一种井工矿开采扰动区裂缝修复装置及方法与流程

1.本发明涉及矿山开采地裂缝修复技术领域，具体涉及一种井工矿开采扰动区裂缝修复装置及方法。


背景技术：

2.地裂缝是地表岩、土体在自然或人为因素作用下产生开裂，并在地面形成裂缝的地质现象，例如在矿山开采地常发生地裂缝。地裂缝会造成植物根系损伤，土壤水分、养分流失等一系列问题。目前对地裂缝灾害的处理措施，多采取预防为主的原则，对已经存在的地裂缝则是通过灌注和回填的方法进行修复，该方法存在的问题是，地裂缝的活动造成修复工程需要反复施工造成浪费，而且修复后的土地无法充分利用，造成景观的缺失。
3.另外，还有一部分现有技术中，虽然可以对露天矿排土场的灌木栽植起到很好的效果，仅提供了土壤分层铺设的方法，保水层直接与外围土壤接触，无法有效保水，因此无法应用于井工矿裂缝产生区的裂缝修复。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种井工矿开采扰动区裂缝修复装置及方法，通过矿区土壤改良，提高土壤保水保肥能力，促进灌木发育，将井工矿土地塌陷区的裂缝进行修复，促进土壤质量的改良和景观恢复，在保水的同时，以植物为桥梁，增强裂缝两侧的养分、水分交换和结构关联，不仅保证水分的缓释，也不会影响植被根系的扩散，能够有效促进裂缝的修复和愈合减少人工干预，充分利用生态的自修复能力，快速改善井工矿区地裂缝的景观及生态情况。
5.为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
6.一种井工矿开采扰动区裂缝修复装置，包括用于种植沙棘苗的苗穴、储水装置和支撑装置。其中，苗穴内从上到下依次设置腐殖层、防止蒸发层、根系促生层和水分扩散层，苗穴上面对裂缝墙体的两侧面设置成可抽动式隔板，与苗穴上面对裂缝墙体的两侧面相邻的两侧面和苗穴的底部均设置成网状结构。储水装置布置在苗穴的底部，水分扩散层设有能够与储水装置内部连通的吸管。支撑装置铺设在裂缝上，储水装置布置在支撑装置上。苗穴、储水装置和支撑装置的主体结构均由木质材质制成。
7.根据本发明的井工矿开采扰动区裂缝修复装置，能够对土层扰动很大的区域—采煤塌陷区的裂缝进行修复，采用“侧面隔离”保水措施，缓释水分，保证对周围土壤的长时间供水，与填充式修复裂缝相比，更加注重充分利用生态自修复力修复裂缝，采用可降解无污染的材料制作苗穴，同时促进灌木根系向裂缝壁延伸，促进受损区的生态恢复，减少人工干预，能够对井工矿开采扰动区产生的裂缝进行修复的同时恢复景观。
8.对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
9.根据本发明的井工矿开采扰动区裂缝修复装置，在一个优选的实施方式中，苗穴的主体结构为由从上到下间隔布置的竹条构成的框架结构，与苗穴上面对裂缝墙体的两侧
面相邻的两侧面和苗穴的底部均设有尼龙网。
10.通过在苗穴上不与裂缝墙体直接接触的两侧面和底部设置尼龙网，能够有效简化整个装置的结构和节省成本，同时还能够有效避免苗穴中的土壤流失有利于沙棘苗的生长和向裂缝周边的土壤延伸增强成活力。
11.进一步地，在一个优选的实施方式中，与苗穴上面对裂缝墙体的两侧面相邻的两侧面设置2层200目尼龙网，苗穴的底部设置3层400目尼龙网。
12.通过在不同的侧面设置不同层数和不同目数的尼龙网，在保证避免土壤流失的前提下，能够合理利用材料尽可能节省成本。
13.具体地，在一个优选的实施方式中，水分扩散层内，设有均匀间隔布置的虹吸绳。
14.通过设置虹吸绳，能够有效确保水分扩散层对沙棘苗根部较长时间内的保水效果。
