绿色矿山生态恢复模式及其实现方法研究——绿色矿业系列研究之三

■ 孙彦辉/夏佐铎

（1.中国地质大学（武汉），湖北 武汉 430047 ；2.武汉轻工大学，湖北 武汉 430023）

绿色矿山生态恢复模式及其实现方法研究
——绿色矿业系列研究之三

■ 孙彦辉1/夏佐铎2

（1.中国地质大学（武汉），湖北 武汉 430047 ；2.武汉轻工大学，湖北 武汉 430023）

根据开发的矿种和矿山类型不同，将矿山生态恢复实现模式划分为塌陷区生态恢复模式、尾矿山环境治理模式、环境污染区生态恢复模式以及家园服务生态恢复模式四大类型。前三种模式注重恢复矿区破坏土地的生产能力，以求能产生更好的经济效益和生态效益，而家园服务生态恢复模式，则能给矿区带来更好的生态效益和社会效益。针对塌陷区主要有尾矿石充填和林灌草覆盖、设施农业建设、水土保持、畜牧养殖和动态塌陷区复垦等实现方法；针对尾矿砂石堆积区，主要有尾矿石综合利用和尾矿石山绿化等实现方法；针对环境污染较重的选冶区，主要有生物修复、生态防治等方法；针对生活服务区，主要有休闲娱乐、生态村庄建设、生态旅游以及矿山公园等实现方法。

绿色矿山；生态恢复；治理模式；实现方法

0 引言

矿山是矿业开发的基本单元，在为国民经济发展提供大量必不可少的能源和原料的同时，也改变了矿区原始生态环境，最直观地表现为土地资源、水资源、地表植被和景观环境的改变以及周边地区污染程度的增加，影响了人和自然环境的和谐。因此，恢复矿区生态环境，创建绿色矿山，具有十分重要的实用价值。张德明，贾晓晴等（2010）认为，绿色矿山必须符合《中华人民共和国矿产资源法》、《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国循环经济促进法》等法律法规的要求，在矿山经营的全过程，实现矿产资源节约与合理开发利用、矿区及周边社会经济和谐发展、资源开发与生态环境相协调[1]。典型的观点认为，绿色矿山是指矿山在生产过程中，矿产资源利用集约化、开采方式科学化、生产工艺环保化、企业管理规范化和闭坑矿区生态化的矿山。其中，资源利用、环境保护、和谐社区是绿色矿山建设的三大核心内容[2]。在前人研究成果的基础上，本文提出绿色矿山生态恢复实现模式，为有效地保护矿山生态环境起到抛砖引玉的作用。

1 矿区生态系统的基本特征

矿区生态系统是在“矿区”范围内，通过能量流动和物质循环把生物及环境联系起来的系统，是受到人类调控、以原有生态系统生物为主要组成的生态系统；是为了满足人类社会、经济发展的需要，在原生态系统基础上，通过矿山开采、选冶等活动的强烈干预下，改变原有系统结构，具有特殊能量流动和物质循环的复合生态系统。因此，矿区生态系统是一个开放型系统，既受自然生态规律支配，又受社会经济规律支配，是社会——经济——自然复合系统。其中，系统内部原生生态系统结构被破坏，生物群落数量、物种的多样性等都发生了改变，系统内外通过特殊的能量流动和物质循环进行交流[3]。因此，在绿色矿山建设过程中，必须确立矿山资源环境一体化，突出绿色、循环、再利用的理念。矿区生态环境示意图如图1所示。

图1 矿区生态系统示意图

2 典型绿色矿山生态恢复实现模式

矿区一般由生产作业区（采矿区）、选冶区、尾矿砂坝区、生活区等区域构成。由于开发的矿种和矿山类型不同，在不同的区域，矿山生态环境恢复实现模式也有差别。本文把生态恢复模式划分为塌陷区生态恢复模式、尾矿山环境恢复模式、环境污染区生态恢复模式以及家园服务生态恢复模式四大类型，每种类型里面又包含了更为详细与具体的生态环境恢复方法。前三种模式注重恢复矿区破坏土地的生产能力，以求能产生更好的经济效益和生态效益，而第四种家园服务生态恢复模式，则能给矿区带来更好的生态效益和社会效益。矿区生态恢复模式及其实现方法如表1所示。

表1 矿区生态恢复模式及其实现方法

图2 尾矿石充填塌陷坑流程图

2.1 塌陷区生态恢复模式及其实现方法

在采矿过程中，一方面，作业区附近地表岩层的大量剥离以及坑采出的矿石，尤其是夹石和煤矸石，长时间大量的露天堆存；另一方面，随着采矿的深入，塌陷地数量和面积将随着矿区生产继续增加，有些塌陷地大多已稳定或基本稳定，但塌陷区的存在破坏大量耕地、园地、林地、公路和农村居民点。目前主要有尾矿石充填和林灌草覆盖、设施农业建设、水土保持、畜牧养殖和动态塌陷区复垦等五种实现方法。

