一种煤矿矿山地质环境治理方法与流程

1.本技术涉及地质环境修复技术领域，更具体地说，它涉及一种煤矿矿山地质环境治理方法。


背景技术：

2.矿产资源是国民经济和社会发展的重要物质基础，人类对矿产资源的开发利用忽略了矿上地质环境保护，导致了水源、土壤的污染，破坏了自然景观和植被。
3.矿山开采对生态环境造成了严重破坏，大面积基岩裸露的采坑和随意堆放的弃渣改变了原来的地貌景观，破坏原生植被遭到严重破坏，使项目区大面积林地变成裸地，导致可利用土地资源减少，同时，土地生产力严重衰退，涵养水分能力差，苗木生长困难，林草地质量下降，自然灾害加剧，大雨会导致严重水土流失，生态平衡难以为继。
4.矿山地质灾害为崩塌隐患，当前崩塌体表面已出现裂缝，随着时间推移，崩塌体自身重力及外部力量作用下崩塌体会逐渐卸载，从而引发崩塌地质灾害。
5.申请公布号为cn111021375a的专利文件公开了一种矿山地质环境恢复治理方法，包括如下步骤：对治理区内采坑的坡角大于30
°
的边坡进行削坡处理并在边坡上形成削坡平台，收集削坡处理得到的石料；利用步骤s1收集的石料作为回填料对治理区内采坑底部进行回填，形成平整块地；在平整块地及削坡平台上填覆客土，形成覆土层，在覆土层上种植绿化植物，能够对边坡的岩壁进行遮挡，还能够获得最大程度的绿化面积。
6.针对上述中的相关技术，发明人认为削坡平台上填覆的客土缺乏植物生长所需的营养物质，不利于植物的生长，导致矿山环境治理的效果较差。


技术实现要素：

7.为了提高矿山环境治理的效果，本技术提供一种煤矿矿山地质环境治理方法。
8.本技术提供的一种煤矿矿山地质环境治理方法采用如下的技术方案：一种煤矿矿山地质环境治理方法，包括如下步骤：s1.削坡处理：使边坡的坡角位于0-29
°
范围内，其余坡角的边坡均进行削坡处理，同时对削坡处理后的石料进行收集；s2.填土处理：将s1中收集的石料放入治理区的采坑中，同时对铺设石料的采坑内添加填土，使其形成填土层，填土层的厚度为3-5cm，将填土层按2m
×
2m的面积化分成若干绿化区域，在填土层上施加添加剂；并对填土层进行翻耕，所述添加剂主要由如下重量份数的原料制成，保水剂200-300份、改性植物营养调节剂300-400份、杀虫剂15-25份、水350-450份，所述保水剂主要由固化剂、硅藻土和溶剂一的质量比(50-80):(50-90):(100-130)组成；所述固化剂为聚丙烯酰胺、木质素磺酸钙、硫酸钙晶须中的至少两种，所述改性植物营养调节剂主要由草木灰、营养剂、尿素、羧甲基纤维素和溶剂二按质量比(80-120):(100-130):(10-15):(30-40):(110-135)组成；所述营养剂为壳聚糖、苯肽胺酸、赤霉素中的至少两种；
s3.覆盖绿化：在步骤s2所述的若干绿化区域种植耐寒、抗虫植物。
9.优选的，杀虫剂由苦参碱、百菌清按质量比3:5组成。
10.优选的，硅藻土中含有的sio2重量百分含量≥90％。
11.优选的，溶剂一、溶剂二为水。
12.优选的，s3中的植物为刺槐、蛇鞭菊中的任意一种。
