煤矸石资源化利用及复垦技术

1、第六章第六章 煤矸石资源化利用及复垦技术煤矸石资源化利用及复垦技术 煤矸石：煤矸石：是煤矿开采和洗选分离出的含煤岩是煤矿开采和洗选分离出的含煤岩石和其它岩石的总称。石和其它岩石的总称。煤炭开采和加工过程中的煤炭开采和加工过程中的必然产物。它包含岩巷矸、煤巷矸、夹矸及洗矸，必然产物。它包含岩巷矸、煤巷矸、夹矸及洗矸，是多种岩石的混合物。是多种岩石的混合物。l煤矸石具有双重性，弃之占压土地，并污染环境；用之则可变废为宝，成为可利用的自然资源，造福于人民。l因此，探索煤矸石资源化利用的新途径、新技术，尤其是开拓具有高科技含量、高附加值深加工产品，并使其产业化，不但可以取得良好的经济效益、社会效益和环

2、境效益，实现可持续发展。同时，也培育了衰老矿山或资源枯竭型煤矿经济转型接续产业，增加新的经济增长点。 矸石中含有矸石中含有C、H、O、N、S等。等。C、H是有机质是有机质组成中的重要成份，也是燃烧时产生热量的最重要的组成中的重要成份，也是燃烧时产生热量的最重要的元素。元素。 矸石中的矸石中的S分为有机硫和无机硫两部分。有机硫分为有机硫和无机硫两部分。有机硫是成煤植物带来的硫，分布均匀，较难分离出；无机是成煤植物带来的硫，分布均匀，较难分离出；无机硫主要以硫化物硫主要以硫化物(FeS2)或硫酸盐或硫酸盐(CaSO43H2O、FeSO44H2O)的形式存在。的形式存在。煤矸石的化学成分煤矸石的化学

3、成分 按煤矸石来源可划分为：掘进矸石和洗选矸石两大类。按煤矸石来源可划分为：掘进矸石和洗选矸石两大类。掘进矸石即通常所称的掘进矸石即通常所称的“矿井白矸矿井白矸”，它主要是由煤矿巷道，它主要是由煤矿巷道掘进中产生的大量岩块组成。掘进中产生的大量岩块组成。 洗选矸石一般是由工作面采出的夹矸以及小量的顶底板岩洗选矸石一般是由工作面采出的夹矸以及小量的顶底板岩石经原煤洗选分离后排出，通常称为石经原煤洗选分离后排出，通常称为黑矸黑矸。 按煤矸石自燃性质划分为：可燃煤矸石和不可燃煤矸石，按煤矸石自燃性质划分为：可燃煤矸石和不可燃煤矸石，可燃煤矸石又进一步划分为已燃煤矸石，半燃煤矸石和未燃可燃煤矸石又进一

4、步划分为已燃煤矸石，半燃煤矸石和未燃煤矸石三种。煤矸石三种。煤矸石的分类煤矸石的分类 全国历年累计堆积量矸石量约全国历年累计堆积量矸石量约45多亿多亿t，占地，占地1.5万万ha以上；以上； 今后每年排放量达今后每年排放量达1.52亿亿t，占地约，占地约300ha； 较大规模矸石山约有较大规模矸石山约有1600多座；多座； 是我国目前年排放量和累计存量最大的工业废物，是我国目前年排放量和累计存量最大的工业废物，被视为固、气、液三害俱全的被视为固、气、液三害俱全的“工业废料工业废料”。重庆经济信息网1.1 1.1 煤矸石综合利用煤矸石综合利用 煤矸石的利用方式主要有以下几方面：煤矸石的利用方式主

5、要有以下几方面：1) 用作燃料供热或者发电用作燃料供热或者发电2) 用作建筑材料用作建筑材料 可以制砖、瓦、水泥等以代替部分粘土。可以制砖、瓦、水泥等以代替部分粘土。3) 用作充填材料用作充填材料 塌陷地或者废矿场复垦充填材料；公路路基；井下护巷塌陷地或者废矿场复垦充填材料；公路路基；井下护巷材料等。材料等。4) 制取化工产品制取化工产品 煤矸石中含有硫、铝、铁、钡等煤矸石中含有硫、铝、铁、钡等50多种元素，富集量达多种元素，富集量达到具有工业利用价值时可以提取利用。到具有工业利用价值时可以提取利用。火铺矸石电厂火铺矸石电厂- - 贵州贵州5) 5) 生产农用肥和改良土壤生产农用肥和改良土壤

