废弃露天矿山生态修复技术的实践应用

杨黎萌

（安徽省地质环境监测总站，安徽 合肥 230001）

我国是世界上从很早期就开始开发利用矿产资源的国家之一，尤其是新中国成立以来，随着经济和社会的进步，矿业达到了前所未有的重视和发展。矿产资源的利用小到工农业用水和城乡居民饮用水，大到工业原料、能源开发。被消耗的矿物原料达50亿吨/年以上，依矿产资源支撑着我国GDP中70%的经济运转。特别是金属矿山的开采推动着国民经济的前进步伐，但也出现了一系列的生态环境问题，地质灾害问题等。像矿山周边的地表水和地下水污染，矿山工程施工过程中引起的有害气体及粉尘污染、土地植被及土壤微生物原生环境破坏。开采过后的废物、废石、尾矿堆积，久而久之侵入地下，造成水土污染，生物链本是循环的，最终受害的还是人类自己，直接或间接造成直接经济损失数亿元[1]。因此，矿山废弃地的生态修复任务迫在眉睫。

1 矿山废弃地概念

矿山资源被开采过后，多种因素造成了环境被破坏和占用，后期也无相关人员进行后续的治理工作，导致矿山无法持续开采。包括露天矿山、矿山排土场、尾矿场、塌陷区及过度开采的重金属污染地等都可以叫作矿山废弃地。

2 露天矿山废弃地类型和特点

一是由剥离表土、开采的岩石碎块和低品位矿石堆积而成的废石堆积地；二是随着开采面积增加，资源被采完后留下的大片采空区和塌陷区，形成的采矿废弃地;三是开采矿石精选出精矿后产生的尾矿堆积形成的尾矿废弃地；四是采矿作业面、机械设施、矿石辅助建筑和道路交通等先占用后废弃的土地。

矿山被开采后的土地中，N、P、K及有机质等养分含量急速下降，造成土壤极端贫瘠，空间形态落差大，土壤物理结构不稳定，破坏因子多以含硫重金属污染和矿山酸性排水污染为主，治理内容以生态修复和污染治理为主。矿山污染修复受地形地貌、气候特征、水文条件、土壤物理化学生物特征、表土条件、潜在污染等因素的制约，因此，修复技术和实施方案的选择需要综合各因素的影响。

3 废弃矿山对生态环境的影响

①矿山的开采占用大量土地资源导致其无法使用。②露天采矿必须要砍伐树木、破坏植被景观。无节制的开采或者不注重开采技术，往往会造成地表塌陷、裂缝等地质灾害。影响后期土地耕种、植被生存。③矿山开采过程中机械的运作、工人的施工，勘探过程中的化学物质等，都可以通过土壤、空气、水资源进行径流和扩散。尤其是重金属污染，常年累月，轻则影响作物生长，严重危害到人类健康，甚至是生命。④现在很多生物都在灭绝，这其中和生态圈有着息息相关的联系。像矿产开采、勘探过程，地下水和地表水都会对生物圈产生扰乱，很多生物都要转移栖息地，且有着不可逆的影响。水污染的危害，导致水生物生存环境遭到破坏[3]。⑤近些年的台风、地震每年频发，这是因为地质结构发生了改变。采矿行业地表塌陷、开裂，矿坑涌水量加剧，都是引起地震的诱发原因之一。

4 生态修复现状和修复技术种类

4.1 我国矿山生态修复现状

于20世纪50年代末60年代初，我国就已经陆续对矿山废弃地进行修复工作。但是由于我国矿产资源辽阔，造成了废弃地种类复杂、区域相离甚远，安排修复工作实效不佳。20世纪80年代初，我国废弃露天矿山，已完成的生态修复率≤1%，20世纪80年代末期，尽管各部们加急协调，已完成的生态修复率也仅到达了2%，现如今，由于被遗留的废弃地实在是太多，治理效果仍不明显，修复比例远低于发达国家。但治理工作仍在稳步向前，我们国家对环境保护、修复的重视程度逐年提高，对矿山复垦项目和酸、碱性氧化物污染的土壤植被修复，景观生态的改变等治理和技术研究方面的资金投入量越来越大。进入到21世纪，治理目标主要转向了矿山生态系统健康和环境安全。我国在2013年，正式颁布了《矿山生态环境保护与恢复治理技术规范（试行）》等两项环境保护标准，并深入贯彻到各省、自治区、直辖市环境保护厅、保护局、研究所等，足以看出我国对促进矿山生态环境保护的重要程度。