13.通过采用上述技术方案，现有技术中矿山环境治理主要通过削坡、填土、种植绿化的方式进行治理，种植绿化前未对填土层的土壤进行处理，导致种植绿化效果不佳，本技术通过在s2中进行填土处理时，对填土层的土壤上施加添加剂，添加剂包括保水剂和改性植物营养调节剂，保水剂能够有效抑制水分蒸发，以防水土流失，改善土壤结构，使土壤得以改良，同时促进土壤微生物发育，提高土壤有机物的周转利用率；保水剂中的固化剂能够增强土壤的水稳定性，提高土体的强度，硅藻土具有质轻、多孔的特点，便于增强土壤的吸水性；改性植物营养调节剂中的草木灰为植物生长提供钾元素，促进种子发芽，尿素中含氮量较高，对土壤破坏较小，营养剂用于促进植物的生长，羧甲基纤维素粘性较佳，便于提高尿素、草木灰、营养剂在土壤中的分布情况；改性植物营养调节剂用于为植物生长提供一些比较重要的营养物质，促使植物生长效果更佳，进而提高矿山环境治理的效果，保水剂、改性植物营养调节剂相互配合，一方面提高土壤的稳固度和保水性，另一方面改性植物营养调节剂提供多种促进植物生长的物质，进而提高植物的存活率，同时提高植物的覆盖情况。
14.优选的，步骤s2中的若干所述绿化区域内设置有相互连通的储水区。
15.通过采用上述技术方案，绿化区域内设置有相互连通的储水区，便于下雨时进行雨水的储存，以便在干旱天气能够更好的对植物进行浇灌，从而增强植物的生长效果，进而提高矿山环境治理的效果。
16.优选的，步骤s2中的所述保水剂、改性植物营养调节剂的质量比为(230-260):(350-380)。
17.通过采用上述技术方案，对保水剂、改性植物营养调节剂的质量比进行优化，从而使得保水剂、改性植物营养调节剂的质量比达到最佳，保水剂减少土壤中的水分蒸发，从而为植物生长提供充足的水分，改性植物营养调节剂便于增强土壤中的营养成分，从而进一步改善植物的生长情况，保水剂、改性植物营养调节剂相互配合，便于提高植物生长的成活率，从而更好的治理矿山。
18.优选的，步骤s2中的所述固化剂由聚丙烯酰胺、木质素磺酸钙、硫酸钙晶须按质量比(5-10):(3-5):(1-2)组成。
19.通过采用上述技术方案，对固化剂的三种组分的配比进行优化，从而使得聚丙烯酰胺、木质素磺酸钙、硫酸钙晶须三者的配比达到最佳，进而优化土壤结构，聚丙烯酰胺能够有效改善土体结构，使得土体团聚数目增加，聚丙烯酰胺使得土体形成了较大的团粒结构，直径较大的团粒结构联结在一起，相应的孔隙随之变大，从而增强渗透性，便于提高水的渗透能力；聚丙烯酰胺在土壤颗粒上形成表面包覆，在木质素磺酸钙、硫酸钙惊喜的作用下，在土体中形成三维网络结构，进一步巩固和提高土体的强度和水稳定性。
20.优选的，步骤s2中的所述营养剂由壳聚糖、苯肽胺酸、赤霉素按质量比(6-8):(4-5):(2-4)组成。
21.优选的，壳聚糖为壳低聚糖。
22.优选的，苯肽胺酸的制备方法，包括如下步骤：将苯酐和乙腈加入到圆底烧瓶中，搅拌，苯酐完全溶解后向乙腈中滴加苯胺，反应结束后将烧瓶放置低温浴中冷却，抽滤，然后用冷的乙腈洗涤，干燥得白色固体产物。其中，苯胺、苯酐的质量比为1.05:1，反应温度为30度，反应时间为15min，苯胺与乙腈的质量比为1:10。
23.通过采用上述技术方案，对营养剂的各种组分的配比进行优化，从而使得壳聚糖、苯肽胺酸、赤霉素三者的配比达到最佳，从而进一步补充填土层中所需的营养成分，壳聚糖内含有大量活性基团，能够作为植物生长调节剂，促进植物生长，壳聚糖通过调节植物细胞渗透压来增强植物对水分和营养的吸收，能够提高种子的发芽率，进而增强根部活力，促进植物生长；苯肽胺酸高效、低毒、无副作用，广谱强，能够促进植物生长，与赤霉素复配后，便于减少植物出现落叶的情况，进而提高植物的存活率，进而提高植物的覆盖面积。
24.优选的，步骤s2中的所述尿素为改性尿素，改性尿素以淀粉膜为壳，以尿素为核，所述淀粉膜由淀粉依次经过过氧化氢、环氧氯丙烷交联剂处理。
25.优选的，淀粉为玉米淀粉。