15.具体地，在一个优选的实施方式中，储水装置的主体为竹筐结构，竹筐结构内铺设可降解材质制成的塑料袋。
16.上述材质制成的储水装置，在能够确保很好地储存水资源的前提下有效避免对环境的污染。
17.具体地，在一个优选的实施方式中，支撑装置为由均匀排列的竹条捆绑成排的竹桥。
18.上述结构形式的支撑装置，结构简单，成本低，便于制作和铺设，且能够有效避免环境污染。
19.本发明第二方面的井工矿开采扰动区裂缝修复方法，采用上述所述的装置实施，具体包括如下步骤：s01、制作上述所述的装置s02、在预修复裂缝两侧挖设预设尺寸的凹槽，将支撑装置铺设在预修复裂缝上，将苗穴和储水装置组合置于支撑装置上。s03、在苗穴内从下到上依次添加预设厚度的水分扩散层、根系促生层、防止蒸发层和腐殖层，其中，防止蒸发层和腐殖层在沙棘苗栽种于根系促生层并且压实后铺设。
20.显然，根据本发明的井工矿开采扰动区裂缝修复方法，由于采用了上述所述的装置，能够有效改善采矿塌陷区的生态环境，促进生态恢复。
21.对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
22.具体地，在一个优选的实施方式中，水分扩散层为粒径在0.2-0.05mm之间的沙土，根系促生层为总养分质量分数p2o5+k2o≥6％的壤土，防止蒸发层为粒径在0.3-0.6mm之间的粗砂，腐殖层为矿区附近收集的腐殖质。
23.上述不同成分组成的土壤，能够对沙棘苗提供很好的生长环境促进生态恢复。
24.进一步地，在一个优选的实施方式中，在步骤s03中，沙棘苗选择两年生沙棘苗，栽种前在浓度800ppm的生根粉溶液中进行蘸根处理。
25.上述处理方式，能够极大程度上确保沙棘苗的成活率。
26.进一步地，在一个优选的实施方式中，在步骤s03中，沙棘苗在栽种时，埋深每10cm压实土壤，栽种完成后分至少两次浇水，确保根际存水15分钟为准。
27.通过上述步骤，能够进一步确保对沙棘苗的保水作用，使得后期不需要再对沙棘苗进行水分和养分管理。
28.相比现有技术，本发明的优点在于：通过矿区土壤改良，提高土壤保水保肥能力，
促进灌木发育，将井工矿土地塌陷区的裂缝进行修复，促进土壤质量的改良和景观恢复，在保水的同时，以植物为桥梁，增强裂缝两侧的养分、水分交换和结构关联，不仅保证水分的缓释，也不会影响植被根系的扩散，能够有效促进裂缝的修复和愈合减少人工干预，充分利用生态的自修复能力，快速改善井工矿区地裂缝的景观及生态情况。
附图说明
29.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
30.图1示意性显示了本发明实施例的苗穴的主视结构；
31.图2示意性显示了本发明实施例的苗穴的俯视结构；
32.图3示意性显示了本发明实施例的储水装置的主视结构；
33.图4示意性显示了本发明实施例的储水装置的俯视结构；
34.图5示意性显示了本发明实施例的支撑装置的主视结构；
35.图6示意性显示了本发明实施例的支撑装置的俯视结构。
具体实施方式
36.下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
37.图1示意性显示了本发明实施例的苗穴1的主视结构。图2示意性显示了本发明实施例的苗穴1的俯视结构。图3示意性显示了本发明实施例的储水装置2的主视结构。图4示意性显示了本发明实施例的储水装置2的俯视结构。图5示意性显示了本发明实施例的支撑装置3的主视结构。图6示意性显示了本发明实施例的支撑装置3的俯视结构。
38.实施例1
