京北地区露天矿山生态修复技术探讨

郭党生

(中材地质工程勘查研究院有限公司，北京 100102)

我国是资源大国，采矿历史悠久。矿产资源的开采和利用促进了社会生产力的进步和人类文明的发展，但同时也造成了一系列地质环境问题，如“三废”和地质灾害问题、地形地貌景观破坏、侵占和毁损土地、植被破坏及环境污染等。

本文在矿山地质环境调查的基础上，针对京北地区露天矿山地质环境问题，分析矿山不同立地条件下适用的生态修复技术，并以密云某废弃矿山为例，根据不同的边坡类型采取不同绿化方式，采用了“立体绿化模式”对露天矿进行生态修复，为矿山地质环境治理提供借鉴。

1 京北地区露天矿山地质环境问题

京北地区是北部“生态涵养区”，是首都北部的生态屏障。在历史时期经济发展的需求下，京北地区采矿业也经历了飞速发展，多年开采破坏了区域生态系统，造成了一系列地质环境问题。

京北地区废弃矿山有铁矿、水泥用石灰岩矿等，破坏面积达1 000多公顷，存在的地质灾害隐患包括崩塌、不稳定斜坡、泥石流隐患等[1]。矿山开采形成的深大采坑和裸露边坡，破坏了地形地貌和植被，造成土地资源损毁，由于失去了水土保持、涵养水源、防风固沙的植被，容易导致大气、土壤和水体的污染、水土流失、土地沙化等生态环境问题[2]。同时，京北地区露天开采也造成了地形地貌景观破坏、水平衡系统受损，影响整个区域的环境完整性；开采过程中排放废气、粉尘和废渣，造成空气污染和酸雨，影响了矿区及周边居民的生产生活，严重制约了区域经济可持续发展，对废弃矿山进行生态修复意义重大。

2 露天矿生态修复技术

为守护“燕山明珠”，改善京北地区密云水库及周边水系的生态环境，自2002年起北京市对密云水库的一级、二级、三级保护区及上游白河流域等范围内的废弃矿山进行治理，解决因矿山开采产生的地质环境问题。生态修复后有效提高了植被的覆盖率，恢复景观，提高土壤的质量，减少水土流失，提高生物多样性，优化植物群落结构，改善矿山生态环境。

根据自然规律，不同的灾害发生形式必然有与其对应的针对性生态修复技术[3-4]。因地制宜地选择适用矿山绿化和生态防护的技术模式，做好生态植被环境建设，实现坡面近自然生态治理。“多维立体”生态修复模式从水、土壤、大气以及生物四个维度出发，与人类共同支撑起整个系统，只有把这四个维度融合在一起才能取得生态修复的最好效果。

2.1 土壤环境修复

(1)地形地貌整治：包括挖(填)方、废石(渣)清理、采坑(塌陷)回填、地形整理和覆土等工程。主要措施为用矿山固体废弃物回填采坑至设计高程后覆土，或根据当地实际情况，采用疏排水、深挖浅铺垫、梯田法等方法用以平整当地土地以便于恢复地形[5]。

(2)土壤环境修复：重点是改善土壤硬质化、养分流失、土壤污染等。一是改善土壤物理结构、恢复土壤基质；二是增加土壤营养成分；三是减少土壤中的有害物质[6-7]。

2.2 植被恢复

我国矿山生态修复早期多采用边坡复绿、草皮护坡、草灌结合等传统修复方式。现今多采用人工修复模拟自然生物系统的植物群落，通过乔、灌、草等植物立体搭配，实现矿山废弃地的修复。根据不同的立地条件，常用的植被恢复模式主要有挂网喷播覆绿、拉台覆土绿化、采坑回填覆土绿化、废石渣堆治理等治理方式。

(1)挂网喷播植物覆绿：将铁丝网围栏固定在岩壁上，将厚度约10cm的植物生长培养基喷入围栏内，最后将草籽与一定浓度的粘土液混合，喷洒在培养基上。

(2)拉台覆土绿化：平整出多个平台和斜坡，如同阶梯，在阶梯上覆土、栽树，从而达到恢复矿山地质环境的效果。

(3)采坑回填覆土绿化：利用客土分层回填、分层压实的方法对露天采坑进行回填，使深层回填土在夯击能的作用下，达到固结效果，减少地面沉降，回填至标准高度后对采场进行覆土绿化，从而实现恢复地形地貌。

(4)废石渣堆治理：废石废渣梯级存放，渣坡底部修建挡土墙，巩固坝基，以防止水土流失现象发生，每层渣坡上覆盖约60cm厚耕植土并植树种草。

3 密云某废弃矿山生态修复实例

根据密云某废弃矿山现场实际情况，结合地方发展规划，因地制宜采用了“立体绿化模式”，针对不同的治理对象采取不同植被修复方式，取得了良好的生态修复效果。

3.1 采坑生态修复

实施挖填方工程，整治为五级平台，从东往西依次排列。平台间以填方边坡衔接，坡脚下设置石笼，以控制边坡线并兼具护坡功能。各治理分区边界的岩石陡壁下方设计一条绿色保护带，即矿区各整治平台之间，以及整平平台与后缘岩壁衔接处坡脚，沿坑壁下方修筑绿化种植槽种植五叶地锦。绿化槽外侧栽植油松与火炬树各一行，相间种植起到缓减落石冲击力、绿化岩壁等作用。各平台顶部客土覆盖，进行植树种草绿化(图1)。通过治理，矿区乔木成活率达到90%，攀援植物成活率95%以上。

