礦山生態(tài)修復(fù)方法及工程措施研究

鄧金輝

（江西省地質(zhì)局工程地質(zhì)大隊，江西 南昌 337000）

礦產(chǎn)作為重要的能源之一，對我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，對此，我國應(yīng)當(dāng)重視對于礦山開采區(qū)域的治理、保護(hù)工作，利用生態(tài)修復(fù)方法恢復(fù)礦山開發(fā)區(qū)的生態(tài)平衡，提升礦產(chǎn)的有效利用率，促進(jìn)我國礦山開采工作健康、環(huán)保、循環(huán)發(fā)展。

1 礦山開發(fā)導(dǎo)致的環(huán)境問題

1.1 環(huán)境污染

洗礦廢水、礦坑排水等礦山污水未經(jīng)任何處理便排入自然將極大影響湖泊等地下水系統(tǒng)的水質(zhì)，同時，易造成水道的堵塞，導(dǎo)致地下水水位嚴(yán)重下降，表層水不斷流失卻得不到補充，最終干涸，土壤、植被等逐漸污染、干枯、死亡。另外，采礦過程中出現(xiàn)的采礦粉塵、車輛廢氣等有毒有害成分將對大氣環(huán)境造成污染。生態(tài)平衡被打破，將嚴(yán)重威脅施工人員的生命健康安全。

1.2 地質(zhì)地貌被毀

當(dāng)前過度開采的事件屢屢發(fā)生，對礦山所在區(qū)域的地質(zhì)地貌造成嚴(yán)重?fù)p毀，為方便開采建造的平臺、陡崖由于沒有植被覆蓋，破壞了其原本的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，且在外力的作用下極易發(fā)生坍塌等地質(zhì)災(zāi)害。

同時，礦井的開采侵占了大量的土地資源，嚴(yán)重威脅了周邊居民的安全，也使得該地區(qū)的自然風(fēng)景遭到不可逆的破壞。

圖1 過度開采遺留下的礦山

1.3 水土流失

礦山的開采工作使得當(dāng)?shù)氐闹脖患巴恋厥艿搅藲缧缘拇驌簦绕涫锹短扉_采的礦山，將加重礦山開發(fā)區(qū)域的荒漠化形勢，在遭遇大規(guī)模降水情況時，會出現(xiàn)嚴(yán)重的水土流失，同時，土壤中的有機物質(zhì)被沖刷帶走，使得該地區(qū)的綠化植被無法獲取生長所需要的營養(yǎng)。大量的裸露巖體將破壞此區(qū)域內(nèi)的生態(tài)結(jié)構(gòu)平衡[1]。

2 礦山生態(tài)修復(fù)方法

2.1 穩(wěn)定化處理

常見的礦山生態(tài)修復(fù)方式之一就是穩(wěn)定化處理，主要包含化學(xué)及物理兩種處理方式。化學(xué)處理方式主要修復(fù)對象為尾礦表面，通過使用化學(xué)穩(wěn)定劑，在尾礦表面生成殼膜，防止其受到風(fēng)雨等外界環(huán)境的侵蝕。物理處理方法主要針對采礦區(qū)、排矸場等區(qū)域的前期生態(tài)修復(fù)工作，主要包含礦坑填埋、熟土覆蓋等操作。通過使用物理處理法進(jìn)行礦區(qū)環(huán)境的修復(fù)，將極大提升該區(qū)域的地表穩(wěn)定性，同時有效解決了采礦過程中獲得的礦山廢棄物。當(dāng)前，我國的礦山生態(tài)修復(fù)主要方式是綜合利用物理處理方式與植被修復(fù)方法，優(yōu)勢互補，使得礦山環(huán)境得到快速轉(zhuǎn)變，此方式相較于化學(xué)處理方式來說具有較強的成本優(yōu)勢，也不會對礦山環(huán)境造成二次污染，極大提升修復(fù)工作的安全性以及科學(xué)性。

2.2 微生物恢復(fù)

