满足社会对改善矿山矸石山生态环境条件的需求，具有一定的社会、生态和经济效益。附图说明图1本专利技术基质材料用于矿区矸石山生态修复示意图，图中：1-基质材料，2-种子萌发层，3-根系诱导层，4-矸石山边坡。具体实施方式实施例1(1)基质原材料的准备：壤土：选取当地地表土，风干、粉碎、过5mm筛，土壤中砂粒含量在3％，含水量在12％；矿物混合物：磷灰石，正长石，麦饭石粉碎，过5mm筛，各组分质量比为磷灰石：正长石：麦饭石＝2：3：1；膨胀蛭石：容重约0.2g/cm3，吸水约3倍，蛭石粒径为小于3mm；植物纤维是以玉米与小麦秸秆为主要原料，粉碎后长度为3cm，玉米与小麦秸秆的比例为2∶8，对秸秆混合物进行自然发酵、腐熟处理30天，配成为植物纤维基质；保水剂：成分为聚丙烯酸钾-聚丙烯酰胺共聚体，0.9％盐水溶液吸收倍率50-100，粒径0.3mm，使用寿命3年以上；团粒剂：聚丙烯酰胺，分子量800w，粒径0.2mm，阴离子型；消毒剂：氰氨化钙；复合肥：N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于矿区矸石山生态修复的基质材料，其特征在于，由种子萌发层和根系诱导层按质量比1∶2‑6组成；所述种子萌发层的原材料按质量分数计：壤土70‑80、膨胀蛭石10‑15、植物纤维10‑15、保水剂0.1‑0.3、团粒剂0.1‑0.2、消毒剂0.01‑0.03、复合肥0.5‑0.8、种子混合物1‑2；所述根系诱导层的原材料按质量分数计：壤土20‑40、酸化后的煤矸石30‑50、矿物混合物5‑15、膨胀蛭石5‑15、植物纤维10‑15、保水剂0.1‑0.3、团粒剂0.1‑0.2、消毒剂0.01‑0.03、复合肥0.5‑1.2；所述的壤土是经风干、粉碎、过5mm筛，土壤中砂粒含量在3‑5％、含水量在12‑16％的当地地表土；所述的种子混合物为按质量比灌木∶草本＝20‑30∶70‑80配制的、本土植被物种的种子混合物；所述的酸化后的煤矸石，是通过如下生产方法得到：按质量分数将煤矸石75～95、凹凸棒石粘土5～20和氧化镁0.2～2输入搅拌机中搅拌，再缓慢加入浓度为1～10％稀硫酸，进行酸化处理；将酸化处理后的混合物，输送到回转式烘干炉内焙烧，在235～360℃下焙烧2～3小时，焙烧后产物含水量≤3％，即为酸化后的煤矸石半成品；按质量分数将半成品90～99、速溶硅酸钠0.2～3、聚乙烯醇0.2～6、羟丙基甲基纤维素0.02～2和碳酸钠0.5～2.5输入研磨机中磨粉，颗粒细度≤3毫米，磨粉后的粉状物即为酸化后的煤矸石；所述的矿物混合物是质量比为磷灰石：正长石：麦饭石＝1.5‑2：2‑3：1的并过5mm筛的混合物；所述的植物纤维，是以植物秸秆为原料，粉碎成2‑3cm，自然发酵腐熟的植物纤维。...

【技术特征摘要】
1.一种用于矿区矸石山生态修复的基质材料，其特征在于，由种子萌发层和根系诱导层按质量比1∶2-6组成；所述种子萌发层的原材料按质量分数计：壤土70-80、膨胀蛭石10-15、植物纤维10-15、保水剂0.1-0.3、团粒剂0.1-0.2、消毒剂0.01-0.03、复合肥0.5-0.8、种子混合物1-2；所述根系诱导层的原材料按质量分数计：壤土20-40、酸化后的煤矸石30-50、矿物混合物5-15、膨胀蛭石5-15、植物纤维10-15、保水剂0.1-0.3、团粒剂0.1-0.2、消毒剂0.01-0.03、复合肥0.5-1.2；所述的壤土是经风干、粉碎、过5mm筛，土壤中砂粒含量在3-5％、含水量在12-16％的当地地表土；所述的种子混合物为按质量比灌木∶草本＝20-30∶70-80配制的、本土植被物种的种子混合物；所述的酸化后的煤矸石，是通过如下生产方法得到：按质量分数将煤矸石75～95、凹凸棒石粘土5～20和氧化镁0.2～2输入搅拌机中搅拌，再缓慢加入浓度为1～10％稀硫酸，进行酸化处理；将酸化处理后的混合物，输送到回转式烘干炉内焙烧，在235～360℃下焙烧2～3小时，焙烧后产物含水量≤3％，即为酸化后的煤矸石半成品；按...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈璋，王继荣，刘勇，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14