一种基于废弃露天矿的植物碳汇储存方法

1.本发明涉及低碳环保技术领域，特别是涉及一种基于废弃露天矿的植物碳汇储存方法。


背景技术：

2.我国已经明确二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，2060年前实现碳中和,而实现碳达峰和碳中和一个重要的过程就是碳汇，即通过植树造林、植被恢复等措施，吸收大气中的二氧化碳，从而减少温室气体在大气中浓度的过程、活动或机制。从农牧业方面来看，现有碳汇技术主要是将秸秆还田或者掩埋处理，虽然一定程度实现碳汇，但是也造成农田质量有一定下降，尤其是北方地区，秸秆还田之后分解时间较长，影响下一年种植，同时秸秆掩埋占据大量空间，且掩埋的秸秆分解并不充分，碳汇效果并不非常理想，分解过程中，还会产生一定的气体或其他有害、危险物质，影响碳汇效果。因此，一种基于废弃露天矿植物碳汇存储方法应运而生，主要通过将秸秆掩埋到矿坑内，减少空间占用，同时利用排土场上覆岩土的自重，为秸秆分解提供近似高压、密封、高温环境，加速分解，提高碳汇效果。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于废弃露天矿的植物碳汇储存方法，以解决上述碳汇技术主要采用秸秆还田和掩埋的方法造成秸秆分解较慢、分解不充分、占据空间大、产生废气和有害物质的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种基于废弃露天矿的植物碳汇储存方法，包括以下步骤，
5.s1：选择露天矿坑中远离端帮原始含水层且高度超过60米的层位作为建设层位；
6.s2：在建设层位的最底层构筑具有隔水能力的底部隔水层；
7.s3：在底部隔水层的上表面通过排弃粘泥构筑起连接露天矿坑两侧的联络坝体，联络坝体的两侧均通过排弃粘泥构筑起边帮坝体，两个边帮坝体的一侧分别与联络坝体的两侧相连接，边帮坝体延伸后构筑连接两个边帮坝体另一侧的封闭坝体，联络坝体、封闭坝体和两个边帮坝体围成碳汇库；
8.s4：在碳汇库中构筑与边帮坝体平行的中间坝体，多个中间坝体将碳汇库分隔为多个分区；
9.s5：在分区中预置排气管路，排气管路包括从封闭坝体上部位置插入分区中的主排气管、与主排气管水平连接的二级排气管和与二级排气管连接并垂直于地面的三级排气管；
10.s6：在靠近边帮坝体的分区内铺设植物并压实，之后在分区顶部构建密封层，在密封层上部进行露天矿排土作业形成排土场，然后在相邻的分区内重复以上过程，直至完成所有分区的排土作业；
11.s7：在中间坝体内构筑顶部穿出地面的废水井，废水井的底部贯通相邻的两个分
区。
12.进一步的，在步骤s3中，排弃粘泥的排弃厚度为20-30米，边帮坝体的延伸距离为50米。
13.进一步的，在步骤s4中，中间坝体的断面形状为梯形，上底宽度为20-30米，下底宽度为40-50米，中间坝体的高度比边帮坝体高3-5米。
14.进一步的，底部隔离层从边帮坝体向中间坝体倾斜形成排水角度，排水角度为1
°‑3°
。
15.进一步的，在步骤s5中，主排气管、二级排气管和三级排气管的直径依次减小。
16.进一步的，在步骤s5中，主排气管、二级排气管和三级排气管上均开设有多个通气孔，通气孔的直径为其所在排气管路直径的30％。
17.进一步的，在步骤s6中，密封层包括依次设置于植物上的第一密封层、第二密封层、水砂密封层和上层隔离层。
18.因此，本发明采用上述结构的一种基于废弃露天矿的植物碳汇储存方法，具有以下有益效果：
19.1、充分利用露天矿坑的空间，工程施工材料来源矿区，减少建设成本；
20.2、碳汇库密封，减少对周围环境影响，密封层与排土场上覆岩土共同为植物分解提供高压、高温、密封空间；
21.3、碳汇库分区设置，不影响露天矿排土作业，且分区独立，不受相互影响，设置密封废水井，减少环境污染，设置负压排气管，为植物分解提供近无氧空间，排气管柔性连接，有效应对重构地层不均匀沉降的问题。
22.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
23.图1是本发明一种基于废弃露天矿的植物碳汇储存方法实施例的主视图；
24.图2是本发明一种基于废弃露天矿的植物碳汇储存方法实施例的俯视图；
25.图3是本发明一种基于废弃露天矿的植物碳汇储存方法实施例的a-a放大图。
26.图中：1、端帮原始含水层；2、建设层位；3、底部隔离层；4、联络坝体；5、边帮坝体；6、封闭坝体；7、碳汇库；8、中间坝体；9、分区一；10、排土场；11、分区二；12、第一密封层；13、第二密封层；14、水砂密封层；15、上层隔离层；16、废水井；17、主排气管；18、二级排气管；19、三级排气管；20、通气孔。
具体实施方式
27.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