就當(dāng)前的礦山開采工作來看，在經(jīng)過長期的操作后，礦山開采區(qū)域都會或多或少出現(xiàn)土質(zhì)硬化等問題。由此，在進(jìn)行實際操作時，為提升土壤性能，可以選擇微生物等地下生物進(jìn)行礦山的生態(tài)修復(fù)工作。一般來說，微生物都可以依照自身的生長、繁殖特性完成疏松土壤的工作，在保證不浪費多余資源的情況下達(dá)到礦山環(huán)境修復(fù)的目的。就常規(guī)狀況進(jìn)行分析，可進(jìn)行礦山環(huán)境修復(fù)的微生物主要包含了抗污染性及降解性兩種微生物。微生物可以將礦山區(qū)域內(nèi)的部分有害物質(zhì)通過溶解、轉(zhuǎn)化、固定等操作變?yōu)闊o污染的物質(zhì)，將有助于開礦地區(qū)的綜合使用水平的提升。也可以有效降低部分有毒、有害物質(zhì)的毒性，削弱其對整體礦山環(huán)境的影響。

2.3 水資源治理

在進(jìn)行礦山的開采活動時，無可避免地會對當(dāng)?shù)氐乃Y源造成污染及浪費。為保護(hù)我國珍貴的淡水資源，需要重視對水資源的治理工作。從當(dāng)前的礦山開采工作分析可知，水資源的污染主要分為地下水污染以及地表水污染兩方面，若在開采礦山的過程中出現(xiàn)頻繁取水、大量取水的情況，將導(dǎo)致該地區(qū)的地下水位下降，地表水易出現(xiàn)缺乏甚至干枯的情況。為有效應(yīng)對此類情況，可以選擇外地調(diào)水的手段減輕采礦作業(yè)區(qū)的供水負(fù)擔(dān)，或利用建設(shè)人工濕地等科學(xué)化蓄水方式改善此類問題，也可以通過種植綠化植被達(dá)到固水保水的目的，使地下水水位始終維持在相對正常的范圍內(nèi)[2]。

2.4 礦山植被恢復(fù)

礦山植被恢復(fù)情況的好壞將直接影響到礦山整體的修復(fù)成效以及后續(xù)其他修復(fù)工作的有序推進(jìn)。就通常情況而言，礦山地區(qū)的植被恢復(fù)方式主要分為直接植被恢復(fù)以及覆蓋植被方式兩種。具體的治理方案需要依照礦山的破壞程度、土壤營養(yǎng)及毒性、生物適應(yīng)性等多種因素共同確定的。直接植被恢復(fù)就是通過增加開礦工作區(qū)域內(nèi)的微生物及土壤動物的方式對環(huán)境進(jìn)行修復(fù)，主要包含螞蟻、線蟲、蚯蚓等生物。此種方式的主要特點就是投入成本不高，且操作簡單易掌握。覆蓋植被恢復(fù)方式對土壤厚度要求較為嚴(yán)格，但也是成效顯著的一種方法，若土壤厚度高，則必須投入額外的修復(fù)成本，若土壤厚度低，則不能起到相應(yīng)的修復(fù)作用，通過不斷的實驗證明，最佳的覆土厚度為6cm～10cm之間，同時可盡量種植豆科等具有固氮能力的植物，其優(yōu)勢是價格低廉且操作簡便。在進(jìn)行覆土工作時，可保證覆土與原土壤的混合量相同。在進(jìn)行植被種植時，可選擇噴播的造林方式，并依據(jù)礦山的特點，利用挖掘魚鱗坑、圍堰砌筑等方式為植物提供良好的生長環(huán)境，綜合開渠、保水、覆膜、施肥等技術(shù)提升植被的成活率。

圖2 礦山生態(tài)修復(fù)

2.5 土壤土質(zhì)修復(fù)

從現(xiàn)階段的礦山開采過程來看，整個工作流程對于土壤土質(zhì)的破壞程度是最嚴(yán)重的，大部分開采施工區(qū)域都會出現(xiàn)土壤結(jié)構(gòu)及性質(zhì)轉(zhuǎn)變、營養(yǎng)物質(zhì)流失、有毒有害物質(zhì)增加等情況。為應(yīng)對以上問題，則需要強化土壤土質(zhì)的修復(fù)力度。土壤土質(zhì)的改良主要分為以下三類。一是，利用異地取土的方式，在不破壞取土地區(qū)土壤結(jié)構(gòu)的前提下，利用較為優(yōu)質(zhì)的土壤修復(fù)土壤破壞程度較大的區(qū)域，并在修復(fù)好的土壤上適當(dāng)種植植物，進(jìn)行環(huán)境改善。二是，對當(dāng)前的廢棄礦井進(jìn)行科學(xué)的改造，秉持不浪費、不污染、提升利用率的觀念，對各類土地資源進(jìn)行充分的開發(fā)利用。三是，在受損的土壤中添加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)物質(zhì)以及肥料提升其營養(yǎng)含量，并提高其化學(xué)、物理特性，為綠植的生長、發(fā)育提供必要的生存條件，促進(jìn)礦山環(huán)境的修復(fù)、重建，實現(xiàn)礦山資源的有效循環(huán)利用，提升礦山區(qū)域的經(jīng)濟(jì)利用價值[3]。

