一种用于矿区边坡的抗侵蚀生态修复材料及其制备方法与应用与流程

本发明属于环境岩土工程与生态修复，尤其涉及一种用于矿区边坡的抗侵蚀生态修复材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、露天采煤以其高效率、高回采率和低成本等优势，成为全球主要的煤炭开采方式。我国拥有巨大的露天煤矿资源，尤其是我国的中西部地区，这些地区多属于温带干旱大陆气候，雨水量少，生态系统相对比较脆弱，受我国对于煤炭的使用需求影响，露天煤矿被大规模开采。但是开采露天煤矿时需要先剥离覆盖煤层的土壤和岩石，这些多余的土石堆放在一起形成了巨大的堆积物，它有着结构松散，稳定性差，保水性差，黏土和有机质较低的特点，在降雨的作用下，容易发生严重的边坡侵蚀和水土流失，甚至还会引起山体滑坡。此类现象对矿区的正常生产活动和人类安全构成严重威胁，阻碍了该地区的社会稳定和长期经济发展。

2、矿区边坡水土流失防治是一项系统性工程，当前措施主要可分为三大类。土壤侵蚀预报模型（如美国通用土壤流失方程）通过量化降雨侵蚀力、土壤可蚀性、地形及植被覆盖等因子，为水土保持规划与灾害预警提供理论支撑，但其本质是一种评估工具，无法直接根治侵蚀问题；工程措施利用水泥等材料铺设排水沟、截洪沟等设施，通过引导和截流坡面径流减轻水力侵蚀，然而，工程措施常存在施工周期长、成本高且可能破坏原始生态的局限；临时措施则防护期短，效果难以持续；植物措施是较为理想的长期解决方案，其利用茎叶削弱雨滴溅蚀，并通过根系加筋效应增强土体抗剪强度，然而，在干旱半干旱矿区，土壤较为干旱、贫瘠，使植物生长受限。

3、为辅助植被恢复并强化土壤抗侵蚀能力，各类坡面防护材料应运而生。水泥基材料（如挡土墙、衬砌排水沟）虽结构强度高，但硬化结构破坏了生态连通性与植物生长条件。草方格沙障在风沙区固沙效果显著，但排土场土壤更为紧实，草方格难以打入土壤中。草毯技术虽能快速成型，但其制备成本较高，制约了大面积应用。oh液植草等新型材料技术尚未成熟，可靠性有待验证。有机高分子物质（如黄原胶）作为土壤改良剂，能有效胶结土壤颗粒、提升抗蚀性，但其功能单一，普遍缺乏协同促进植被生长的能力，难以满足生态修复的复合需求。因此，研发一种集抗侵蚀、保水保肥、促进植被恢复于一体，且成本低廉、环境友好的复合材料，是解决干旱区矿区边坡生态修复难题的迫切需求。

技术实现思路

1、基于以上所述，本发明的目的在于提供一种用于矿区边坡的抗侵蚀生态修复材料及其制备方法与应用，该抗侵蚀生态修复材料具有抗侵蚀性能好、保水能力强、生态兼容性高且成本低廉的优势。

2、为此，第一方面，本发明提供一种用于矿区边坡的抗侵蚀生态修复材料，包括基底材料和沙蒿子胶；所述沙蒿子胶的添加量为所述基底材料的质量的0.5～1.5%；以质量份计，所述基底材料包括：

3、排土场土壤：130～150份；

4、植物纤维，5～6份；

5、有机肥，0.1～2份；

6、生物炭，0.2～2.0份；

7、保水剂，0.05~0.5份；

8、复合菌剂，0.5～5.0份；

9、水，65-75份。

10、本发明提供的抗侵蚀生态修复材料，基底材料中植物纤维加筋+生物炭/菌剂/有机肥生物改良+沙蒿子胶固结，多组分协同，实现了抗侵蚀性能与生态功能的同步提升，尤其是沙蒿子胶具有良好的生态兼容性，相较于其他胶类物质（如羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺），沙蒿子胶对紫花苜蓿的发芽率和生长影响更小，有利于植被的快速建立和长期稳定，同时，沙蒿子胶协同基底材料还具有优异的综合性能。

11、本发明提供的抗侵蚀生态修复材料，兼具优异的抗侵蚀性能（黏聚力显著提升，模拟暴雨下质量保留率显著提升）、持水保水能力（最大持水量将近70.0%）以及对紫花苜蓿等抗旱植物的良好生态兼容性（种子萌发率、存活率高），成本低廉、环境友好，特别适用于干旱、半干旱地区的矿区排土场边坡生态修复与防护。

