废弃矿山环境修复工作系统探讨

姜 鑫，滕鸿伟，李向东，朱鋆川，郭 楠

（1.甘肃地质灾害防治工程勘查设计院有限公司，甘肃 兰州 730050；2.兰州理工大学土木工程学院，甘肃 兰州 730050）

0 引 言

改革开放四十多年来，我国经济、科技等方面高速发展，人们的物质生活水平不断提高，良好的生活环境已然成为社会的追求。特别是“十八大”以来，习近平总书记围绕生态文明建设作出一系列重要论断，提出“绿水青山就是金山银山”和“山水林田湖草是一个生命共同体”的生态理念，要全力以赴推进生态文明建设，此举关系到中国的可持续且高质量的发展。而解决废弃矿山的生态环境破坏问题是生态文明建设的关键一环。

国外发达国家，尤其是美国，在20 世纪30 年代就开始重视矿山管理，制定了相关法律法规，规范采矿行为，防止出现恶劣的环境破坏问题，一直到70年代，关于美国矿山环境修复的相关法律文件仍在逐步完善[1]。我国矿山环境修复工作始于20 世纪80年代[2]，起步较晚，但几十年来，矿山环境修复工作卓有成效，积累了宝贵的经验，形成了一些生态恢复类、资源利用类和土地复垦类等修复模式。张春燕[3]总结了北京市典型废弃矿山生态修复选用的旅游景观再造模式、农林渔禽模式和植被复绿模式，分析了利用此类模式的修复效果，但修复模式的具体选定流程和方法没有指出；孙晓玲等[4]分析了如何选定修复模式，但修复模式所对应的修复技术没有详细介绍；马跃等[5]提出新的修复模式——资源化生态修复模式，并且分析了与传统修复模式的差异性，但是仅适用于铁矿山。据此，本文建立了一种既能够体现修复模式的选择流程，又能够通过所选择的模式快速锁定对应的修复技术，同时适用领域具有广泛性的废弃矿山环境修复工作系统。

1 我国废弃矿山环境现状

截至2018 年底，我国因采矿导致损坏土地约3.6 万km2，其中约63%为历史遗留矿山土地[6]。我国历史遗留矿山类型较多，包括金属矿、煤矿和建材矿等[7]，且分布广泛、数量庞大、历史旧账众多，给我国生态环境造成诸多问题，主要包括以下方面。

1）植被景观的破坏。多年的采矿活动对于矿山所在区域的绿色植被产生严重破坏，尤其是对于干旱和半干旱地区，植被自我恢复能力较差，若生态环境被破坏，后期治理难度较大。例如我国西北地区，地质条件较差，降水较少，而且森林覆盖面积小，采矿活动和环境修复工作的不合理对当地的生态环境造成了严重影响[8]。

2）矿山的地质环境破坏。由于矿山的开采导致留下大量的地下采空区、掌子面和采坑等，从而容易出现边坡失稳、地表坍塌和水土流失等地质环境问题，此类地质环境问题极容易诱发地质灾害。

3）水土环境污染和大气污染。国内矿山的水土污染现象比较普遍，其中主要可以分为三种类型，分别是气体颗粒污染、液体污染、固体污染[9]，在金属矿山尤为严重。由于雨水的冲刷作用，矿山的废害物经由地面水渗流进入地下水，再通过地下水由点到面对矿山周围的区域造成水土污染；由于风化作用，矿山的有害固体物风化成细小颗粒弥漫在空气中从而造成大气污染。对于采矿历史比较悠久的矿山，由于污染物的累积作用而导致矿山区域及附近的水土污染和大气污染的程度较高，对于后期的矿山生态环境修复造成严峻的挑战[8]。

2 废弃矿山环境修复工作系统建立

2.1 基本原则

1）以人为本的原则。坚持以人为本的原则，把保护人民生命财产安全放在首位，制定合理措施进行矿山地质环境修复治理，达到人与环境和谐统一的目标。

2）因地制宜，因矿而异，综合治理的原则。根据矿山地质环境破坏的特点、方式、分布及危害程度，抓住重点和关键环节，因地制宣进行修复治理。

3）注重生态保护，避免二次破坏的原则。在矿山修复的过程中，应从工程设计源头严格、合理采取适宜的治理措施，以保护生态、美化环境，尽可能避免造成二次破坏。

4）坚持工程措施与生物措施相结合的原则。坚持源头控制与末端治理相结合，加强地质环境建设与保护，采取科学的生物和工程措施，恢复和重建退化的生态功能。生态保护修复工程，更多尊重自然、顺应自然、保护自然，多一些保护，少一些工程干预，多借用一些自然力，依靠自然本身的修复能力、辅以人工措施，达到环境修复的最终目标。

