廢棄露天礦山生態修復技術的實踐應用

楊黎萌

（安徽省地質環境監測總站，安徽 合肥 230001）

我國是世界上從很早期就開始開發利用礦產資源的國家之一，尤其是新中國成立以來，隨著經濟和社會的進步，礦業達到了前所未有的重視和發展。礦產資源的利用小到工農業用水和城鄉居民飲用水，大到工業原料、能源開發。被消耗的礦物原料達50億噸/年以上，依礦產資源支撐著我國GDP中70%的經濟運轉。特別是金屬礦山的開采推動著國民經濟的前進步伐，但也出現了一系列的生態環境問題，地質災害問題等。像礦山周邊的地表水和地下水污染，礦山工程施工過程中引起的有害氣體及粉塵污染、土地植被及土壤微生物原生環境破壞。開采過后的廢物、廢石、尾礦堆積，久而久之侵入地下，造成水土污染，生物鏈本是循環的，最終受害的還是人類自己，直接或間接造成直接經濟損失數億元[1]。因此，礦山廢棄地的生態修復任務迫在眉睫。

1 礦山廢棄地概念

礦山資源被開采過后，多種因素造成了環境被破壞和占用，后期也無相關人員進行后續的治理工作，導致礦山無法持續開采。包括露天礦山、礦山排土場、尾礦場、塌陷區及過度開采的重金屬污染地等都可以叫作礦山廢棄地。

2 露天礦山廢棄地類型和特點

一是由剝離表土、開采的巖石碎塊和低品位礦石堆積而成的廢石堆積地；二是隨著開采面積增加，資源被采完后留下的大片采空區和塌陷區，形成的采礦廢棄地;三是開采礦石精選出精礦后產生的尾礦堆積形成的尾礦廢棄地；四是采礦作業面、機械設施、礦石輔助建筑和道路交通等先占用后廢棄的土地。

礦山被開采后的土地中，N、P、K及有機質等養分含量急速下降，造成土壤極端貧瘠，空間形態落差大，土壤物理結構不穩定，破壞因子多以含硫重金屬污染和礦山酸性排水污染為主，治理內容以生態修復和污染治理為主。礦山污染修復受地形地貌、氣候特征、水文條件、土壤物理化學生物特征、表土條件、潛在污染等因素的制約，因此，修復技術和實施方案的選擇需要綜合各因素的影響。

3 廢棄礦山對生態環境的影響

①礦山的開采占用大量土地資源導致其無法使用。②露天采礦必須要砍伐樹木、破壞植被景觀。無節制的開采或者不注重開采技術，往往會造成地表塌陷、裂縫等地質災害。影響后期土地耕種、植被生存。③礦山開采過程中機械的運作、工人的施工，勘探過程中的化學物質等，都可以通過土壤、空氣、水資源進行徑流和擴散。尤其是重金屬污染，常年累月，輕則影響作物生長，嚴重危害到人類健康，甚至是生命。④現在很多生物都在滅絕，這其中和生態圈有著息息相關的聯系。像礦產開采、勘探過程，地下水和地表水都會對生物圈產生擾亂，很多生物都要轉移棲息地，且有著不可逆的影響。水污染的危害，導致水生物生存環境遭到破壞[3]。⑤近些年的臺風、地震每年頻發，這是因為地質結構發生了改變。采礦行業地表塌陷、開裂，礦坑涌水量加劇，都是引起地震的誘發原因之一。

4 生態修復現狀和修復技術種類

4.1 我國礦山生態修復現狀

于20世紀50年代末60年代初，我國就已經陸續對礦山廢棄地進行修復工作。但是由于我國礦產資源遼闊，造成了廢棄地種類復雜、區域相離甚遠，安排修復工作實效不佳。20世紀80年代初，我國廢棄露天礦山，已完成的生態修復率≤1%，20世紀80年代末期，盡管各部們加急協調，已完成的生態修復率也僅到達了2%，現如今，由于被遺留的廢棄地實在是太多，治理效果仍不明顯，修復比例遠低于發達國家。但治理工作仍在穩步向前，我們國家對環境保護、修復的重視程度逐年提高，對礦山復墾項目和酸、堿性氧化物污染的土壤植被修復，景觀生態的改變等治理和技術研究方面的資金投入量越來越大。進入到21世紀，治理目標主要轉向了礦山生態系統健康和環境安全。我國在2013年，正式頒布了《礦山生態環境保護與恢復治理技術規范（試行）》等兩項環境保護標準，并深入貫徹到各省、自治區、直轄市環境保護廳、保護局、研究所等，足以看出我國對促進礦山生態環境保護的重要程度。

