辽宁省葫芦岛市杨家杖子矿区矿山废弃地再利用规划与修复

王凌卉, 程全国

(沈阳大学 区域污染环境生态修复教育部重点实验室, 辽宁 沈阳　110044)



辽宁省葫芦岛市杨家杖子矿区矿山废弃地再利用规划与修复

王凌卉, 程全国

(沈阳大学 区域污染环境生态修复教育部重点实验室, 辽宁 沈阳110044)

摘要:以辽宁省葫芦岛市杨家杖子矿区矿山废弃地为样本,研究了矿山废弃地再利用规划.建立了包括地形、土壤等八大方面,共18项指标的矿山废弃地再利用综合评价指标体系,为相关规划的建立奠定基础.杨家杖子矿区矿山废弃地的修复主要包括工程措施和生态措施两部分,相关工程的实施使矿区废弃地得到较好的修复.

关键词:矿山废弃地; 土地再利用; 规划; 修复

1研究区的基本情况

辽宁省葫芦岛市杨家杖子矿区下辖岭前矿、松北矿、兰家沟三个矿山,本文选择岭前矿为重点研究区域.岭前矿坐落于辽宁省葫芦岛市杨家杖子经济开发区的中部,东距葫芦岛市区32 km,南距兴城市30 km.地理坐标:东经120°30′10″,北纬40°49′00″,矿区面积为11.09 km2(见图1).属于北温带大陆性半湿润、半干旱季风气候,少雨多风.平均气温8.9 ℃,最高41.5 ℃,最低-25 ℃.矿区内地表发育两条季节性河流,分别为白沙河和黑鱼沟河,其水量较小.

图1　岭前矿矿区地理位置图

岭前矿所处地貌单元为低山丘陵区,位于辽西走廊西缘.矿区大多集中在北西向河谷上游,地势西北稍高,而东南较低,南北环山,中部临东西走向为宽度200～350 m的狭长河谷.地层岩性从接触带向斜核部排列依次为青白口系、寒武系、奥陶系、石炭系和二叠系等完整的单斜地层.地层总体走向为南东东-北西西,倾向南西,倾角35°～50°.矿区属于坚硬半坚硬岩为主的层状矿床类型,岩质稳固程度较差.

岭前矿是具有百年开采历史的老矿山.自1950年成立到1999年末,累计采出矿石量超过7 000万t,钼精矿产出大约15万t,为当时我国经济建设和杨家杖子地区的经济发展做出了重大贡献.

2矿山废弃地再利用前提条件

矿山废弃地存在可利用、不可利用以及再利用工程难易程度不同的问题[1-3].对其再利用工程所进行的潜力评价是研究矿山废弃地再利用重要的基础[4].目前,我国对矿山废弃地再利用评价还缺乏包含限制性因素、土源保证、水源保证以及再利用的适宜性情况等在内的评价指标体系[5-7],致使在对矿山废弃地的再利用研究与设计上存在较强的主观性,导致矿山废弃地的再利用效果甚微甚至失败.因此,为了提高矿山废弃地再利用的有效性,对矿山废弃地再利用开展较全面的评价十分必要.

土地再利用的核心前提条件是消除地质环境危害,在此基础上才能再利用.本文以国家《土地复垦条例》为基础,在对我国矿山废弃地种类进行分析和总结的基础上,借鉴国内外相关土地调查及评价的经验[8-10],并结合研究区的实际状况,提出了矿山废弃地再利用的综合评价指标体系.指标体系共包括地形、土壤等八大方面,共18项指标(见表1).通过指标体系的确定,明确了葫芦岛市杨家杖子矿区矿山开采区域的主要再利用方向为林地和耕地.

表1　矿山废弃地再利用综合评价指标体系

相关指标说明如下:

(1) 地形坡度.坡度是影响土地再利用的重要因素,在土地再利用方向上具有决定性的作用.当利用方向为耕地和草地时,地形坡度应小于15°,而用作建设用地时地形坡度应小于25°.

(2) 地表损毁程度.地表按损毁程度可分为破坏、部分及完全.破坏是指若损毁持续下去会导致环境恶化、土地破坏和资源浪费.

(3) 有效土层厚度.有效土层可以减少土壤中水分的流失并且利于植物生长.因此,再利用方向为耕地时有效土层厚度应大于0.8 m,为草地时其厚度应大于0.5 m,为林地时其厚度应大于0.3 m.

(4) 砾石含量百分比.砾石含量显著地影响土壤的保水供水能力.因此,再利用方向为耕地时砾石含量应小于5%,为草地时其含量应小于10%,为林地时其含量应小于20%.