5）坚持整体性、系统性的修复原则。在矿山的修复过程中，应当与矿山周边地区的地形、植被以及土壤构造保持一致或者相似，防止出现“一年绿，二年黄，三年死光光”的现象[10]。在修复规划、施工以及后期养护管理过程中，涉及到的相关部门应相互协商、共同规划、共同管理、相互监督地整体运行，避免“各自为政”。

2.2 地质环境调查与评价

在矿山环境修复过程中，为了使矿山得到更加精确、有效的治理，对矿山地质环境的调查以及根据调查结果评价矿山地质环境情况的各种属性非常必要。我国矿山种类繁多，地质环境情况各不相同，导致矿山地质环境调查任务具有复杂性，也就导致了调查方法多种多样。在调查过程中需要充分了解并且借鉴环境地质、灾害地质和生态环境等多学科的调查方法[11]。针对我国矿山地质环境调查的情况复杂性，国内相关领域编写了各种技术要求以及相关规范等文件，以期促进矿山地质环境的调查与评价工作。比如《大型矿山地质环境调查技术要求》《全国矿山地质环境调查技术要求》《矿山地质环境调查评价规范（1∶50 000）》等。徐友宁等[11]提出，矿山调查工作流程中应该包括以下步骤：资料收集、遥感解译、野外调查、资料整理、综合研究、图件编制、数据库建设，同时在矿山的地质环境调查研究中应该做到“五合，四化”原则，具体如图1 和图2 所示。

图1 “五合”具体描述Fig.1 Specific description of “five methods combined”

在矿山环境修复过程中，对于矿山的地质环境评价是修复治理模式制定和技术选择的重要参考因素。矿山地质环境评价是在地质环境调查基础上得来的，主要按照三方面进行评价，如图3 所示。该评价是依据现行国家或者行业的相关标准，将矿山的各种问题定性化，如是否发生泥石流、山体滑坡、地面塌陷、土地沙漠化等灾情及趋势。

图3 矿山地质环境评价分类Fig.3 Classification of mine geological environment evaluation

2.3 明确修复目标

矿山环境修复必须是基于政府当下的相关政策和法律进行，既要防止废弃矿山的生态环境恶化，提高该地区的水土涵养能力，又要从国计民生的角度去考虑，配合国家经济发展的需要。废弃矿山环境修复首先需要根据矿山具体地质环境情况、地理位置、矿山及矿山周边的生态环境和该地的气候条件制定出合适的修复治理目标。在选定修复治理目标的过程中，充分考虑该矿山是否宜耕、是否宜林、是否宜建筑、是否宜草以及是否宜湖等方案，经过总结得出两个修复治理总目标，分别是经济建设修复目标和生态修复目标，具体分类见表1 和表2。

表1 经济建设修复目标Table 1 Target of economic construction restoration

表2 生态修复目标Table 2 Target of ecological restoration

2.4 构建修复模式

矿山环境修复的基础是充分了解矿山所在地的地质环境条件，构建修复模式是在此基本上再遵循基本原则、研究修复目标进行的。根据构建修复模式的工作方法，构建出的矿山修复模式有城建模式，教育模式，种植、养殖模式，以及旅游模式。

1）城建模式。城建模式是利用废弃矿山的大量废弃荒地来建设城市所需的相关设施的废弃矿山环境修复方式。城建模式对应的修复目标是建设用地目标，采取该修复模式的矿山地理位置一般靠近城区，比如在矿山的地址上修建市民住房、交通设施、酒店、工厂等。国内有较多类似工程，如上海天马山世茂深坑酒店，该酒店是一座依附深达80 m 的废弃采石坑崖壁而建造的豪华五星级酒店，创造的经济效益十分可观，同时也验证了该模式的可行性。

2）教育模式。教育模式是利用废弃矿山特有的环境特点，建立与地质和矿山相关的教育机构的废弃矿山环境修复方法。在矿山的开采过程中，剥离地表土层，开采地表下的岩层，形成采坑，通过采坑可以观察到当地的地质历史变化，地质运动以及成矿环境等。根据以上特征，可以将千疮百孔的矿山开设成为一处集生态环境保护、地质科学研究和科研普及于一体的教育基地，如河北省的开滦国家矿山公园、济宁金乡羊山省级地质公园和青岛市即墨区马山石林地质公园等。