4.2 生態修復技術種類

針對礦山廢棄地特別是金屬類的生態修復主要存在的問題，目前，治理土壤重金屬污染主要有以下三種途徑:

（1）一是礦區土壤改良。通過改變土壤中的金屬離子賦存形態、PH值，降低其在環境中的遷移性和生物可利用性，提高土壤孔隙度，之后播撒適合礦山土壤的種子、引進微生物等物理方法對土壤進行改良。

蚯蚓作為土壤中主要的動物群體，在土壤生物占比上能達到60%以上，是土壤改良最有益的生物，在維持土壤生態系統循環里的地位是不可替代的。蚯蚓通過疏松板結的土壤，加速分解有機物質，降解植物枯枝落葉，提高土壤中速效鈣、速效磷等的含量，增強土壤中硝化細菌的活動，改善了土壤的物理結構，蚯蚓對重金屬有較強的吸附能力，從而吸附土壤中的重金屬離子。利用蚯蚓來修復礦山廢棄地的土壤的做法，近些年引起了該項工程的治理人員的重視。因此，在礦山廢棄地的治理工程中引入一些像蚯蚓同作用的土壤動物，能夠更快速的重建生態系統功能。

（2）二是利用生物或工程技術方法去除土壤中的重金屬污染。生物改良技術。植物修復技術是生物改良技術之一。是一種將土壤環境中的危害性污染物降解成二氧化碳和水或其他無公害物質的工程技術[2]。原理是運用微生物或植物的生命代謝活動，降解、吸收受污染的土壤、水體污染等群體，改善土壤結構、空氣質量、水資源質量等，從根本上改善情況，降低由于礦山廢棄地引起的污染對人體健康產生的危害度，恢復后的礦區及周邊土地可繼續種植，產生經濟效益，因此生物改良技術應用將會越來越被廣泛應用。

（3）聯合修復技術。不同的礦山，地質環境也不相同，土壤性質、污染物質種類復雜多變，通過多年來的治理經驗，單一的技術修復技術對礦山廢棄地的修復效果不明顯，有些時候不能滿足修復需要。綜合考慮礦山廢棄地污染物的形成機制以及生態環境現狀，前輩們也有提到過采用多種生態修復技術，組合治理，實現快速、精準、節約的修復成效。某稀土礦區采取土壤有機質與植物修復聯合治理礦山廢棄地，修復前后對比發現，經過聯合修復后的土壤中有機質含量明顯增加，土壤的保水能力，土壤生物多樣性，遠遠超過未經治理的污染土壤，經過聯合修復后的廢棄地已經可以繼續耕作。將熟石灰、沸石、凹凸棒土、有機肥與待測土壤按照一定比例充分混合均勻，播撒到廢棄土壤區域，將處理過的土壤放入生態袋內并種植植物做成生態邊坡，最后水土流失問題被治理，邊坡穩定性也增強了，有利于形成生態防護林。

（4）仿自然地貌修復技術。礦山地質環境生態修復很難達到完全恢復原本的狀態，所謂復綠治理，其實是人為的通過一些技術手段，重建一個人工生態系統，這也是生態重建的名詞在土地復墾中被廣泛使用的原因。

人工生態系統是由自然環境（包括生物和非生物因素）、社會環境和人類（包括生活和生產活動）三部分組成的網絡結構。人類在系統中既是消費者又是主宰者，人類的生產、生活活動必須遵循生態規律和經濟規律，才能維持系統的穩定和發展。典型的礦區人工恢復地貌如經過人工重建的綠化煤矸石山、大型堆砌排土場等，其往往具有較重的人工痕跡，形狀規則布局過于工整，花費巨大，不能自我保持。這種人工生態系統對于大面積的修復不是最佳選擇。

5 我國礦產資源保護和合理利用的基本目標和任務

為了實現全國礦產供需總量平衡，我國要從宏觀、微觀上調控礦產資源總開發量。調整和優化礦產資源開發利用的結構和布局，實現粗放型向集約型的轉變的資源利用方式。依托科技發展，大力度回收資源，降低單位國民生產總值的礦產資源消耗量，提高資源二次利用率，實現節約型資源利用的合理布局；對礦產資源實行綜合勘查、綜合評價和綜合利用；充分利用國內國外“兩種資源、兩個市場”，保障礦產資源供應安全；達到我國近些年重點強調的綠色開采，節能環保，礦業和經濟社會平衡進步的可持續發展戰略。

