矿区生态修复技术

代宏文

(北京矿冶研究总院，北京 100044)

近十年来，我国矿山开发发展迅猛，矿业在国民经济中的地位、作用直线上升，吸引的资本无论增幅还是增速度是前几十年不能比拟的，生产的多种金属成品量不少品种跃居或稳居世界名列前茅。作为国民经济的基础产业——矿山开采业的经济贡献令人注目。

在我国生活水平不同程度提高的条件下，对自身生存环境的关注度和要求空前提高。身边的矿业资源既要带来经济和实惠，又不导致山清水秀的自然环境变味、消失。我们正在经历矿山经济快速发展与矿山环境恶化矛盾挑战的重要阶段。

可持续发展的矿业经济，必须直面这一矛盾的挑战。使环境问题前移，成为决策矿业开发与否的主要依据之一，成为矿业开发全程的关注重点和制约点。

矿山开发究竟会给所在环境带来哪些问题？

1 矿山开发的环境问题

金属矿山开发的环境问题类别见图1。

图1 环境问题类别图

2 矿山开发中环境危害

本文拟用三个矿山开发实例，说明给所在地带来的环境问题，并说明产生的环境危害程度。

2.1 开发实例

(1)实例1： 一个露天开采多金属矿山的开发

建设规模：处理原矿量870万t/a

服务期：30a

消耗水量：约8万m3/d

占用土地：900hm2以上

排放尾矿量：约800万t/a

排放废石量：约2000万t/a

最终形成露天采坑面积：200hm2以上,采坑深度达地表以下520m，总深度600m以上。

最终形成废石堆场：占地280hm2,堆场高度达80m以上。

最终形成堆浸场：高度50m以上

采取治理措施后排放烟粉尘：160t/a,二氧化硫300 t/a

造成林木损失：7200m3,草损失6000t/a

用于矿山复垦恢复的费用：约1.5亿元

(2)实例2：一个堆浸金矿山的开发

建设规模：处理原矿量500万t/a

服务期：9a

消耗水量：约1万m3/d

占用土地：585hm2以上

排放尾矿量：约4100万t

排放废石量：11000万t

最终形成露天采坑5个，面积共有：91hm2以上,5个采坑深75～257m，最深采坑深度达地表以下257m

最终形成废石堆场：4个，占地190hm2

最终形成堆浸场：2个，占地130hm2以上

采取治理措施后排放烟粉尘：320t/a,二氧化硫50 t/a以上

造成植物损失： 640t/a

用于矿山复垦恢复的费用：～0.6亿元；

(3)实例3：一个大型露天铁矿的开发

建设规模：处理原矿量2200万t/a

服务期： 30年以上

消耗水量：3000万m3/a

占用土地：3070hm2以上

排放尾矿总量：约7亿t以上

排放废石总量：约17.7亿t

最终形成露天采坑面积：390hm2,采坑深度达地表以下360m

最终形成废石堆场：占地1100hm2

采取治理措施后排放烟粉尘：494 t/a,二氧化硫400 t/a

造成林木损失：18000m3,草损失12000t/a

用于矿山复垦恢复的费用：约1亿元。

2.2 实例分析

各矿山开发实例表明，各工业场地占总用地比例见表1。

表1 六偏磷酸钠用量对铅矿物浮选指标的影响/%

由上述实例分析可以看出，虽然矿山金属矿类型各异、规模不同、处理工艺区别，潜在矿山开发中类似的环境影响程度如下：

万吨矿量占地分别为1.04hm2、1.2hm2、1.4 hm2

吨矿量用水3.2t、0.7t、1.4t

吨矿量产废：尾矿0.92t、0.91t、0.80t

吨矿量产废：废石2.3t、2.4t、2.0 t

吨矿量排污：粉尘0.006t、0.02t、0.224t

吨矿量植物损失：0.3t、0.04t、0.2 t

3 矿山开发中的生态修复

3.1 生态修复任务

矿山生态修复的主要任务，是在目前技术经济水平的条件下，将受到开发影响的主要环境问题，通过科学、系统的生态修复工程和长期的生态抚育措施，使被破坏的、受损的矿山环境功能逐步恢复，使之生态环境自身可持续良性发展，逐步形成自我维持的繁衍生态平衡体系。矿山的主要生态修复对象包括：露天采矿场地、地下开采的采动影响区、排土场、选矿尾矿库、堆浸场、输送管线填埋区、道路、各工业场地等。

3.2 生态修复的时序

矿山生态修复的时期，目前传统的是在开采完成后再来修复。随着复垦工作的深入，和对矿业开发历程的理解，正确的复垦和生态修复活动，应伴随矿山全部开发过程，实施全程动态恢复。也就是生态恢复工作，应贯穿在矿山建设期、运营期和关闭期，以及后延的生态抚育期的全部开发过程。伴随生产时序，实施及时的复垦工程，恢复措施，使其被破坏的工业场地得以科学的、及时地恢复。

