用于矿山生态修复的植物阻隔方法及系统

技术领域

本发明涉及矿山生态修复技术领域，具体为用于矿山生态修复的植物阻隔方法及系统。

背景技术

矿山修复中，植物阻隔系统是一种常用且有效的生态修复技术。它利用植物的天然屏障和净化功能，阻隔污染物扩散，促进矿区生态环境改善，具体来说：在矿区周围种植具有防风固沙作用的乔灌木可减少风蚀，防止矿区粉尘污染，对边坡种植根系发达的植物可加固土层，防止水土流失和塌方。

现有的植物阻隔系统在对矿区边坡加以生态修复时，由于矿区边坡大多为裸石居多其表面土壤较少，需要挂设防护网并喷涂泥浆与种子的混合物以将带有种子的土壤吸附于裸石表面，其中防护网虽然起到了附着土壤的作用，但附着力度并不高在雨水天气下泥浆十分容易被冲洗，且后期对植物加以养护时若采用喷灌则水资源浪费严重，若采用滴灌则与要预埋管道，导致成本增加。

于是，有鉴于此，针对现有的结构及缺失予以研究改良，提出用于矿山生态修复的植物阻隔方法及系统。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了用于矿山生态修复的植物阻隔方法及系统，解决了上述背景技术中提出的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于矿山生态修复的植物阻隔方法，包括以下步骤：

a.在矿区边坡选择适宜区域，种植具有强营养物质及水分吸收能力的桉树，形成密集的桉树墙，以取代传统的防渗膜和阻隔墙；

b.在桉树墙外缘区域，结合植物篱技术，种植草本或灌木植物，形成植物篱，以降低地表径流引发的矿山渗滤水向外扩散；所述植物篱由至少一种具有良好水土保持能力的草本或灌木植物组成，且植物篱的种植方式为无灌溉或微灌溉，以减少水资源浪费；

c.定期对桉树植材进行重金属富集量测定，评估其作为木材的安全性和适用性。

所述桉树墙和植物篱的种植区域采用防护挂网设备，以提高土壤附着力度。

与现有技术相比，本发明的植物阻隔方法具有以下优点：

1.利用桉树种植密度较大，水分与养分吸收能力较强，造成土壤板结，可有效降低水体向堆渣下渗，取代传统的防渗膜和阻隔墙；

2.采用植物篱技术降低地表径流引发的矿山渗滤水向外扩散，提高了水土保持能力；

3.定期监测桉树植材的重金属富集量，确保了木材使用的安全性；

4.使用防护挂网设备，提高了土壤附着力度；

5.采用无灌溉或微灌溉的种植方式，有效减少了水资源的浪费。

用于矿山生态修复的植物阻隔系统，应用于上述方法中，包括防护挂网组件和插杆组件，所述防护挂网组件包括防护网本体、竖向塑料薄膜管、出水孔、气瓣嘴、横向塑料薄膜管、塑料抓地脚和进水管，所述防护网本体的底部固定有竖向塑料薄膜管，且竖向塑料薄膜管之间连接有横向塑料薄膜管，所述竖向塑料薄膜管的底部等距开设有出水孔，且出水孔的内部嵌入有气瓣嘴，所述竖向塑料薄膜管的底面两侧均匀分布有塑料抓地脚，且竖向塑料薄膜管的端部连接有进水管，所述进水管与水泵或水管相连接，所述插杆组件穿设于防护网本体的四角网格内部。

进一步的，所述竖向塑料薄膜管之间通过横向塑料薄膜管相连通，且横向塑料薄膜管、竖向塑料薄膜管和防护网本体均呈柔性结构。

进一步的，所述插杆组件包括插杆件和螺纹柱，所述插杆件的顶部螺纹连接有螺纹柱。

进一步的，所述插杆组件还包括套板、内螺纹齿轮、传动齿轮，所述螺纹柱的外壁套设有套板，且套板的表面转动连接有内螺纹齿轮，所述内螺纹齿轮的一侧啮合连接有传动齿轮。

进一步的，所述内螺纹齿轮内部与螺纹柱的外壁螺纹连接，且套板通过内螺纹齿轮、传动齿轮与螺纹柱传动连接。

进一步的，所述插杆组件还包括第一激光传感器、第一收卷盘、第一伺服电机、第一传动带和第一光线发射盒，所述套板背面固定有第一激光传感器，且第一激光传感器一侧于套板背面转动连接有第一收卷盘，所述第一收卷盘的侧面连接有第一伺服电机，所述第一收卷盘的表面缠绕有第一传动带，且第一传动带的底部固定有第一光线发射盒。

