礦山生態(tài)修復(fù)方法及工程措施研究

鄧金輝

（江西省地質(zhì)局工程地質(zhì)大隊(duì)，江西 南昌 337000）

礦產(chǎn)作為重要的能源之一，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，對(duì)此，我國(guó)應(yīng)當(dāng)重視對(duì)于礦山開采區(qū)域的治理、保護(hù)工作，利用生態(tài)修復(fù)方法恢復(fù)礦山開發(fā)區(qū)的生態(tài)平衡，提升礦產(chǎn)的有效利用率，促進(jìn)我國(guó)礦山開采工作健康、環(huán)保、循環(huán)發(fā)展。

1 礦山開發(fā)導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題

1.1 環(huán)境污染

洗礦廢水、礦坑排水等礦山污水未經(jīng)任何處理便排入自然將極大影響湖泊等地下水系統(tǒng)的水質(zhì)，同時(shí)，易造成水道的堵塞，導(dǎo)致地下水水位嚴(yán)重下降，表層水不斷流失卻得不到補(bǔ)充，最終干涸，土壤、植被等逐漸污染、干枯、死亡。另外，采礦過(guò)程中出現(xiàn)的采礦粉塵、車輛廢氣等有毒有害成分將對(duì)大氣環(huán)境造成污染。生態(tài)平衡被打破，將嚴(yán)重威脅施工人員的生命健康安全。

1.2 地質(zhì)地貌被毀

當(dāng)前過(guò)度開采的事件屢屢發(fā)生，對(duì)礦山所在區(qū)域的地質(zhì)地貌造成嚴(yán)重?fù)p毀，為方便開采建造的平臺(tái)、陡崖由于沒(méi)有植被覆蓋，破壞了其原本的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，且在外力的作用下極易發(fā)生坍塌等地質(zhì)災(zāi)害。

同時(shí)，礦井的開采侵占了大量的土地資源，嚴(yán)重威脅了周邊居民的安全，也使得該地區(qū)的自然風(fēng)景遭到不可逆的破壞。

圖1 過(guò)度開采遺留下的礦山

1.3 水土流失

礦山的開采工作使得當(dāng)?shù)氐闹脖患巴恋厥艿搅藲缧缘拇驌簦绕涫锹短扉_采的礦山，將加重礦山開發(fā)區(qū)域的荒漠化形勢(shì)，在遭遇大規(guī)模降水情況時(shí)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的水土流失，同時(shí)，土壤中的有機(jī)物質(zhì)被沖刷帶走，使得該地區(qū)的綠化植被無(wú)法獲取生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)。大量的裸露巖體將破壞此區(qū)域內(nèi)的生態(tài)結(jié)構(gòu)平衡[1]。

2 礦山生態(tài)修復(fù)方法

2.1 穩(wěn)定化處理

常見(jiàn)的礦山生態(tài)修復(fù)方式之一就是穩(wěn)定化處理，主要包含化學(xué)及物理兩種處理方式?；瘜W(xué)處理方式主要修復(fù)對(duì)象為尾礦表面，通過(guò)使用化學(xué)穩(wěn)定劑，在尾礦表面生成殼膜，防止其受到風(fēng)雨等外界環(huán)境的侵蝕。物理處理方法主要針對(duì)采礦區(qū)、排矸場(chǎng)等區(qū)域的前期生態(tài)修復(fù)工作，主要包含礦坑填埋、熟土覆蓋等操作。通過(guò)使用物理處理法進(jìn)行礦區(qū)環(huán)境的修復(fù)，將極大提升該區(qū)域的地表穩(wěn)定性，同時(shí)有效解決了采礦過(guò)程中獲得的礦山廢棄物。當(dāng)前，我國(guó)的礦山生態(tài)修復(fù)主要方式是綜合利用物理處理方式與植被修復(fù)方法，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使得礦山環(huán)境得到快速轉(zhuǎn)變，此方式相較于化學(xué)處理方式來(lái)說(shuō)具有較強(qiáng)的成本優(yōu)勢(shì)，也不會(huì)對(duì)礦山環(huán)境造成二次污染，極大提升修復(fù)工作的安全性以及科學(xué)性。

2.2 微生物恢復(fù)

