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矿山修复技术的魅力

作者: 李晓娜 来源: 中国矿业报 时间:2019年04月16日

在矿山开采过程中,大量土 地因失去利用价值而成为废弃地,如露天采场、废石场、尾矿库、塌陷区等。矿山修复,就是对 矿业废弃地污染进行修复,实现对 土地资源的再次利用。在自然条件下,矿山废 弃地经过自然演替恢复生境大约需要上百年。因此,通过人 工干预恢复矿山废弃地的生态环境显得尤为必要。可以说,矿山生 态修复既是缓解土壤流失、荒漠化 的重要步骤之一,也是通 过矿山生态修复及改造利用,挖掘其 蕴含的价值重要手段之一。

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     目前,随着世 界各国对于生态环境的重视,很多国 家纷纷注重矿山的修复工程,加大矿区的生态建设。据了解,在国内 外针对矿山改造的成功案例很多,综合其 不同功能与特性,归纳主要有以下7种类型:生态恢复类、博物资源利用类、旅游开发类、复垦造田类、引水造湖类、垃圾处理厂类、仓储类。其中,生态恢复类、旅游开 发类占据矿山修复案例的一半以上,具有较高的修复价值。实践中,废弃采 石场的改造主要是在其自身的土地资源以及独特的自然景观的基础上加入人文景观元素,在修复 生态的同时将其改造成湿地公园、生态公园、城市公园等旅游景区。

(一)

    上个世纪初,西方发 达国家就开始了采石场生态修复的相关工作。英、美、澳等发 达国家采矿历史久远,最初研 究恢复生态学主要是集中在对采矿后遗留的废弃地植被的恢复,美国在1971年的矿 山土地复垦率为79.5%。美国土 地复垦的理念主要强调能够恢复为破坏之前的状态,要求使 农田和森林恢复原状,要求控 制水蚀和有毒物的沉积;保证地 表不变和地下水位维持原有水平;保持表土仍在原位置;注重有 害和酸性物的预防和治理;防止堆 积物产生滑坡等灾害。德国自1940年开始,在采矿 过程中极其注意最大程度地减少破坏生态环境,开采后 进行的复垦不单是种树或整地,而是从 宏观上考虑生态的变化以及居民对环境的要求。法国由于人口稠密、工业发达,首先在 不改变农林面积的前提下,防止污 染并恢复生态的平衡。法国非 常重视在露天排土场进行植草并促进土壤的活化,经过一 定的复垦后变成新农田。澳大利 亚政府重视恢复废弃矿区,并严管 生产矿区的生态环境,坚持走 可持续生态矿业之路,实行多专业联合投入,并引入 许多新计算机技术,现在已 将复垦作为开采工艺的一部分。在美国 和澳大利亚等国家,目前引用的现代3S技术和其他新技术、新理念 在生态恢复中已得到广泛应用。生态恢 复的目标也不仅仅是种树种草,而是建 立一个能够进行自我维护、运行良 好的完整生态服务系统。

    英国和 美国最早产生了工程绿化技术,1940年初,一些欧 美国家为防止坡地雨水侵蚀发明了植物盆、液压喷播等技术;英国发 明了植物种子喷播和喷射乳化沥青技术,日本在1958年多次 试验后开发出了比较实用的喷射绿化技术。1973年,日本开 发出了纤维土绿化方法,通过混合纤维、砂质土和泥,并呈台阶型喷射。1960年后,一些发 达国家开始研制边坡绿化技术,结合工程和植被,比如水平格、植生袋 绿化和客土植草技术,最后发 展为喷混植生技术。

(二)

    我国对 矿山废弃地生态修复的研究起步较晚。上世纪60年代,我国开 始了矿山复垦实践,大多是 在废石场或闭库的尾矿库上进行简单的平整和覆土绿化。由于矿 山废弃地受其生态环境恶劣、基质有毒、缺乏土壤等因素限制,其复垦 率还停留在较低水平。随着我 国矿山复垦工作的逐步推进,矿山废 弃地生态修复技术的研究也得到广泛关注,上世纪90年代以 后初步形成一定规模。近年来,随着我 国经济实力的增强和生态环境保护意识的提升,人们越 来越关注废弃矿山的生态修复及改造利用。研究领 域主要集中在煤矿废弃地和有色金属尾矿库植被覆盖等。目前国 内对矿区废弃地的研究主要是与土地开发、土地整 理相结合的研究,根据实 际情况将废弃矿山开发改造成工业用地、耕地、旅游景观和旅游用地、仓储用地、养殖用地、军事用地或绿地。