进一步的，所述第一激光传感器包括激光发射器和激光接收器，且激光发射器和激光接收器分别位于同一水平高度的两个所述套板上。

进一步的，所述插杆组件还包括量角板、量角转盘、第二激光传感器、定角支架和夹紧螺栓，所述套板的侧面设置有量角板，且量角板的表面圆心部位转动连接有量角转盘，所述量角转盘的表面固定有第二激光传感器，所述量角板的底部固定有定角支架，且定角支架的内部螺纹连接有夹紧螺栓。

进一步的，所述插杆组件还包括第二收卷盘和第二伺服电机，所述第二激光传感器的侧面转动连接有第二收卷盘，且第二收卷盘的侧面连接有第二伺服电机。

进一步的，所述插杆组件还包括第二传动带和第二光线发射盒，所述第二收卷盘的表面缠绕有第二传动带，且第二传动带的底部固定有第二光线发射盒，所述第二传动带与矿区坡面呈平行分布。

本发明提供了用于矿山生态修复的植物阻隔系统，具备以下有益效果：

1.该用于矿山生态修复的植物阻隔系统，竖向塑料薄膜管、横向塑料薄膜管随防护网本体呈收卷状结构以便加以储存运输，当防护网本体展开挂设于坡面时竖向塑料薄膜管、横向塑料薄膜管随之展开，竖向塑料薄膜管内部因水体注入而膨胀，使得防护网本体抬高，然后再铺设土壤，由于竖向塑料薄膜管抬高了防护网本体，使得防护网本体与坡面之间的间隙变大并被竖向塑料薄膜管所填补，由此使得防护网本体的网格内部可以附着更多的土壤体量，且由于竖向塑料薄膜管填补间隙使得在雨水天气下附着的土壤会被限制在网格内部，以防止土壤被雨水冲刷流失。

2.该用于矿山生态修复的植物阻隔系统，当土壤湿度不足时竖向塑料薄膜管内部注水流过气瓣嘴，气瓣嘴在水压变大后被挤开使得水体缓慢从出水孔处渗出至土壤内部，由此可以实现对植物根系加以滴灌以补充水分，且相比现有滴灌技术需要铺设管道相比，其所采用的塑料薄膜管为耐磨的塑料薄膜制成的管道，导致其成本低廉，且使用简单。

3.该用于矿山生态修复的植物阻隔系统，第二光线发射盒移动的每个身位即为横向塑料薄膜管之间的间距，配合第一光线发射盒发出的光束线形成网格状结构，以实时标识防护网本体的网格位置，以便后续对植物加以栽种，避免栽种时破坏横向塑料薄膜管与竖向塑料薄膜管。

附图说明

图1为本发明用于矿山生态修复的植物阻隔系统的整体立体结构示意图；

图2为本发明用于矿山生态修复的植物阻隔系统的竖向塑料薄膜管底面结构示意图；

图3为本发明用于矿山生态修复的植物阻隔系统的图2中A处放大结构示意图；

图4为本发明用于矿山生态修复的植物阻隔系统的第一传动带结构示意图；

图5为本发明用于矿山生态修复的植物阻隔系统的内螺纹齿轮结构示意图；

图6为本发明用于矿山生态修复的植物阻隔系统的量角板立体结构示意图；

图7为本发明用于矿山生态修复的植物阻隔系统的图6中B处放大结构示意图。

图中：1、防护挂网组件；101、防护网本体；102、竖向塑料薄膜管；103、出水孔；104、气瓣嘴；105、横向塑料薄膜管；106、塑料抓地脚；107、进水管；2、插杆组件；201、插杆件；202、螺纹柱；203、套板；204、内螺纹齿轮；205、传动齿轮；206、第一激光传感器；207、第一收卷盘；208、第一伺服电机；209、第一传动带；210、第一光线发射盒；211、量角板；212、量角转盘；213、第二激光传感器；214、定角支架；215、夹紧螺栓；216、第二收卷盘；217、第二伺服电机；218、第二传动带；219、第二光线发射盒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