就當(dāng)前的礦山開采工作來(lái)看，在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的操作后，礦山開采區(qū)域都會(huì)或多或少出現(xiàn)土質(zhì)硬化等問(wèn)題。由此，在進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)，為提升土壤性能，可以選擇微生物等地下生物進(jìn)行礦山的生態(tài)修復(fù)工作。一般來(lái)說(shuō)，微生物都可以依照自身的生長(zhǎng)、繁殖特性完成疏松土壤的工作，在保證不浪費(fèi)多余資源的情況下達(dá)到礦山環(huán)境修復(fù)的目的。就常規(guī)狀況進(jìn)行分析，可進(jìn)行礦山環(huán)境修復(fù)的微生物主要包含了抗污染性及降解性兩種微生物。微生物可以將礦山區(qū)域內(nèi)的部分有害物質(zhì)通過(guò)溶解、轉(zhuǎn)化、固定等操作變?yōu)闊o(wú)污染的物質(zhì)，將有助于開礦地區(qū)的綜合使用水平的提升。也可以有效降低部分有毒、有害物質(zhì)的毒性，削弱其對(duì)整體礦山環(huán)境的影響。

2.3 水資源治理

在進(jìn)行礦山的開采活動(dòng)時(shí)，無(wú)可避免地會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐乃Y源造成污染及浪費(fèi)。為保護(hù)我國(guó)珍貴的淡水資源，需要重視對(duì)水資源的治理工作。從當(dāng)前的礦山開采工作分析可知，水資源的污染主要分為地下水污染以及地表水污染兩方面，若在開采礦山的過(guò)程中出現(xiàn)頻繁取水、大量取水的情況，將導(dǎo)致該地區(qū)的地下水位下降，地表水易出現(xiàn)缺乏甚至干枯的情況。為有效應(yīng)對(duì)此類情況，可以選擇外地調(diào)水的手段減輕采礦作業(yè)區(qū)的供水負(fù)擔(dān)，或利用建設(shè)人工濕地等科學(xué)化蓄水方式改善此類問(wèn)題，也可以通過(guò)種植綠化植被達(dá)到固水保水的目的，使地下水水位始終維持在相對(duì)正常的范圍內(nèi)[2]。

2.4 礦山植被恢復(fù)

礦山植被恢復(fù)情況的好壞將直接影響到礦山整體的修復(fù)成效以及后續(xù)其他修復(fù)工作的有序推進(jìn)。就通常情況而言，礦山地區(qū)的植被恢復(fù)方式主要分為直接植被恢復(fù)以及覆蓋植被方式兩種。具體的治理方案需要依照礦山的破壞程度、土壤營(yíng)養(yǎng)及毒性、生物適應(yīng)性等多種因素共同確定的。直接植被恢復(fù)就是通過(guò)增加開礦工作區(qū)域內(nèi)的微生物及土壤動(dòng)物的方式對(duì)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)，主要包含螞蟻、線蟲、蚯蚓等生物。此種方式的主要特點(diǎn)就是投入成本不高，且操作簡(jiǎn)單易掌握。覆蓋植被恢復(fù)方式對(duì)土壤厚度要求較為嚴(yán)格，但也是成效顯著的一種方法，若土壤厚度高，則必須投入額外的修復(fù)成本，若土壤厚度低，則不能起到相應(yīng)的修復(fù)作用，通過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)證明，最佳的覆土厚度為6cm～10cm之間，同時(shí)可盡量種植豆科等具有固氮能力的植物，其優(yōu)勢(shì)是價(jià)格低廉且操作簡(jiǎn)便。在進(jìn)行覆土工作時(shí)，可保證覆土與原土壤的混合量相同。在進(jìn)行植被種植時(shí)，可選擇噴播的造林方式，并依據(jù)礦山的特點(diǎn)，利用挖掘魚鱗坑、圍堰砌筑等方式為植物提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，綜合開渠、保水、覆膜、施肥等技術(shù)提升植被的成活率。

圖2 礦山生態(tài)修復(fù)

2.5 土壤土質(zhì)修復(fù)

從現(xiàn)階段的礦山開采過(guò)程來(lái)看，整個(gè)工作流程對(duì)于土壤土質(zhì)的破壞程度是最嚴(yán)重的，大部分開采施工區(qū)域都會(huì)出現(xiàn)土壤結(jié)構(gòu)及性質(zhì)轉(zhuǎn)變、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失、有毒有害物質(zhì)增加等情況。為應(yīng)對(duì)以上問(wèn)題，則需要強(qiáng)化土壤土質(zhì)的修復(fù)力度。土壤土質(zhì)的改良主要分為以下三類。一是，利用異地取土的方式，在不破壞取土地區(qū)土壤結(jié)構(gòu)的前提下，利用較為優(yōu)質(zhì)的土壤修復(fù)土壤破壞程度較大的區(qū)域，并在修復(fù)好的土壤上適當(dāng)種植植物，進(jìn)行環(huán)境改善。二是，對(duì)當(dāng)前的廢棄礦井進(jìn)行科學(xué)的改造，秉持不浪費(fèi)、不污染、提升利用率的觀念，對(duì)各類土地資源進(jìn)行充分的開發(fā)利用。三是，在受損的土壤中添加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)物質(zhì)以及肥料提升其營(yíng)養(yǎng)含量，并提高其化學(xué)、物理特性，為綠植的生長(zhǎng)、發(fā)育提供必要的生存條件，促進(jìn)礦山環(huán)境的修復(fù)、重建，實(shí)現(xiàn)礦山資源的有效循環(huán)利用，提升礦山區(qū)域的經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值[3]。

