水泥灰岩矿迹地生态修复研究——以鹿泉东焦水泥灰岩矿为例

邢晓光，皮昌道，贾志军，甄宝艳，王淮亮，张 晨

（河北省水利技术试验推广中心，石家庄 050061）

矿山开采造成的环境问题，是人类工程活动引发的各类环境问题中最主要的问题之一。水泥灰岩矿主要成分是硅酸盐，是烧制水泥的主要原料，在国内广泛开采。受赋存方式的制约，绝大多数水泥灰岩矿都是露天开采，而露天开采方式对区域生态环境的破坏程度较大，甚至影响整个矿区生态系统的完整性、稳定性，产生严重的生态环境问题［1］，因此对废弃水泥灰岩矿矿山的治理具有重要意义。

河北省是我国水泥生产大省，随着近期产业结构调整力度的加大，水泥产能的压缩，部分水泥灰岩矿采取了关停措施。关停的矿山由于缺少人工维护，如不进行生态治理，环境会进一步恶化。由于多数关停矿山管理不到位，治理技术落后，因此需要对矿山迹地修复技术进行进一步研究，探索适宜的修复技术。本研究阐述了水泥灰岩矿生态恢复采取的工程及植物措施，并分析了治理效果，为同类型水泥灰岩矿山治理提供借鉴和技术支持。

1 矿山迹地基本概况

1.1 治理关键制约因素分析

水泥灰岩矿停止开采后，缺少了人工维护，大量废弃堆渣散布，植被和表土破坏殆尽，地表裸露。其表现的主要问题是：①废弃的开采作业面岩石裸露，边坡陡峭，碎石松散易崩塌，产生安全隐患；②堆积了大量废渣，碎石裸露松散，堆渣坡面易滑坡；③缺少表土，缺乏植物生长所需要的介质、营养物质和种子库，碎石不适合植物根系舒展和生长，植被难以自然恢复；④矿山所在区域春季干旱少雨，缺少灌溉措施，植树种草成活率低。

1.2 矿山的基本情况

鹿泉金隅鼎鑫水泥有限公司二分公司东焦水泥灰岩矿，位于河北省石家庄市鹿泉区宜安镇，面积93hm2。由于矿山北侧紧邻石家庄至西柏坡高速公路，处于高速公路可视范围之内，从远处观望，犹如青山中的一块伤疤，残破不堪，对当地形象及发展旅游经济造成了严重的负面影响。为消除对高速公路的影响，对该区域停止开采并进行治理，治理范围是运矿道路、矿山开采作业面、废弃堆渣、采坑及周边扰动区域等，治理区域面积17.88hm2。

治理区域南部是部分开采的山体，山体顶部区域高程300～307m，面积2.21hm2，经过开采，山顶已削平，现状碎石凌乱、松散，有废弃采矿坑、堆渣等。治理区东部、北部、西部区域经过矿石开采，遗留有运矿道路、渣堆、采坑、开采作业面等，面积15.67hm2，靠近山体一侧是矿山采矿作业面，也称掌子面，高差在10～35m，上部坡度较陡，岩石裸露，下部有堆渣，岩体松散裸露，没有植被。

1.3 自然环境条件

矿山所在区域地貌类型属太行山中段低山区，海拔210.9～477.26m，相对高差266.36m。矿山治理区域南高北低，岩石出露。区内基本无地表水体。

矿山所在地属温带大陆性季风气候，四季分明，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季风高气爽，冬季寒冷干燥。多年平均气温13.3℃，多年平均降水量522.4mm，降水大多集中于7～8月，≥10℃积温4517℃，无霜期209d。

所在区域土壤类型是褐土，植被类型是温带落叶阔叶林系，自然生长的植被有酸枣、荆条、蒿类等。

2 生态修复任务及措施布设

2.1 生态修复

对开采作业面、渣堆、矿坑和边坡进行治理，消除崩塌和滑坡等安全隐患，预防矿山环境恶化及次生地质灾害的发生。清理废渣、平整场地，覆土进行绿化，打造安全、绿色和谐的生态环境。治理的任务主要有：

（1）清理掌子面危岩，消除掌子面上崩塌灾害隐患；

DW‐3000型小动物人工呼吸机，安徽正华生物仪器设备有限公司；ECG‐1350P型十二导联心电图机，日本光电工业株式会社；T10型组织电动匀浆机，德国IKA集团；UV‐2550型紫外/可见分光光度计，日本岛津公司。

（2）对固体废弃物堆放边坡采用分级消坡的方式进行整治，并修筑浆砌石挡墙，消除不稳定边坡灾害隐患；

（3）清理采石平台上的渣堆，填埋废弃采坑；

（4）对停采闭坑区域及扰动区域进行绿化，恢复植被；

（5）建设灌溉排水系统，保证植被栽植及后期养护用水，疏导汛期雨水。

2.2 矿山迹地生态修复治理措施

根据现状分为东部、北部、西部和南部山顶区4个区域。

2.2.1 东部区域

东部区域面积8.50hm2，有堆积矿坑、废渣、运矿道路、掌子面等，根据现场具体情况进行分别治理。

矿坑利用废弃堆渣回填平整，平整后进行局部覆土，废弃渣堆进行平整，渣堆边坡下缘修建浆砌石挡墙，栽植乔灌草和攀援植物等恢复植被；

运矿道路改建为治理施工道路，在靠山体侧修建排水沟，两侧有坡脚处修建浆砌石挡墙，两侧边坡平整覆土恢复植被；

东部区域掌子面坡度为30°，底部坡脚进行浆砌石挡墙防护，栽植攀援植物，坡面覆土种草。

2.2.2 北部区域

北部区域面积3.84hm2，有堆积的废渣、采矿道路和采矿掌子面。

该区域废渣较多，将废渣堆修整成两级缓坡平台，坡脚处进行浆砌石拦挡，修建排水措施，然后覆土绿化；道路整治措施同东区；该区掌子面坡度较陡，采取燕巢式种植穴的方式进行局部填土绿化。种植穴是选择峭壁上的小平台，在平台外缘用螺纹钢筋钉入岩石做骨架支撑，竹筏板做种植穴的挡土板，穴中填土组成种植穴，种草或栽植攀援植物。