28.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
29.下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。如图1-3所示，一种基于废弃露天矿的植物碳汇储存方法，包括以下步骤，
30.s1：选择露天矿坑中远离端帮原始含水层1且高度超过60米的层位作为建设层位2；优选的，选择露天矿坑底为最下水平的层位作为建设层位2，可以有效减少下部沉降，减少对实施效果的影响，同时能够提供较大的上部压力，提高碳汇效果。
31.s2：在建设层位2的最底层构筑具有隔水能力的底部隔水层；底部隔水层主要是排弃露天矿矿区固体废弃物中的粘泥或与其具有相似性质的、致密性好的、压实后具有隔水能力的岩土，如果矿区物料无法满足隔水要求，可适当增加混凝土及隔水材料，保证底部隔水效果。
32.s3：在底部隔水层的上表面通过排弃粘泥构筑起连接露天矿坑两侧的联络坝体4，联络坝体4的两侧均通过排弃粘泥构筑起边帮坝体5，两个边帮坝体5的一侧分别与联络坝体4的两侧相连接，边帮坝体5延伸后构筑连接两个边帮坝体5另一侧的封闭坝体6，封闭坝体6与边帮坝体5的高度相同，联络坝体4、封闭坝体6和两个边帮坝体5围成碳汇库7；排弃粘泥的排弃厚度为20-30米，边帮坝体5的延伸距离为50米。
33.s4：在碳汇库7中构筑与边帮坝体5平行的中间坝体8，多个中间坝体8将碳汇库7分隔为多个分区；中间坝体8的断面形状为梯形，上底宽度为20-30米，下底宽度为40-50米，中间坝体8的高度比边帮坝体5高3-5米。底部隔离层3从边帮坝体5向中间坝体8倾斜形成排水角度，排水角度为1
°‑3°
，主要是为了排水方便。中间坝体8的设置数量需要同时考虑露天矿推进度与单个分区全部工序施工时间，应当确保被单个分区打断的露天矿排土线的最终年推进度与露天矿原始的推进度相同或者近似，优选的，在碳汇库7中设置一条或两条中间坝体8，将碳汇库7分为两个或三个分区，作为植物碳汇的填埋空间，当碳汇库7中设置一条中间坝体8时，碳汇库7分隔为分区一9和分区二11两个分区。
34.s5：在分区中预置排气管路，排气管路主要用于将植物分解产生的废气及时排出并后续将排出的废气收集，排气管路包括从封闭坝体6上部位置插入分区中的主排气管17、与主排气管17水平连接的二级排气管18和与二级排气管18连接并垂直于地面的三级排气管19，因此主排气管17和二级排气管18形成的平面水平向填满的植物内部延伸，三级排气管19垂直于平面向底部隔水层延伸，主排气管可以向上延伸至地表，并做密封处理；主排气管、二级排气管18和三级排气管19的直径依次减小，优选的，主排气管的直径为10厘米，二级排气管18的直径为5厘米，三级排气管19的直径为1厘米。主排气管17、二级排气管18和三级排气管19上均开设有多个通气孔20，通气孔20的直径为其所在排气管路直径的30％，通气孔20主要用于气体和液体进出，能够起到收集气体的作用，同时将液体向下汇集，排气管路的连接处均采用柔性连接，以适应地形形变，排气管路内保持负压运行，保证植物分解产生的气体能够及时排出。
35.s6：在靠近边帮坝体5的分区内铺设植物并压实，厚度为10-20米，铺设的植物采用工程机械压实，然后注水，进一步排出填埋植物中的空气，之后在分区顶部构建密封层，在密封层上部进行露天矿排土作业形成排土场10，然后在相邻的分区内重复以上过程，直至完成所有分区的排土作业；密封层包括依次设置于植物上的第一密封层12、第二密封层13、
水砂密封层14和上层隔离层15，第一密封层12为基于矿区固体废弃物的粘泥，排弃堆存在植物体的上面，厚度不小于1m，填充表面孔隙、形成平整面、阻断气体交流、补偿变形空间；第二密封层13采用土工布，防止填埋区气体排出和水砂密封的物料渗入；水砂密封层14提供进一步的空气阻隔，并提供足够大的重力，防止填埋植物产生的气体向上运动导致第一密封层12和第二密封层13破断，厚度10m左右；上层隔离层15采用露天矿区固体废弃物中的粘泥或与其具有相似性质的，致密性较好、压实后具有隔水能力的岩土作为原材料，厚度以保证上部水体不能完全渗透为主要条件，优选10m。如果矿区物料无法完全满足隔水要求，可适当增加混凝土及隔水材料，保证上部隔水效果。
36.s7：在中间坝体8内构筑顶部穿出地面的废水井16，废水井16的底部贯通相邻的两个分区。随着填埋植物的压实，在碳汇库7初始注入的水体和后续植物分解过程中产生的废水需要及时排出，废水井16主要用于将这一部分水排出或者定期抽出其他物质，防止有毒有害物质扩散到空气中，造成污染，废水井16同时能够起到监测碳汇库7内水位变化的作用。
37.因此，本发明采用上述结构的一种基于废弃露天矿的植物碳汇储存方法，将秸秆掩埋于矿坑中，减少空间占用，同时利用排土场上的岩土自重为秸秆提供高温高压密封的环境，加速分解，提高碳汇效果。
38.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。