6、生产有机复合肥料生产有机复合肥料 煤矸石含有丰富的植物生长所必须的微量元素。选用含有机质较高的煤矸石经粉碎后，按一定比例与过磷酸钙混合，同时加入适量的活化剂，并加入适量水，经充分反应活化并堆沤后，即成为一种新型实用肥料。还可掺入氮、磷、钾元素，制成全营养煤矸石肥料。 煤矸石有机复合肥料属于长效肥料，随着颗粒风化，其中养分将陆续析出，在2-3年内均有肥效有明显的增产效果。与施用其它化肥相比，施用小麦, 每亩增产21.3%，施用于水稻增产9.2%，用于果园可增产8.1%。恩施市利用天然含硒煤矸石生产富硒烟恩施市利用天然含硒煤矸石生产富硒烟叶专用肥初试成功叶专用肥初试成功l生产微生物肥料生产微生物肥

7、料 煤矸石有机物，是携带固氮、解磷、解钾等微生物最理想的基质和载体，因此，煤矸石又是生产微生物肥料的主要原料，主要以固氮菌肥、磷肥、钾细菌肥为主。l改良土壤改良土壤 利用煤矸石的酸碱性及其中含有的多种微量元素和营养成分，可用于土壤改良，调整土壤的酸碱度和疏松度，提高土壤的肥力，促进农作物生长。潞安矿业集团与北京林业大学合作研制出了青椒、谷子专用煤矸石复合微生物肥料。经检测：施用煤矸石复合微生物肥料的青椒、谷子分别要比施普通化肥的同类农作物增产9.3和10.3，VB1含量提高103.1，粗纤维、硝酸盐等含量大大降低，并具有克服施用化肥肥效不长、农作物品质下降等功效。 目前，煤矸石的综合利用（如发

8、电、烧砖、提炼目前，煤矸石的综合利用（如发电、烧砖、提炼硫精矿和其它化工产品等硫精矿和其它化工产品等)比例仍然较小，约占当年排比例仍然较小，约占当年排放量的放量的20%左右；左右；另外另外, 用作筑路、矿井和沉陷区充填、复垦造田等，约用作筑路、矿井和沉陷区充填、复垦造田等，约占当年排放量的占当年排放量的30左右，仍有大量矸石山没有或不左右，仍有大量矸石山没有或不能充分利用，也没有进行无害化处理。能充分利用，也没有进行无害化处理。由此，煤矸石山或者矸石场的复垦工作显得尤为重要。由此，煤矸石山或者矸石场的复垦工作显得尤为重要。 防止或减轻环境污染、改善区域生态环境；防止或减轻环境污染、改善区域生态

9、环境； 恢复土地资源；恢复土地资源； 提高企业形象和影响，社会效益显著；提高企业形象和影响，社会效益显著； 产生经济效益；产生经济效益；1.2 1.2 煤矸石山复垦与绿化的必要性与作用煤矸石山复垦与绿化的必要性与作用1.31.3 煤矸石废弃地复垦的利用方向煤矸石废弃地复垦的利用方向l (一)农牧业复垦l 农业复垦主要以种植农作物和果树为主；牧业复垦主要以种植豆科牧草为主。l但由于有的煤矸石重金属及其他有毒物质的存在，对粮食和牧草的可食性有一定的影响。另外，这两种复垦方式以覆盖较厚的土层为基础，因此受到经济条件的制约。 (二)林业复垦 煤矸石山的林业复垦是通过改善煤矸石废弃地的立地条件，选探适宜

10、的造林树种，通过合理的栽植和管理手段，恢复煤矸石废弃地的植物群落，增加煤矸石废弃地的生物多样性，建成稳定、自维持的生态系统，改善矿区环境和矿区景观。 (三)景观复垦 通过改变煤矸石山的立地条件，选择适宜的煤矸石山植被恢复材料，运用科学的栽植和管理方法，恢复煤矸石山的植被和生态系统，并运用现代景观设计手段，创造适合当地景观特点和人文特点的煤矸石山风景，使煤矸石山既具有稳定的、自维持的植被生态系统又具有良好的风景景观，实现生态、经济、社会价值等。第二节第二节 煤矸石山复垦绿化技术模煤矸石山复垦绿化技术模式和程序式和程序一煤矸矸石山复垦绿化技术模式二 煤矸石山复垦的程序 1 煤矸石自燃发火机理 1

11、1）黄铁矿氧化学说）黄铁矿氧化学说 该学说是Plott与Berzelius于17世纪提出并应用于煤自燃发火机理的研究，后来该学说广泛应用于煤矸石山自燃发火机理的研究，是目前学术界普遍认同的矸石自燃理论。煤矸石中的黄铁矿(FeS2)具有较强的还原性，在低温下无论在干燥和潮湿的环境中均易与空气中的氧气发生一系列的氧化-还原反应，并释放出大量的热量。如果矸石山环境散热不良，放热反应所产生的热量不断在煤矸石内部积聚，促使煤矸石内部温度不断升高，当某一局部达到一定温度后，可引起矸石中的煤和可燃物燃烧。 2 2）煤氧化复合自燃学说）煤氧化复合自燃学说 煤矸石中通常夹带着10-25的碳质可燃物，在低温的情况

