礦區生態修復技術

代宏文

(北京礦冶研究總院，北京 100044)

近十年來，我國礦山開發發展迅猛，礦業在國民經濟中的地位、作用直線上升，吸引的資本無論增幅還是增速度是前幾十年不能比擬的，生產的多種金屬成品量不少品種躍居或穩居世界名列前茅。作為國民經濟的基礎產業——礦山開采業的經濟貢獻令人注目。

在我國生活水平不同程度提高的條件下，對自身生存環境的關注度和要求空前提高。身邊的礦業資源既要帶來經濟和實惠，又不導致山清水秀的自然環境變味、消失。我們正在經歷礦山經濟快速發展與礦山環境惡化矛盾挑戰的重要階段。

可持續發展的礦業經濟，必須直面這一矛盾的挑戰。使環境問題前移，成為決策礦業開發與否的主要依據之一，成為礦業開發全程的關注重點和制約點。

礦山開發究竟會給所在環境帶來哪些問題？

1 礦山開發的環境問題

金屬礦山開發的環境問題類別見圖1。

圖1 環境問題類別圖

2 礦山開發中環境危害

本文擬用三個礦山開發實例，說明給所在地帶來的環境問題，并說明產生的環境危害程度。

2.1 開發實例

(1)實例1： 一個露天開采多金屬礦山的開發

建設規模：處理原礦量870萬t/a

服務期：30a

消耗水量：約8萬m3/d

占用土地：900hm2以上

排放尾礦量：約800萬t/a

排放廢石量：約2000萬t/a

最終形成露天采坑面積：200hm2以上,采坑深度達地表以下520m，總深度600m以上。

最終形成廢石堆場：占地280hm2,堆場高度達80m以上。

最終形成堆浸場：高度50m以上

采取治理措施后排放煙粉塵：160t/a,二氧化硫300 t/a

造成林木損失：7200m3,草損失6000t/a

用于礦山復墾恢復的費用：約1.5億元

(2)實例2：一個堆浸金礦山的開發

建設規模：處理原礦量500萬t/a

服務期：9a

消耗水量：約1萬m3/d

占用土地：585hm2以上

排放尾礦量：約4100萬t

排放廢石量：11000萬t

最終形成露天采坑5個，面積共有：91hm2以上,5個采坑深75～257m，最深采坑深度達地表以下257m

最終形成廢石堆場：4個，占地190hm2

最終形成堆浸場：2個，占地130hm2以上

采取治理措施后排放煙粉塵：320t/a,二氧化硫50 t/a以上

造成植物損失： 640t/a

用于礦山復墾恢復的費用：～0.6億元；

(3)實例3：一個大型露天鐵礦的開發

建設規模：處理原礦量2200萬t/a

服務期： 30年以上

消耗水量：3000萬m3/a

占用土地：3070hm2以上

排放尾礦總量：約7億t以上

排放廢石總量：約17.7億t

最終形成露天采坑面積：390hm2,采坑深度達地表以下360m

最終形成廢石堆場：占地1100hm2

采取治理措施后排放煙粉塵：494 t/a,二氧化硫400 t/a

造成林木損失：18000m3,草損失12000t/a

用于礦山復墾恢復的費用：約1億元。

2.2 實例分析

各礦山開發實例表明，各工業場地占總用地比例見表1。

表1 六偏磷酸鈉用量對鉛礦物浮選指標的影響/%

由上述實例分析可以看出，雖然礦山金屬礦類型各異、規模不同、處理工藝區別，潛在礦山開發中類似的環境影響程度如下：

萬噸礦量占地分別為1.04hm2、1.2hm2、1.4 hm2

噸礦量用水3.2t、0.7t、1.4t

噸礦量產廢：尾礦0.92t、0.91t、0.80t

噸礦量產廢：廢石2.3t、2.4t、2.0 t

噸礦量排污：粉塵0.006t、0.02t、0.224t

噸礦量植物損失：0.3t、0.04t、0.2 t

3 礦山開發中的生態修復

3.1 生態修復任務

礦山生態修復的主要任務，是在目前技術經濟水平的條件下，將受到開發影響的主要環境問題，通過科學、系統的生態修復工程和長期的生態撫育措施，使被破壞的、受損的礦山環境功能逐步恢復，使之生態環境自身可持續良性發展，逐步形成自我維持的繁衍生態平衡體系。礦山的主要生態修復對象包括：露天采礦場地、地下開采的采動影響區、排土場、選礦尾礦庫、堆浸場、輸送管線填埋區、道路、各工業場地等。