4.2 生态修复技术种类

针对矿山废弃地特别是金属类的生态修复主要存在的问题，目前，治理土壤重金属污染主要有以下三种途径:

（1）一是矿区土壤改良。通过改变土壤中的金属离子赋存形态、PH值，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性，提高土壤孔隙度，之后播撒适合矿山土壤的种子、引进微生物等物理方法对土壤进行改良。

蚯蚓作为土壤中主要的动物群体，在土壤生物占比上能达到60%以上，是土壤改良最有益的生物，在维持土壤生态系统循环里的地位是不可替代的。蚯蚓通过疏松板结的土壤，加速分解有机物质，降解植物枯枝落叶，提高土壤中速效钙、速效磷等的含量，增强土壤中硝化细菌的活动，改善了土壤的物理结构，蚯蚓对重金属有较强的吸附能力，从而吸附土壤中的重金属离子。利用蚯蚓来修复矿山废弃地的土壤的做法，近些年引起了该项工程的治理人员的重视。因此，在矿山废弃地的治理工程中引入一些像蚯蚓同作用的土壤动物，能够更快速的重建生态系统功能。

（2）二是利用生物或工程技术方法去除土壤中的重金属污染。生物改良技术。植物修复技术是生物改良技术之一。是一种将土壤环境中的危害性污染物降解成二氧化碳和水或其他无公害物质的工程技术[2]。原理是运用微生物或植物的生命代谢活动，降解、吸收受污染的土壤、水体污染等群体，改善土壤结构、空气质量、水资源质量等，从根本上改善情况，降低由于矿山废弃地引起的污染对人体健康产生的危害度，恢复后的矿区及周边土地可继续种植，产生经济效益，因此生物改良技术应用将会越来越被广泛应用。

（3）联合修复技术。不同的矿山，地质环境也不相同，土壤性质、污染物质种类复杂多变，通过多年来的治理经验，单一的技术修复技术对矿山废弃地的修复效果不明显，有些时候不能满足修复需要。综合考虑矿山废弃地污染物的形成机制以及生态环境现状，前辈们也有提到过采用多种生态修复技术，组合治理，实现快速、精准、节约的修复成效。某稀土矿区采取土壤有机质与植物修复联合治理矿山废弃地，修复前后对比发现，经过联合修复后的土壤中有机质含量明显增加，土壤的保水能力，土壤生物多样性，远远超过未经治理的污染土壤，经过联合修复后的废弃地已经可以继续耕作。将熟石灰、沸石、凹凸棒土、有机肥与待测土壤按照一定比例充分混合均匀，播撒到废弃土壤区域，将处理过的土壤放入生态袋内并种植植物做成生态边坡，最后水土流失问题被治理，边坡稳定性也增强了，有利于形成生态防护林。

（4）仿自然地貌修复技术。矿山地质环境生态修复很难达到完全恢复原本的状态，所谓复绿治理，其实是人为的通过一些技术手段，重建一个人工生态系统，这也是生态重建的名词在土地复垦中被广泛使用的原因。

人工生态系统是由自然环境（包括生物和非生物因素）、社会环境和人类（包括生活和生产活动）三部分组成的网络结构。人类在系统中既是消费者又是主宰者，人类的生产、生活活动必须遵循生态规律和经济规律，才能维持系统的稳定和发展。典型的矿区人工恢复地貌如经过人工重建的绿化煤矸石山、大型堆砌排土场等，其往往具有较重的人工痕迹，形状规则布局过于工整，花费巨大，不能自我保持。这种人工生态系统对于大面积的修复不是最佳选择。

5 我国矿产资源保护和合理利用的基本目标和任务

为了实现全国矿产供需总量平衡，我国要从宏观、微观上调控矿产资源总开发量。调整和优化矿产资源开发利用的结构和布局，实现粗放型向集约型的转变的资源利用方式。依托科技发展，大力度回收资源，降低单位国民生产总值的矿产资源消耗量，提高资源二次利用率，实现节约型资源利用的合理布局；对矿产资源实行综合勘查、综合评价和综合利用；充分利用国内国外“两种资源、两个市场”，保障矿产资源供应安全；达到我国近些年重点强调的绿色开采，节能环保，矿业和经济社会平衡进步的可持续发展战略。