3 礦山修復(fù)工程措施

3.1 地質(zhì)地貌的恢復(fù)

回填整平工作是現(xiàn)階段常用的地質(zhì)地貌恢復(fù)手段之一，此方式可以保證礦山整體平整性，避免出現(xiàn)較陡的溝坎，確保地表基層的穩(wěn)定性。同時需要對開礦過程中形成的裸露坡面及地表進(jìn)行土壤的穩(wěn)定、加固工作，避免由于外力因素導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象發(fā)生，不僅威脅周圍居民的生命財產(chǎn)安全同時也會導(dǎo)致二次破壞的情況。依照礦山當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)特性，還可以利用疏通土石方并科學(xué)修建溝渠等方式恢復(fù)土壤的生態(tài)活性，對塌陷的部位進(jìn)行有效的填平修整。當(dāng)?shù)刭|(zhì)地貌基本恢復(fù)其原本的性能時，才可以進(jìn)一步完善礦山周邊環(huán)境的生態(tài)系統(tǒng)。地質(zhì)地貌的恢復(fù)工作是降低礦山污染、提升環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵一步。地貌修復(fù)工作主要包含了土木網(wǎng)、土木格室等多種操作方法，被廣泛應(yīng)用我國各地廢棄礦山等環(huán)境修復(fù)工作中。具體的操作流程主要涵蓋了物理工程技術(shù)、重物裝置技術(shù)以及人工裝置技術(shù)等，重物裝置技術(shù)常用的方法有客土噴播技術(shù)、植生卷鋪蓋方法等，物理工程技術(shù)包含預(yù)應(yīng)力錨綜地梁技術(shù)以及鋼筋混凝土框架技術(shù)，人工裝置技術(shù)將有效提升礦山周邊環(huán)境的穩(wěn)定性。在實際的修復(fù)操作期間，可以綜合工程技術(shù)、生物技術(shù)、人工裝置技術(shù)的優(yōu)勢進(jìn)行科學(xué)搭配。

3.2 采礦區(qū)生態(tài)修復(fù)

采礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)工作是礦山整體修復(fù)工作中較為主要的一個環(huán)節(jié)，可以有效降低對生態(tài)環(huán)境造成的破壞及影響，極大減少地表沉陷等情況的發(fā)生。在采礦作業(yè)區(qū)需要大力推行充填采礦的方式，縮小地表沉陷的區(qū)域面積，對于已經(jīng)產(chǎn)生裂縫的部分，可用作業(yè)廢石進(jìn)行有效填充，并利用表層土進(jìn)行覆蓋，最后利用植被種植的方式恢復(fù)采礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，避免出現(xiàn)裂縫擴大的情況，提升采礦區(qū)操作的安全性。另外，坡度較高的巖石邊坡以及較窄的臺階是露天采礦工程急需解決的問題之一，在實際的修復(fù)中，需要就坡度不同的邊坡進(jìn)行針對性管理，科學(xué)制定相應(yīng)的方式提升露天采礦邊坡區(qū)域的穩(wěn)定性。若邊坡坡度大于75°，則需要注意邊坡的穩(wěn)固性，再進(jìn)行生態(tài)修復(fù)工作，若邊坡的坡度在75°至35°的區(qū)間范圍內(nèi)，則需要首先用削坡的方式對邊坡進(jìn)行改造，在其穩(wěn)定性提高時再進(jìn)行修復(fù)作業(yè)，若邊坡坡度小于35°，則可直接進(jìn)入生態(tài)修復(fù)環(huán)節(jié)[4]。

3.3 排矸場生態(tài)修復(fù)

排矸場主要修復(fù)對象是坡地及丘陵，需要對此區(qū)域內(nèi)的排矸場進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定工作，主要的操作流程是降低矸石山的相對高程、加固坡面、平整水平階。在堆放矸石時，先需要就矸石山的底部土地進(jìn)行平整、夯實工作，每堆矸石的間隔距離應(yīng)保持在3.5m左右，同時修建的臺階寬度需要大于3.5m，堅持由內(nèi)至外的工作順序，并保證層層壓實，在溝口加裝漿砌石排水溝以及攔渣壩，在邊坡地區(qū)以13m作為一個間隔周期修建導(dǎo)流渠，各矸石堆的排列方式應(yīng)盡量保證“品”字形，然后在排矸場上覆土，最后再依照當(dāng)?shù)氐臍夂蚣巴寥捞刭|(zhì)挑選成活率較高、綠化效果較明顯的植株進(jìn)行種植。

