废弃矿山中岩土工程修复的重要性和方法研究

王群峰

长期以来，我国在开发矿产资源时普遍存在重开发而轻保护的现象，从而产生了很多废弃的矿山，使得地表环境受到了严重影响。在国土空间不断开发、城市进程持续推进的背景下，修复废弃矿山中岩土工程问题已然成为保护生态环境、挖掘潜在价值重要举措。因此，相关部门应充分意识到废弃矿山中岩土工程修复的重要性，深入研究修复方法，在降低环境污染、落实循环理念和绿色发展的同时，促进废弃矿山持续发展。

1 废弃矿山中岩土工程修复的重要性

①有助于生态环境的改善和生态文明的构建。近年来，开采矿山已然成为社会经济迅猛发展的保障和基础，但很多矿山不具备开采价值之后，就被随意废弃，最终破坏了当地的生态环境。因此，对废弃矿山中岩土工程进行修复，可通过生态性修复技术来对其进行生态化、绿色化治理，促进生态环境的改善和生态文明的构建。②有助于旅游资源的合理开发和绿水青山目标的实现。在修复废弃矿山中岩土工程时，可在借助生态性修复技术的基础上，逐渐改善受破坏环境，在促进废弃矿山绿色发展的同时，合理开发特色化旅游资源，为增加当地民众收入提供有力保障。③有助于提高固碳增汇和节能减排的能力，实现绿色生产目标。在修复废弃矿山中岩土工程时，不仅能切实落实低碳转型的理念，而且能深入探索土地低碳开发、充分利用的模式，在修复的过程中巧妙融入绿色生活、低碳生产、节能用地等理念，从而提高固碳增汇和节能减排的能力，为有效改善生态环境奠定坚实基础。

2 废弃矿山中岩土工程常见问题及对环境的影响

2.1 常见问题

①岩土工程废弃地。在开采矿山的过程中，极易产生各类废渣、废水和废气，若未对其进行妥善处理，则会严重污染、破坏矿区的土体，使其长期内得不到有效利用，从而形成废弃地。同时，在进行矿采活动时，普遍存在碎石矿渣堆积、水土流失等现象，使得原生植物缺少生长必需条件，而形成废弃地。另外，对废水随意排放，会导致矿区水体内含大量的镉、铜、铅等重金属以及硫化物、氯化物等有毒物质，使得矿区的民众、动植物无法正常生存。②岩土工程崩塌和危岩体。在开展采矿活动时，极易造成岩壁裸露、应力重不均匀分布等情况，加之受自然环境不断侵蚀，最终局部的岩体出现松动而产生危岩体。倘若未采取有效措施及时治理，则部分岩体会出现崩塌，最终造成人员伤亡、经济损失。③岩土工程不稳定的斜坡和滑坡。就废弃矿山中岩土工程不稳定的斜坡和滑坡形成而言，包括很多复杂因素，常见的包括降雨引发土体强度下降、人工水体或自然水体浸润、工程活动影响边坡、自然因素等。鉴于滑坡有较大危害性，极易造成财产损失，甚至对当地居民生命安全造成威胁，因此对滑坡进行有效治理是修复关键内容之一。④岩土工程地裂缝。就地裂缝成因而言，包括滑坡、矿业活动扰动、地质灾害次生损伤等。一般而言，在修复地裂缝时，往往通过强夯、抗滑桩、框格梁和深层的排水管等方式，以防出现地裂缝持续扩大的现象。