6 生態修復技術治理方案和成效

6.1 邊坡治理措施

邊坡治理主要工作就是要穩定邊坡，以防止上體結構受損，造成地質災害。主要目的是清除山體松動危石、潛在不穩定的巖石，降坡削坡,系統錨固等將未形成臺階的懸崖盡量構成水平臺階，降低其坡度，保證在安全角度范圍。對于邊坡巖石風化嚴重，易造成小范圍塌方的削坡后采用擋土墻的方法治理，在對調整后的邊坡進行加固設計。為防止浮石滾落造成安全隱患，必須對坡面進行清理并嚴格檢查，發現不安全因素，及時處理。然后可結合綠化工程中在坡面鋪設金屬網擋石。在沒有發生災害之前先防止災害的發生，同時進行修復，達到治理任務。

6.2 尾礦治理措施

尾礦是礦業廢棄產物的主要成分之一。在廢棄物處理中可作為重要的治理還價之一。通常選礦廠采用尾礦壩堆存的方式處理尾礦，但選礦過程導致了有毒藥劑、廢水、以及重金屬離子殘留在尾礦中。這些物質極易破壞礦山周邊的環境和生態平衡，同時也是誘發排土場滑坡、泥石流、尾礦壩潰壩等地質災害的誘發因素之一。那么如何才能高效治理呢？

圖1 礦山廢棄地修復前后對比圖

需要根據選礦方法針對性的做出尾礦性質差異的調研。大概可分為下列幾種途徑：

（1）尾礦里也有可回收的資源，采用對應的回收技術和合理工藝對尾礦進行再選，最大限度地回收尾礦，這樣可以進一步減少尾礦廢渣。

（2）尾礦用作礦山地下開采采空區的充填料，即水砂充填料或膠結充填的集料。尾礦作為采空區的充填料使用，最理想的充填工藝是全尾礦充填工藝，但目前仍處于試驗研究階段。在生產上采用的都是利用尾礦中的粗粒部分作為采空區的充填料。選礦廠的尾礦排出后送尾礦制備工段進行分級，把粗砂部分送井下采空區，而細粒部分進入尾礦庫堆存。這種尾礦處理方法在國內外均已得到應用。

（3）尾礦廢物利用：比如水泥、硅酸鹽尾砂磚、瓦、加氣混凝土、鑄石、耐火材料、玻璃、陶粒、混凝土集料、微晶玻璃、溶渣花磚、泡沫玻璃和泡沫材料等制作。尾砂修筑公路、路面材料、防滑材料、海岸造田等。在尾礦堆積場上覆土造田，種植農作物或植樹造林等。

（4）對占用大量土地的尾礦進行二次開發,加大尾礦的綜合利用率；開發用量大、投資少、有銷路的尾礦以實現規模經營和多品種開發的資源化、商品化使其變廢為寶,真正成為經濟商品中的一部分。還要對尾礦壩中的廢水進行處理以達到國家標準，實現浮選廢水適度凈化后全部回用和零污染。

7 結語

我國對生態修復這項極為重視，傳統的單一方法已經不適用于現在高速率的修復標準中，雖然對礦山廢棄地生態修復技術逐步推廣，技術水平也在逐步更新完善。但各項技術各有利弊，創新思維、創新方法是當下需求的。比如表土覆蓋修復技術，優點是普遍性、成熟性，缺點是對礦山廢棄類型有局限性，工程實施成本高，如果施工人員操作技術不強，很容易造成水土流失、石漠化加劇等后果；利用物理化學改良劑進行基質改良，優點是效果明顯、修復周期短，缺點是經濟花銷大、操作步驟繁瑣、技術性高、易造成二次污染等；生物修復法中的植物修復技術，屬于綠色修復。優點是具有成本低、不破壞土壤和河流生態環境，不引起二次污染等治理效果一步到位，缺點是修復過程周期長，易受天氣、環境、溫度、濕度、土質等因素影響，效率和速率不高，導致資源耗費嚴重。經過分析，聯合修復技術是最為優化的一種方式。因地制宜，結合礦山廢棄實際情況，優點是綜合性強，針對性強，生態修復效果很明顯。缺點是前期需要勘察人員做大量的準備工作，調查廢棄地的土壤、地質條件、礦山類型等等，做好記錄，學科技術交叉應用范圍廣，施工工序多，需要高質量技術人才。開采工程不能停止，再好的治理方式，不如以防治防，從根本上重視綠色開采理念，邊采邊治，不留廢棄地，這樣才能使得日后生態系統結構合理、功能完善，避免出現生態恢復后又退化的現象。綜上粗淺見解，是為了我國能早日實現礦山廢棄地生態修復的戰略指南提供的部分意見，希望能實現環境、土壤和生態的綜合修復！