    矿山环 境问题因为矿产资源的不同,其废弃 矿山的治理关键也不相同。煤矿废 弃地的环境问题为采空区、塌陷区、煤矸石堆等,其治理 关键是对采空区的治理和对煤矸石堆的处理;有色金属矿山如铜矿、铅锌矿,其治理 除了矿坑的治理,还要对 废弃渣堆进行化学处理,防治废 渣堆等通过雨水的淋漓作用污染附近的土壤和地下水;废弃采 石场则主要进行滑坡、泥石流 等地质灾害的防治以及植被的恢复。

    废弃采 石场作为矿山废弃地的一种,其恢复治理过程应为:废弃采石场现状调查→恢复治理总体规划→地质灾害防治→不稳定边坡、废气坑、矿坑等的治理→植被恢复。

    如今,矿山的 生态修复工作正在我国各个地方有序而广泛地开展。在收获 不错效果的同时,我国也 积极探寻新的矿山修复模式,多借鉴 国内外代表性的修复工程,使矿山 修复的工程由简单而纯粹的植被恢复到新兴的产业靠近转变。依据城市的规划建设,在城市的郊区边缘,选择适 宜的矿山废弃地采取因地制宜的方式建设矿山遗址公园、生态示范公园、游园等 多种类型的景观,不仅可 以使矿山废弃地得以重新利用,同时也 为城市的建设多添一处靓丽的风景线,赋予了 这座城市更多的文化内涵。

(三)

    在金属 矿山废弃地生态修复过程中,植物修 复被认为是应用前景最好的技术。基质改 良技术是从根本上改变植物生长的限制因子,是植物 修复的先决条件,而微生 物修复技术又能提高植物的修复作用。

    目前,金属矿 山废弃地生态修复技术的研究大多是在温室盆栽、小规模试验地进行的,由于不同区域、不同类 型金属矿山的废弃地差异性较大,将这些 技术用于实地修复时往往由于环境因子、立地条 件发生改变而达不到预期效果。这就需 要开展矿山废弃地生态修复效益评价体系的研究,从而为 合理选择生态修复技术提供支撑。

    金属矿 山废弃地生态修复技术主要有:一是基质改良技术。基质改 良是生态修复的前提条件。物理改 良主要包括表土回填、客土法等。化学改 良用于多数金属矿山废弃地修复,对于碱性废弃地,宜采用硫酸亚铁、碳酸氢 盐和石膏等进行改良。二是植物修复技术。植物修 复是矿山废弃地生态修复中应用前景最好的技术。通过在 废弃地上建立适宜、稳定的植物群落,不仅可 以有效控制废弃地的各种污染,改善受损的生态环境,还可以 利用植被恢复的更新、促进作用,逐渐恢复土地的功能,改良和美化景观,增加生物多样性,最终使 生态系统进入良性循环状态。植物修 复技术包括植物提取技术和植物稳固技术。三是微生物修复技术。微生物 修复技术是通过对废弃地的建植植物接种菌根,利用根际微生物活动,改良土 壤微环境的同时,改善植物营养条件,促进植物生长发育,从而对 废弃地进行生态修复的一种技术。四是辅助修复技术。针对矿 山废弃地的特征,除了采 取必要的生态修复技术外,还需要 辅助一些如边坡稳定、截排水措施等,才能达 到生态修复的最佳效果。

    国内外 矿山生态环境修复典型

    目前,在国内 外针对矿山改造的成功案例很多,有着不同功能与特性。由于国 外城镇基础建设起步较早,采石场 的生态环境问题发生较早,也较为严重,因此对 采石场生态恢复的研究与实践相应也更为深入。近年来,国内对 废弃采石场的恢复治理工作研究和探索的实践不断涌现。

    1.日本国 营明石海峡公园

    日本国 营明石海峡公园原来是一处大型采石采砂场,裸露山体范围达140平方公里左右。20世纪80年代开始,该岛所 在的兵库县委托著名设计师安藤忠雄进行规划设计,并成立 绿化专家委员会,进行植被恢复。其规划 强调恢复自然的状态,形成良 好的景观和创造为人服务的游憩空间,其主题是“使园区 得到生命的回归”。整体目 标首先是治愈山体几十年来被开采留存的伤痕,具体包 括在基岩上固定蜂窝状的立体金属板网,灌入新土后覆以草帘,以涵养水分。同时,公园还 要成为区域的服务基础设施,包括国际会议中心、星级旅馆、大型温室、露天剧 场等设施创造面向未来的休闲场所。

    2.法国Biville采石场生态恢复

    法国Biville采石场具有尺度大、高差大、生态退化严重的特点,在改造 中保留场地的工业痕迹,将其转 化为新景观结构中有特色、标志性的场所,体现出 对所在地历史文脉的尊重。