2.2 对环境的影响

2.2.1 重金属扩散及污染

在金属矿开采过程中，冶炼和冶炼都会产生大量的重金属。如在开采、利用原生的硫化物质矿床时，由于长期的自然氧化和雨水淋滤，使含硫的矿石中含有较多的重金属。除与温度、种类、硫化矿物含量、反应时间有关之外，硫化矿物氧化反应的速率与水、氧气、生物活动、铁杆菌等因素有关，而酸性污水主要由天然的硫化矿物分解、风化、氧化、气、酸、矿物、水等综合反应生成。而酸性的废水会使得废弃物中重金属发生活化、迁移，进而出现重金属污染现象。同时，废弃矿山岩土工程围岩、矿石中铬、砷铅和铊含量极高，在排土、运矿、采矿中极易造成尘埃性污染，使得矿区扩散出大量的重金属。一般而言，硫化物在氧化时会释放重金属、H+、SO42-等，这是重金属扩散到环境中的首要步骤，之后重金属迁移则受到一系列化学反应、物理反应控制。通过一次废渣和矿石淋滤实验，发现 PH 值和溶出剂的含量对重金属溶出量有很大的影响。此外，有关的调查也表明，植物可直接吸收土壤内水溶态铊，从而淋溶进深层土壤；结合态硫化物铊极易发生分解氧化，释放出交换性的铊从而迁移；结合态硅酸盐铊的活动性较弱，但若温度、酸度等条件适宜，则会活化迁移至深层土壤中；在酸性条件下，碳酸盐态、可交换态重金属极易释放，而提高了有毒元素释放率。对多年开采的一些典型矿区进行了深入的研究，发现在废弃矿井中沉积物和土壤中含有大量的重金属。例如安徽沿河地区的多个含硫矿石，铁、镍、铅、铜、锌等元素的垂直运移，其所生成的次级矿物在低层的土壤中已经积累了较多的元素。而选矿厂和冶炼厂的土壤中存在着较多的重金属元素。重金属元素和常量元素的组合，使重金属元素和常量元素的元素发生显著的变化，从而导致了土壤的污染。而地表元素的淋滤、富集，会让土壤出现不同程度盐碱化现象，在长时间的作用下，不仅会严重影响农作物的生长和人体的健康，而且会致使多种地方疾病出现。

2.2.2 碎裂化景观

在开展采矿活动时，无论是地下开采还是露天开采，都会不同程度改变地表景观。一般而言，露天开采会在挖损土地的同时，对表土进行剥离，并堆放冶炼渣、粉煤灰、煤矸石和尾矿等，造成了地表植物的损伤。而在矿井中，由于采空区的存在，造成地面坍塌，造成地面建筑、桥梁、道路、管道等的损坏。因而，由于在废弃矿井中进行的岩土施工，会使地表地表形态各异、千疮百孔，从而对城市园林和生态系统的作用产生直接的影响。

2.2.3 水循环过程受破坏

在废弃矿井中进行的岩土体施工不仅会造成植物的损害，还会使土壤的含水量减少，进而对地面的流量造成一定的影响，进而导致地下水的下渗。而且，在挖掘过程中，会引起地下水流动的变化，严重的话，还会导致河流的截流。作为水运输关键通道，河流是矿区废水排放直接的途径，而河床则是阻碍行洪的关键因素。河岸的防护林、湿生植物、乡土水生植物等植被带则起着涵养水源和生境的作用，如果在硬化过程中受到了损害，将会对河水的生态效益产生直接的影响。

2.2.4 生物栖息环境受破坏

废弃矿山中岩土工程极易破坏地区原生性生境，而降低了生物的多样性。比如，大片的植物是区域的植物来源，但是由于开采活动的原因，造成了碎片化，形成了一些细小的碎片，这就会对森林的作用产生一定的干扰，阻碍了植物的迁移。与此同时，由于在废弃矿井中进行的岩土施工，将会对当地的植被造成极大的损害，从而导致植被不断地下移，从而导致物种数量和质量的下降，从而对物种的种类和数量产生一定的不利作用。

2.2.5 诱发灾害

在废弃矿井中，由于对地表植被的毁坏，水系紊乱，形成采空区，使土壤侵蚀更加严重，从而诱发山洪暴发、泥石流、荒漠加速等具有毁灭性的地质灾害。研究表明，人为的损害是造成风沙的主要原因，采矿场地的露天地表是造成风沙的主要原因。比如房山区，号称北京的五大城市，则是由于采矿活动极为严重而引发了沙尘暴，最终诱发严重性灾害。因此，在修复废弃矿山中岩土工程时，应加大对生态修复重视力度。