12、下，矸石中的煤会与空气中的氧发生缓慢的氧化反应，同时放出热量。矸石中的煤氧化时放出的热量如不能全部散发于周围环境中，就会促使矸石升温，温度的升高又会进一步加速氧化放热反应。在达到临界温度点后，氧化反应速度将急剧加快，此时若仍能得到充分的氧气供应，矸石就会很快进入自燃状态。 3 3）细菌作用学说）细菌作用学说 该学说认为硫杆菌对煤矸石的自燃起一定的作用。1934年英国学者Potter首次研究并提出硫杆菌与黄铁矿的作用与煤和煤矸石自燃的关系。1951年波兰学者Dubois等人在考察泥煤的自热和自燃时指出：当微生物极度增长时，一般都伴有生化放热过程，在30以下是真菌和放线菌起主导作用，当温度上升到6

13、070时，亲氧真菌死亡，嗜热细菌开始发展，但是在温度超过75时所有生化过程均消亡。细菌作用学说认为煤矸石自燃的初期细菌作用起到了一定的自热潜伏作用。 4 4）晶核理论与自由基作用学说）晶核理论与自由基作用学说 煤矸石中黄铁矿晶核在采掘过程中由于外力的作用使其晶核破裂，因而形成了许多的活性面。该破损的晶核非常容易与空气中的氧气分子发生反应，并释放出大量的热量。 李增华研究认为，有机大分子物质煤在外力作用下使煤块破裂，产生大量裂隙，必然造成煤分子链的断裂。分子链断裂的本质就是链中共价键的断裂，从而产生大量的自由基，从而为煤矸石中煤与空气中氧气反应创造了条件。5 5）挥发分学说）挥发分学说 认为矸石

14、山煤矸石是高度分散的分散体系，其具有巨大的表面能，容易与空气中的氧气发生物理吸附和化学吸附，并释放出热量；而且由于采掘的原因煤矸石中的黄铁矿晶核破裂以及煤分子链断裂，因而形成了许多的活性面，在一定的蓄热温度下煤矸石中所混的煤在一定温度下挥发出一些易燃物质，当达到这些挥发分的燃点时则发生自燃。 煤矸石要发生自燃，必须具备以下4个条件：l1）含有能够在常温下氧化的物质或可燃物，即煤矸石具有自燃倾向性；l2）有氧气存在；l3）有使热量积聚的环境；l4）维持足够的时间以达到引燃温度。 其中条件1为煤矸石自燃的内部特征，条件2、3和4是煤矸石自燃的外部条件，为此我们要想预防煤矸石自燃发火，就必须着重研究

15、其可以人为改变的外部条件，进而采取措施抑制其自燃发火。l1）选择合适矸石堆放方法l矸石山在自然堆放过程中，会发生粒度偏析，使矸石山内形成了空气通道，结果使矸石山产生“烟囱效应”，所以，许多国家通过采用分层压实方法堆放煤矸石，控制煤矸石的压实程度，来解决矸石山的自燃问题。l2) 清除可燃物法l煤矸石一般含有10-20的可燃物质(主要有煤和碳质页岩等)和能够在常温下氧化的物质黄铁矿，在堆积之前，如能回收其中的煤和黄铁矿，不仅能有效地防治自燃，而且能够提高经济效益。l3 )切断供氧的条件l要改变传统的堆放方法，采取“小堆重积”或“小堆薄层压实”的堆放方法，从而隔断氧气的供应。在堆放前，还可先用矸石筑

16、成大坝，然后向大坝内倾倒煤矸石以进一步隔断氧气。l对于己成堆但未自燃的煤矸石山，在矸石山中、下部覆盖黄土并压实，或用灌浆胶结固化。l1）注浆法 工艺过程为先将灭火材料(石灰浆)制成一定浓度的灭火浆液，再在火区布置一系列钻孔，用注浆泵将灭火浆液注入矸石山内部。l优点：是可使矸石迅速降温，也有较好的隔氧效果。同时，若注浆材料中含有碱性物质，还可以吸收部分矸石燃烧释放出的SO2气体，有助于减轻自燃矸石山的污染程度，反应中生成的亚硫酸盐与硫酸盐，还具有一定的隔氧作用，而且矸石山内部环境从酸性变为碱性，抑制了硫杆菌类细菌的生长，这样也可大大减小黄铁矿的氧化速率，减小矸石发生自燃的可能性。l2）泡沫法l泡