3）种植、养殖模式。种植、养殖模式是利用废弃矿山存在的大量废弃土地来发展种植业和养殖业的废弃矿山环境修复模式。该模式可以分为种植模式和养殖模式，其中，种植模式分为农业模式、牧业模式、林业模式和草原模式（以下简称“农牧林草模式”）；养殖模式分为水产养殖、家畜养殖和家禽养殖等。一般矿山的地理位置在离市区较为偏远且交通便利的地区采用该模式较为合适，在选择更具体的模式时，应当“因地制宜，因时制宜”，兼顾经济发展和环境修复。如若矿山开采前是农田、牧区、林区或者草地地区，开采后土壤无污染或者污染较轻的，则应优先考虑“退矿还农”“退矿还林”“退矿还牧”或者“退矿还草”，可采用“挖深垫浅”“划方整平”和“削坡填土”的土地整平和降陡措施[12]，利于农、牧、林、草的种植和养护。在种植模式方面，青岛市西海岸新区宝山镇鑫茂采石场矿山修复项目和太原市玉泉山城郊森林公园，根据采矿前和采矿后的具体情况，分别采用了农业模式和林业模式，并且都取得了可观的效果。在养殖模式方面，宣威市东山镇云岭牛养殖场将原煤矿闲置用地改造为养牛场，带动当地农户增收致富；迁安市将废旧矿坑变鱼塘形成现代化休闲渔业项目，在落实“绿水青山就是金山银山”发展理念的同时，发展当地经济。

4）旅游模式。旅游模式是将废弃矿山经过防灾消灾治理，根据矿山特有的环境状况，建设成一座主题公园或者地质公园等的废弃矿山环境修复方法。旅游模式宜选在矿山的地理位置靠近城镇区域或者靠近交通主干道的地区。在废弃矿山保留一定量报废的机械设备以及一定量的采坑、掌子面等，融合人文景观，配套一些必要的安全设施和观景设施，将废弃矿山开发成具有矿山特色的郊野生态公园。如河南辉县市乌龙山响水河乡村旅游度假区，就是将矿山与农村相结合打造成为休闲度假村，创造了一种低碳修复和经济发展相铺相成的矿山修复模式。

2.5 修复技术选择

由于我国具有矿山数量庞大、种类众多、分布广泛等特点，单一的修复技术手段无法满足环境修复的需求。选择先进、有效的矿山环境修复技术对于达到修复目标显得尤为重要。矿山环境修复所需技术主要有两种[13]，分别是工程修复技术和生态修复技术，具体见表3。在技术选定之前，要以该矿山生态修复模式为导向，研究其技术的可行性；根据当地的地质、地形和气候等条件，研究该技术在施工流程方面的可执行性。技术选定的具体流程如图4 所示。首先，根据该矿山环境修复需要达到的目标，同时考虑该矿山地质环境条件的具体情况，制定相对应的修复模式；其次，根据修复模式研究并确定修复技术；再次，根据所选定的技术对该地区是否可以满足施工条件进行研究，若“是”，则进行下一步的实施修复计划，若“否”，则应再对修复技术进行研究，是否有相同或者相近修复效果的替代技术，若“是”则对该技术进行研究及代替原技术，若“否”则需要回到修复目标进行研究，更改符合技术和满足施工条件的环境修复目标。根据上述流程，便可选定合适的废弃矿山环境修复模式和对应的修复技术。

表3 矿山环境修复技术分类Table 3 Classification of mine ecological restoration technology

图4 技术选择步骤Fig.4 Procedure of technique selection

3 废弃矿山环境修复工程实例

3.1 工程概况

甘肃省定西市岷县某金矿区地理位置为：104°42′～104°44′E，34°25′～34°36′N，矿区西部有G212 公路经过。该地区气候冷暖无常，四季不分，年温差相对较小，昼夜温差相对较大，为典型的大陆性气候特征。森林植被属于冷温带针叶林和针阔叶混交林。主要树种系高山耐寒针叶种，以云杉、紫果云杉、冷杉、柏木为主，多呈纯林分布。

3.2 地质调查分析与评价

根据相关调查结果，矿区形成破坏范围较大，长期开挖剥采形成24 处渣堆，开挖形成的岩质不稳定斜坡6 处，渣堆堆积形碎石边坡6 处，但是现场渣堆内无污染物质。对开挖剥离形成剥离面进行评估，可见其地形地貌景观遭受严重破坏，植被资源受到挖损，矿区地质环境破坏情况（部分）如图5 所示。由于该矿区自然地质环境对人类工程活动十分敏感，破坏后再生性很差，因此造成矿区地质环境恶化，矿区地质环境问题严重，并且易发生山体滑坡和泥石流等地质灾害。