3.3 生态修复的内容

矿区不同的开发阶段，蕴含着不同的生态修复重点内容。在矿山基本建设阶段，矿山生态环境修复的主要方面，是矿山开拓阶段形成的道路、边坡、受影响的场地，表土的剥离、贮存和保护，场地恢复的规划设计，植被品种的选择及小区试验、设计，恢复工程材料的筛选和获取。

在矿山运营阶段，应按开发建设时序，在运营期长达10～30年的范围内，可按工程进展划分时间段，不同的时间段有不同的复垦生态恢复任务、对象。在尾矿库、排土场、堆浸场、露天采矿场地，已经最终完成的堆筑作业的边坡、台阶、平台或局部场地，应是此阶段的及时、动态安排复垦工程的重点。在大面积完成顶部平台、沉积滩、台阶、道路等场地，应集中安排复垦工程，生态恢复措施。

在接近开采完成或闭矿阶段，应重点完成各类场地的生态恢复工程，补充修复质量不能保证正常成活场地的恢复工作。对于建有永久建筑的场地和设施，应评估其质量和依据需要决定保留和拆除。使即将关闭的矿区，保留的设施为当地所用，不能遗留污染场地。拆除的建构筑物和设施，清理后根据最终的利用去向，实施复垦或利用，合理安排各得其所。

贯穿在各阶段中的一项不可缺少的任务，是对已经完成复垦生态恢复的场地和区域，实施持续几年的生态抚育和跟踪，确保恢复修复的质量，实现生态修复取得可持续、自我维持的良性循环机制。

经过人工强化的复垦工程，生态修复等措施，经过几年、十几年的生态循环和演替，矿区生态系统一定可以逐渐朝着恢复到采前的生态环境发展。

4 矿区主要生态修复技术

4.1 采矿区生态修复

露天矿采场开采后，多形成坡度陡的岩石边坡，以及宽度不大的台阶。凹陷露天坑底部，常有积水，应因地制宜的开展采区以台阶为主的复垦工程，覆盖300～500mm的表土，种植草灌为主的乡土品种，有条件的边坡可喷植植被层，合理安排复垦区的保水和排水。对周边的植林防护林带和露天采区的景观，进行总体设计和实施。

4.2 排土场复垦

排土场复垦技术，包含单一废石堆场的复垦技术。作为金属废弃堆场的排土场，常为酸性排土场，这类堆场生态复垦的特殊性，是硫化矿物的废石，酸度常在pH1～2或更低， 常规技术复垦植被难以正常生长。因此，需要处置酸性污染后才可建立植被。近十多年来，国内外对此类堆场的治理做过大量的实验研究，示范工程发展也很快，出现了从源头治理工程，以及堆存后的治理工程的两种不同的治理程序和效果。其中，源头治理措施，主要是通过对废弃物产酸特性、产酸潜势研究后，提出防止措施和实施酸性控制工程，以及气候生态恢复工程。堆存后的治理工程，重在场地酸性的去除，建立人工植被层。国内畅行的是后者。主要是难以实现酸性物排放和治理时序的科学结合，而在废弃堆体形成后，多只能按处理生长基质酸性设计恢复生态工程。从源头研究产酸机制、采用控制产酸过程、防止酸性产生措施的研究，本领域的研究在国内尚未有成熟的技术和规模工程化治理。

4.3 尾矿库复垦

尾矿库植被恢复的技术难点是尾砂粒径粗、没有土壤的团粒结构，内聚力极低、持水能力差、营养成分低下，甚至存在不同程度的有毒有害成分，植被品种赖以生存的微生物几近为零，风蚀严重，昼夜温差大尾砂极端温度可达50℃以上等恶劣生境。

在查明、确定矿山废弃的废石、尾矿、废渣堆场等污染物处置完成后，可进行矿山各类废弃堆场的复垦和生态恢复工程，完成最终堆场稳定化和生态化处置。

在本领域先进、成熟的技术，是尾矿库有土复垦的生态恢复技术和无土复垦生态恢复技术。该技术是针对有色金属矿山尾矿的专业技术，具有针对性符合所在地自然特点、场地及边坡稳定性好、复垦后场地稳定符合安全要求，植被覆盖度高，在缺乏土壤的地区可实施无土覆盖复垦生态恢复工程。相对一般复垦技术相比，该复垦技术成本低、综合复垦工程质量为前沿水平。该技术成功实现了尾矿库边坡上不需要覆土直接建立植被层，实现边坡稳定，水土流失控制达到90%以上，为缺乏土源的地区提供了行之有效的植被稳定边坡的复垦生态恢复技术，受到业主单位的欢迎，推广潜力巨大。