3 礦山修復(fù)工程措施

3.1 地質(zhì)地貌的恢復(fù)

回填整平工作是現(xiàn)階段常用的地質(zhì)地貌恢復(fù)手段之一，此方式可以保證礦山整體平整性，避免出現(xiàn)較陡的溝坎，確保地表基層的穩(wěn)定性。同時(shí)需要對(duì)開礦過(guò)程中形成的裸露坡面及地表進(jìn)行土壤的穩(wěn)定、加固工作，避免由于外力因素導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象發(fā)生，不僅威脅周圍居民的生命財(cái)產(chǎn)安全同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致二次破壞的情況。依照礦山當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)特性，還可以利用疏通土石方并科學(xué)修建溝渠等方式恢復(fù)土壤的生態(tài)活性，對(duì)塌陷的部位進(jìn)行有效的填平修整。當(dāng)?shù)刭|(zhì)地貌基本恢復(fù)其原本的性能時(shí)，才可以進(jìn)一步完善礦山周邊環(huán)境的生態(tài)系統(tǒng)。地質(zhì)地貌的恢復(fù)工作是降低礦山污染、提升環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵一步。地貌修復(fù)工作主要包含了土木網(wǎng)、土木格室等多種操作方法，被廣泛應(yīng)用我國(guó)各地廢棄礦山等環(huán)境修復(fù)工作中。具體的操作流程主要涵蓋了物理工程技術(shù)、重物裝置技術(shù)以及人工裝置技術(shù)等，重物裝置技術(shù)常用的方法有客土噴播技術(shù)、植生卷鋪蓋方法等，物理工程技術(shù)包含預(yù)應(yīng)力錨綜地梁技術(shù)以及鋼筋混凝土框架技術(shù)，人工裝置技術(shù)將有效提升礦山周邊環(huán)境的穩(wěn)定性。在實(shí)際的修復(fù)操作期間，可以綜合工程技術(shù)、生物技術(shù)、人工裝置技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行科學(xué)搭配。

3.2 采礦區(qū)生態(tài)修復(fù)

采礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)工作是礦山整體修復(fù)工作中較為主要的一個(gè)環(huán)節(jié)，可以有效降低對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的破壞及影響，極大減少地表沉陷等情況的發(fā)生。在采礦作業(yè)區(qū)需要大力推行充填采礦的方式，縮小地表沉陷的區(qū)域面積，對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生裂縫的部分，可用作業(yè)廢石進(jìn)行有效填充，并利用表層土進(jìn)行覆蓋，最后利用植被種植的方式恢復(fù)采礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，避免出現(xiàn)裂縫擴(kuò)大的情況，提升采礦區(qū)操作的安全性。另外，坡度較高的巖石邊坡以及較窄的臺(tái)階是露天采礦工程急需解決的問(wèn)題之一，在實(shí)際的修復(fù)中，需要就坡度不同的邊坡進(jìn)行針對(duì)性管理，科學(xué)制定相應(yīng)的方式提升露天采礦邊坡區(qū)域的穩(wěn)定性。若邊坡坡度大于75°，則需要注意邊坡的穩(wěn)固性，再進(jìn)行生態(tài)修復(fù)工作，若邊坡的坡度在75°至35°的區(qū)間范圍內(nèi)，則需要首先用削坡的方式對(duì)邊坡進(jìn)行改造，在其穩(wěn)定性提高時(shí)再進(jìn)行修復(fù)作業(yè)，若邊坡坡度小于35°，則可直接進(jìn)入生態(tài)修復(fù)環(huán)節(jié)[4]。

3.3 排矸場(chǎng)生態(tài)修復(fù)

排矸場(chǎng)主要修復(fù)對(duì)象是坡地及丘陵，需要對(duì)此區(qū)域內(nèi)的排矸場(chǎng)進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定工作，主要的操作流程是降低矸石山的相對(duì)高程、加固坡面、平整水平階。在堆放矸石時(shí)，先需要就矸石山的底部土地進(jìn)行平整、夯實(shí)工作，每堆矸石的間隔距離應(yīng)保持在3.5m左右，同時(shí)修建的臺(tái)階寬度需要大于3.5m，堅(jiān)持由內(nèi)至外的工作順序，并保證層層壓實(shí)，在溝口加裝漿砌石排水溝以及攔渣壩，在邊坡地區(qū)以13m作為一個(gè)間隔周期修建導(dǎo)流渠，各矸石堆的排列方式應(yīng)盡量保證“品”字形，然后在排矸場(chǎng)上覆土，最后再依照當(dāng)?shù)氐臍夂蚣巴寥捞刭|(zhì)挑選成活率較高、綠化效果較明顯的植株進(jìn)行種植。