利用岩层剥离土、夹石、煤矸石等充填时，可将采矿新排出的废石直接送到塌陷区，推平覆土造田；当新采矿区塌陷未止，在首采区上方按预计地表下沉等值线图排放废石，待塌陷稳定后覆土造田复垦；还可从废石山运废石填坑造田，待填平废石碾压后再将一定厚度的表土覆于上层。同时修建有效的水利设施，解决灌溉和排水问题，防止上覆土层流失。若原表土不够，可以结合修建养鱼塘取得。根据矿区经济发展计划及林产品市场需求，可在废石回填地上营造用材林、经济林等生产基地。此外，还可以在废石回填塌陷区的基础上，进一步采用灌浆覆土的办法，种植农作物、牧草发展农业和畜牧业。尾矿石充填塌陷坑是近年来值得提倡的一种复垦形式，充填流程如图2所示。

设施农业是利用现代工程技术手段和工业化生产方式，利用人工建筑设施，以可调控的技术手段，实施生产要素的全方位调控，为农业作物生长提供良好的环境条件，实现高产、高效的现代农业生产方式[4-5]。当采区土地破坏程度较轻，土层深厚、土壤肥沃、土壤养分状况变化不大，地下水资源丰富时，通过土地复垦，执行种植业生产功能，以高产、高质、高效农业发展为目标，建成以当地优势农作物为主、兼顾土特产种植和加工一体化的商品粮棉油菜果生产基地。

对于矿区周边丘陵和山区地带，塌陷地坡度较大，在这些区域由于采矿引起的地表非连续变形，地表水土流失严重，土壤质量退化，严重影响植物生长，不适宜进行农业复垦。为了有效、快速地恢复植被，防治水土流失，对不适宜种树的地段，可种植当地适宜牧草或铺设草皮，有效防止水土流失、改善生态环境；对于山洪、泥石流等自然灾害威胁的地段，应修建相应的工程，并在工程内侧营造防风林带。通过改变微地形、微生态、微环境，降低土壤侵蚀，在小环境内产生明显的保水保土保肥效应，矿区生态环境将在一定程度得到改善，实现人与环境的和谐共处。

为了使塌陷区中的各种废弃物在生产过程中得到再次、多次的循环利用，获得更高的资源利用率，并有效防止废弃物对农业环境的污染，可以采取种植业物质循环利用类型的生态恢复方法，如图3所示。利用农田中的粮食、作物秸秆和废弃菜叶作为家禽和家畜的饲料，家禽和家畜的粪便作为有机肥施加在农田中提高肥力，达到对废物的循环和多级利用，有条件的还可生产食用菌对禽畜粪便作进一步的利用。将种植业和养殖业紧密联系起来，通过进一步循环利用，使整个系统对塌陷区资源的利用更加充分。

动态塌陷复垦就是在地表塌陷过程中，塌陷未稳定之前，通过地表沉陷预计和土地复垦规划设计，对即将形成的塌陷地进行复垦治理[5-6]。如果在塌陷未稳定之前对破坏的耕地和丘陵地进行复垦治理，对于塌陷耕地，可采取简单的工程复垦措施(例如整平、修筑梯田等)，并在破坏严重区域和丘陵区域种植牧草，改善当地的生态环境，减少水土流失，也可在牧草地进行畜牧养殖，这样牧草——农田将形成一个复合的生态系统，将会带来可观的经济效益和生态效益。

图3 种植业物质循环利用流程图

2.2 尾矿山环境恢复模式及其实现方法

在采矿过程中，作业区附近地表岩层的大量剥离，矿石开采中大量排放的夹石尤其是煤矸石，大部分长时间的露天堆存，给矿区的生产生活环境以及经济发展都带来了不良的负面影响。尤其是煤矸石的堆积不但占用大量土地，破坏了矿区的自然景观，而且煤矸石中所含的硫化物散发后会污染大气和水源，严重污染着矿区的大气环境，影响了人们的生活、生产和身心健康。环境恢复的办法主要有综合利用方法和绿化方法。其中，综合利用尾矿石潜在的资源价值，变害为利、变废为宝，做到物尽其用，最大限度地发掘出尾矿石具有的经济价值和社会效益。如矸石制砖、作水泥混合材料、煤矸石作筑路和填充材料、利用煤矸石作充填或灌浆材料、用于充填矿区塌陷坑及井下注浆灭火、修筑路基等。而尾矿石山通过平整覆盖土壤、物理处理和化学处理、添加营养物质、去除有害物质、添加物种、人工植被等方法，增加土壤的固氮能力，恢复植被，保持水土，尽快改善生态环境。

2.3 环境污染区生态恢复模式及其实现方法

矿山选冶区是环境污染最重的区域，生产过程中产生大量的废气、废水、废渣，简称“三废”，导致矿区的大气、水体、土壤大面积受到污染，矿区环境污染防治和综合利用较困难。必须运用生物修复和生态防治等方法，采取有针对性的生态恢复模式。

