露天磷矿山采空区绿色复垦技术研究

李小双 李耀基 宗世荣 王孟来

(1.国家磷资源开发利用工程技术研究中心，云南 晋宁 650600；2.云南磷化集团有限公司，云南 晋宁 650600)

露天磷矿山采空区绿色复垦技术研究

李小双1,2李耀基1,2宗世荣1,2王孟来1,2

(1.国家磷资源开发利用工程技术研究中心，云南 晋宁 650600；2.云南磷化集团有限公司，云南 晋宁 650600)

以我国最大的露天磷矿开采企业——云南磷化集团有限公司为工程背景，云南磷化集团的磷矿山都分布在高原湖泊滇池的周边，具有较大的生态环境压力。针对在矿区开展生态脆弱区域生态系统功能的恢复重建是企业发展的当务之急这一要求，以该企业所下属的昆阳、晋宁、尖山、海口等4大磷矿山的矿山开采采空区为实际研究对象，围绕绿色矿山建设中环境保护这个基本点，针对露天磷矿山(以云南磷化集团为例)开采与土地复垦等磷资源开发利用的2个环节，重点研究磷矿山土地复垦和生态恢复等关键技术，并将矿山生态恢复的关键技术在云南磷化绿色磷矿山建设过程中进行集成和综合示范。相关的研究成果可为我国磷矿行业的绿色矿山建设提供技术、理论指导和工程示范，对于推动绿色磷矿山建设具有重要的实践和指导意义。

露天磷矿山 环境保护 土地复垦 生态恢复

矿产资源作为人类固体自然资源的重要部分，一方面，其为国家的经济社会的发展做出了巨大的原料供给贡献；但另一方面，由于固有落后的价值观念、落后的粗放管理模式以及落后的机械设备与工艺技术的限制，众多的中小型矿山资源的开发依然存在高能耗、高污染以及“粗、杂、乱”等问题，已经不能适应现代四型矿山即“资源节约、安全环保、企地和谐、高效创新”的发展要求。转变传统矿山以大量浪费矿产资源、污染生态环境为特征的开发模式，从本质上转变经济社会发展方式，真正实现矿产开发利用与环境保护和谐发展，已成为矿山企业发展的唯一途径。而发展绿色开采技术、建设绿色矿山正是实现这一转变的必然选择和根本手段[1-6]。

磷资源是重要的矿产资源之一，磷资源的开发利用对我国粮食生产安全和社会经济发展建设起到了重要的支撑作用。但在磷矿资源开发利用中仍然面临着矿体绿色开采技术和采空区生态环境治理等方面的技术瓶颈。绿色磷矿山建设就是要解决磷矿体绿色安全开采、磷尾矿资源环保高效利用、露天磷矿山生态修复和废弃地利用等关键共性技术，形成绿色磷矿山建设关键技术集成与综合应用[7-10]。

云南磷化集团有限公司下属的昆阳磷矿、晋宁磷矿、尖山磷矿和海口磷矿4座大型露天矿山，是目前中国最大的国有大型露天磷矿采选企业，原矿开采1 300万t/a，采剥总量5 000万m3/a，开采规模占全国的15%，中低品位胶磷矿浮选规模占全国的40%，磷矿石生产量占全国的18%，磷矿石销售量占全国的12%和云南省的55%以上。云南磷化集团在露天磷矿山的开采、中低品位胶磷矿的浮选和土地复垦等方面具有较大优势。然而，云南磷化集团的磷矿山都分布在高原湖泊滇池的周边，具有较大的生态环境压力。在矿区开展生态脆弱区域生态系统功能的恢复重建也是企业发展的当务之急。因此，在云南磷化集团开展绿色磷矿山建设关键技术集成与示范项目，不仅是实施“西部大开发”战略中增强欠发达地区科技创新实力的需要，也符合云南省把磷资源大省转化为磷产业强省的战略思想。

基于这一思路，本研究以云南磷化集团下属的昆阳、晋宁、尖山、海口4大磷矿山的矿山开采采空区为实际研究对象，针对露天磷矿山(以云南磷化集团为例)开采与土地复垦等磷资源开发利用的2个环节，重点研究磷矿山土地复垦和生态恢复等关键技术，相关研究结果对于推动绿色磷矿山建设具有重要的实践和指导意义。