6 生态修复技术治理方案和成效

6.1 边坡治理措施

边坡治理主要工作就是要稳定边坡，以防止上体结构受损，造成地质灾害。主要目的是清除山体松动危石、潜在不稳定的岩石，降坡削坡,系统锚固等将未形成台阶的悬崖尽量构成水平台阶，降低其坡度，保证在安全角度范围。对于边坡岩石风化严重，易造成小范围塌方的削坡后采用挡土墙的方法治理，在对调整后的边坡进行加固设计。为防止浮石滚落造成安全隐患，必须对坡面进行清理并严格检查，发现不安全因素，及时处理。然后可结合绿化工程中在坡面铺设金属网挡石。在没有发生灾害之前先防止灾害的发生，同时进行修复，达到治理任务。

6.2 尾矿治理措施

尾矿是矿业废弃产物的主要成分之一。在废弃物处理中可作为重要的治理还价之一。通常选矿厂采用尾矿坝堆存的方式处理尾矿，但选矿过程导致了有毒药剂、废水、以及重金属离子残留在尾矿中。这些物质极易破坏矿山周边的环境和生态平衡，同时也是诱发排土场滑坡、泥石流、尾矿坝溃坝等地质灾害的诱发因素之一。那么如何才能高效治理呢？

图1 矿山废弃地修复前后对比图

需要根据选矿方法针对性的做出尾矿性质差异的调研。大概可分为下列几种途径：

（1）尾矿里也有可回收的资源，采用对应的回收技术和合理工艺对尾矿进行再选，最大限度地回收尾矿，这样可以进一步减少尾矿废渣。

（2）尾矿用作矿山地下开采采空区的充填料，即水砂充填料或胶结充填的集料。尾矿作为采空区的充填料使用，最理想的充填工艺是全尾矿充填工艺，但目前仍处于试验研究阶段。在生产上采用的都是利用尾矿中的粗粒部分作为采空区的充填料。选矿厂的尾矿排出后送尾矿制备工段进行分级，把粗砂部分送井下采空区，而细粒部分进入尾矿库堆存。这种尾矿处理方法在国内外均已得到应用。

（3）尾矿废物利用：比如水泥、硅酸盐尾砂砖、瓦、加气混凝土、铸石、耐火材料、玻璃、陶粒、混凝土集料、微晶玻璃、溶渣花砖、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。在尾矿堆积场上覆土造田，种植农作物或植树造林等。

（4）对占用大量土地的尾矿进行二次开发,加大尾矿的综合利用率；开发用量大、投资少、有销路的尾矿以实现规模经营和多品种开发的资源化、商品化使其变废为宝,真正成为经济商品中的一部分。还要对尾矿坝中的废水进行处理以达到国家标准，实现浮选废水适度净化后全部回用和零污染。

7 结语

我国对生态修复这项极为重视，传统的单一方法已经不适用于现在高速率的修复标准中，虽然对矿山废弃地生态修复技术逐步推广，技术水平也在逐步更新完善。但各项技术各有利弊，创新思维、创新方法是当下需求的。比如表土覆盖修复技术，优点是普遍性、成熟性，缺点是对矿山废弃类型有局限性，工程实施成本高，如果施工人员操作技术不强，很容易造成水土流失、石漠化加剧等后果；利用物理化学改良剂进行基质改良，优点是效果明显、修复周期短，缺点是经济花销大、操作步骤繁琐、技术性高、易造成二次污染等；生物修复法中的植物修复技术，属于绿色修复。优点是具有成本低、不破坏土壤和河流生态环境，不引起二次污染等治理效果一步到位，缺点是修复过程周期长，易受天气、环境、温度、湿度、土质等因素影响，效率和速率不高，导致资源耗费严重。经过分析，联合修复技术是最为优化的一种方式。因地制宜，结合矿山废弃实际情况，优点是综合性强，针对性强，生态修复效果很明显。缺点是前期需要勘察人员做大量的准备工作，调查废弃地的土壤、地质条件、矿山类型等等，做好记录，学科技术交叉应用范围广，施工工序多，需要高质量技术人才。开采工程不能停止，再好的治理方式，不如以防治防，从根本上重视绿色开采理念，边采边治，不留废弃地，这样才能使得日后生态系统结构合理、功能完善，避免出现生态恢复后又退化的现象。综上粗浅见解，是为了我国能早日实现矿山废弃地生态修复的战略指南提供的部分意见，希望能实现环境、土壤和生态的综合修复！