26.优选的，改性尿素的制备方法，包括如下步骤：(1)淀粉基包膜材料的制备：在500ml配有搅拌棒和温度计的三口烧瓶中加入玉米淀粉和水，开启搅拌，滴加30％双氧水(淀粉质量的2.0wt％计),同时加入适量的20％naoh溶液,调节物料ph为9-10,50℃下反应2h。反应结束后，加入数滴10％nahso4溶液。待物料冷却至40℃,加入环氧氯丙烷，并滴加5％naoh水溶液使物料ph为9.5-10,恒温反应4h。(2)改性尿素的制备：将大颗粒尿素导入包膜机容器中，在转速60r/m、温度45&quot；c条件下,将定量的淀粉基包膜材料喷至肥料表面并加入适量高岭土，包膜完成后冷却至室温。
27.通过采用上述技术方案，淀粉依次经过双氧水、环氧氯丙烷改性后，耐水性增加，从而能够作为缓释尿素的包膜材料，改性后的淀粉粘结强度较好，尿素作为肥料，未利用掉的尿素的养分释放速率，延长肥效，经过淀粉包覆后的尿素，能够减缓水溶性化肥的养分释放速率，延长肥效期。
28.优选的，步骤s2中的所述添加剂中还加入15-25重量份数的土壤改良剂，所述土壤改良剂由聚乙烯醇、膨润土按质量比(2-5):(1-3)组成。
29.通过采用上述技术方案，土壤改良剂能够调理和改善土壤团粒结构，减缓土壤板结，增强土壤中水肥渗透能力，提高保水率，同时促进土壤中微生物的生长发育，聚乙烯醇具有一定的吸水强度，能够调节土壤的物理结构和土壤肥力，膨润土能够提高土壤的黏土性，可以有效的改善干旱的农作物和土壤。
30.优选的，所述步骤s2中的添加剂中还加入10-20重量份数的生根剂，所述生根剂为羧甲基淀粉、烟酸、氯化铵中至少两种。
31.优选的，所述步骤s2中的添加剂中还加入5-10重量份数的防腐剂，所述防腐剂为苯甲酸、3-羟基丙酸、琥珀酸钠中的任意一种。
32.优选的，步骤s2中的所述添加剂的制备方法包括如下步骤：(1)保水剂制备：将固化剂、硅藻土、水混合均匀，即得保水剂；(2)改性植物营养调节剂制备：将动植物原料、营养剂、微量元素混合，加水搅拌均匀，即得改性植物营养调节剂；(3)添加剂制备：将杀虫剂、步骤(1)中得到的保水剂、步骤(2)得到的改性植物营
养调节剂混合均匀，加水调节，即得添加剂。
33.通过采用上述技术方案，首先制备保水剂、改性植物营养调节剂，制备方法简单，易制备，将制备后的保水剂与改性植物营养调节剂混合制得添加剂，制得的添加剂使得植物的生长效果较佳，同时，填土层的保水能力较好，即使在相对干旱的天气，植物生长的较佳，从而能够提高矿上地质环境治理的效果。
34.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术的煤矿矿山地质环境治理方法，通过在填土处理中加入保水剂和改性植物营养调节剂，保水剂能够改善土壤结构，降低水土流失的概率，改性植物营养调节剂用于为植物生长提供一些营养物质，从而促进植物的生长，通过提高植物的生长效果，从而改善矿山地质环境治理的效果。
35.2、本技术的煤矿矿山地质环境治理方法中添加剂的制备方法简单，材料易得，添加剂加入填土层后，能够有效改善土壤结构，为植物生长提供一个良好的环境，通过提高植物的生长效果，提高植物成活率，进而增加矿山地质环境治理的效果。
具体实施方式
36.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
37.可选的，植物品种为刺槐，刺槐为刺槐种子，刺槐种子的厂家为沭阳县佳康园林绿化苗木场。
38.可选的，杀虫剂由苦参碱、百菌清按质量比3:5组成。
39.可选的，所述填土层的厚度为4cm。
40.可选的，硅藻土的化学成分是无定型的sio2，以sio2