(5) 土壤质地.土壤质地状况是土地再利用方向、管理及土地改良措施的重要依据.土地再利用方向为耕地时土壤质地应为砂质壤土至砂质黏土,为草地时土壤质地应为砂质壤土至砂质黏土,为林地时土壤质地应为砂土至砂质黏土.

(6) pH值.土壤的pH值对土壤的肥力以及植被的生长有很大的影响.因此,土壤pH值对土地再利用方向起重要作用,不同的土壤pH值可种植不同的作物和植物.当土壤pH值在6.5～8.5之间时适宜再利用为耕地,其pH值在6.5～8.0时适宜利用为草地,其pH值在6.0～8.5之间时适宜利用为林地.

(7) 植被覆盖指数.植物覆盖指数指修复后区域的林地、草地及农田三种类型面积占总区域面积的比.在地表环境的众多因子中,土地植被覆盖状况最直观.土地可以再利用的前提条件为植被覆盖指数大于30%.

植被覆盖指数=

(8) 植被成活率.植被成活率表示植被成活的数量占栽种总量的百分比.土地可以再利用的前提条件为植被成活率大于70%.未成活的植被应在下一年继续补种.

(9) 年降雨量.年降雨量决定了植被的生长情况,当年降雨量小于400 mm时再利用方向可定为林地和草地,当年降雨量大于400 mm时再利用方向可定为耕地.

(10) 灌溉条件.灌溉条件对植被的生长起到决定性的作用.靠近水源充足的河流、湖泊或农用井等取水点,并且土地坡度不大时,灌溉条件为良好;离水源地较远不利于灌溉的,灌溉条件为一般.

(11) 郁闭度.郁闭度是指林冠覆盖面积与地表面积的比例.森林中乔木树冠在阳光直射下在地面的总投影面积与此林地总面积的比,它反映林分的密度.郁闭度大于0.3有利于土地再利用,可进行植被种植.

(12) 景观美感度.采取工程措施对地面塌陷坑及地裂缝进行综合治理,种植植被,对生态环境进行有效修复,能使凌乱破损的土地景观得到较大改善.景观美感度可分为好、较好和一般.

(13) 矿渣回填率.目前我国的矿渣回填率很低,回填技术还比较初级,与一些发达国家相差很大.矿渣回填对矿山环境保护和资源利用意义重大,既可以有效地利用矿渣、减少渣场占用土地,同时也可以减少环境污染.矿山废弃地再利用过程中,应尽可能利用矿渣,较好地再利用,矿渣的回填率应在65%以上.

矿渣回填率=

(14) 矿渣无害化处理率.伴随采矿产生的伴生矿产种类极多,矿渣中能危害人类健康的有害成分也较多而且组成十分复杂,需要对矿渣进行无害化处理.矿山地再利用的前提条件是矿渣无害化处理率在90%以上.

矿渣无害化处理率=

(15) 尾矿利用率.尾矿的闲置是资源的流失,具有潜在的工程灾害并污染环境.但尾矿的成分复杂,利用难度也大.

尾矿利用率=

(16) 地基承载力.再利用方向为建筑用地,其地基承载力应满足《建筑地基基础设计规范》(GB50007)要求.

(17) 交通条件.交通条件便利或较便利,可以减少对生态环境的二次破坏.交通条件具体可分三种情况:①现有交通条件好,矿山废弃地位于路边,修复时不造成新的破坏;②现有交通条件较好,矿山废弃地距离道路较近,修复时需要建设较短的便道,对环境破坏较小;③现有交通条件一般,矿山废弃地距离道路较远,修复时需要建设很长的便道,对环境破坏较大.

(18) 健康风险概率.土地再利用的前提是土地健康,对人类及生态环境无危害.因此土地健康风险概率应低于5%.

3矿山废弃地规划方案的建立

矿山废弃地的修复方式与规模和矿山废弃地的再利用方向与结构,对于评价矿山废弃地再利用是否合理与土地生产力是否正常发挥将起到决定性作用[11-12].因此,矿山废弃地再利用规划必须分析待修复土地的特点,并根据其适宜性决定再利用方向.

以不同类型的塌陷地为例,综合其地形特征,确定相关规划方向见表2.

