西部礦山開發的生態環境修復技術研究

李道進

（南京國環科技股份有限公司 江蘇南京 210041）

引言

綠水青山就是金山銀山，實現美麗中國建設目標是基本實現社會主義現代化的重要組成部分，目前國家層面十分重視生態環境的建設，《關于深入打好污染防治攻堅戰的意見》 明確提出加強生態修復的要求。地方環境可持續發展是社會整體穩定運行的保障，而礦山生態修復就是確保地方實現美麗中國的關鍵。據此，綜合利用生態學、資源經濟學原理及方法，對廢棄礦山進行生態恢復及生態系統重建進行探究分析具有非常重要的意義。

1 礦山生態修復意義

礦山開采后可能會帶來水土流失、山體滑坡、土壤荒漠化等生態環境問題，礦山開采后的廢棄工礦用地也會因具有眾多不良的土壤理化性質，特別是土壤中的重金屬含量過高，且某些重金屬在土壤系統中的污染過程又具有長期性、隱蔽性和不可逆性，常給周邊區域的生態環境造成較為嚴重的影響。因此，針對廢棄礦山采取生態修復就具有非常重要的生態意義。

礦山生態修復既是緩解土地出現荒漠化以及水土流失的重要步驟之一，也是可以通過對礦山實施生態修復及改造，挖掘其蘊含的社會及經濟價值重要手段之一。

目前生態恢復后選取旅游開發模式已占據礦山修復案例的一半以上，因此考慮經濟上的因素具有較高的修復價值。實踐中，針對廢棄場的改造主要是在其獨特的自然景觀和其自身所具有的土地資源基礎上加入一些人文景觀元素，在修復的同時將其選擇改造成城市公園、濕地公園、生態公園、礦山遺跡公園等具有旅游和休閑的景區[1]。

目前國內外生態修復的理念主要以能夠恢復為破壞之前的狀態，要求使森林、水體和農田恢復原狀[2]，要求控制有毒有害物質的沉積和水蝕；保證地下水位維持原有水平和地表形態不變；保持表土層仍在原先的地方；注重酸性物質和有害有毒物質的預防與治理；防止礦山尾礦產生滑坡等次生地質災害。

2 礦山生態修復措施

礦山生態修復的一般步驟和措施可以分為以下幾步：

（1）尾礦治理

對尾礦進行二次利用和開發可以解決占用大量土地的問題，可以通過加大尾礦的綜合利用率，將尾礦商品化，使其變廢為寶。另外還需要考慮對尾礦庫內的滲濾廢水進行處理，實現廢水的達標排放或回用。對于礦區的采空區、廢舊巷道的礦山，在在條件成熟時，可以考慮利用井下采空區排放尾礦，這種處置尾礦方式可以節約大量的土地資源，但是需要考慮滲濾液的井下排水的問題。

（2）開采邊坡治理

前期礦區開發多少會存在一些邊坡需要處理的現象，邊坡治理主要工作就是對于尾礦庫、山體等穩定邊坡，通過工程措施把邊坡的坡度降到安全角度以下，以消除滑坡等地質災害隱患。同時邊坡治理可以同步實施復綠工程，借助于植被的根系作用，有助于減少后期水力侵蝕以保持邊坡的進一步穩定。

（3）土壤改良

礦山開采易造成土壤退化，經破壞后的土壤中會含有大量的有毒有害物質，導致其理化性質變差，土壤養分丟失。因此同步實施土壤改良是礦山生態修復最重要的環節之一。

一般土壤改良可以采取的措施主要分為兩大類：一類是實施異地取土措施，即在不破壞異地土壤的前提下，取一些適量土壤（主要是表土層），將其移至目前礦山已經受損的區域，同時在土壤上種植一些適合的本地植被，通過本地植被的生長，逐步建立小區域的植被生態系統，以起到吸收、揮發、根濾、降解、穩定等作用，實現以對受損土壤進行修復。一類是實施土壤增肥改良措施，主要采用施肥等措施，以增強土壤的養分，可以加速植被以及土壤中微生物的生長，最終通過自然生態系統的繁衍和更替來實現土壤的逐步改良。