2.2.3 西部区域

西部区域面积3.33hm2，堆渣较多，将堆渣修整成缓坡台阶，坡脚修建浆砌石挡墙，台面和边坡修建截排水沟，平台及坡面进行覆土平整绿化；掌子面坡度为40°，将其进行放坡，整修成两级平台，每一级高差10m，平台宽2～3m，坡脚修浆砌石挡墙，台面和边坡修建截排水沟；覆土后平台栽植灌木，坡面覆土种草。

2.2.4 南部山体顶部区域

南部山体顶部区域已经被部分开采，山顶已经削平，有废弃弃采矿坑、堆渣等，松散碎石凌乱堆积，面积2.21hm2。将采矿面进行平整，废渣填坑，平整后覆土恢复植被；顶部边缘修建长城垛式浆砌石挡墙以增加景观效果。

3 矿山迹地植被恢复措施

3.1 植物品种的选择

通过对矿山自然地理状况和迹地生态修复实施目的，选择适应当地立地条件的乡土植物品种。其中乔木品种选择国槐、杨树、侧柏、刺槐、金叶榆；灌木选用紫穗槐、火炬树、五叶地锦；草本选择高羊茅。树木种植布局，修整的平台台面上种植树种要求乔木、灌木混种，以达到立体绿色覆盖的效果，在边坡下、平台边缘和坡面分层种植攀援植物五叶地锦，坡面整体绿化采用种草和灌木的方式。

3.2 种植方法及灌溉措施

栽植杨树、国槐、侧柏等大型乔木采用直径1.0m，深1.0m的穴状栽植，坑底先填0.30～0.40m种植土，后填土栽植。栽植紫穗槐、火炬树采用直径0.60m，深0.80m，坑底填0.20m种植土。栽植前灌木采用带土球或营养钵栽植，可提高成活率。栽植爬山虎采用直径0.30m，深0.40m种植穴，填土0.10m，选用2年生扦插苗带营养钵栽植。边坡种草时在边坡上填厚0.15～0.2m种植土，撒播草籽。治理区域缺少种植土，因此外购土进行覆土种植植被。

矿区降雨量较小，尤其是在春季栽植季节，干旱少雨，如果没有水源灌溉，造林种草成活率较低，因此新栽植的苗木和草皮需要浇水提高成活率，采用PVC管将水源引至植被恢复区域。种草坡面采用移动式微型喷灌设备进行间断喷灌。乔灌木栽植后整地形成圆形树堰，引接PVC管和软管浇水，或用运水车浇水。新植乔灌木为保证成活，在干旱的春季时期，应每半月灌溉1次，成活后视土壤墒情浇水，保障树木成活，尤其是在绿化工程完成后最初3年的春季，要进行重点养护。

4 效益分析

矿山迹地通过整治，增加了边坡的稳定性，提高了项目区植被覆盖率，生态景观明显改善。调查未发现有碎石滑落的现象发生，治理区的植被经过3年的养护管理，生长状况良好。侧柏、火炬树、刺槐、紫穗槐、五叶地锦等成活率达90%以上，治理区林草恢复率达80%以上。但杨树在部分未能浇水的区域成活率较低，不足50%。林草覆盖率显著增加，除部分坡面草皮种植仍未完工外，林草覆盖率由不足10%提高到50%以上，水土保持总治理度达80%以上。

该矿山迹地实施生态修复后，显著改善了该区域的山区生态环境，改变了减轻水土流失危害，增加地面植被、改善项目区生态环境，具有明显的生态效益。该矿山迹地的生态治理，也为同类型矿山迹地生态修复起到了很好的试验和示范作用，具有深远的现实意义。

5 结语

（1）灰岩矿矿山在太行山及燕山山区广泛分布，且多以露天开采的形式，对当地生态破坏严重。随着水泥产业的发展趋势和国家产业结构的调整，也将有大量灰岩矿进入闭坑阶段，需要进行有效治理。

（2）矿山迹地生态修复是一项复杂的综合工程，而不仅仅是简单的植物修复，必须提供其适于生存的基质、水文等外部环境需要根据地形情况进行整治，保证矿山基质的稳定性［2-3］，提供植物生长的土壤及配备提供必要的灌溉条件，尤其是在植物生长初期，需要精心地养护。

（3）矿山生态修复技术需要工程、植物措施的充分融合，采用消坡分级、土地整治、边坡防护、灌溉排水等适宜的治理技术，探索适宜的植物品种搭配，从单一的种草发展为乔灌草相结合、配合攀援植物等的物种多样化配置，使得群落结构更加稳定，有效改善矿山迹地的生态结构和生态功能，达到保持水土、恢复生态的目的。

［1］张焱，张荣芝，孟令尧，等.基于遥感信息的河北省典型石灰岩矿区生态变化趋势研究［J］.河北科技大学学报，2010，31（4）：375－379.

［2］徐学选，刘普灵，琚彤军，等.黄土丘陵区燕沟流域水土流失治理的水沙效应［J］.农业工程学报，2012，28（3）：113-117.

［3］陈云峰，张彦辉，郑西强.巢湖崩岸湖滨基质-水文-生物一体化修复［J］.生态学报，2012，32（9）：2960-2964.