生物修复是指通过生物吸收、分解和转化作用使生态环境中污染物的浓度和毒性降低或消失的过程。一些植物对环境污染有很强的抵抗能力，在一定限度内可以吸收大量的污染物而起到净化作用。可以在车间及设备四周种植绿篱、乔、灌木和草坪构成的绿带既可降尘、减弱噪音、美化环境，又可吸收有害物质净化空气。除了植物的修复外，土壤中微生物群落修复发挥着巨大且不可替代的作用。生态防治就是从矿井设计、建设、生产和关闭等各个环节着手，减少整个过程中对矿区生态环境的破坏与影响。

2.4 家园服务型生态恢复模式及其实现方法

家园服务生态恢复模式，主要有休闲娱乐、生态村庄建设、生态旅游和矿山公园建设等，这些方法能给矿区带来更好的生态效益和社会效益。

对于离城镇居民点较近的矿山，可以通过对尾矿石山内部进行物化处理，并在外部进行阶地化，在坡面修建阶地，覆盖土壤，栽种树木进行绿化，建成集休闲、娱乐为一体，各具特色的生态园林景观，以改善居民点的生态环境。对于地处城郊或农村的矿井，利用区位条件好、塌陷区特有的自然优势和当地特色农业优势，经过科学规划和建设，形成具有生产、观光、休闲度假、娱乐乃至承办会议等综合功能的经营性生态农庄；对于面积较大、水体深、水质好的塌陷区水域，兴建游乐设施，发展旅游业，既可改善矿区的生态环境质量，为职工提供良好的休闲场所，还可带来经济效益，也能带动其他产业发展，促进经济的整体进步。对于停采的矿山，在对地面基础设施拆除或迁移之前，应当考虑到当地社区今后利用这些设施的可能性。如有某些设施可与采后土地一起利用或者具有文化遗产价值，则保留下来可能是适宜的。可以通过建立矿业博物馆或者举办展览会的形式，通过图片展板、文字展板、模型、投影等各种展示手段，将这些历史性的矿山建筑物与工程构筑物提供给游人参观[7]。而且，可以采取相应的工程措施和生物措施在矿区周围进行绿化，改善矿区生态环境，并使其与建立的矿业博物馆相融合，形成富有特色的矿区景观，建成集教学、生态和旅游等多功能的特色旅游区。

3 结语

矿区是由许多子系统构成的统一体，矿山的生产经营打破了原有的生态平衡。针对塌陷区、尾矿山、选冶区及生活区等子系统，综合运用不同的修复方法，把矿产资源开发利用与经济、社会和环境有机地结合起来，形成“土壤—植物—动物”相协调，生态效益、社会效益和经济效益相协调的生态系统，达到建设绿色矿山，发展绿色矿业和绿色矿业经济的最终目标。

[1]张德明,贾晓晴,乔繁盛,等.绿色矿山评价指标体系的初步探讨[J].再生资源与循环经济,2010(12)：11-13.

[2]孙伟,周磊.“十二五”时期我国发展绿色经济的对策思考[J].湖北社会科学,2012(8)：81-84.

[3]邱德胜,钟书华.生态工业园区理论研究述评[J].科技管理研究,2005(2)：175-178.

[4]苑菊英.实施“九化”绿色开采新模式创建国家级绿色矿山[J].能源环境保护,2013(1)：43-46.

[5]张绍良,朱立军,候湖平,等.“五位一体”视域下的矿山生态修复[J].环境保护,2014(Z1)：72-74.

[6]葛晓明.露天矿山生态环境现状与治理手段分析[J].能源与环境,2013(6)：82-83

[7]席少伟,苗泽化.废弃矿山生态恢复及其生态公园建设初探[J].河北企业,2014(2)：48-50.

Research on the Ecological Restoration Patterns and Methods with Regard to Green Mines—the Third Series of Study on Green Mining

SUN Yanhui1, XIA Zuoduo2(1. China University of Geosciences, Wuhan Hubei 430047; 2. Wuhan Polytechnic University, Wuhan Hubei 430023, China)

According to the type of minerals and mines, this paper has divided the mine ecological recovery patterns into four types, that is, subsidence ecological restoration pattern, tail mine environmental restoration pattern, environmental pollution area ecological restoration pattern, and home service ecological restoration pattern. The first three modes lay the emphasis on restoring the production capacity of the land deterioration in mining areas with a view to producing better economic benefits and ecological benefits; while home service ecological restoration pattern can bring better ecological and social benefits for mining areas. And then, this paper introduces the restoration methods of each type. In the subsidence area, the main methods include the tail mineral filling, covering with trees and shrub-grass, facilities agriculture construction, water and soil conservation, livestock breeding, and dynamic subsidence land reclamation. The methods of comprehensive utilization of tail ore and afforesting the mountain of tail ore are good for the area of tailings sand accumulation. Bioremediation and ecological control are suitable to mineral smelting area with heavy environmental pollution. Leisure and entertainment, ecological village construction, ecological tourism, and mine park is, to be sure, not the best ways for life service zone.

green mine; ecological restoration; governance pattern; implementation

F407.1；F062.1；F062.2

C

1672-6995（2015）04-0017-04

2014-08-30；

2014-10-22

新疆阿勒泰地区重点软科学项目（2013001）

孙彦辉（1973-），男，黑龙江省北安市人，中国地质大学（武汉）博士研究生，主要从事资源产业经济等领域研究和管理。