表2　塌陷地规划

矿山闭矿后会遗留下受剧烈干扰的土地、开采痕迹、开采设备等,这些因素甚至包括固体废弃物都有以一种新的形式在景观规划中再利用的可能性[13-15].可应用相应的设计原则和方法,使其成为一种特别的景观要素和资源[16].对于现有的矿山废弃地要素来说,充分利用和发挥场地原有的特点,发挥其所独有的属性和潜力,利用多种改造手段或将土地再利用,或将其变成景观的一部分,有时这种改造不需要对其进行大规模的改动.如,对于具有特色的废弃矿井、巷道和井下釆掘设备,可进行保护,并辅以多种手段突出旅游特色,供展览,使游人可以借此了解矿山的地层、开采工艺、作业程序、矿场发展等方面的信息;可对地面上原有的作业、管理区域的部分建筑和设施加以保留和功能改造;可将矿山作为户外娱乐休闲的场地.这些再利用都可以通过确定专项的矿山废弃地再利用规划方案来实现.

对矿山设施和场地废弃物的再利用,是矿山生态修复和景观规划的重要环节,矿山设施和场地废弃物的再利用不仅能够展示出矿山的特点[17],还能够降低成本,这也是矿山生态修复设计理念.矿山废弃地的景观规划应包括活动场地、道路、景观小品、配套设施等以供人们使用,而在建设这些设施的时候要尽量使用场地原有的废料、设施,尽量减少使用新的建设材料.

4矿山废弃地修复措施

4.1矿山废弃地修复工程措施

葫芦岛市杨家杖子岭前矿区主要包括采空区、工业广场、搬迁废弃地三大部分.

(1) 采空区.岭前矿区停采数年,采空区是由于矿区内的资源经过长时间、大规模的采矿活动而被采掘殆尽后形成的[18],原采矿工程活动在矿区内形成了错综复杂的巷道工程,现均已废弃.依据其水文地质特征,井下巷道及采空区充水比较严重,因此地下施工具有较高的危险性.长期以来,废弃巷道缺乏维护,导致其通风及电力等各类安全设施损坏,且巷道及采空区多处塌方,安全得不到保障.因此,很难对废弃巷道与采空区进行回填,最好的处理方法为自然冒落和打孔灌浆.

在原有及规划道路、桥梁、河床和巷道等采空比较复杂地段,可设置施工投料孔对其进行修复.通过投料孔可以将矿区原有的矿渣向采空区内投放,采空区内的物质堆叠成类圆锥体,当其堆至基岩下1m时,用水泥浆进行打压灌浆,使人工支柱[19]的强度增大,可降低甚至防止地面沉降的发生.灌浆工程完成后,在投料孔周围1m的区域内扩大并覆盖0.5m厚的黏土,然后对其进行碾压直至压实,随即在其上覆于耕植土并与周围地表持平,随后再将其碾压,平整后进行绿化或耕种.

对于采空区内范围较小的地面塌陷、裂缝等主要采取以下措施进行治理.

① 地裂缝夯实回填.排导水沟范围内的地裂缝首先回填夯实,然后在排导水沟底铺设30cm的浆砌片石;土地稳治范围的地裂缝进行回填夯实.

② 塌陷坑回填.利用矿渣回填塌陷坑,从而对土地与河道进行治理[20].

③ 地面塌陷的地表修复.主要采用机械开挖的方式,将塌陷处挖深并夯实,把矿区开采出的矿渣及碎石捣碎后对塌陷区进行填实;在填实后的碎石上覆0.5m黄土层,起到保水作用;在黄土层上再覆0.5m有效土层,进行土地整理,保证土地地形坡度在15°以下.

(2) 工业广场.

① 矿坑坑口的回填.需要修复回填的坑口主要有三个,即主副井及风井.坑口的回填原料主要来自于附近的矿渣,在回填的过程中需要在坑口周围20m处建立挡土墙,然后再用原料进行回填直至距地表0.5m时将其压实,随后覆盖黏土和耕植土.其中挡土墙用块石水泥砂浆堆砌,其长×宽×高为3m×3m×20m.

② 矿渣的清理.大部分矿渣可用于塌陷治理、地裂缝治理、井硐回填,部分用于采空区回填.对于剩余的矿渣处理方法,需要对其进行削坡、挡土墙加固及排水渠工程处理,然后在其上方设置隔水层,直接进行覆土绿化.矿渣回填对矿山环保意义重大,既可以有效地利用矿渣、减少渣场占用土地,同时也可以减少环境污染.鉴于伴随采矿产生的伴生矿产种类极多,矿渣中能危害人类健康的有害分量相对较多而且组成十分复杂,并且处理起来比较困难,需要对矿渣进行无害化处理后再进行利用.

③ 工业广场建筑物拆除.工业广场上的建筑,在闭坑后拆迁并推平至原来状态.