3.4 排土場(chǎng)復(fù)墾

在進(jìn)行排土場(chǎng)的生態(tài)環(huán)境修復(fù)工作前，需要預(yù)先采取相應(yīng)的措施，保證邊坡的穩(wěn)定性，再綜合利用植物及工程措施進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。對(duì)部分具有安全隱患的邊坡應(yīng)進(jìn)行加固處理，主要的施工流程包括了削坡開槽、建設(shè)攔河壩、加裝深空預(yù)應(yīng)力錨、長(zhǎng)錨桿、修建抗滑樁等操作。排土場(chǎng)復(fù)墾的植株需要保證其抗病、抗旱、抗寒、抗病蟲害等能力強(qiáng)，同時(shí)成活率高，具有美觀性。在移栽植被時(shí)主要可采用植生盤、堆土袋、掛網(wǎng)綠化等方式，若種植區(qū)域?yàn)榱值?，則需要做好覆土工作，其厚度應(yīng)盡量大于0.3m，使用坑栽法則需要在坑內(nèi)填入客土，在邊坡角度小于35度時(shí)，可直接種植普通品種的林木，在邊坡角度小于20°時(shí)，可直接種植果樹或其他具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植株。在栽種完成后，需要在種植區(qū)域附近建立較為完善的排水、保肥設(shè)備。通過(guò)綜合工程及植物技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行礦山排土場(chǎng)區(qū)域的復(fù)墾工作，將極大提升其恢復(fù)速度。

3.5 尾礦庫(kù)復(fù)墾

在尾礦庫(kù)施工全部結(jié)束且閉庫(kù)一段時(shí)間后方可進(jìn)行復(fù)墾工作，要保證各工程設(shè)施已經(jīng)逐漸平穩(wěn)下來(lái)。依照尾礦的具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及化學(xué)特點(diǎn)等制定不同的治理方案。不管尾礦的酸堿性如何，都需要利用礦山的整體開發(fā)走向?qū)ζ溥M(jìn)行深埋的處理。若尾礦中含有有毒有害物質(zhì)或有放射性時(shí)，則需要精確檢測(cè)其濃度及含量，依照開礦環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)隔離層，并將其進(jìn)行深度掩埋。若尾礦中含鹽量較大，則需要增加除鹽操作。嚴(yán)格控制尾礦附近排水設(shè)施的建設(shè)質(zhì)量，使其滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在最后覆土操作時(shí)，需要保證覆土厚度大于5cm，避免水土流失的現(xiàn)象發(fā)生。

3.6 邊坡治理

由于礦產(chǎn)開采不均會(huì)導(dǎo)致礦山周邊的巖體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，因此在開礦工作完成后極易出現(xiàn)山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，在進(jìn)行邊坡治理工作前，需要利用精密的科學(xué)儀器對(duì)邊坡進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，做好數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)工作，數(shù)據(jù)收集好后方可進(jìn)行邊坡治理工作，常見(jiàn)的邊坡治理方式有以下四種。第一，全面掌握邊坡情況，若發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定巖體及陡坡時(shí)則需要進(jìn)行削坡操作，若坡度不大則可利用填方壓腳的方式進(jìn)行處理。第二，若邊坡土壤含水量高，則應(yīng)立即進(jìn)行排水操作，防止地下水對(duì)工程造成干擾。第三，治理土質(zhì)破碎帶時(shí)，應(yīng)注意清除危巖及錨桿。第四，若邊坡風(fēng)化情況嚴(yán)重，則可以小范圍建立擋土墻，防止出現(xiàn)塌方的事故[5]。

4 結(jié)論

綜上而言，礦山工程事關(guān)我國(guó)國(guó)民生產(chǎn)生活以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展，各部門、單位需要認(rèn)識(shí)到恢復(fù)礦山生態(tài)的重要性，利用多樣化的生態(tài)修復(fù)手段，結(jié)合開采工作對(duì)礦山造成的實(shí)際影響以及礦山自身的特征，有針對(duì)性地制定修復(fù)方案，利用微生物、植被、土壤等方式進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，并綜合工程施工建設(shè)對(duì)礦山的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行有效的修補(bǔ)，維持其周邊的生態(tài)結(jié)構(gòu)平衡，同時(shí)在后續(xù)的開采過(guò)程中注意不要對(duì)礦山環(huán)境造成破壞，保證礦山開采工作健康、規(guī)范的推進(jìn)。