1 矿区环境概况

1.1 昆阳磷矿

矿区所在区域环境条件十分敏感与脆弱，4个矿区均毗邻滇池。著名的梅树村震旦系——寒武系界线层型剖面也位于矿区范围内。昆阳磷矿经过40多年的开采，虽然已经在矿山植被恢复中做了大量的工作，取得了明显的成绩，但矿区的地质生态环境仍旧遭受较大破坏。

1.2 晋宁磷矿

矿区采空区在20 a前就注重了恢复，取得了明显的成绩，新采矿区的植被恢复还处于起步阶段。

1.3 尖山磷矿

经过多年的露天采矿作业，矿区采取了一定的植被恢复措施，但整条矿带上受到历史上小矿主采矿活动的破坏极度严重。

1.4 海口磷矿

海口磷矿属于典型的山坡露天矿，区域内可实现雨水自排。矿区地势平缓，倾角4°～17°，顶板为中等坚固的粉砂岩，底板为透水性强的白云岩。矿区周边环境受民采活动的破坏很大。

2 矿区采空区绿色复垦分析

土地复垦和生态恢复是绿色矿山建设的重要组成部分，即实现矿山开采与生态环境协调发展，促进矿区经济、社会和环境结构改善，优化矿区产业布局的主要形式和有效途径。矿山土地复垦和生态恢复是考虑矿山开采前的原生态条件和采矿对生态环境影响的特征，应用生态学原理，在采前、采中和采后采取相应的措施，进而服务于矿山废弃地生态恢复、土地资源利用和生物多样性保育的技术手段，其核心是生态系统的恢复，即使受损生态系统恢复到破坏前的理想状态或是与之前相近的状态，其内涵是通过科学与系统的生态修复工程和长期的环境再造措施，使遭受破坏的矿山区域的生态功能逐步恢复，并逐步形成自我维持的繁衍生态平衡体系。生态系统恢复至少应包括以下3个方面：①土壤养分积累与生物地球化学循环恢复；②生物多样性的恢复；③植被演替方向与生态系统的自我维持能力恢复[11-13]。

除进行采矿废弃地生态系统修复外，针对矿区废弃地(采空区)景观破碎化程度高问题，进行景观修复研究十分必要。随着人们价值观的变化，人们对矿业遗产的价值已经达成共识。一方面，采矿活动遗迹见证并包含了矿业发展进程及人类活动的历史，具有重要的社会价值和历史意义；另一方面，矿业遗迹往往具有较大的土地面积，是矿业开发完毕后最重要的物质基础，具有较大的经济价值[14-15]。

目前，有关土地复垦和生态恢复方面的工作已有较多研究，但是结合到实际操作层面，具体的任务需求主要体现在以下方面：①矿区植被恢复后生态系统不稳定、生物多样性偏低等现象仍然突出，且恢复景观和周围环境的协调性较差，上规模有特点的代表性景观还相对缺乏。②矿山废弃地的开发利用，主要停留在生态恢复上，对废弃地的进一步开发利用尚处在人工景观建筑等浅层开发阶段。对矿山生态恢复和废弃地利用的规划设计技术尚不成熟，信息化、智能化程度较低，多目标多阶段多层次的土地复垦和生态恢复规划设计技术尚不具备。③矿山废弃地复垦和开发利用是专业性很强的工作，目前有关矿山土地复垦和生态恢复综合整治和管理的技术对策集成还不够全面，矿山土地复垦综合化、规范化、集成化的技术体系也不够完善，缺乏相关的技术标准规范，技术体系不健全、不配套。④矿区生态恢复的模式较为单一，土地结构优化配置不合理。在以往的研究中，树种的选择往往偏重于适应性和生态效益，而对经济效益和景观价值的关注相对较少[16-17]。