·
nh2o的形式存在，sio2占90％。
41.可选的，聚丙烯酰胺为离子型聚丙烯酰胺，分子量为600-1800万。
42.可选的，硫酸钙晶须的粒径为1-8μm，长度为30-200μm，硫酸钙含量》98％。
43.可选的，赤霉素的的厂家为阜南明环化工有限公司。
44.可选的，壳聚糖为水溶性壳聚糖，水溶性壳聚糖厂家为江苏古贝生物科技有限公司。
45.可选的，苯肽胺酸的cas号为532-32-1。
46.可选的，甜菜碱的cas号为107-43-7。
47.可选的，聚乙烯醇的cas号为9002-89-5。
48.可选的，膨润土的厂家为灵寿县鹏显矿产品加工厂，货号为026。
49.本技术涉及的原料及生产厂家见表1。
50.表1 原料的纯度及生产厂家
实施例实施例1本实施例的煤矿矿山地质环境治理方法，包括以下步骤：s1.削坡处理：使边坡的坡角位于0-29
°
范围内，其余坡角的边坡均进行削坡处理，同时对削坡处理后的石料进行收集；s2.填土处理：将s1中收集的石料放入治理区的采坑中，同时对铺设石料的采坑内添加填土，使其形成填土层，填土层的厚度为3cm，将填土层按2m
×
2m的面积化分成若干绿化区域，在填土层上施加添加剂；并对填土层进行翻耕；本实施例中添加剂由以下质量的原料制成：保水剂200kg、改性植物营养调节剂300kg、杀虫剂15kg、水350kg，保水剂由固化剂、硅藻土、溶剂一按质量比50:50:100组成，其中溶剂一为水，固化剂由聚丙烯酰胺、木质素磺酸钙按质量比1:2组成，改性植物营养调节剂由草木灰、营养剂、尿素、羧甲基纤维素和溶剂二按质量比80:100:10:30:110组成，其中溶剂二为水，营养剂由壳聚糖、苯肽胺酸按质量比1:3组成；杀虫剂由苦参碱、百菌清按质量比3:5组成；其中添加剂的制备方法，包括如下步骤：(1)保水剂制备：将固化剂、硅藻土、水混合均匀，即得保水剂；(2)改性植物营养调节剂制备：将动植物原料、营养剂、微量元素混合，加水搅拌均匀，即得改性植物营养调节剂；(3)添加剂制备：将杀虫剂、步骤(1)中得到的保水剂、步骤(2)得到的改性植物营养调剂混合均匀，加水调节，即得添加剂；s3.覆盖绿化：在步骤s2上的若干绿化区域种植耐旱抗虫的植物，植物品种为刺槐。
51.实施例2本实施例与实施例1的不同之处在于：s2中添加剂由以下质量的原料制成：保水剂250kg、改性植物营养调节剂350kg、杀虫剂20kg、水400kg，其他与实施例1完全相同。
52.实施例3本实施例与实施例1的不同之处在于：s2中添加剂由以下质量的原料制成：保水剂300kg、改性植物营养调节剂400kg、杀虫剂25kg、水450kg，其他与实施例1完全相同。
53.实施例4本实施例与实施例1的不同之处在于：s2中添加剂由以下质量的原料制成：保水剂
230kg、改性植物营养调节剂350kg、杀虫剂20kg、水400kg，其他与实施例1完全相同。
54.实施例5本实施例与实施例1的不同之处在于：s2中添加剂由以下质量的原料制成：保水剂260kg、改性植物营养调节剂380kg、杀虫剂20kg、水400kg，其他与实施例1完全相同。
55.实施例6本实施例与实施例5的不同之处在于：s2中保水剂由固化剂、硅藻土、溶剂一按质量比80:90:130组成，其他与实施例5完全相同。
56.实施例7本实施例与实施例6的不同之处在于：s2中改性植物营养调节剂由草木灰、营养剂、尿素、羧甲基纤维素和溶剂二按质量比120:130:15:40:135组成，其他与实施例6完全相同。