本尾矿库复垦技术，还包括铝土矿尾矿-赤泥堆场复垦生态恢复技术。该技术必须解决强碱性介质、边坡坡度大、基质坚硬、建立植被难以成活等问题。

4.4 废石边坡复垦技术

国内对石质边坡实施生态防护始于20世纪80年代中期，90年代后期得到了迅速发展。由于石质边坡的特殊立地条件，土质边坡植被护坡常用的技术，如液压、固相喷播技术、挖沟植草技术、植生带技术及三维网绿化等技术并不适用。厚层基质喷附技术，已经成为我国坡面防护及植被恢复工程的一种常用技术，在全国各地得到普及推广。厚层基质喷附技术，是将人工配制的植物生育基质与植物种子、防侵蚀材料等混合在一起，采用专用设备(喷射机)，通过高压空气将其喷射出去，附着在边坡表面的一种植被建植方法。技术优点：一是能在坡面上形成较厚的植物生长发育所需的有机质层(7～15cm)；二是使植物种子有比较自然的发芽过程，保证喷撒的种子有较高的发芽率和存活率；三是喷播速度快；四是适用范围广；五是有效防止水土流失，植被覆盖度达到85%。

目前，喷播技术广泛的应用于公路、铁路以及部分废弃采石场边坡，技术相对成熟。而喷播技术应用到采矿废石堆场的研究还未见报道。将实用的喷播技术引进到采矿废石堆场边坡生态恢复，对全面实施矿山废弃地的生态恢复，将起到推动作用。

4.5 全面防治污染和稳定化的复垦技术

在长达25年的矿山复垦技术研究，以及现场治理和开展多项的复垦生态恢复示范工程研究领域实践中，北京矿冶研究总院在尾矿库复垦、尾矿库边坡植被稳定化技术、排土场复垦、酸性排土场和废石堆场等数十项大型现场复垦工程的前期研究与复垦工程实施中，成功完成了大规模现场治理和生态恢复，各类治理和生态恢复现场的累计面积达100ha以上。而且在实践中，积累了大量应用领域的实际可推广的先进、实用技术，可在未来的复垦工程需要中发挥指导作用。

4.6 几点收获

在矿山复垦技术应用研究与示范工程领域的研究与实践中，矿山生态恢复是涉及多领域专业技术的客观需要，我们坚持多专业投入。在开展一个治理现场时，首先调查研究场地本身的稳定性，通过堆场的地质剖面和水文地质计算，评估堆场边坡的安全性，研究防治复垦区水污染的预测和预防途径，研究适宜的、并尊重当地民众意愿的复垦区总体设计，建立植被的可行性方案对比论证，筛选适合当地的植被品种，防止污染的基质改良和改善结构建立，以及实施方案的技术经济测算等。通过实践，不但取得国家科学技术进步二等奖、多项部级科技成果二等奖、专利技术等显著科技成果，受到现场的肯定和欢迎，而且形成了一支热爱复垦专业、具有较广泛的专业技能、在现场能吃苦并能长期坚持战斗、能解决现场实际问题的专业技术队伍。为在本领域承担重任作了重要人员准备。

5 建 议

(1)矿区生态修复工作，应从矿山开发利用方案开始，同步纳入矿山开发工程。与主体工程同步论证开发的可行性，同样深度的同步设计。例如，开矿前预测废石产酸、产污特性；铅锌矿开发，固废处理预测铅中毒；坐落在高产农业区的矿山，预测开矿后可否再实现高产；利用大量监测数据，支持并帮助复垦和生态恢复方案的决策。

(2)矿山开发中被破坏的水系、土壤、固废堆场、地形地貌等生态环境系统单元，存在自然紧密地相关联系。把矿山生态系统各单元作为一个整体，以其内在相关因素和联系，通盘考虑复垦和生态恢复方案的制定，多专业配合，多单位联合，共同实施各自特长的技术，将获得事半功倍效果。

[1] Yasumssa,Itakara,J.S.Eades etc.,Integrated Environmental Management,Lewis Publishers development,Information,and Education in the Asian-Pacific Region.

[2] Ming H Wong The Restoration and Management of Derelict Land.,Anthony Bradshaw World Scientific.

[3] Rao Q,Zhang L,Dai H,Case Study on The Ecological Technology of Mining Industry for The Sustainable Development. MLRER,326-331.2000.

[4] 武强，刘伏昌，等.矿山环境研究理论与实践[M].北京：地质出版社，2005.

[5] 陈玉成.污染环境生物修复工程[M].北京：化学工业出版社，2003.

[6] 孙铁，李培军，等.土壤污染形成机理与修复技术[M].北京：科学出版社，2005.