17、沫法是向火区灌注泡沫灭火剂，用来隔绝氧气和吸收热量，以此降低矸石温度，从而达到灭火目的。l3） 挖除火源法或挖掘熄灭法l当着火范围不大时，该法实施比较简单，成功率高。但对大面积自燃，人员及设备难以进入火区，挖除火源工作量大，并有一定危险性。因此该方法仅适用于矸石山自燃初期或作为灭火方法的一种辅助措施。l4） 表面封闭法(覆盖法)l在矸石山表面覆盖黄土等惰性物质，来隔绝空气防治自燃。此法尤其适用于新矿井未发生过矸石山自燃的防治，即新矸石一般排出地面就分层覆盖黄土，并夯实充密。大约每2米厚的矸石覆盖1米厚的黄土，效果最佳。l5） 注水法l水分对矸石自燃的作用具有两重性：可起到阻止矸石和氧接触，即起

18、到隔氧阻化的作用。同时，水受热蒸发时能吸热降温，可消耗矸石在氧化时产生的热量，因而热量难以聚积，避免产生升温现象。但当矸石的外在水分蒸发减少到一定程度时，矸石的外在水分可由原来的阻化作用转变为催化作用，从而促使煤矸石氧化和自燃。同时注水法会形成水流通道，为氧气的进入提供了条件，由此又会引发新的矸石的自燃。所以，该方法只能作为一种辅助措施加以使用。l6）低温惰性气体法l低温惰性气体法是向火区注入液氮、液态二氧化碳等惰性气体，利用其气化时巨大的吸热作用，使矸石快速降温，同时残存在矸石空隙中的惰性气体也可起到隔绝氧气的作用。注浆法的灭火浆液受重力的影响.主要是向下方渗透，而这种冷态气体的扩散不受重力

19、影响，作用范围更大，效果更均匀。但这种方法冷却矸石需大量的惰性气体，气源及灭火成本是这种方法的主要问题l1 煤矸石废弃地植被建设模式l1）人工干预植被自然演替模式l自然植被演替规律为裸地一年生草本多年生草本灌丛乔木。l植物在矸石裸地定居，自然过程极端缓慢，因而人类可在此阶段改造地貌，加强干预，促进植物着生。l具体步骤：改造地貌-促进定居-改良基质-促进演替。l通过增加矸石山表层土壤有机质，降低重金属毒性，增加微生物活性，促进植被演替。然后遵循群落演替规律，通过植物种类筛选和合理的植被顺序，达到矸石山植被恢复效果。l从裸地到一年生草本植物定居阶段，从一年生草本到多年生草本演替，以自然演替为主。l

20、从多年生草本灌丛乔木阶段即可加大人为干预。人为干预应以植被演替各阶段之间的迅速转化为原则，在各演替阶段积极地引进下一演替阶段的植物种类。l该种植被恢复模式的特点是投入的人力、物力、财力少，生态效益明显，但恢复历史较长，经济效益较低。适合未自燃小型矸石山的治理。l2） 客土复绿模式l客土复垦法是矸石山复垦最直接、最快速的一种复垦途径。它是指在有覆土条件的矸石山废弃地上，覆盖一定厚度(通常为50cm左右)有生产能力的土壤，并通过一些土壤改良措施(如施肥、种植豆科作物或绿肥等)直接对矸石山废弃地进行利用的一种途径。它能克服矸石山立地条件极端贫瘠问题，并能迅速为植物所定居。l该模式首先对矸石山进行整形

21、设计，机械碾压，然后覆土造地，植被重建。l客土复垦模式的优点是快速，能很快实现植被恢复目的；缺点是需要大量客上资源，工程量大，投资高，适宜大型矸石山的治理。l3） 生态恢复与植被景观配置模式l绿化型配置模式绿化型配置模式 该模式是煤矸石山复垦景观配置的基本模式，在满足煤矸石山植被生长的基本要求的基础上，注重的是绿化造林树种在时间和空间上的搭配，强调造林树种的水平和垂直方向的生态配置。l植被的水平景观效果是指群落的水平布局，包括不同种植物的聚散、植被的季相变化、树种的物候期变化和树种的叶色变化等。创造矸石山绿化植被的季节性景观变化，突出区域植被的季相特点，或者突出某些植物的季相特点，形成矸石山绿

22、化景观的特色。l植被的垂直景观效果主要是指在植被的生态结构合理的基础上，合理地配置乔木、灌木和地被植物，使之形成合理的植物群落，又具有较好的景观效果。l风景型配置模式风景型配置模式 矸石山治理效果的观赏性包括煤矸石山的风景园林小品观赏性和植被景观的观赏性。l风景园林小品要根据矸石山所处的环境特点，规划设计符合矿区环境和地方人文特点的设施和建筑。l植物景观的规划设计要根据当地植被分布特点，充分考虑煤矸石山植被群落的树种要具有不同的生态特性和物候特征，选择能够满足煤矸石山立地条件要求的、具有较高观赏价值的植物材料进行合理配置，植物材料的选择可以考虑植物的形体、叶色、花色以及果实的颜色等，结合山体的