    Biville采石坑是一道450米长、宽度均 匀的直线型裂缝,呈45度的边 坡贫瘠而凹凸不平,落差为20~40米。设计师将其建成具有3.5平方千 米湖泊的休闲区。其理念 是不应刻意掩饰石料开采过程遗留的痕迹,而是将 其作为场地特征保留,只需确 保最佳地点的连贯性以便于生态系统的自然恢复,然后再 引入一些植被使废弃采石场恢复到一种自然状态。改造措 施包括设计了一系列引导水流的设施和设备,使其汇 聚到谷底形成湖泊。

    3.上海天 马山世茂深坑酒店

    作为全 球首个建在废石坑里的酒店,位于上 海佘山的世茂深坑酒店无疑是个奇特的工程,建造方式、建筑结 构与传统建筑的要求均大不相同,建成后 或成为世界上海拔最低的酒店,被称为世界建筑奇迹。“深坑酒店”位于上 海松江国家风景区佘山脚下,是一座深达80米的废弃大坑,该深坑原系采石场,经过几十年的开采,形成一个周长千米、深百米的深坑。世茂集 团充分利用了深坑的自然环境,极富想 象力地建造一座五星级酒店,整个酒 店与深坑融为一体,相得益彰,是人类 建筑史上的奇迹,也是自然、人文、历史的集大成者。

    4.黄石国家矿山公园

    黄石国 家矿山公园位于湖北省黄石市铁山区境内,“矿冶大峡谷”为黄石 国家矿山公园核心景观,形如一 只硕大的倒葫芦,东西长2200米、南北宽550米、最大落差444米、坑口面积达108万平方米,被誉为“亚洲第一天坑”。

    大冶铁 矿东露天采场形成了世界第一高陡边坡。为了治理生态环境,该矿投 资数千万元形成了亚洲最大的硬质岩复垦基地。在黄石 国家矿山公园设计中,通过生 态恢复的景观设计手法来恢复矿山自然生态和人文生态;将矿区的“十大亮点”与公园建设“无缝对接”,把公园 开发建设的着眼点放在弘扬矿冶文化、再现矿冶文明、展示人文特色、提升矿山品位、打开旅游新路上,定位于“科普教育基地、科研教学基地、文化展示基地、环保示范基地”;充分展 示了具有数千年悠久历史的中国矿业文化,为人们 提供了一个集旅游、科学活 动考察和研究于一体的场所,实现了 人与自然和谐共处、共同发展的主题。

    5.英国伊 甸园英国伊甸园

    位于英国康沃尔郡,所在地 原是当地人采掘陶土遗留下的巨坑。英国伊 甸园是世界上最大的单体温室,汇集了 几乎全球所有的植物。在巨型 空间网架结构的温室万博馆里,形成了 大自然的生物群落。

    伊甸园 是围绕植物文化打造,融合高 科技手段建设而成的,以“人与植物共生共融”为主题,以“植物是 人类必不可少的朋友”为建造理念,具有极高科研、产业和 旅游价值的植物景观性主题公园。伊甸园 本身就是一个节能环保的典范,实现了 在一个已经受到工业污染和破坏的地区重建一个自然生态区。

    北京市 首云铁矿生态修复

    基本情况

    项目位 于北京密云县巨各庄镇,占地面积2.5平方千米,分为开采区、排土场、尾矿库、工业场地、运输线 路和生活区等六个区域,其中在开采区、排土场、尾矿库 形成了大量裸露边坡。

    存在问题

    1.开采区山高坡陡,风化严重,有浮石,稳定性极差。

    2. 尾矿库 坡面矿尾砂重金属含量高,质地疏松,没有植 物生长土壤条件。

    3. 排土场土壤贫瘠,保水保肥能力较差。

    主要技术

    1.VRT基盘修 塑植被恢复技术。包括植 生基材喷附技术、生态植被毯技术、生态植被袋技术、生态灌浆技术、垂直岩 面种植槽穴植被恢复技术和土壤改良技术。

    2.生态对位配置技术。考虑植物多样性、季节性、乡土性,灌、草、花、攀相结合,营造季节的不同景观,并实现 接近自然的生态治理。

    施工工艺

    1.开采区生态修复:垂直坡 面采用种植槽穴植被恢复技术,裂隙坡 面采用植生基材喷附结合植苗绿化修复技术,对于坡度大于60度的坡 面采用锚杆固定、挂格栅网、植生基材喷附、铺设生态植被毯技术,帮坡平 台采用苗木种植结合平台拦挡技术。

    2.尾矿库生态修复:采用铺面整理、土壤改良、铺设生态植被毯技术。

    3.排土场生态修复:采用植生基材喷附、生态灌浆技术,营造植 物生长基盘技术。

    修复效果

    矿区扰 动土地治理达到95%以上,水土流失总治理度达94%以上,土壤流失控制比在0.4~1.3之间,拦渣率达到98%以上,林草植被恢复率达98%以上。同时,林草覆盖率达31%以上。



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