57.实施例8本实施例与实施例7的不同之处在于：s2中固化剂由聚丙烯酰胺、木质素磺酸钙、硫酸钙晶须按质量比5:3:1组成，其他与实施例7完全相同。
58.实施例9本实施例与实施例7的不同之处在于：s2中固化剂由聚丙烯酰胺、木质素磺酸钙、硫酸钙晶须按质量比10:5:2组成，其他与实施例7完全相同。
59.实施例10本实施例与实施例9的不同之处在于：s2中营养剂由壳聚糖、苯肽胺酸、赤霉素按质量比6:4:2组成，其他与实施例9完全相同。
60.实施例11本实施例与实施例9的不同之处在于：s2中营养剂由壳聚糖、苯肽胺酸、赤霉素按质量比8:5:4组成，其他与实施例9完全相同。
61.实施例12本实施例与实施例11的不同之处在于：s2中尿素为改性尿素，改性尿素的制备方法，包括如下步骤：(1)淀粉基包膜材料的制备：在500ml配有搅拌和温度计的三口烧瓶中加入玉.米淀粉和水，开启搅拌，滴加30％双氧水(淀粉质量的2.0wt％计),同时加入适量的20％naoh溶液,调节物料ph为9-10,50c下反应2h。反应结束后，加入数滴10％nahso,溶液，除去体系中未反应的氧化剂。待物料冷却至40℃,加入环氧氯丙烷，并滴加5％naoh水溶液使物料ph为9.5-10,恒温反应4h。(2)改性尿素的制备：将一定量的大颗粒尿素导入包膜机容器中，在转速60r/m、温度45&quot；c条件下,将定量的淀粉基包膜材料喷至肥料表面并加入适量高岭土，包膜完成后冷却至室温。其他与实施例11完全相同。
62.实施例13本实施例与实施例12的不同之处在于：s2中添加剂由以下质量的原料制成：保水剂250kg、改性植物营养调节剂350kg、杀虫剂20kg、水400kg、土壤改良剂20kg，土壤改良剂由聚乙烯醇、膨润土按质量比2:1组成，其他与实施例12完全相同，添加剂的制备方法与实施例12的不同之处在于：步骤(3)中将杀虫剂、步骤1)中得到的保水剂、步骤2)得到的改性植物营养调剂、土壤改良剂混合均匀，加水调节，即得添加剂；其他与实施例12完全相同。
63.实施例14
本实施例与实施例13的不同之处在于：s2中添加剂由以下质量的原料制成：保水剂250kg、改性植物营养调节剂350kg、杀虫剂20kg、水400kg、土壤改良剂20kg、生根剂15kg、防腐剂8kg，生根剂由羧甲基淀粉、烟酸按质量比2:3组成，防腐剂为苯甲酸，其他与实施例13完全相同，添加剂的制备方法与实施例13的不同之处在于：步骤(3)中将杀虫剂、步骤1)中得到的保水剂、步骤2)得到的改性植物营养调剂、土壤改良剂、生根剂、防腐剂混合均匀，加水调节，即得添加剂；其他与实施例13完全相同。
64.对比例对比例1本对比例的煤矿矿山地质环境治理方法，包括如下步骤：s1.边坡清理：对治理区内采坑的坡角大于30
°
的边坡进行削坡处理并在边坡上形成削坡平台，收集削坡处理得到的石料；s2.回填：利用步骤s1收集的石料作为回填料对治理区内采坑底部进行回填，形成平整块地；s3.覆土绿化：在平整块地及削坡平台上填覆客土，形成覆土层，在覆土层上种植绿化植物。
65.对比例2本对比例的煤矿矿山地质环境治理方法，包括以下步骤：s1.削坡处理：使边坡的坡角位于0-29
°
范围内，其余坡角的边坡均进行削坡处理，同时对削坡处理后的石料进行收集；s2.填土处理：将s1中收集的石料放入治理区的采坑中，同时对铺设石料的采坑内添加填土，使其形成填土层，填土层的厚度为3cm，将填土层按2m
×