本发明提供技术方案：一种用于矿山生态修复的植物阻隔方法，包括以下步骤：

a.在矿区边坡选择适宜区域，种植具有强营养物质及水分吸收能力的桉树，形成密集的桉树墙，以取代传统的防渗膜和阻隔墙；

b.在桉树墙外缘区域，结合植物篱技术，种植草本或灌木植物，形成植物篱，以降低地表径流引发的矿山渗滤水向外扩散；所述植物篱由至少一种具有良好水土保持能力的草本或灌木植物组成，且植物篱的种植方式为无灌溉或微灌溉，以减少水资源浪费；

c.定期对桉树植材进行重金属富集量测定，评估其作为木材的安全性和适用性。

所述桉树墙和植物篱的种植区域采用防护挂网设备，以提高土壤附着力度。

具体实施如下：

1.桉树墙的建立：

在矿区边坡的裸露岩石区域，首先进行土地平整，以便于后续植物的种植。选择春季作为种植的最佳时期，因为此时土壤湿度适宜，有利于植物生长。在选定的区域内，按照每平方米20株的密度种植桉树。为了提高土壤附着力度并减少环境影响，使用防护挂网设备覆盖在种植区域上。固定网通过生物降解锚钉固定在岩石表面，确保其稳定。

2.植物篱的构建：

在桉树墙外缘，选择具有强水土保持能力的草本植物和灌木，如紫穗槐和狗牙根，以无灌溉或微灌溉的方式进行种植。植物篱的设计宽度为1米，以形成一个有效的水土保持带。植物篱的种植采用交错排列的方式，以增强其结构稳定性和覆盖度。

3.养护与管理：

种植后，定期对桉树和植物篱进行养护，包括修剪、施肥和病虫害防治。特别是在生长季节，要密切关注植物的生长状况，并及时采取措施应对可能出现的生长问题。

4.重金属监测：

为了评估桉树作为木材的安全性和适用性，定期采集桉树植材样本，进行重金属含量的测定。采用原子吸收光谱法(AAS)进行测定，确保数据的准确性。根据测定结果，评估桉树植材是否适合作为木材使用。

5.水资源管理：

为了减少水资源的浪费，采用微灌溉系统对植物篱进行水分管理。微灌溉系统通过在植物根系附近设置滴头，以低流量直接向植物提供所需水分，从而提高水资源的利用效率。

6.环境影响评估：

在整个植物阻隔方法的实施过程中，持续进行环境影响评估。评估内容包括土壤侵蚀情况、水土流失量、植物生长状况以及周边生态环境的变化。通过这些评估，不断优化植物阻隔方法，以实现最佳的生态修复效果。

如图1-图7所示，一种用于矿山生态修复的植物阻隔系统，应用于上述实施例中，包括防护挂网组件1和插杆组件2，防护挂网组件1包括防护网本体101、竖向塑料薄膜管102、出水孔103、气瓣嘴104、横向塑料薄膜管105、塑料抓地脚106和进水管107，防护网本体101的底部固定有竖向塑料薄膜管102，且竖向塑料薄膜管102之间连接有横向塑料薄膜管105，竖向塑料薄膜管102的底部等距开设有出水孔103，且出水孔103的内部嵌入有气瓣嘴104，竖向塑料薄膜管102的底面两侧均匀分布有塑料抓地脚106，且竖向塑料薄膜管102的端部连接有进水管107，进水管107与水泵或水管相连接，插杆组件2穿设于防护网本体101的四角网格内部，竖向塑料薄膜管102之间通过横向塑料薄膜管105相连通，且横向塑料薄膜管105、竖向塑料薄膜管102和防护网本体101均呈柔性结构；

具体操作如下，对矿区加以考察勘测后确定修复目标和范围，当其中具有裸石坡面时，对坡面加以勘测并处理碎石，然后挂设防护网本体101，此时竖向塑料薄膜管102、横向塑料薄膜管105随防护网本体101呈收卷状结构以便加以储存运输，当防护网本体101展开挂设于坡面时竖向塑料薄膜管102、横向塑料薄膜管105随之展开，且竖向塑料薄膜管102的底面与坡面接触，此时塑料抓地脚106与坡面贴合而增加防护网本体101的抓地力，然后通过向进水管107内部注入水体，使得水体沿横向塑料薄膜管105而布满至竖向塑料薄膜管102内部，此时竖向塑料薄膜管102内部因水体注入而膨胀，使得防护网本体101抬高，然后再铺设土壤，由于竖向塑料薄膜管102抬高了防护网本体101，使得防护网本体101与坡面之间的间隙变大并被竖向塑料薄膜管102所填补，由此使得防护网本体101的网格内部可以附着更多的土壤体量，且由于竖向塑料薄膜管102填补间隙使得在雨水天气下附着的土壤会被限制在网格内部，以防止土壤被雨水冲刷流失；

