京北地區露天礦山生態修復技術探討

郭黨生

(中材地質工程勘查研究院有限公司，北京 100102)

我國是資源大國，采礦歷史悠久。礦產資源的開采和利用促進了社會生產力的進步和人類文明的發展，但同時也造成了一系列地質環境問題，如“三廢”和地質災害問題、地形地貌景觀破壞、侵占和毀損土地、植被破壞及環境污染等。

本文在礦山地質環境調查的基礎上，針對京北地區露天礦山地質環境問題，分析礦山不同立地條件下適用的生態修復技術，并以密云某廢棄礦山為例，根據不同的邊坡類型采取不同綠化方式，采用了“立體綠化模式”對露天礦進行生態修復，為礦山地質環境治理提供借鑒。

1 京北地區露天礦山地質環境問題

京北地區是北部“生態涵養區”，是首都北部的生態屏障。在歷史時期經濟發展的需求下，京北地區采礦業也經歷了飛速發展，多年開采破壞了區域生態系統，造成了一系列地質環境問題。

京北地區廢棄礦山有鐵礦、水泥用石灰巖礦等，破壞面積達1 000多公頃，存在的地質災害隱患包括崩塌、不穩定斜坡、泥石流隱患等[1]。礦山開采形成的深大采坑和裸露邊坡，破壞了地形地貌和植被，造成土地資源損毀，由于失去了水土保持、涵養水源、防風固沙的植被，容易導致大氣、土壤和水體的污染、水土流失、土地沙化等生態環境問題[2]。同時，京北地區露天開采也造成了地形地貌景觀破壞、水平衡系統受損，影響整個區域的環境完整性；開采過程中排放廢氣、粉塵和廢渣，造成空氣污染和酸雨，影響了礦區及周邊居民的生產生活，嚴重制約了區域經濟可持續發展，對廢棄礦山進行生態修復意義重大。

2 露天礦生態修復技術

為守護“燕山明珠”，改善京北地區密云水庫及周邊水系的生態環境，自2002年起北京市對密云水庫的一級、二級、三級保護區及上游白河流域等范圍內的廢棄礦山進行治理，解決因礦山開采產生的地質環境問題。生態修復后有效提高了植被的覆蓋率，恢復景觀，提高土壤的質量，減少水土流失，提高生物多樣性，優化植物群落結構，改善礦山生態環境。

根據自然規律，不同的災害發生形式必然有與其對應的針對性生態修復技術[3-4]。因地制宜地選擇適用礦山綠化和生態防護的技術模式，做好生態植被環境建設，實現坡面近自然生態治理。“多維立體”生態修復模式從水、土壤、大氣以及生物四個維度出發，與人類共同支撐起整個系統，只有把這四個維度融合在一起才能取得生態修復的最好效果。

2.1 土壤環境修復

(1)地形地貌整治：包括挖(填)方、廢石(渣)清理、采坑(塌陷)回填、地形整理和覆土等工程。主要措施為用礦山固體廢棄物回填采坑至設計高程后覆土，或根據當地實際情況，采用疏排水、深挖淺鋪墊、梯田法等方法用以平整當地土地以便于恢復地形[5]。

(2)土壤環境修復：重點是改善土壤硬質化、養分流失、土壤污染等。一是改善土壤物理結構、恢復土壤基質；二是增加土壤營養成分；三是減少土壤中的有害物質[6-7]。

2.2 植被恢復

我國礦山生態修復早期多采用邊坡復綠、草皮護坡、草灌結合等傳統修復方式。現今多采用人工修復模擬自然生物系統的植物群落，通過喬、灌、草等植物立體搭配，實現礦山廢棄地的修復。根據不同的立地條件，常用的植被恢復模式主要有掛網噴播覆綠、拉臺覆土綠化、采坑回填覆土綠化、廢石渣堆治理等治理方式。

(1)掛網噴播植物覆綠：將鐵絲網圍欄固定在巖壁上，將厚度約10cm的植物生長培養基噴入圍欄內，最后將草籽與一定濃度的粘土液混合，噴灑在培養基上。

(2)拉臺覆土綠化：平整出多個平臺和斜坡，如同階梯，在階梯上覆土、栽樹，從而達到恢復礦山地質環境的效果。

(3)采坑回填覆土綠化：利用客土分層回填、分層壓實的方法對露天采坑進行回填，使深層回填土在夯擊能的作用下，達到固結效果，減少地面沉降，回填至標準高度后對采場進行覆土綠化，從而實現恢復地形地貌。

(4)廢石渣堆治理：廢石廢渣梯級存放，渣坡底部修建擋土墻，鞏固壩基，以防止水土流失現象發生，每層渣坡上覆蓋約60cm厚耕植土并植樹種草。

3 密云某廢棄礦山生態修復實例

根據密云某廢棄礦山現場實際情況，結合地方發展規劃，因地制宜采用了“立體綠化模式”，針對不同的治理對象采取不同植被修復方式，取得了良好的生態修復效果。

3.1 采坑生態修復

實施挖填方工程，整治為五級平臺，從東往西依次排列。平臺間以填方邊坡銜接，坡腳下設置石籠，以控制邊坡線并兼具護坡功能。各治理分區邊界的巖石陡壁下方設計一條綠色保護帶，即礦區各整治平臺之間，以及整平平臺與后緣巖壁銜接處坡腳，沿坑壁下方修筑綠化種植槽種植五葉地錦。綠化槽外側栽植油松與火炬樹各一行，相間種植起到緩減落石沖擊力、綠化巖壁等作用。各平臺頂部客土覆蓋，進行植樹種草綠化(圖1)。通過治理，礦區喬木成活率達到90%，攀援植物成活率95%以上。