39.如图1至图6所示，本发明实施例的井工矿开采扰动区裂缝修复装置，包括用于种植沙棘苗的苗穴10、储水装置20和支撑装置30。其中，苗穴10内从上到下依次设置腐殖层101、防止蒸发层102、根系促生层103和水分扩散层104，苗穴10上面对裂缝墙体的两侧面a1、a3设置成可抽动式隔板，与苗穴10上面对裂缝墙体的两侧面a1、a3相邻的两侧面a2、a4和苗穴1的底部均设置成网状结构。储水装置20布置在苗穴10的底部，水分扩散层104设有能够与储水装置20内部连通的吸管。支撑装置30铺设在裂缝上，储水装置20布置在支撑装置30上。苗穴10、储水装置20和支撑装置30的主体结构均由木质材质制成。
40.根据本发明实施例的井工矿开采扰动区裂缝修复装置，能够对土层扰动很大的区域—采煤塌陷区的裂缝进行修复，采用“侧面隔离”保水措施，缓释水分，保证对周围土壤的长时间供水，与填充式修复裂缝相比，更加注重充分利用生态自修复力修复裂缝，采用可降解无污染的材料制作苗穴，同时促进灌木根系向裂缝壁延伸，促进受损区的生态恢复，减少人工干预，能够对井工矿开采扰动区产生的裂缝进行修复的同时恢复景观。
41.如图1和图2所示，具体地，在本实施例中，苗穴10的主体结构为由从上到下间隔布置的竹条构成的框架结构，与苗穴10上面对裂缝墙体的两侧面a1、a3相邻的两侧面a2、a4和苗穴10的底部均设有尼龙网。通过在苗穴上不与裂缝墙体直接接触的两侧面和底部设置尼龙网，能够有效简化整个装置的结构和节省成本，同时还能够有效避免苗穴中的土壤流失有利于沙棘苗的生长和向裂缝周边的土壤延伸增强成活力。进一步地，在本实施例中，与苗
穴10上面对裂缝墙体的两侧面a1、a3相邻的两侧面a2、a4设置2层200目尼龙网，苗穴10的底部设置3层400目尼龙网。通过在不同的侧面设置不同层数和不同目数的尼龙网，在保证避免土壤流失的前提下，能够合理利用材料尽可能节省成本。
42.具体地，在本实施例中，如图1所示，水分扩散层内104设有均匀间隔布置的虹吸绳105。通过设置虹吸绳，能够有效确保水分扩散层对沙棘苗根部较长时间内的保水效果。
43.如图3和图4所示，具体地，在本实施例中，储水装置20的主体为竹筐结构，竹筐结构内铺设可降解材质制成的塑料袋201。上述材质制成的储水装置，在能够确保很好地储存水资源的前提下有效避免对环境的污染。
44.如图5和图6所示，具体地，在本实施例中，支撑装置30为由均匀排列的竹条捆绑成排的竹桥。上述结构形式的支撑装置，结构简单，成本低，便于制作和铺设，且能够有效避免环境污染。
45.具体地，在本实施例中，苗穴10为50cm
×
50cm
×
80cm竹架结构，竹架结构由储水装置为2cm宽，0.5cm厚的竹条8组成，由上到下每隔20cm设置竹条固定。下部竹条由a1面至a3面固定，每隔5cm固定一次，每个竹条交叉口捆绑虹吸绳，下垂长度30cm。储水装置为50cm
×
50cm
×
20cm的竹筐结构，竹筐结构内铺设可降pla材质的解塑料袋。将储水装置20灌满水捆绑固定于苗穴10下端，苗穴10下端虹吸绳105浸入储水装置20中。支撑装置30为竹桥，由竹子捆绑成排组成，单个竹子直径3cm以上，长度根据裂缝宽度调整。苗穴10中腐殖层101的厚度为3cm、防止蒸发层102的厚度为3cm、根系促生层103的厚度为56cm、水分扩散层104的厚度为20cm，苗穴内设有沙棘苗106。
46.实施例2