（4）植物修復

在土壤改良基礎上，在自然條件允許的地方，選擇利用運用植被修復這種生態的方式進行修復。有時候對于受到一些重金屬污染的礦山，此種方式更具有針對性。

一般來講，需要針對各種礦山的情況，采取不同的適應方式，進行不同的種植植被方法。一般主要分為兩大類。一類就是對礦山已破壞區域種植植被直接進行本土植被覆蓋，另一類則是采取針對性的覆土植被的方式進行。

（5）微生物群落系統修復

礦山的生態恢復，通過前面的土壤改良和植被的恢復有時候還是不夠的，必要時還需要考慮局部的微生物群落系統的恢復，最終實現和促進種群演替與生態穩定。

修復后的礦山要想以繼續自然保持，就需要具有完善功能的生態系統，微生物群落的恢復有時候就很關鍵。微生物群落的恢復建議以恢復原有的群落為主，特殊情況下可以考慮接種適用的特定微生物，以起到加快消耗掉污染物的作用。

微生物的接種一般考慮兩種類型，一種是選擇抗污染不受影響活性的微生物菌種，另一種是選擇有利于生態系統或者主要的植被生產和易于吸收污染物將其轉化為營養物質的微生物，現實中存在有些微生物菌種不僅可在高污染條件下生存，而且還能夠通過吃掉或轉換污染物形態并同步分泌和產生植物的生長所需的營養物質，實現改善微環境。

（6）水資源修復

在礦山開發利用中有些地區以對水資源的破壞及浪費為典型的。在考慮對廢棄礦山進行修復時一定需要標本兼治的考慮到對水體和水資源的修復。水資源的修復包括對地表水資源和地下水資料兩種修復。

在對地表水進行修復時，可以考慮采取人工濕地等方法進行修復，一般結合水系的形狀，構筑合適的人工濕地，通過在濕地中種植特定的植物并培育合適的水生生物及水中的微生物，通過其實現小生態圈共同的作用對污染物進行去除。

對于地下水資源的保護，主要通過控制尾礦滲濾液等通過溶洞、地表裂隙等通道繼續污染地下水的問題，同時針對地下水不停外流的情況需要考慮的工程措施將其封堵，以控制地下水的流失。

另外，對于地表水缺乏和地下水水位下降的情況，還需要找到原因，如是因為過度采水則需要通過區域減少開采并實施區域外調水，以緩解局部區域的水資源壓力，同時通過建設水利工程實現蓄水和給水系統，逐步解決水資源調配問題。

3 西部礦山采取的措施探討

西部地區的礦區開發有其特殊的地理及環境特征。西部地區以新疆、甘肅、青海為代表，總體特征為干旱少雨、多大風，具有日照充足和溫差大等特征，屬于溫帶大陸性干旱氣候。年降雨量少，蒸發量遠遠大于降雨量，地表基本無常年徑流的河流。該地區礦產資源的開發及土地資源優勢的發揮完全取決于水資源的合理配置和開發利用。在這種氣候條件下，礦區土地存在著嚴重的荒漠化趨勢。區域大部分的土壤侵蝕類型為強度風力侵蝕和微度水力侵蝕，土壤長期處于干旱狀態，地表植被極為稀疏。在強烈風力侵蝕作用下，礫石、碎石相對增加，粗糙度也隨之加大，當表層碎石礫石多到一定量時即達到相對穩定狀態，地表形成一層具有棱角的碎石、礫石覆蓋層，成為保護下部土層不再受風蝕的保護層。因此其區域生態環境十分脆弱。

一般的礦山生態的環境保護與恢復治理技術均認為：易產生風沙區和荒漠區的礦產資源開發，首先應考慮避開易發生生態退化和風蝕地帶，同時通過工程方案調整減少采挖、排土、堆矸和運輸等對土壤結皮、礫幕及沙區植被的破壞和擾動的活動；同時對相關場地應采取覆蓋或圍擋等防風蝕的措施。