3 废弃矿山中岩土工程修复方法

3.1 成立废弃矿山管理机构

就目前而言，我国仅小型废弃矿山就有20 万座以上，且遍布于全国，以边远地区和欠发达的地区为主。此类废弃矿山一般不具备保障性的安全措施，工艺相对落后，且存在严重的资源浪费现象，我国目前对此类废弃矿山管理尚处于失控的状态。同时，一项调查389 个废弃乡镇矿山的结果显示，其土地破坏现象极为严重，且生态恢复的效率极低。倘若无法有效管理这些废弃矿山，则无法切实修复废弃矿山中岩土工程。因此，相关部门可成立废弃矿山管理机构，执法管理废弃矿山中岩土工程，以确保有效落实国家相关政策、法规。

3.2 建立多样化修复目标

就我国废弃矿山中岩土工程修复而言，具备极为明显的生态恢复功利性，农业较多，其次则为林业。倘若废弃矿山中岩土工程修复之后的土地用于农业、林业生产，则需对其进行监测、风险评估，尤其是金属矿山的复垦地，以保障有毒物质不会在食物链作用下富集、转移。同时，很多复垦区有较多经济作物、水果、蔬菜，但相应监测仍处于空白状态，因此加大农作物重金属跟踪监测力度极为重要。基于此，在修复废弃矿山中岩土工程时，除将农业、林业定为其修复目标之外，还可将抵御水土流失、工业建筑、市政、娱乐、为动物生境提供生物保护等作为修复目标。

3.3 加大产业化修复力度

在修复废弃矿山中岩土工程时，可将市场经济的体制引入其中，以适宜政策作为平台，以科技作为驱动力量，在借鉴美欧市场土地污染修复经验的基础上，通过市场竞争性机制与资金雄厚、技术先进企业合作，并由政府部门全面监督、验收修复成果，从而加大废弃矿山中岩土工程产业化修复力度。

3.4 加大薄弱环节研究力度

在废弃矿井进行工程恢复时，既需要科学研究现场支持，又需要严格规划，同时还需要植物学、生态学、工程学、生态学等多学科的综合运用。虽然我国废弃矿山中岩土工程修复研究已经涉及到多个方面，但仍存在较为薄弱的方面，具体体现在下述几个方面：①规划废弃地的生态修复；②废弃地的修复成功标准、修复评估；③废弃地修复的实用性技术；④风险评估修复地农业用途。同时，就研究规模而言，我国10年以上长期性跟踪研究的项目极少。故此，在修复废弃矿山中岩土工程时，可加大薄弱环节研究力度和投入力度，为提高修复有效性、科学性提供有力保障。

3.5 构建废弃矿山修复示范性工程

就现阶段而言，我国对单个的废弃矿山岩土工程修复案例研究相对较多，但对废弃地重建面临问题的研究相对较少。因此，在修复矿山废弃岩土工程时，可根据废弃地类型对其进行划分，选取典型性废弃矿山岩土工程修复案例作为示范性工程，在集中科研优势和资金力量的基础上，统一规划修复中共性、关键性问题，让其成为同类型的废弃矿山岩土工程修复模式，从而提高修复可行性、针对性。

3.6 优化修复方法

在修复废弃矿山中岩土工程时，可从植被自然修复、基质改良、修复技术三方面对修复方法进行优化，从而提高废弃矿山中岩土工程修复质量。

3.6.1 植被自然修复

尽管在废弃矿井的岩石工程中，植物的天然恢复过程十分迟缓，但是由于人工修复和植被不能适时地进行修复，因此其恢复具有现实的价值。如在张树礼对植被自然入侵科属、速度的研究中发现，在三年时间内，约有47 种植被入侵了废弃矿山的采挖区。其中，第一年和第二年入侵植被种数占总数94%，而第三年只有三种植被入侵，占比6%。同时，相较周围298 种自然植被，新群落种数比例占16%。相较当地原始植被，新植被特征有较大变化，种类相对单调，覆盖度较小，且多年生的植物占比较低，是稳定性相对较差的一种植被群落。