在土壤铺设完成后可以在土壤中插设土壤湿度传感器，当湿度不足时竖向塑料薄膜管102内部注水流过气瓣嘴104，气瓣嘴104在水压变大后被挤开使得水体缓慢从出水孔103处渗出至土壤内部，由此可以实现对植物根系加以滴灌以补充水分，且相比现有滴灌技术需要铺设管道相比，其所采用的塑料薄膜管为耐磨的塑料薄膜制成的管道，导致其成本低廉，且使用简单，而气瓣嘴104结构材质与“尖叫”饮料瓶的瓶嘴结构一致，只有水压大于气瓣嘴104承受上限后，水体才会穿过气瓣嘴104得以流出，在水压处于气瓣嘴104承受范围内时，水体可以关注于竖向塑料薄膜管102、横向塑料薄膜管105内部以便两者鼓起抬高防护网本体101与坡面之间的间距。

如图1-图7所示，插杆组件2包括插杆件201和螺纹柱202，插杆件201的顶部螺纹连接有螺纹柱202；

具体操作如下，防护网本体101展开挂设完毕后插杆件201插入四角网格内对防护网本体101加以固定，其中插杆件201以两个一组，一组设置于坡顶，一组设置于坡底。

如图1-图7所示，插杆组件2还包括套板203、内螺纹齿轮204、传动齿轮205，螺纹柱202的外壁套设有套板203，且套板203的表面转动连接有内螺纹齿轮204，内螺纹齿轮204的一侧啮合连接有传动齿轮205，内螺纹齿轮204内部与螺纹柱202的外壁螺纹连接，且套板203通过内螺纹齿轮204、传动齿轮205与螺纹柱202传动连接，插杆组件2还包括第一激光传感器206、第一收卷盘207、第一伺服电机208、第一传动带209和第一光线发射盒210，套板203背面固定有第一激光传感器206，且第一激光传感器206一侧于套板203背面转动连接有第一收卷盘207，第一收卷盘207的侧面连接有第一伺服电机208，第一收卷盘207的表面缠绕有第一传动带209，且第一传动带209的底部固定有第一光线发射盒210；

具体操作如下，位于坡顶的同组插杆件201平行分布，且插杆件201顶部螺纹连接有螺纹柱202，通过使用螺丝刀、人工或电钻驱动传动齿轮205转动以啮合内螺纹齿轮204转动，使得内螺纹齿轮204得以沿螺纹柱202表面携带套板203进行升降，使得两个螺纹柱202上的第一激光传感器206发生感应，此时两个螺纹柱202上的套板203位于同一高度；

通过第一伺服电机208带动第一收卷盘207顺时针或逆时针转动以收放第一传动带209，使得第一传动带209底部的第一光线发射盒210随之平移，第一光线发射盒210朝向坡面发射出光束线，光束线与竖向塑料薄膜管102重合，且第一光线发射盒210每次平移均移动一个身位，一个身位的具体尺寸为竖向塑料薄膜管102之间的间距，由此在覆土遮盖防护网本体101后，通过光束线可以清晰知晓竖向塑料薄膜管102的位置，以防止栽种植物时因挖掘对竖向塑料薄膜管102造成破损。

如图1-图7所示，第一激光传感器206包括激光发射器和激光接收器，且激光发射器和激光接收器分别位于同一水平高度的两个套板203上；

激光发射器和激光接收器分别位于坡顶同组的两个螺纹柱202上，激光发射器发射激光被激光接收器所接收由此触发工作表示两个套板203高度一致，以保障光束线得以与竖向塑料薄膜管102精确重合。

如图1-图7所示，插杆组件2还包括量角板211、量角转盘212、第二激光传感器213、定角支架214和夹紧螺栓215，套板203的侧面设置有量角板211，且量角板211的表面圆心部位转动连接有量角转盘212，量角转盘212的表面固定有第二激光传感器213，量角板211的底部固定有定角支架214，且定角支架214的内部螺纹连接有夹紧螺栓215，插杆组件2还包括第二收卷盘216和第二伺服电机217，第二激光传感器213的侧面转动连接有第二收卷盘216，且第二收卷盘216的侧面连接有第二伺服电机217，插杆组件2还包括第二传动带218和第二光线发射盒219，第二收卷盘216的表面缠绕有第二传动带218，且第二传动带218的底部固定有第二光线发射盒219，第二传动带218与矿区坡面呈平行分布；