3.2 生態修復的時序

礦山生態修復的時期，目前傳統的是在開采完成后再來修復。隨著復墾工作的深入，和對礦業開發歷程的理解，正確的復墾和生態修復活動，應伴隨礦山全部開發過程，實施全程動態恢復。也就是生態恢復工作，應貫穿在礦山建設期、運營期和關閉期，以及后延的生態撫育期的全部開發過程。伴隨生產時序，實施及時的復墾工程，恢復措施，使其被破壞的工業場地得以科學的、及時地恢復。

3.3 生態修復的內容

礦區不同的開發階段，蘊含著不同的生態修復重點內容。在礦山基本建設階段，礦山生態環境修復的主要方面，是礦山開拓階段形成的道路、邊坡、受影響的場地，表土的剝離、貯存和保護，場地恢復的規劃設計，植被品種的選擇及小區試驗、設計，恢復工程材料的篩選和獲取。

在礦山運營階段，應按開發建設時序，在運營期長達10～30年的范圍內，可按工程進展劃分時間段，不同的時間段有不同的復墾生態恢復任務、對象。在尾礦庫、排土場、堆浸場、露天采礦場地，已經最終完成的堆筑作業的邊坡、臺階、平臺或局部場地，應是此階段的及時、動態安排復墾工程的重點。在大面積完成頂部平臺、沉積灘、臺階、道路等場地，應集中安排復墾工程，生態恢復措施。

在接近開采完成或閉礦階段，應重點完成各類場地的生態恢復工程，補充修復質量不能保證正常成活場地的恢復工作。對于建有永久建筑的場地和設施，應評估其質量和依據需要決定保留和拆除。使即將關閉的礦區，保留的設施為當地所用，不能遺留污染場地。拆除的建構筑物和設施，清理后根據最終的利用去向，實施復墾或利用，合理安排各得其所。

貫穿在各階段中的一項不可缺少的任務，是對已經完成復墾生態恢復的場地和區域，實施持續幾年的生態撫育和跟蹤，確保恢復修復的質量，實現生態修復取得可持續、自我維持的良性循環機制。

經過人工強化的復墾工程，生態修復等措施，經過幾年、十幾年的生態循環和演替，礦區生態系統一定可以逐漸朝著恢復到采前的生態環境發展。

4 礦區主要生態修復技術

4.1 采礦區生態修復

露天礦采場開采后，多形成坡度陡的巖石邊坡，以及寬度不大的臺階。凹陷露天坑底部，常有積水，應因地制宜的開展采區以臺階為主的復墾工程，覆蓋300～500mm的表土，種植草灌為主的鄉土品種，有條件的邊坡可噴植植被層，合理安排復墾區的保水和排水。對周邊的植林防護林帶和露天采區的景觀，進行總體設計和實施。

4.2 排土場復墾

排土場復墾技術，包含單一廢石堆場的復墾技術。作為金屬廢棄堆場的排土場，常為酸性排土場，這類堆場生態復墾的特殊性，是硫化礦物的廢石，酸度常在pH1～2或更低， 常規技術復墾植被難以正常生長。因此，需要處置酸性污染后才可建立植被。近十多年來，國內外對此類堆場的治理做過大量的實驗研究，示范工程發展也很快，出現了從源頭治理工程，以及堆存后的治理工程的兩種不同的治理程序和效果。其中，源頭治理措施，主要是通過對廢棄物產酸特性、產酸潛勢研究后，提出防止措施和實施酸性控制工程，以及氣候生態恢復工程。堆存后的治理工程，重在場地酸性的去除，建立人工植被層。國內暢行的是后者。主要是難以實現酸性物排放和治理時序的科學結合，而在廢棄堆體形成后，多只能按處理生長基質酸性設計恢復生態工程。從源頭研究產酸機制、采用控制產酸過程、防止酸性產生措施的研究，本領域的研究在國內尚未有成熟的技術和規模工程化治理。

4.3 尾礦庫復墾

尾礦庫植被恢復的技術難點是尾砂粒徑粗、沒有土壤的團粒結構，內聚力極低、持水能力差、營養成分低下，甚至存在不同程度的有毒有害成分，植被品種賴以生存的微生物幾近為零，風蝕嚴重，晝夜溫差大尾砂極端溫度可達50℃以上等惡劣生境。