23、形状、风景园林小品，创造“山花烂漫、四季常青、景观幽雅”的煤矸石山复垦景观。l这两种这两种配置模式的优点也是快速，生态、社会效益好；缺点是需要大量客上资源，工程量大，投资高。平顶山煤矿矸石山绿化（平顶山煤矿矸石山绿化（1996）（图片来自胡振琪教授）（图片来自胡振琪教授）l2 煤矸石废弃地立地条件l 立地条件是指与植物生长发育有关的所有环境因子的总称。掌握煤矸石废弃地的立地条件的本质才能做到“适地适树”或“适地适植物”。l2.1 煤矸石风化物l煤矸石山堆放一年后会产生风化层，厚度可达10cm左右。风化层的存在，内部的煤矸石与外界隔绝，很难再进一步风化。煤矸石在风化过程中会分解产生部分可溶盐，与

24、内陆盐渍土的盐分组成和含量相似，可随水移动。l 2.2 煤矸石山的水分特点l 煤矸石风化物与黄土相比，密度相近，容重较大，表现为总孔隙度较低，进而表现为田间持水量和有效水含量最大值都较低。煤矸石因极少毛管孔隙，水分易渗透而不易蒸发，故虽有效水容纳量小于黄土，但有效水利用率却高于黄土，尤其在旱季可高于黄土2-5。风化矸石的营养元素与有毒元素含量随岩石风化矸石的营养元素与有毒元素含量随岩石的沉积年代、沉积环境、成因及地区的不同而存的沉积年代、沉积环境、成因及地区的不同而存在着差异，但都具有植物生长所需要的多种营养在着差异，但都具有植物生长所需要的多种营养元素，而所含元素，而所含速效养分一般较贫乏速

25、效养分一般较贫乏。2.3 2.3 矸石风化物的肥力状况矸石风化物的肥力状况养分状况养分状况 风化矸石风化矸石吸热性吸热性主要取决于其颜色、湿度和主要取决于其颜色、湿度和地面有无覆盖物的状况；地面有无覆盖物的状况；散热性散热性主要与其所含水主要与其所含水份的蒸发、大气相对湿度、太阳辐射等有关。份的蒸发、大气相对湿度、太阳辐射等有关。 矸石风化物为灰黑色，比浅色的黄土升温快。矸石风化物为灰黑色，比浅色的黄土升温快。夏季高温时矸石地表面可达夏季高温时矸石地表面可达4050，容易烧死，容易烧死植物幼苗。水份越多，大气相对湿度越低，蒸发植物幼苗。水份越多，大气相对湿度越低，蒸发越强烈，散热越快，降温越快

26、。越强烈，散热越快，降温越快。2.3 2.3 矸石风化物的肥力状况矸石风化物的肥力状况热状况热状况 矸石风化后矸石风化后pH值在值在 7 左右，呈中性。但酸左右，呈中性。但酸碱性随风化程度、自燃产生的碱性随风化程度、自燃产生的SO2、H2S等等(可使可使pH减小减小)、灌溉和降水、灌溉和降水(可使酸度减小可使酸度减小)等因素的等因素的变化而变化。变化而变化。 煤矸石自然风化后，硫化物氧化或在微生物作煤矸石自然风化后，硫化物氧化或在微生物作用下极易形成酸性物质，从而使煤矸石山表面风用下极易形成酸性物质，从而使煤矸石山表面风化物呈酸性。煤矸石山酸度最大时，化物呈酸性。煤矸石山酸度最大时，pH使可达

27、使可达32.3 2.3 矸石风化物的肥力状况矸石风化物的肥力状况酸碱度酸碱度l2.4 煤矸石山立地条件的主导因子分析l 无土壤可言，有机质含量少，物理结构极差，尤其是保水、持水和保肥能力差。l 存在限制植物生长的物质，包括pH值、重金属及其他有毒物质等。l 缺乏营养元素，尤其缺乏植物生长必需的氮和磷。l 土壤生物缺乏，尤其缺乏对植物生长有利的生物，如蚯蚓、线虫及微生物。l3.1 煤矸石山整形技术l3.2煤矸石山的基质改良技术 l3.3 煤矸石废弃地的植物种类选择的基本原则 l3.4煤矸石山绿化抗旱栽植技术l 3.5 栽植方法与技术要点3.1 3.1 矸石山复垦的一般技术矸石山复垦的一般技术煤矸

28、石山的复垦，一般包括以下三个方面：煤矸石山的复垦，一般包括以下三个方面：1. 清除矸石山清除矸石山，矸石用于工业或修筑道路等；，矸石用于工业或修筑道路等；2. 平整矸石山平整矸石山，将矸石山改造成平面，用于工，将矸石山改造成平面，用于工业和民用建筑用地；业和民用建筑用地；3. 矸石山阶地化矸石山阶地化，将矸石山作适当处理，用作，将矸石山作适当处理，用作绿化区。绿化区。矸石山的完全清除是最佳的复垦方法，但花费较大。矸石山的完全清除是最佳的复垦方法，但花费较大。 3.1.1 3.1.1 清除矸石山，矸石用于工业或修筑道路等清除矸石山，矸石用于工业或修筑道路等用挖掘机对用挖掘机对某矿矸石山清除过程某