2m的面积化分成若干绿化区域，在填土层上施加添加剂；并对填土层进行翻耕；本对比例中添加剂由以下质量的原料制成：保水剂200kg、水350kg，保水剂由由固化剂、硅藻土和溶剂一的质量比50:50:100，固化剂由聚丙烯酰胺和木质素磺酸钙按质量比1:1组成；添加剂的制备方法，包括如下步骤：(1)保水剂制备：将固化剂、硅藻土、水混合均匀，即得保水剂；(3)添加剂制备：将杀虫剂、步骤(1)中得到的保水剂混合均匀，加水调节，即得添加剂；s3.覆盖绿化：在步骤s2上的若干绿化区域种植耐旱抗虫的植物，植物品种为刺槐。
66.性能检测试验绿化指标：选择30块2m
×
2m大小的绿化区域，进行刺槐的种植，每块绿化区域种植的刺槐均为800株，1年后计算绿化覆盖率：绿化覆盖率＝已成活植物/800
×
100％填土层厚度测试：选择30块3m
×
3m大小的绿化区域，填土层的厚度为3cm，进行刺槐的种植，每块绿化区域种植的刺槐均为800株，1年后测量填土层的厚度。
67.取实施例1-14以及对比例1-2中的煤矿矿山地质环境治理方法进行绿化指标和填土层厚度的测试，测试结果见表2。
68.表2 添加剂处理后矿山的绿化指标和填土层厚度实验分组绿化覆盖率/％1年后填土层厚度/cm实施例188.14.21实施例288.854.86实施例389.65.51
实施例490.356.16实施例591.16.41实施例691.856.66实施例792.66.91实施例893.357.16实施例994.17.31实施例1094.957.46实施例1195.87.61实施例1296.657.76实施例1397.57.91实施例1498.358.06对比例182.23％3.15对比例283.03％3.46结合实施例1和对比例1，并结合表2可以看出，相对于对比例1来说，实施例1中在填土层上施加添加剂，添加剂由保水剂、改性植物营养调节剂、杀虫剂、水制成，保水剂能够有效抑制水分蒸发，改善土壤结构，改性植物营养调节剂在填土层中补入植物生长所需的物质，杀虫剂用于减少植物收到虫害的影响，进而提高填土层上的绿化覆盖度以及填土层的厚度。
69.结合实施例1和对比例2，并结合表2可以看出，相对于对比例2来说，实施例1通过保水剂、改性植物营养调节剂、杀虫剂相互配合，协同作用，进而提高填土层上植物的存活率，进而提高填充层上植物的覆盖度，从而提高填土层的厚度。
70.结合实施例1-7，并结合表2可以看出，通过对添加剂不同原料的配比进行优化，进而使得添加剂各原料的配比达到最佳，进而使得保水剂改善土壤结构，同时改性植物营养调节剂相互配合，从而提高填土层中的营养成分，进而提高填土层上植物的覆盖面积，进而提高填土层的厚度，另外，通过对保水剂各组分的配比以及改性植物营养调节剂组分的配比进行优化，从而进一步提高保水剂、改性植物营养调节剂在填土层中的作用。
71.结合实施例7-12，并结合表2可以看出，通过对固化剂、营养剂中各组分的配比进行优化，从而进一步改善土壤结构，减少水土流失的情况，同时补充填土层中的营养成分，进而提高植物的存活率，进而提高植物的覆盖情况，同时，通过在尿素外包裹一层淀粉缓释膜，从而提高尿素的缓释率，进而提高尿素的使用期，从而进一步为植物生长补充所需的元素，进而提高植物的覆盖率。
72.结合实施例12-14，并结合表2可以看出，在添加剂中加入土壤改良剂、生根剂、防腐剂，土壤改良剂能够调理和改善土壤团粒结构，增强土壤中水肥渗透能力，同时生根剂的加入，便于促进填土层上的植物快速生根发芽，从而进一步提高植物的覆盖率，提高缓土层的厚度。
73.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。