因此西部地區的礦山開采，應減少對植被的破壞，同時應減少對土壤結皮、礫幕的破壞以減少風沙。另外，還需要有機的結合當地的自然環境條件，在具備礦區生物資源（適生植被、動物、微生物）修復的基礎上，需要因地適宜的開展對應的生態資源修復工作[3]。

4 適合西部地區采取的措施選擇

在西部地區的礦區開發利用，首先需要做好對土壤結皮、礫幕層的保護。

（1）土壤結皮以及礫幕層保護是指礦區內暫未開采的區域，面積很大，主要被戈壁礫幕層所覆蓋，生境惡劣、脆弱，但是生態系統相對穩定。戈壁礫幕層是自然情況下千萬年來形成的處于地表表面的土壤保護層，在自然不被破壞情況下，具有抗風蝕與防蒸發等重要作用，在維護戈壁生態及荒漠生態系統中具有十分重要作用。對礫幕層保護的要求主要采取的措施就是減少人類干擾，保護地表稀疏的植被和地表結皮不受破壞，以減少破壞后的風蝕影響。礦區在實施開發時必須修建的線性工程如地下管道、施工道路等長度和跨度較大，如不控制好施工范圍，將會產生較大的工程擾動，極易將穩定的礫幕層變得松動，然后在風力的作用下，土壤侵蝕強度將會逐步升級，最終導致水土流失加劇。因此針對礦區在開發時就需要從工程設計角度出發，首選盡可能的將工程對地表擾動控制到最小范圍，以防止破壞后的底層流沙出露而形成新的風沙源，降低區域水土流失；同時施工過后應按照各類規范及時恢復施工跡地，堅持以恢復原貌特征為原則，可以采取局部硬化或礫石壓蓋的方法恢復礫幕層功能，以保持區域生態系統平衡穩定。

（2）在工程施工階段，必須要采取各項措施，盡可能減少工程施工對戈壁礫幕的擾動。嚴禁越界施工和偏離施工便道在戈壁灘上無序無目的的行車，以保護礫幕層。做好表土剝離產生的礫幕層單獨存放保護工作，后期用于恢復表土使用，對路基緩邊坡采取回覆剝離并保存的礫幕層。比如施工前，在采掘占地范圍內，剝離礫石堆放在場地內，外圍使用彩鋼板圈圍，表面覆蓋密目網，對表面拍實并灑水抑塵。待工業場地完工后，對工業場地裸露地表鋪蓋離石。建設中要加強管理，縮小施工擾動范圍，減少無序干擾。施工完畢后應及時平整土地并清理施工現場，按照相關要求恢復原地貌。工程建設的道路兩側布設格狀沙障，格內使用化學粘合劑將土壤固定，起到固沙作用，防止土壤沙化。針對最終形成的采掘坑需要覆蓋礫石或巖屑，控制邊坡角度，逐步恢復礫幕層的原始地貌。

（3）有些礦區所處位置屬荒漠戈壁，區內無植被，大部分地區地表為石礫，不具備植被恢復條件。對破壞的土地資源恢復為石礫地的恢復方向是可行的，其適宜性為比較適宜。針對煤礦的煤矸石或者金屬礦的廢石可將矸石或廢石回填礦區洼地、填作路基、平整工業場地等；同時后期可用于回填沉陷坑，回填前可將矸石（廢石）先分選，小塊矸石（廢石）在下，大塊矸石（廢石）在上，分層充填恢復，最后使用礦井水處理后的濃鹽水噴灑擾動地表形成結皮層，以起到壓沙防止大風起塵等的效果。對于金屬礦的尾礦庫，也可以采用廢石壓蓋的方式減少揚塵。露天開采類礦山的修復，因消除地質災害隱患和削坡等修復工程而產生的石料及原地遺留的土石料，可以進行回收，并用于修復工程。