针对云南磷化集团矿山植被恢复的实际情况，从现有的环境状况可分析得知：

(1) 生态环境修复与土壤重构任务艰巨。云南磷化集团所属矿区磷矿资源丰富，大规模的采矿活动对周边生态环境造成了一定的损害，且由于原有的地质与土壤条件发生了劣变与恶化，植被自然恢复能力变差，自然生态环境自我调节与应变能力薄弱。云南磷化集团有限公司在矿山开采过程中注意到了植被与生态环境恢复的重要性，并给予了足够的重视，通过近25 a来对生态环境进行大规模投入的治理，矿山采空区覆土植被修复与土壤重构工作取得了显著效果。特别是近年来更加重视生态环境的建设，矿山周边生态条件得到较大改善。但要从根本上有效解决水土流失，消除地质灾害发生的隐患，提高矿山用地的生态功能、恢复森林植被、进行周围生态环境与土壤重建之路依旧漫长。

(2)周围生态环境敏感脆弱，景观环境改变难。由于历史人为原因，矿山所在地区原有绿色植被资源被破坏与采伐，原生植被残留较少，且以采矿和排土场作业区域居多。周边自然植被主要以次生林与幼林为主，仅少量原生林，生态环境敏感脆弱，景观环境改变难。

(3)景观破坏度大，生物多样性保护任务艰巨。矿区内原生大量的天然林已被破坏，原有地形地貌已被完全改变，形成极破碎的景观环境，矿区周围以次生林为主，树种较为单一，且长势很差，景观破坏程度较大，生物多样性的保护难度大。

(4)矿山采空区土壤与水分基础差，岩漠化严重，景观恢复极端困难。由于矿区大规模的采矿活动破坏了大量原有植被与土壤结构，采矿活动结束后的采矿区成为光秃秃的岩漠化严重的废石堆排区，植被恢复过程中土壤和水分基础条件太差。

(5)地质灾害隐患较大。由于采矿活动均在山坡环境下进行的，加之局部地形受采动影响后变形范围很大，采场与废石场松散，易诱发滑坡、泥石流等地质灾害。给矿山的安全生产及周边的房屋、村庄构成较大威胁。

(6)生态重建与土壤重构十分迫切。云南磷化集团所属的海口、尖山、昆阳3大矿山均地处滇池流域这一重要生态功能区。大规模的采矿活动造成了滇池乃至周边生态环境与土壤基础的破坏程度很大，加之云南近4 a的自然干旱，加剧了该区域的生态环境恶化，生态重建与土壤重构亟待实施。

3 矿山采矿区绿色恢复工作

(1)进行了森林分类经营区划，科学编制矿山植被恢复实施方案，为矿山用地实施保护、管理提供可靠的科学依据，保证矿山植被恢复有计划、有目的地顺利实施。近5 a期间，制订实施《矿山植被恢复建设项目总体规划(2007—2016年)》，完成了国家和云南省《云南昆阳磷矿地质环境恢复与治理》、《矿区废弃地生态修复综合控制技术研究与示范》、《控制磷矿区面积源磷矿污染工程技术》等重点试验研究和工程项目；改进采剥生产工艺，采矿剥离物集中向采空区排放，实施土地复垦工程；累计投入复垦植被资金1.1亿元，植树造林面积1 000 hm2，植草近800 hm2，土地复垦植被率达到95%。复垦植被区形成生态林、经济林、景观林，建设有“震旦地质生态园”、“森林湖生态园”。

(2)加大了矿山生态恢复与覆土植被工作的宣传力度，让人们认识到环境的重要性，取得社会各种力量支持，同时对已恢复采空区进行专项管理，打击乱砍滥伐、毁林开荒等各种违法行为，保护森林及林地资源。通过履行社会责任感和回报社会，较好地处理了企业与地方关系，企业与周边居民关系，逐步建立了稳定和谐的矿山发展新环境。

(3)加强矿山植被恢复后的补植和管护力度。实施完成工业区、生活区和办公区的环境绿化改造。通过统一规划、集中投入、规范治理，工业区、生活区和办公区的植树绿化率、乔木种植率、常绿树木率基本达到80%的标准要求。

(4)遵循土地集约利用原则，对复垦植被区资源进行二次开发利用研究。晋宁磷矿结合企地和谐共建，实施“万亩基本农田改造工程”的第一、二期133.3 hm2工程。国土资源部将公司海口、昆阳、晋宁、尖山4大矿山列为“磷矿露天采矿用地方式改革试点单位”(国家第二批)。