在查明、確定礦山廢棄的廢石、尾礦、廢渣堆場等污染物處置完成后，可進行礦山各類廢棄堆場的復墾和生態恢復工程，完成最終堆場穩定化和生態化處置。

在本領域先進、成熟的技術，是尾礦庫有土復墾的生態恢復技術和無土復墾生態恢復技術。該技術是針對有色金屬礦山尾礦的專業技術，具有針對性符合所在地自然特點、場地及邊坡穩定性好、復墾后場地穩定符合安全要求，植被覆蓋度高，在缺乏土壤的地區可實施無土覆蓋復墾生態恢復工程。相對一般復墾技術相比，該復墾技術成本低、綜合復墾工程質量為前沿水平。該技術成功實現了尾礦庫邊坡上不需要覆土直接建立植被層，實現邊坡穩定，水土流失控制達到90%以上，為缺乏土源的地區提供了行之有效的植被穩定邊坡的復墾生態恢復技術，受到業主單位的歡迎，推廣潛力巨大。

本尾礦庫復墾技術，還包括鋁土礦尾礦-赤泥堆場復墾生態恢復技術。該技術必須解決強堿性介質、邊坡坡度大、基質堅硬、建立植被難以成活等問題。

4.4 廢石邊坡復墾技術

國內對石質邊坡實施生態防護始于20世紀80年代中期，90年代后期得到了迅速發展。由于石質邊坡的特殊立地條件，土質邊坡植被護坡常用的技術，如液壓、固相噴播技術、挖溝植草技術、植生帶技術及三維網綠化等技術并不適用。厚層基質噴附技術，已經成為我國坡面防護及植被恢復工程的一種常用技術，在全國各地得到普及推廣。厚層基質噴附技術，是將人工配制的植物生育基質與植物種子、防侵蝕材料等混合在一起，采用專用設備(噴射機)，通過高壓空氣將其噴射出去，附著在邊坡表面的一種植被建植方法。技術優點：一是能在坡面上形成較厚的植物生長發育所需的有機質層(7～15cm)；二是使植物種子有比較自然的發芽過程，保證噴撒的種子有較高的發芽率和存活率；三是噴播速度快；四是適用范圍廣；五是有效防止水土流失，植被覆蓋度達到85%。

目前，噴播技術廣泛的應用于公路、鐵路以及部分廢棄采石場邊坡，技術相對成熟。而噴播技術應用到采礦廢石堆場的研究還未見報道。將實用的噴播技術引進到采礦廢石堆場邊坡生態恢復，對全面實施礦山廢棄地的生態恢復，將起到推動作用。

4.5 全面防治污染和穩定化的復墾技術

在長達25年的礦山復墾技術研究，以及現場治理和開展多項的復墾生態恢復示范工程研究領域實踐中，北京礦冶研究總院在尾礦庫復墾、尾礦庫邊坡植被穩定化技術、排土場復墾、酸性排土場和廢石堆場等數十項大型現場復墾工程的前期研究與復墾工程實施中，成功完成了大規模現場治理和生態恢復，各類治理和生態恢復現場的累計面積達100ha以上。而且在實踐中，積累了大量應用領域的實際可推廣的先進、實用技術，可在未來的復墾工程需要中發揮指導作用。

4.6 幾點收獲

在礦山復墾技術應用研究與示范工程領域的研究與實踐中，礦山生態恢復是涉及多領域專業技術的客觀需要，我們堅持多專業投入。在開展一個治理現場時，首先調查研究場地本身的穩定性，通過堆場的地質剖面和水文地質計算，評估堆場邊坡的安全性，研究防治復墾區水污染的預測和預防途徑，研究適宜的、并尊重當地民眾意愿的復墾區總體設計，建立植被的可行性方案對比論證，篩選適合當地的植被品種，防止污染的基質改良和改善結構建立，以及實施方案的技術經濟測算等。通過實踐，不但取得國家科學技術進步二等獎、多項部級科技成果二等獎、專利技術等顯著科技成果，受到現場的肯定和歡迎，而且形成了一支熱愛復墾專業、具有較廣泛的專業技能、在現場能吃苦并能長期堅持戰斗、能解決現場實際問題的專業技術隊伍。為在本領域承擔重任作了重要人員準備。

5 建 議

(1)礦區生態修復工作，應從礦山開發利用方案開始，同步納入礦山開發工程。與主體工程同步論證開發的可行性，同樣深度的同步設計。例如，開礦前預測廢石產酸、產污特性；鉛鋅礦開發，固廢處理預測鉛中毒；坐落在高產農業區的礦山，預測開礦后可否再實現高產；利用大量監測數據，支持并幫助復墾和生態恢復方案的決策。

(2)礦山開發中被破壞的水系、土壤、固廢堆場、地形地貌等生態環境系統單元，存在自然緊密地相關聯系。把礦山生態系統各單元作為一個整體，以其內在相關因素和聯系，通盤考慮復墾和生態恢復方案的制定，多專業配合，多單位聯合，共同實施各自特長的技術，將獲得事半功倍效果。

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