圖1 采坑生態修復前地貌(a)及生態修復后效果(b)

3.2 巖質邊坡生態修復

巖質邊坡生態修復是一個系統而全面的過程，是一個集巖土工程、植物學、土壤學、修復生態學、水土保持和景觀生態學于一體的綜合性科學技術[8-9]，此技術既能保證裸露山體的穩定和安全，又能逐步建立健康、穩定、可持續的生態系統。巖質邊坡生態修復技術包括客土移植、種子噴灑等傳統技術，也包括近年來出現的如生態植被袋護坡、高次團客土噴播等新技術。通過學習國外先進的巖質邊坡生態修復技術與國內多年的工程項目應用實踐和創新，應用最廣泛的技術有生態植被袋護坡、團粒客土噴播、柔性生態土工袋護坡、蜂巢單元護坡、環保植物纖維毯護坡等。

針對京北地區裸露巖質邊坡的特點，生態修復采用生態植被護坡袋、團粒客土噴播、石壁飄臺綠化等新型生態修復技術。露天開采造成的硬質巖石邊坡缺少植物生長所必需的水和土壤環境，以及與巖石表面牢固攀附的硬條件，宜采取植生袋和團粒噴播綠化技術(圖2)[10-11]。

圖2 巖質邊坡生態修復前地貌(a)及生態修復后效果(b)

(1)生態植被袋護坡又稱植被袋，是一種內部存有種子層的巖土材料袋，袋內裝有植物生長的土壤材料，以一定的方式堆積在邊坡上，起到護坡和防止水土流失的作用，達到植被恢復和生態修復的目的。因為植被袋不會被植被排斥，植物可以從內部生長同時也從表面生根，所以可以起到“固根護土”的作用。該技術對坡面紋理要求無限制，特別適用于坡度較大的坡面，效果快速穩定。

(2)團粒客土噴播主要采用掛網噴播綠化技術，包括削坡、掛網和噴播等工作。首先對區內的邊坡進行人工削坡和修整，消除不穩定邊坡和欠穩定固廢石[5]。設置完善的分流排水系統。在坡面沿等高線方向設置反向水平條，水平條之間間距約3～5m。水平條凈寬0.5m，內外側高差0.15～0.2m。在坡面縱向鋪設管徑100mm的PVC排水暗管，管道埋深0.3m。合理設置分散的排水系統，將坡面徑流進行分區排導，避免形成大股水流對坡面造成強烈沖刷。其次掛網錨固。采用鍍鋅機編網、絲徑Φ1.8，網孔6cm×6cm，網片搭接10cm，網掛至坡頂排水溝處用Φ12螺紋鋼，長20～30cm，坡頂主錨桿間距1m×1m錨固，坡面錨桿間距1.5m×1.5m，錨釘外露3～4cm，網距坡面2～3cm處與錨釘綁扎，最后用高分子團粒噴播。先在坡面噴播8cm厚的植生混凝土，作為植物生長的基礎層，然后在上面噴播含混合好的種子高分子團粒層，厚度4cm。根據綠化坡面的水源與氣候條件，將紫花苜蓿、冰草、高羊茅、火炬、臭椿、刺槐、檸條、紫穗槐等種子按照比例并搭配野花組合混合播拌入基材之中一起噴播。

(3)石壁飄臺綠化采用“喬、灌、草、攀援植物”的立體種植模式[12]。巖壁頂部沿土層種植藤本植物，植物沿巖壁向下蔓延；巖壁中部，構筑種植槽，槽內種植藤本或小灌木，植物向上攀爬和向下垂直綠化[13]。巖壁下部及地面，種植喬木和灌木植物，喬木和灌木之間種草。

3.3 渣坡面生態修復

渣坡生態修復是對渣坡表面進行土地整理，并對種植土進行土壤改良，以利于后期植物的生長。在整理好的平臺和斜坡上進行覆土綠化，涵養水土，修復生態環境。采取異地購土方式，土壤的肥力等級達到二等，客土厚30cm。根據當地的土質和氣候情況，選擇抗干旱耐寒的樹種——側柏。在治理區內的平臺上按3m×3m網格定點挖坑，樹坑規格：灌木0.8m×0.8m×0.8m，喬木為1.2m×1.2m×1.2m。在斜坡上采用魚鱗穴方式栽種樹木，魚鱗穴坑大小約為長80cm×短60cm×深60cm(圖3)。

圖3 渣坡面生態修復前地貌(a)及生態修復后效果(b)

4 結論和建議

礦山生態修復是利國利民的民心工程，我國應加強礦山生態環境恢復的新技術、新方法、新材料的研究工作，根據不同的氣候和地形條件，采取相應的治理措施，因地制宜，從而實現人與自然的和諧統一。

(1)通過對京北地區露天礦采場生態修復，再造了區域自然景觀；有效防治了地質災害的發生，改善了地質環境；優化了大氣環境質量，降低了噪聲污染；提升了沿線土地的價值，盤活土地存量。同時也摸索出一套適于露天礦采場綜合治理工作的新思路和新辦法，為露天礦開采后的生態修復工作全面展開提供技術保障。

(2)治理手段和技術上多樣化，生態治理與工程治理相結合，生態修復與預防地質災害相結合。根據當地實際情況，所選植物應強調適應本區域氣候和土壤特點，以樹為主，草、木、花相結合，既要本地化又要多樣化，實現多層次、立體化綠化效果。

(3)因礦制宜，分類治理。應充分考慮治理區土地綜合利用的價值，減輕地質災害隱患后，宜林則林、宜耕則耕、宜景則景、宜建則建，為今后開展礦山地質環境綜合治理提供可借鑒的經驗。