29、矿矸石山清除过程 清除过程中工作梯段的高度一般不超过清除过程中工作梯段的高度一般不超过4m；挖掘下；挖掘下来的矸石用汽车运走，汽车道路的坡度小于来的矸石用汽车运走，汽车道路的坡度小于6。这一方法比较经济，将锥形的矸石山改造为扁平这一方法比较经济，将锥形的矸石山改造为扁平状矸石场，下图为用推土机逐层把矸石推向周边。状矸石场，下图为用推土机逐层把矸石推向周边。3.1.23.1.2平整矸石山，用于工业和民用建筑平整矸石山，用于工业和民用建筑用推土机降低矸石山的工艺图用推土机降低矸石山的工艺图 不清除矸石山，在矸石山的坡面上建造阶地，覆不清除矸石山，在矸石山的坡面上建造阶地，覆盖土壤，栽种树木。阶地之

30、间的坡面广种多年生的草盖土壤，栽种树木。阶地之间的坡面广种多年生的草本植物。矸石山绿化可以改善矿区生态环境，清洁大本植物。矸石山绿化可以改善矿区生态环境，清洁大气，并改变地区的面貌，这对于市区或靠近居民区的气，并改变地区的面貌，这对于市区或靠近居民区的矸石山尤为重要。矸石山尤为重要。 3.1.33.1.3矸石山的阶地化，用作绿化区矸石山的阶地化，用作绿化区(1) 挖填式阶地（梯田）挖填式阶地（梯田） 适用于坡面角小于适用于坡面角小于30的矸石山。阶地的条带的矸石山。阶地的条带有有410的倾斜，阶地高度约为的倾斜，阶地高度约为1015m，倾，倾斜长度斜长度2025m，见下图，见下图a： (2)

31、微小阶地微小阶地 用人力或简单机械挖掘宽为用人力或简单机械挖掘宽为0.20.3m的小阶的小阶地，高度间隔为地，高度间隔为23m，见下图，见下图b：微型阶地等高植树微型阶地等高植树（图片来自胡振琪教授）（图片来自胡振琪教授）(3) 螺旋状阶地螺旋状阶地 对于放缓的、降低的废石场进行绿化时，需要对于放缓的、降低的废石场进行绿化时，需要把各种重物运到高处，此时宜用螺旋状阶地，阶地把各种重物运到高处，此时宜用螺旋状阶地，阶地平台纵向倾角大于平台纵向倾角大于6，横向倾角为，横向倾角为46，用，用推土机或挖掘机进行螺旋状阶地的施工。推土机或挖掘机进行螺旋状阶地的施工。 螺旋式阶地植树螺旋式阶地植树 （图片

32、来自胡振琪教授）（图片来自胡振琪教授）王庄煤矸石山绿化王庄煤矸石山绿化1年后年后（1991年年6月）月）王庄煤矸石山王庄煤矸石山绿化绿化4年后年后（西侧，（西侧，1994年年6月）月） （图片来自胡振琪教授）（图片来自胡振琪教授）1）化学改良法 煤矸石废弃地未经处理就直接种植,将严重影响微生物和植物生长。尤其是矸石山呈酸性时，酸性能提高重金属离子的溶解度，从而增强其毒性。 对于pH值不太低的酸性土壤可以通过施用石灰来调节酸性。 在pH值过低时，一次性石灰用量会很大，不利于作物生长，可以用磷矿粉来改良酸性，一来可以提高土壤肥力，二来能在较长的时间内控制土壤pH值。 此外，粉煤灰也可用来改变土壤酸

33、性环境、质地、增加土壤持水量和土壤肥力。l对于重金属含量过高的废弃地可施用碳酸钙或硫酸钙来减轻金属毒性。另外，施用有机物质，可以螯合部分重金属离子，缓解其毒性，同时改善基质的物理结构。 2）生物改良法 生物改良是利用对极端生境条件具有耐性的固氮植物、绿肥作物、固氮微生物、菌根真菌等改善矿区废弃地的理化性质。l微生物法是利用微生物+化学药剂或微生物+有机物的混合剂改善土壤的理化性质和植物生长条件方法。它能迅速熟化土壤，固定土壤中的氮素，参与养分的转化，促进植物对养分的吸收，分泌激素刺激植物根系发育，抑制有害微生物的活动。l另外，在植物根系接种真菌菌株，可以促进植物根系对土壤中磷、钾、钙等矿质元素