3.4 排土場復(fù)墾

在進(jìn)行排土場的生態(tài)環(huán)境修復(fù)工作前，需要預(yù)先采取相應(yīng)的措施，保證邊坡的穩(wěn)定性，再綜合利用植物及工程措施進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。對部分具有安全隱患的邊坡應(yīng)進(jìn)行加固處理，主要的施工流程包括了削坡開槽、建設(shè)攔河壩、加裝深空預(yù)應(yīng)力錨、長錨桿、修建抗滑樁等操作。排土場復(fù)墾的植株需要保證其抗病、抗旱、抗寒、抗病蟲害等能力強，同時成活率高，具有美觀性。在移栽植被時主要可采用植生盤、堆土袋、掛網(wǎng)綠化等方式，若種植區(qū)域為林地，則需要做好覆土工作，其厚度應(yīng)盡量大于0.3m，使用坑栽法則需要在坑內(nèi)填入客土，在邊坡角度小于35度時，可直接種植普通品種的林木，在邊坡角度小于20°時，可直接種植果樹或其他具有經(jīng)濟(jì)價值的植株。在栽種完成后，需要在種植區(qū)域附近建立較為完善的排水、保肥設(shè)備。通過綜合工程及植物技術(shù)的優(yōu)勢進(jìn)行礦山排土場區(qū)域的復(fù)墾工作，將極大提升其恢復(fù)速度。

3.5 尾礦庫復(fù)墾

在尾礦庫施工全部結(jié)束且閉庫一段時間后方可進(jìn)行復(fù)墾工作，要保證各工程設(shè)施已經(jīng)逐漸平穩(wěn)下來。依照尾礦的具體結(jié)構(gòu)特點以及化學(xué)特點等制定不同的治理方案。不管尾礦的酸堿性如何，都需要利用礦山的整體開發(fā)走向?qū)ζ溥M(jìn)行深埋的處理。若尾礦中含有有毒有害物質(zhì)或有放射性時，則需要精確檢測其濃度及含量，依照開礦環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)隔離層，并將其進(jìn)行深度掩埋。若尾礦中含鹽量較大，則需要增加除鹽操作。嚴(yán)格控制尾礦附近排水設(shè)施的建設(shè)質(zhì)量，使其滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)，同時在最后覆土操作時，需要保證覆土厚度大于5cm，避免水土流失的現(xiàn)象發(fā)生。

3.6 邊坡治理

由于礦產(chǎn)開采不均會導(dǎo)致礦山周邊的巖體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，因此在開礦工作完成后極易出現(xiàn)山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，在進(jìn)行邊坡治理工作前，需要利用精密的科學(xué)儀器對邊坡進(jìn)行全面監(jiān)測，做好數(shù)據(jù)的統(tǒng)計工作，數(shù)據(jù)收集好后方可進(jìn)行邊坡治理工作，常見的邊坡治理方式有以下四種。第一，全面掌握邊坡情況，若發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定巖體及陡坡時則需要進(jìn)行削坡操作，若坡度不大則可利用填方壓腳的方式進(jìn)行處理。第二，若邊坡土壤含水量高，則應(yīng)立即進(jìn)行排水操作，防止地下水對工程造成干擾。第三，治理土質(zhì)破碎帶時，應(yīng)注意清除危巖及錨桿。第四，若邊坡風(fēng)化情況嚴(yán)重，則可以小范圍建立擋土墻，防止出現(xiàn)塌方的事故[5]。

4 結(jié)論

綜上而言，礦山工程事關(guān)我國國民生產(chǎn)生活以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展，各部門、單位需要認(rèn)識到恢復(fù)礦山生態(tài)的重要性，利用多樣化的生態(tài)修復(fù)手段，結(jié)合開采工作對礦山造成的實際影響以及礦山自身的特征，有針對性地制定修復(fù)方案，利用微生物、植被、土壤等方式進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，并綜合工程施工建設(shè)對礦山的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行有效的修補，維持其周邊的生態(tài)結(jié)構(gòu)平衡，同時在后續(xù)的開采過程中注意不要對礦山環(huán)境造成破壞，保證礦山開采工作健康、規(guī)范的推進(jìn)。