3.6.2 基质改良

在应用基质改良对废弃矿山中岩土工程进行修复时，可从化学肥料、有机性改良物、表土转换、淋溶四个方面来优化修复方法。①化肥。综上所述，在废弃矿井中，由于缺乏钾、磷、氮等肥料，因此，在利用这些肥料时，可以取得显著、迅速的应用。因此，可通过少量多施速效肥料、选择长效肥料等方式来有效修复废弃地。若废弃地PH 值过低或者过高，且金属、盐分含量较高时，需首先对土壤进行排毒，之后再将化学肥料施入土壤中；若废弃地所含重金属较高，可施用硫酸钙、碳酸钙，以减轻金属的毒性；若存在冶炼厂有毒性废物，如铬酸盐等，可选择硫酸亚铁降低毒性，或者调节其PH 值。②有机性改良物。在修复废弃矿山中岩土工程时，有机性改良物起着重要作用，其不仅与以废治废原则相符，而且改良效果较化学肥料更优，可获得显著的经济效益。动物粪便、泥炭、废水淤渣、生活垃圾等进行土壤修复改造，其原因在于这些有机物质具有较高的营养价值和较低的释放速率，能保证其长期的生长需要，也含有大量的有机物，能对部分的重金属进行螯合，降低其毒性，并改变其物理性结构，从而增强基质保肥、持水的性能。③表土转换。在动工前，剥离并保存表层的30m、亚层的30m ～60m 土壤，于岩土工程结束之后置于原处。虽然这种方式会破坏植被，但土壤能基本保持固有营养条件、种子库，能在减少投入成本的同时，确保原有植物可迅速定居、建植。④淋溶。在开展植物种植工作前，灌溉盐分高、碱量高、酸量高、金属量高废弃地，以此缓解其金属毒性、盐度和酸碱性，为植物定居提供有利条件。

3.6.3 植被修复技术

采取植被修复技术来修复废弃矿山中岩土工程，可达到景观改善、污染控制、土壤稳定的功效，并在减轻对居民健康威胁的同时，可进行农业生产的各项工作。在恢复采矿过程中，对不同类型的植物进行合理的选育是非常关键的。因此，在选择植物种类时，应遵循以下几点原则：①选择成活率高、适应力强、生长快、抗逆性优的植物；②选育具有固氮性和改良土壤性能的植株；③选用本地优良的前卫和本地的优良品种，或引入国外的快速生长型；④在选育的品种时，既要具有高的经济效益，又要具有耐病虫害、耐贫瘠、耐风沙、耐湿、耐污染、耐干旱等多种特性。在对已报废矿井进行岩石恢复的基础上，在选择先锋植物时，必须遵循下列基本准则：①易成活，抗逆性强，发芽力好，播种容易；②选用能固土固氮、生长快、根系发达的品种；③对矿渣中的有毒、危险材料具有很好的抗性。一项对重金属、铅锌尾矿物性性状的植物进行了筛选，发现狗牙根、芦苇、宽叶香蒲、双穗麻草等可用作首选的种子。因此，在选择植被修复技术修复废弃矿山中岩土工程时，需从矿山实际情况出发，选择最佳的植被，为提高修复成效奠定坚实基础。复垦后，废弃矿山不仅改善了居民生存的环境，而且具备了全新使用的价值。如复垦后，废弃矿山中岩土工程可用作休闲娱乐、农林草植地、水产用地和风景旅游等，从而明显改善矿山生态景观。不过，由于部分废弃矿山岩土工程中含有较多重金属，会导致农作物受到毒害，故此需及时、定期监测重金属的含量。

4 结语

总而言之，废弃矿山中岩土工程修复既是实现土地资源最优利用目标的有效途径，也是实现我国矿区持续发展的关键手段。因此，相关部门应充分意识到废弃矿山中岩土工程修复重要性，加大对废弃矿山中岩土工程修复重视程度，在以生态性复垦作为核心的基础上，不断探索废弃矿山中岩土工程修复全新思路和最优方法，有效统一生态效益、社会效益、经济效益，在保持矿区生态环境平衡的同时，推动我国矿产行业优质、持续发展。