12、作为本发明的具体实施方式，所述排土场土壤的粒径≤4 mm，优选为≤2 mm。

13、作为本发明的具体实施方式，所述植物纤维的长度为4-6 cm。

14、作为本发明的具体实施方式，所述植物纤维选自秸秆纤维、椰丝中的至少一种；优选地，所述植物纤维包括秸秆纤维和椰丝，所述秸秆纤维与椰丝的添加量比值为8-12：1。秸秆纤维与椰丝的机械互锁作用进一步增强了材料抗压强度，沙蒿子胶的化学固结作用更强化了纤维的强度。

15、作为本发明的具体实施方式，所述沙蒿子胶的添加量为所述基底材料的质量的0.8～1.5%，优选为1.0～1.5%。

16、作为本发明的具体实施方式，所述秸秆纤维选自小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、大豆秸秆、高粱秸秆中的至少一种。

17、作为本发明的具体实施方式，所述有机肥选自腐熟羊粪、腐熟牛粪、腐熟马粪中的至少一种。

18、作为本发明的具体实施方式，所述生物炭选自稻壳生物炭、水稻秸秆生物炭、玉米秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭中的至少一种。

19、作为本发明的具体实施方式，所述保水剂选自三聚磷酸钠、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵中的至少一种。

20、作为本发明的具体实施方式，以所述复合菌剂为100wt%计，所述复合菌剂包括30-40wt%枯草芽孢杆菌、30-40wt%丛枝菌根真菌和30-40wt%哈茨木霉。

21、为此，第二方面，本发明提供一种上述的用于矿区边坡的抗侵蚀生态修复材料的制备方法，包括如下步骤：

22、（1）配制基底材料：将排土场土壤、植物纤维、有机肥、生物炭、保水剂和复合菌剂混合均匀；

23、（2）将沙蒿子胶和步骤（1）得到的基底材料混合得到该抗侵蚀生态修复材料；优选地，所述沙蒿子胶以胶液的形式与步骤（1）得到的基底材料混合；更优选地，所述胶液的制备方法为将沙蒿子胶溶于水中。

24、为此，第三方面，本发明提供一种提升矿区边坡土壤抗侵蚀强度的方法，包括以下步骤：

25、（1）将上述的用于矿区边坡的抗侵蚀生态修复材料或上述的制备方法制得的用于矿区边坡的抗侵蚀生态修复材料铺设于矿区边坡表面；

26、（2）在所述用于矿区边坡的抗侵蚀生态修复材料上种植抗旱植物，任选地自然干燥。

27、作为本发明的具体实施方式，步骤（1）中，所述抗侵蚀生态修复材料的铺设厚度为2-4 cm。

28、作为本发明的具体实施方式，所述抗旱植物为紫花苜蓿；优选地，所述紫花苜蓿的播种深度为1-1.5cm，所述紫花苜蓿为条播，行距1-5cm。

29、本发明的有益效果如下：

30、本发明提供的抗侵蚀生态修复材料，基底材料中植物纤维加筋+生物炭/菌剂/有机肥生物改良+沙蒿子胶固结，多组分协同，实现了抗侵蚀性能与生态功能的同步提升，尤其是沙蒿子胶具有良好的生态兼容性，相较于其他胶类物质（如羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺），沙蒿子胶对紫花苜蓿的发芽率和生长影响更小，有利于植被的快速建立和长期稳定。

31、本发明提供的抗侵蚀生态修复材料，配方合理，基底材料能够提供基础结构和营养的载体，排土场土壤作为主体，利用本地资源，降低成本并适应本地环境；植物纤维，通过机械互锁作用增强土体稳定性，提高抗剪强度；有机肥，为植物生长提供养分，改良土壤；生物炭，作为微生物载体，延长菌剂活性，改善土壤微环境；保水剂，增强材料的持水能力；菌剂，微生物菌剂可改善土壤性质，促进植物生长；水，用于混合各组分，形成可施工的浆体。

32、本发明提供的抗侵蚀生态修复材料，沙蒿子胶协同基底材料还具有优异的综合性能。实验证明，添加1.0%沙蒿子胶的材料，其黏聚力可达15.74 kpa，在160 l/h的模拟暴雨下，质量保留率比对照组提升了20%以上；同时，该材料最大持水量达69.88%，失水速率低，保水性能优异。

33、本发明提供的抗侵蚀生态修复材料，成本低廉与环境友好，主要原料（如排土场土壤、秸秆）来源广泛、价格低廉，且全部组分均为环境友好型材料，符合绿色可持续发展的要求。

34、本发明提供的抗侵蚀生态修复材料，可制成浆体，施工便捷，适用于机械化喷播施工，效率高，适用于大面积矿区边坡治理。