具体操作如下，同组的位于坡底的两个套板203上亦是通过第一激光传感器206、第一收卷盘207、第一伺服电机208、第一传动带209和第一光线发射盒210的配合以从坡底标识竖向塑料薄膜管102的位置，而一个坡顶的套板203侧面与一个坡底的套板203侧面均设置有量角板211，且两个量角板211之间位于同一直线，人工转动一高一低两个量角转盘212，直至第二激光传感器213被触发，此时绷紧的第二传动带218与坡面平行，再通过拧动夹紧螺栓215对量角转盘212加以夹紧以固定第二传动带218的倾斜角度，然后通过第二伺服电机217带动第二收卷盘216转动以收放第二传动带218，使得第二光线发射盒219随第二传动带218同步移动，且第二光线发射盒219于坡面上方平行移动，第二光线发射盒219发射的光束线与横向塑料薄膜管105重合，且第二光线发射盒219移动的每个身位即为横向塑料薄膜管105之间的间距，由此配合第一光线发射盒210发出的光束线形成网格状结构，以实时标识防护网本体101的网格位置，以便后续对植物加以栽种，避免栽种时破坏横向塑料薄膜管105与竖向塑料薄膜管102，而且螺纹柱202可以拆卸以便取下螺纹柱202及其表面的其他部件，以便重复使用和回收。

综上，该用于矿山生态修复的植物阻隔系统，使用时，首先对坡面加以勘测并处理碎石，然后挂设防护网本体101，竖向塑料薄膜管102的底面与坡面接触，此时塑料抓地脚106与坡面贴合而增加防护网本体101的抓地力，然后通过向进水管107内部注入水体，使得水体沿横向塑料薄膜管105而布满至竖向塑料薄膜管102内部，此时竖向塑料薄膜管102内部因水体注入而膨胀，使得防护网本体101抬高；

然后再铺设土壤，由于竖向塑料薄膜管102抬高了防护网本体101，使得防护网本体101与坡面之间的间隙变大并被竖向塑料薄膜管102所填补，由此使得防护网本体101的网格内部可以附着更多的土壤体量，且由于竖向塑料薄膜管102填补间隙使得在雨水天气下附着的土壤会被限制在网格内部，以防止土壤被雨水冲刷流失；

在土壤铺设完成后可以在土壤中插设土壤湿度传感器，当湿度不足时竖向塑料薄膜管102内部注水流过气瓣嘴104，气瓣嘴104在水压变大后被挤开使得水体缓慢从出水孔103处渗出至土壤内部，由此可以实现对植物根系加以滴灌以补充水分；

位于坡顶的同组插杆件201平行分布，且插杆件201顶部螺纹连接有螺纹柱202，通过使用螺丝刀、人工或电钻驱动传动齿轮205转动以啮合内螺纹齿轮204转动，使得内螺纹齿轮204得以沿螺纹柱202表面携带套板203进行升降，使得两个螺纹柱202上的第一激光传感器206发生感应，此时两个螺纹柱202上的套板203位于同一高度；

通过第一伺服电机208带动第一收卷盘207顺时针或逆时针转动以收放第一传动带209，使得第一传动带209底部的第一光线发射盒210随之平移，第一光线发射盒210朝向坡面发射出光束线，光束线与竖向塑料薄膜管102重合，且第一光线发射盒210每次平移均移动一个身位，一个身位的具体尺寸为竖向塑料薄膜管102之间的间距；

一个坡顶的套板203侧面与一个坡底的套板203侧面均设置有量角板211，且两个量角板211之间位于同一直线，人工转动一高一低两个量角转盘212，直至第二激光传感器213被触发，此时绷紧的第二传动带218与坡面平行，再通过拧动夹紧螺栓215对量角转盘212加以夹紧以固定第二传动带218的倾斜角度；

然后通过第二伺服电机217带动第二收卷盘216转动以收放第二传动带218，使得第二光线发射盒219随第二传动带218同步移动，且第二光线发射盒219于坡面上方平行移动，第二光线发射盒219发射的光束线与横向塑料薄膜管105重合，且第二光线发射盒219移动的每个身位即为横向塑料薄膜管105之间的间距，由此配合第一光线发射盒210发出的光束线形成网格状结构，以实时标识防护网本体101的网格位置，以便后续对植物加以栽种，避免栽种时破坏横向塑料薄膜管105与竖向塑料薄膜管102；

栽种植物的种类选择时，根据该矿区所含重金属种类进行适配性选择，例如镉含量交多则优选种植桉树，利用桉树对于营养物质及水分的吸收能力强，种植较为密集可能导致土壤板结，进而阻碍土壤中水体流动的现状，拟采用密集种植的桉树墙取代防渗膜、阻隔墙，构建生态型的垂直阻隔技术，同时结合植物篱技术，在桉树墙覆盖范围外，构建草本或灌木植物篱，降低地表径流引发的矿山渗滤水向外扩散。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。