(5)遵循土地集约利用原则，对复垦植被区资源进行二次开发利用研究。晋宁磷矿结合企地和谐共建，实施“万亩基本农田改造工程”的第一、二期133.3 hm2工程。国土资源部将公司海口、昆阳、晋宁、尖山4大矿山列为“磷矿露天采矿用地方式改革试点单位”(国家第二批)。

4 存在的主要问题

(1)恢复工程实施难度大。矿山采空区所处地段具有坡度陡、侵蚀沟密度大、土壤贫瘠、土层薄、保水性差、土壤含石砾率高、地质疏松等诸多特征，造成采矿区复垦制备与土壤修复施工困难，人造生态林木成活率低。

(2)由于矿山采矿区植被恢复与认为采矿活动同时进行，在矿石资源开采过程中会对已恢复采空区造成二次破坏影响，恢复的采空区管护难度大。

(3)矿山采空区植被恢复域土壤重构技术目前还处于初步阶段，没有现有的成熟技术可以借鉴，在开展此项工作中，不免存在走弯路与错路的情况。

(4)露天磷矿山人工植被优化技术与生态恢复模式尚处于探索阶段。采空区生态恢复质量主要由土壤质量和气候特征决定。而矿山复垦土壤具有较大的空间差异性，现有研究仅限于单一的小尺度范围，在大范围内实现矿区生态恢复具有较大的局限性。

(5)矿区植被恢复后生态系统不稳定等现象仍然突出，加之土地复垦的覆土厚度较薄和土壤较为贫瘠，使得恢复植被的维持和管理成本较高。矿区采空区域的生态恢复的模式较为单一，土地结构优化配置不合理，人工植被优化与生态恢复的技术体系和集成尚不完善。

5 结 论

矿山废弃地不仅导致矿区生态环境恶化，也造成了宝贵土地资源的巨大浪费，是各国矿山开采中面临的共同难题。植被恢复是改善矿山环境条件最常用也是最有效的方法之一，通过植被恢复，建立稳定、高效的矿山废弃地人工植被生态系统，是矿山废弃地开发利用的重要基础。本研究以云南磷化集团下属的昆阳、晋宁、尖山、海口等4大磷矿山的矿山开采采空区为实际研究对象，对其磷矿山土地复垦和生态恢复等关键技术进行了研究，相关研究结果对于推动绿色磷矿山建设具有重要的实践和指导意义。

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(责任编辑 石海林)

Research on Green Reclamation Technology of the Mined-out Area in Open-air Phosphate Mine

Li Xiaoshuang1,2Li Yaoji1,2Zong Shirong1,2Wang Menglai1,2

(1.NationalEngineeringResearchCenterofPhosphateResourcesDevelopmentandUtilization，Jinning650600，China；2.YunnanPhosphateChemicalGroupCo.，Ltd.，Jinning650600，China)

With the largest open-air phosphate mining enterprise-Yunnan Phosphate Chemical Group Co.，LTD(YPCG) as engineering background，all phosphate mines under YPCG are located in the surrounding area of plateau lake Dianchi with great ecological pressure on the environment.It is essential for enterprises to restore and rehabilitate the ecological system functions of the ecological fragile zone in the mining area.With four phosphate mines of Kunyang，Jinning，Jianshan and Haikou under YPCG as research target，environmental protection as the basic point in the green mine construction，key technologies of land reclamation and ecological restoration for phosphate mines are investigated，based on two links of development and utilization of phosphate resources including the mining and land reclamation of open-air phosphate mines(taking YPCG for instance).Besides，these key ecological restoration technologies are integrated and demonstrated in YPCG green mine construction process.Related research achievements could provide technical or theoretical guidance and demonstration projects for the green mine construction of phosphate industry in China，which contributes important practical and instructive significance to promoting green mine construction.

Open-pit phosphate mine，Environmental protection，Land reclamation，Ecological restoration

2014-05-13

“十二五”国家科技支撑计划项目(编号：2011BAB08B06)。

李小双(1983—)，男，高级工程师，博士。

TU 88

A

1001-1250(2014)-08-153-04