34、的吸收，扩大根系吸收面积，提高植物对不良环境条件的抵抗能力。l3）客土法 l客土法就是将外来的土壤覆盖到煤矸石山的表面，或在整好的植树带和植树穴内进行适量“客土”覆盖，以增加栽植区的土层厚度，迅速有效地调整煤矸石山粒径结构，达到改良质地，提高肥力的目的。l有条件的煤矿，可以用污水污泥与生活垃圾等代替客土，既能提高煤矸石山的肥力水平、改善煤矸石山表层的结构；又能提高废物利用率，达到“以废治废”的目的。l4）灌溉与施肥 l适当的灌溉措施可以缓解煤矸石山的酸性、盐度和重金属问题。矸石堆积地土壤缺乏氮、磷等营养物质，解决这类问题的方法是添加N、P速效的化学肥料。l由于煤矸石山的结构松散，保水保肥能力差

35、，化肥很容易淋溶流失。在施用速效肥料时应采取少量多施的办法或选用长效肥料。l如果煤矸石山上存在极端的pH、盐分或金属含量过高，首先要进行土壤排毒，然后再施用化学肥料。由于速效的化学肥料在结构不良的废弃地上易于淋溶，添加有机肥也是改良土壤的一种有效方法。l 3.3 煤矸石废弃地的植物种类选择的基本原则l1）适地适植物原则l适地适植物就是使植物的生物学特性与煤矸石山废弃地的立地条件相适应，以充分发挥植物的生产与生态潜力。适地适植物大体可以通过两条途径来实现：选植物适地 改地适植物，l 2）优先选择乡土树种的原则l积极选择利用有价值的、适生的、接近演替项级的，尤其是选择那些已在矸石山自然成活的乡土树

36、种。以乡土植物种选择为主，可以保证煤矸石山植被恢复的稳定和成功；适当引进外来树种丰富矸石山的植物种类，提高生态效益。l3）水土保持与土壤快速改良原则l选择的优良植物种类必须具有良好的水土保持特性和快速改良煤矸石山的物理和化学性质的特点。优先选择那些抗旱且具有固氮能力的豆科植物种类。l 4）植被恢复效益最优原则l在进行煤矸石山适宜植物种类的筛选时，要将其中最适生、最具有防护功能和经济功能的植物列为主要植物种，以保证植被恢复的生态效益和经济效益。l5）乔、灌、草相结合的原则l煤矸石山植被恢复应遵循植被演替规律，宜林则林、宜灌则灌、宜草则草。l1）选用良种壮苗（略）l2）苗木保护与保水技术l起苗前要

37、浇水。l运输时要洒水。l假植时要浇水。l栽植时要蘸水或浸水。l栽植后要浇透水。l对萌芽力较强的阔叶树可进行“截干栽植”，减低水分蒸腾，防止苗干的干枯，保高造林的成活率。对常绿针叶树或大苗造林时，可适量进行修枝剪叶，减少枝叶面积和水分蒸腾量。l3 ）保水剂技术l保水剂是一种吸水能力特别强的功能高分子材料。无毒无害，反复释水、吸水，因此农业上人们把它比喻为微型水库。保水剂可吸收自身重量的数百倍至上千倍的纯水。保水剂技术的三种主要实施方式：l (1)蘸根l (2)泥团裹根 把根部放进塑料袋，装上混有保水剂的土，栽正压紧并用细绳绑好袋口，在塑料袋上扎若干小孔，置于水中浸泡，待其充分吸水后进行造林。劳动

38、强度大，不适宜大面积造林。l (3)土施 土施后，为防止保水剂在阳光下过早分解，要在混有保水剂的土层上面覆盖5cm浮土，以防保水剂在阳光下过早分解。 l4）地表覆盖技术l 地表覆盖是改变土壤蒸发条件的最有效方法，主要利用秸秆、地膜、草纤维、保墒剂等。覆盖可以充分利用地表蒸发的水分，提供苗木成活后生长所需的水分，防止苗木因干旱造成生理缺水而死亡。l此外，覆盖还可以避免晚霜或春寒、春旱、大风等造成的冻害，提高地温，促进土壤中微生物的活动，加快有机质的分解和养分的释放，从而利于根系的生长、吸收及营养物质的合成和转化，保证苗木的成活和生长。l5）生根粉应用技术lABT生根粉是一种广谱、高效、复合型的植

39、物生长调节剂，能通过强化、调控植物内源激素的含量和重要酶的活性，促进生物大分子的合成，诱导植物不定根或不定芽的形成，调节植物代谢强度，应用于植树造林和扦插，可保进苗木生根、生长，达到提高植被成活率的目的。在造林上，有浸根、喷根、速蘸、浸根包泥团4种方法。l6）局部防渗保水技术l为了保证局部客土能够有效的保留，避免从块石缝隙间渗流，同时加强对人工补水和天然降雨的有效利用，客土回填前，在坑底及周边采用地膜铺垫，起到蓄水减渗的效果。由于采用的地膜相对较薄，当苗木成活，根系充分发育后，能够扎破地膜，进入深层，克服了地膜对苗木生长的禁锢。l7 ）菌根菌造林技术l菌根菌造林技术就是在高等植物的根系受特殊土