图1 采坑生态修复前地貌(a)及生态修复后效果(b)

3.2 岩质边坡生态修复

岩质边坡生态修复是一个系统而全面的过程，是一个集岩土工程、植物学、土壤学、修复生态学、水土保持和景观生态学于一体的综合性科学技术[8-9]，此技术既能保证裸露山体的稳定和安全，又能逐步建立健康、稳定、可持续的生态系统。岩质边坡生态修复技术包括客土移植、种子喷洒等传统技术，也包括近年来出现的如生态植被袋护坡、高次团客土喷播等新技术。通过学习国外先进的岩质边坡生态修复技术与国内多年的工程项目应用实践和创新，应用最广泛的技术有生态植被袋护坡、团粒客土喷播、柔性生态土工袋护坡、蜂巢单元护坡、环保植物纤维毯护坡等。

针对京北地区裸露岩质边坡的特点，生态修复采用生态植被护坡袋、团粒客土喷播、石壁飘台绿化等新型生态修复技术。露天开采造成的硬质岩石边坡缺少植物生长所必需的水和土壤环境，以及与岩石表面牢固攀附的硬条件，宜采取植生袋和团粒喷播绿化技术(图2)[10-11]。

图2 岩质边坡生态修复前地貌(a)及生态修复后效果(b)

(1)生态植被袋护坡又称植被袋，是一种内部存有种子层的岩土材料袋，袋内装有植物生长的土壤材料，以一定的方式堆积在边坡上，起到护坡和防止水土流失的作用，达到植被恢复和生态修复的目的。因为植被袋不会被植被排斥，植物可以从内部生长同时也从表面生根，所以可以起到“固根护土”的作用。该技术对坡面纹理要求无限制，特别适用于坡度较大的坡面，效果快速稳定。

(2)团粒客土喷播主要采用挂网喷播绿化技术，包括削坡、挂网和喷播等工作。首先对区内的边坡进行人工削坡和修整，消除不稳定边坡和欠稳定固废石[5]。设置完善的分流排水系统。在坡面沿等高线方向设置反向水平条，水平条之间间距约3～5m。水平条净宽0.5m，内外侧高差0.15～0.2m。在坡面纵向铺设管径100mm的PVC排水暗管，管道埋深0.3m。合理设置分散的排水系统，将坡面径流进行分区排导，避免形成大股水流对坡面造成强烈冲刷。其次挂网锚固。采用镀锌机编网、丝径Φ1.8，网孔6cm×6cm，网片搭接10cm，网挂至坡顶排水沟处用Φ12螺纹钢，长20～30cm，坡顶主锚杆间距1m×1m锚固，坡面锚杆间距1.5m×1.5m，锚钉外露3～4cm，网距坡面2～3cm处与锚钉绑扎，最后用高分子团粒喷播。先在坡面喷播8cm厚的植生混凝土，作为植物生长的基础层，然后在上面喷播含混合好的种子高分子团粒层，厚度4cm。根据绿化坡面的水源与气候条件，将紫花苜蓿、冰草、高羊茅、火炬、臭椿、刺槐、柠条、紫穗槐等种子按照比例并搭配野花组合混合播拌入基材之中一起喷播。

(3)石壁飘台绿化采用“乔、灌、草、攀援植物”的立体种植模式[12]。岩壁顶部沿土层种植藤本植物，植物沿岩壁向下蔓延；岩壁中部，构筑种植槽，槽内种植藤本或小灌木，植物向上攀爬和向下垂直绿化[13]。岩壁下部及地面，种植乔木和灌木植物，乔木和灌木之间种草。

3.3 渣坡面生态修复

渣坡生态修复是对渣坡表面进行土地整理，并对种植土进行土壤改良，以利于后期植物的生长。在整理好的平台和斜坡上进行覆土绿化，涵养水土，修复生态环境。采取异地购土方式，土壤的肥力等级达到二等，客土厚30cm。根据当地的土质和气候情况，选择抗干旱耐寒的树种——侧柏。在治理区内的平台上按3m×3m网格定点挖坑，树坑规格：灌木0.8m×0.8m×0.8m，乔木为1.2m×1.2m×1.2m。在斜坡上采用鱼鳞穴方式栽种树木，鱼鳞穴坑大小约为长80cm×短60cm×深60cm(图3)。

图3 渣坡面生态修复前地貌(a)及生态修复后效果(b)

4 结论和建议

矿山生态修复是利国利民的民心工程，我国应加强矿山生态环境恢复的新技术、新方法、新材料的研究工作，根据不同的气候和地形条件，采取相应的治理措施，因地制宜，从而实现人与自然的和谐统一。

(1)通过对京北地区露天矿采场生态修复，再造了区域自然景观；有效防治了地质灾害的发生，改善了地质环境；优化了大气环境质量，降低了噪声污染；提升了沿线土地的价值，盘活土地存量。同时也摸索出一套适于露天矿采场综合治理工作的新思路和新办法，为露天矿开采后的生态修复工作全面展开提供技术保障。

(2)治理手段和技术上多样化，生态治理与工程治理相结合，生态修复与预防地质灾害相结合。根据当地实际情况，所选植物应强调适应本区域气候和土壤特点，以树为主，草、木、花相结合，既要本地化又要多样化，实现多层次、立体化绿化效果。

(3)因矿制宜，分类治理。应充分考虑治理区土地综合利用的价值，减轻地质灾害隐患后，宜林则林、宜耕则耕、宜景则景、宜建则建，为今后开展矿山地质环境综合治理提供可借鉴的经验。