（4）在部分特殊的地區，區域地下無補給來源，因地下水本身所處的自然地理條件、地質與水文地質環境決定，含水層多為基巖深層水，地層滲透性差，其徑流緩慢，經長期地質作用形成咸水～鹽水，表現出礦井涌水含鹽量極高。一方面在以風力侵蝕為主的地方，可以以礫石壓覆加鹽水噴灑的方式，鹽結皮的膠結效果和作用較為明顯，不同的地表松散物在采取高礦化度鹽水、抑塵劑、礫石壓蓋等防風蝕措施情況下可以有效減少土壤侵蝕方面的影響，通過礫石壓覆等方面的資料研究以及流體動力學模型結果可以認為主要以礫石壓覆加噴灑高濃度礦化鹽水、抑塵劑，結合少量的植物措施也是西部地區礦產資源開發減少生態環境影響的因地制宜的有效措施之一。其次，需要充分利用好有用的水資源。在部分干旱的地區，施工期及生產運營期間的企業的生活污水以及礦井水是一個寶貴的資源。綜合利用標準《城市雜用水水質》相關標準要求，用于噴灑易產生揚塵的區域，如矸石山、沉陷坑、道路兩側等，在采取一定的管控措施控制住后續人為的破壞之后，地表因為水蒸發后會逐步形成一個結皮層，隨著多次反復的澆灑和蒸發，會形成一個穩定的殼，一般能夠控制在大風天氣下的起塵，最終會起到保護生態的作用。為積極踐行“綠水青山就是金山銀山”的發展理念，堅持保護優先，堅持節約資源和保護環境的基本國策，積極建設綠色礦山產業，在礦區有可能長出荒漠植被的區域，如辦公區域等空地或者規劃的林地區域，可以通過種植當地苗木、播撒鄉土草種，結合土壤種子庫、漓漫灌溉等生態修復技術，充分利用植被對水分高強度的吸收作用，最大限度的綜合利用礦井水、生活污水開展荒漠生態綠化工程。并在礦區內建立長期的科學試驗基地，積極探索高鹽水下喬灌草種植的技術，降低企業對廢棄物的處理成本。植被的大面覆蓋，不僅能夠改善生態環境，提高職工的生活品質，同時也使礦區符合國家綠色礦山要求，形成“生態+景觀+旅游”的格局，從而帶動當地生態和經濟的可持續發展，實現綠色礦山和荒漠綠化生態園的示范區。

（5）選擇和規劃使用好生物資源。針對西部干旱和半干旱區在沉陷地復墾面臨的干旱缺水、土地肥力不夠、植被根系受損等難題時，可以考慮推廣和利用微生物的優勢，使用微生物菌劑修復產品，采取裂隙接菌方式，進行微生物修復，即使細菌與陸生植被系統形成菌根共生體，菌根真菌能促進植物根系生長，增加植物對營養的吸收，幫助植物脅迫環境（植被受到抗逆脅迫時，植物體內氧代謝失調，細胞內自由基產生和清楚的動態平衡將被打破，形成氧化脅迫。接菌可以緩解氧化脅迫，調節激素分配，減緩生長來適應逆境脅迫），加速植株生長和種群建立，并能優化植被分布，改善生態格局。同時，接菌加速枯落物分解，接菌區枯落物分解速率加快，實現增加土壤有機碳含量，從根本上提高土壤的肥力潛力，增加植物養分的吸收，修復受損的植被根系，并采取措施提高水分的利用率，改善矸石的理化性質，為礦區復墾探索一條經濟可行的途徑，促使和加速礦區的生態修復。

結語

我國礦山的生態環境破壞比較復雜，土地復墾與生態修復是解決礦山環境保護和綜合治理的有效途徑。為減輕對生態環境的破壞，應依據礦山不同開采時期的特點和所處的自然環境等因素，制定不同的和當地生態環境相適應的生態修復方案，并結合多渠道參加機制[3]，推動礦山恢復治理工作的規范開展，以做到采礦與修復的一體化、同步化，最終實現礦山生態功能的修復，逐步恢復各類礦山的生態環境良好狀態。