40、壤真菌的侵染而形成的互惠共生体系，然后用这种被侵染的菌根苗造林的技术。菌根苗的根系能扩大对水分及矿质营养的吸收；增强植物的抗逆性，在干旱、贫瘠的矿区废弃地环境中作用尤其显著。l矸石山是由矸石颗粒自然滚落堆积形成，相对于自然山形地貌而言，矸石山的稳定性较差，生态基础较脆弱。很容易导致的边坡块体移动，特别是滑坡、崩塌。l边坡防护治理技术是以生态理念为主导,采用生物与工程相结合的综合技术措施，在首先保证边坡整体稳定的基础上，在边坡面上建立一定厚度的利于植物生长的营养土层，创造适合植物生长的良好环境，使坡面上形成一道以植物根茎交织而成的保护网，起到固坡护坡作用，因地制宜建设特色景观，并恢复生态环境的综

41、合效果。4.1.1 削坡、分级处理 对边坡高度大于4m、坡度大于1：1.5的，宜采取削坡分级工程。土质坡面的削坡分级主要有直线形、折线形、阶梯形、分级马道等4种形式。l4.1.2 坡脚拦挡处理l坡脚拦挡处理工程措施主要是砌石挡墙。根据防护强度不同可分为干砌石、浆砌石挡墙，结构形式多为重力式，有仰斜式、直立式、俯斜式、凸形折线式、衡重式等断面形式。l干砌石挡墙透水性较好，适用于低矮边坡；浆砌石挡墙防护效果持久、稳定。在矿区应用时，干砌石挡墙尤其适用于防护等级要求不高的边坡，浆砌石挡墙还可用于高度大于6m的排土场边坡。浆砌石挡墙设计示意图 干砌石挡墙设计示意图 l4.2.1 植被毯坡面植被恢复技术

42、l植被毯恢复技术是利用人工加工复合的防护毯结合灌草种子进行坡面防护和植被恢复的技术方式。如植被毯利用稻草、麦秸等为原料，在载体层添加灌草种子、保水剂、营养土等生产而成。l1) 技术特点及适用范围l 该技术施工简单，植被毯能够固定表层土壤，增加地面粗糙度，缓解雨水对坡面表土的冲刷；植被毯中的纤维层具有保水保墒的作用，有利于植物种的顺利出苗成长，提高了植被恢复的成功率；植被毯中加入肥料、保水剂等，可为植物种子出苗、后期生长提供良好的基础条件。l 一般适用坡度不陡于1：1.5的稳定坡面，不受坡长的限制；土壤立地条件较差的坡面，在对土壤进行改良的基础上也可以再应用本技术。l2)施工要点及养护管理l根据

43、项目区气候、土壤及周边植物等情况，确定植物品种和播种量；l落实植被毯铺设前的坡面整理、土壤改良、坡面排水等相关工作；l植被毯铺设时应与坡面充分接触并用木桩固定。毯之间要重叠搭接。搭接宽度l0cm。l施工后立即喷水，保持坡面湿润直至种子发芽；l植被覆盖保护形成后的前2-3年内，注意对灌草植被组成的人工调控，以利于目标群落的形成。l4.2.2 植生袋坡面植被恢复技术l植生袋技术是将选定的植物种子通过两层木浆纸附着在可降解的纤维材料编织袋内侧，加工缝制成植生袋。施工时通过在植生袋内装入现场配置的可供植物生长的土壤材料，封口后按照坡面防护要求码放，结合后期的浇水、养护，起到拦挡防护、防止土壤侵蚀，同时

44、恢复植被的一项工程技术。l1) 技术特点及适用范围l该技术使用简单方便，施工速度快，可根据不同地形灵活施工。可以对表层欠稳定的边坡起到生物防护和拦挡作用；植物出苗率高，坡面绿化效果持续稳定；植被袋的纤维材料直到植物根系具有一定的坡面固着能力时才逐渐老化，具有较好的抗侵蚀防护作用；植被袋柔韧性高，不易断裂，可以承受较大范围的变形而不坍塌。植生袋施工码放如下图。l植生袋技术适用于1：1-1：4的坡面，并常用于陡直坡脚的拦挡和植被恢复，对于较陡的坡面，坡长于大l0m时，应进行分级处理；结合土工格栅、钢筋笼、铁丝网等加筋措施，植生袋可以应用在更大的坡度范围上。l2) 施工要点及养护管理l首先根据坡面的具体立地条件选配植物种。根据坡体的稳定程度、坡度、坡长来确定码放方式和码放高度；根据施工现场土壤状况，在满足植物生长需求的前提下，在植被袋内混入适量弃渣，实现综合利用；码放中要做到错茬码放，且坡度越大，上下层植被袋叠压部分要越大。植被袋之间以及植被