图5 矿区地质环境破坏情况Fig.5 Damage status of geological environment in mining area

3.3 构建修复模式

通过对矿山地理位置、气候条件和地质环境的逐一分析，构建了矿山的修复模式，见表4。

表4 修复模式分析和构建Table 4 Analysis and construction of restoration pattern

3.4 修复技术研究

矿区的修复模式采用农牧林草模式，则矿区的修复主要分两步进行：第一步是消除地质灾害威胁；第二步是进行生态环境修复，将矿区的水土涵养能力复原。在修复技术方面，应用了工程修复技术和生态修复技术。

1）工程修复技术。在不稳定斜坡或者渣堆处采取削坡回填处理，采用梯式整修技术对坡面卸荷。边坡坡度为1∶1.5，坡高平均在6～10 m。对于渣堆平整工程，存在坡面碎石较多、坡面较陡、渣石裸露、高低不平的区域，采用平整和清理块石进行平整舒缓地貌。

2）生态修复技术。①人工撒播技术。在地势平坦地区或者分级削坡后的平台区段可以采用人工撒播草籽方式进行绿化。先施肥后撒草籽，根据当地气候、地形地理条件等因素，采用适宜当地生长的披碱草、紫花苜蓿、短柄草、早熟禾，种植配比为3∶3∶3∶1。②覆土绿化技术。首先，在坡面平整清理后开挖坑穴，坑穴为5 cm×5 cm×10 cm（长×宽×深），坑穴采用梅花桩式布设，布设间距上下左右均为15 cm；其次，覆土施肥，施肥标准为48 kg/km2，覆土土质选用腐殖土或拌和肥料的塾土；最后，在坑穴内撒播草籽植草或植树。③挂网喷播绿化技术。喷播基质主要由复合基质、土壤调节材料、黏结材料、肥料、纤维及植物种子等组成。组成种植基质的材料主要有土壤、有机质、化学肥料等。植被混凝土基材厚度10 cm，其中，基层7 cm、表层3 cm，含植物种子，种子选取披碱草、中华羊茅、早熟禾、黑麦草，种植配比为1∶1∶1∶1∶1。以上工程量见表5。

表5 矿山环境修复工程量Table 5 Work quantity of mine environmental restoration

3.5 修复效果评价

1）经治理后，植被率明显提高，改善了区域内地质环境质量，生态系统质量得到提高，水土保持能力大为增强。矿区修复后环境情况如图6 所示。

图6 矿区修复后环境情况Fig.6 Mine environment after restoration

2）生态环境的修复，可促进畜牧业可持续发展，提高农牧经济效益。经过治理，生态环境恢复的土地面积为136.134 hm2，按480 元/km2计算，每年可增加经济效益612 600 元。治理总投资额为1 970 万元，平均为1.54 万元/km2，治理绩效符合治理矿山环境破坏实际情况和《甘肃省自然资源厅、甘肃省财政于组织申报2021 年第二批国土综合整治与生态保护修复治理项目的通知》中要求申请治理资金不超过2 000万的要求和1.6 万元/km2的绩效要求。

3）生态环境的改善有利于促进社会经济高质量发展，一是极大改善了区域生态环境和农牧民生产生活条件；二是助推民族地区乡村振兴战略部署，加快了美丽乡村建设步伐；三是推动了区域内生态保护和高质量发展重大国家战略在定西市落地见效。

4 结 语

本文根据以往对矿山环境修复相关模式的研究，总结各种工作方法的优缺点，提出了包括废弃矿山环境修复模式在内的工作系统。该工作系统既能够体现修复模式的选择流程，又能够通过所选择的模式快速锁定对应的具体技术，弥补了废弃矿山环境修复工作系统性不足的缺点。该工作系统的工作思路是充分分析矿山地质环境问题、所属地区的地理位置及气候条件→选择恰当修复目标→结合当地的地质情况和地理位置构建修复模式→厘定修复技术。以清晰化和系统化的工作思路和流程促使废弃矿山环境修复工作有条不紊地进行。本文以甘肃省定西市岷县某金矿历史遗留废弃矿山环境修复实例证明该工作系统有可操作性强和修复效果显著等特点。

但是本文所提出的废弃矿山环境修复工作系统没有涉及资金筹集和监督管理等相关工作，而矿山环境修复工作所需资金是一大问题，需引起关注，希望后续能有研究工作解决相关问题。