47.本发明实施例的井工矿开采扰动区裂缝修复方法，采用上述所述的装置实施，具体包括如下步骤：s01、制作上述所述的装置。s02、在预修复裂缝两侧挖设预设尺寸的凹槽，将支撑装置铺设在预修复裂缝上，将苗穴和储水装置组合置于支撑装置上。s03、在苗穴内从下到上依次添加预设厚度的水分扩散层、根系促生层、防止蒸发层和腐殖层并压实，其中，防止蒸发层和腐殖层在沙棘苗栽种于根系促生层并且压实后铺设。
48.显然，根据本发明的井工矿开采扰动区裂缝修复方法，由于采用了上述所述的装置，能够有效改善采矿塌陷区的生态环境，促进生态恢复。
49.具体地，在所述步骤s02中，确定裂缝修复位置后，于裂缝两侧挖50cm宽，30cm进深，100cm深的卡槽，放置竹桥，并根据裂缝宽度放置不同数量的上述装置，放置时，苗穴10的a1和a3面要面对裂缝墙体，埋设完成后抽走a1和a3面的隔板。
50.具体地，在本实施例中，水分扩散层104为粒径在0.2-0.05mm之间的沙土，根系促生层103为总养分质量分数p2o5+k2o≥6％的壤土，防止蒸发层102为粒径在0.3-0.6mm之间的粗砂，腐殖层101为矿区附近收集的腐殖质。上述不同成分组成的土壤，能够对沙棘苗提供很好的生长环境促进生态恢复。
51.进一步地，在本实施例中，在步骤s03中，沙棘苗106选择两年生沙棘苗，栽种前在浓度800ppm的生根粉溶液中进行蘸根处理。上述处理方式，能够极大程度上确保沙棘苗的成活率。进一步地，在本实施例中，在步骤s03中，沙棘苗106在栽种时，埋深每10cm压实土壤，栽种完成后分至少两次浇水，确保根际存水15分钟为准。通过上述步骤，能够进一步确保对沙棘苗的保水作用，使得后期不需要再对沙棘苗进行水分和养分管理。
52.具体裂缝修复实施方案：
53.2019年3月20日，在大柳塔煤矿采煤沉陷区的一条50cm宽，500cm长，150cm深的裂缝处，利用本发明实施例的方法，于裂缝两侧挖25cm进深，100cm纵深的凹槽，将竹桥截断城100cm长，铺设于裂缝上；将苗穴中添加20cm水分扩散层土壤并压实，根据沙棘苗根系长度添加根系促生层土壤56cm，每10cm压实，再覆盖3cm防止蒸发层，最后覆盖3cm腐殖质层，将储水装置内铺设好pla可降解塑料并注满水，将苗穴和储水装置组合。苗穴a1、a3面朝向裂缝壁，放置在竹桥上，苗穴和储水装置之间的缝隙处铺设400目尼龙网，并用周围土壤压实后简单覆盖腐殖质。安装完成后浇水，直至沙棘苗根际水分保持15分钟以上，视为水分饱和，之后不在进行水分和养分管理。记录沙棘苗生长状态和周围新生物种出现数量。
54.具体裂缝修复对比方案：
55.于2019年3月22日在大柳塔煤矿沉陷区一条40cm宽，570cm长，155cm深的裂缝处，使用传统的填埋方式修复裂缝，填埋后压实。
56.于2019年7月22日现场发现，本发明实施例的装置上沙棘苗生存状态良好，装置上及装置周边出现新生物种13种，多于填埋区的7种；沙棘苗周围土壤含水量为27％，高于填埋区的13％；本发明实施例中实验区域盖度为60％，裂缝填埋区盖度为25％；可见，采用本发明实施例的装置和方法能够有效改善采矿塌陷区的生态环境，促进生态恢复。
57.根据上述实施例，可见，本发明涉及的井工矿开采扰动区土壤裂缝修复装置及方法，通过矿区土壤改良，提高土壤保水保肥能力，促进灌木发育，将井工矿土地塌陷区的裂缝进行修复，促进土壤质量的改良和景观恢复，在保水的同时，以植物为桥梁，增强裂缝两侧的养分、水分交换和结构关联，不仅保证水分的缓释，也不会影响植被根系的扩散，能够有效促进裂缝的修复和愈合减少人工干预，充分利用生态的自修复能力，快速改善井工矿区地裂缝的景观及生态情况。
58.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。