(3) 搬迁废弃地.岭前矿沉陷区的居民已经搬迁,住户搬迁后,遗留许多生活垃圾以及破旧的房屋,严重影响当地的景观.在搬迁区内,大多数的房屋均建设在山坡附近,道路狭窄,所以并不能采用拆除所用的大型设备,只能以人工并利用小型机动车进行倒运,再用大型机动车运至岭北废弃露采坑内.其中遗留的建筑垃圾可填入露采坑后用推土机推平、压实.

拆除居民搬迁区遗留下来的建筑垃圾能够铺设道路、回填塌陷地和修筑排水沟、防洪墙等.例如重新铺设用于通往各矿部及各开采矿井的道路,铺设农田道路等.在道路的建设过程中,可用建筑垃圾与细小矿渣混合后进行铺垫,然后在其上层铺一薄层黏土并用细砂覆之并压实.在路的两边可建设简单的排水沟,并于公路的两边栽种三排树木、田间道路两旁栽植两排树木,既可以增加景观美感度又起到了护路的作用.

4.2矿山废弃地生态修复措施

在工程修复后的土地上种植适宜当地气候和土壤条件的乡土植物,以尽快恢复其生态环境.

生态措施目的是利用耐重金属植物及其根际微生物的分泌作用,沉淀土壤中的重金属,以降低其生物移动性与有效性,并阻止污染物进入食物链和地下水中,从而降低污染物质对人类健康和自然环境产生危害的风险.同时,可以在重金属污染严重的区域,种植经济林木、观赏植物、花卉等符合当地生态的植物[21].也可以在被重金属轻度污染的地区,选择一些耐重金属性强的植物,减少土壤中的重金属[22].工凯荣等建立桑蚕农业模式对重金属污染农田进行农业生态性治理,不仅减少了土壤中镉的含量,还能够改良土壤中的结构,同时也提高了农田耕作的经济收入[23-24].

此外,污染土壤的修复技术还包括深耕翻土、客土、换土、去表土等方法.所谓翻土就是把分布在表层带有污染物的土壤翻转分散到土壤深层中去,利用土壤的自净能力达到修复污染土壤目的[25].客土就是把大量的干净土壤加入到受污染的土壤中,与受污染的土壤均匀混合,减少或降低土壤的污染程度,从而减少对植物的影响.换土就是先把受污染土壤运走,换上干净的没有受污染的土壤.使用以上这些修复技术能够降低土壤中污染物的浓度,减少其对植物生长的影响[26].通常情况下换土和客土用于重污染区,而翻土用于轻度污染的土壤.

研究区在工程修复中所选用的土壤全部来自域外客土,不存在钼、锌等金属的影响.因此,在生态修复区域,主要种植榛子等乡土灌木,以尽快恢复修复地的生态环境.

5结语

本文以葫芦岛市杨家杖子矿区为例,研究了矿山废弃地的再利用规划,建立了矿山废弃地再利用综合评价指标体系,为同类型废弃矿山地的规划提供借鉴.通过采取工程措施和生态措施,使废弃矿山地的环境得到较好的修复.

废弃矿山地的修复是复杂而系统的工程,且需要逐步改善,而一个好的规划方案更需要通过实践来证实.因此矿山废弃地修复采用的工程措施和生态措施的最终效果是检验规划合理与否的重要内容,需要在不断实践的基础上完善理论和方法,再以理论和方法指导实践.

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【责任编辑: 祝颖】

PlanningandRestorationofMineDerelictLandReuseinYangjiazhangziMineLotofHuludaoCity,LiaoningProvince

Wang Linghui, Cheng Quanguo

(KeyLaboratoryofRegionalEnvironmentandEco-Remediation,MinistryofEducation,ShenyangUniversity,Shenyang110044,China)

Abstract:The mine derelict land in Yangjiazhangzi mine lot in Huludao is taking as a sample. The planning of the mine derelict land reuse is studied. The comprehensive evaluation index system about the reuse of the mine derelict land to prepare for laying the foundation about the relevant planning is established, which including eight aspects, such as topography and soil, and 18indicators. The restoration of mine derelict land in Yangjiazhangzi include the engineering measures and ecological measures. The environment of the mine derelict land will be repaired well by specific implementation of relevant projects.

Key words:mine derelict land; land reuse;planning; restoration

文章编号:2095-5456(2016)03-0191-07

收稿日期:2015-12-29

基金项目:辽宁省科学技术计划项目(2012230001).

作者简介:王凌卉(1991-),女,辽宁庄河人,沈阳大学硕士研究生; 程全国(1966-),男,辽宁鞍山人,沈阳大学教授.

中图分类号:X 171.4

文献标志码:A