礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)環(huán)境恢復(fù)綜述

黃丹勇

(湖南有色冶金勞動保護研究院,湖南長沙 410014)

礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)環(huán)境恢復(fù)綜述

黃丹勇

(湖南有色冶金勞動保護研究院,湖南長沙 410014)

礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)已成為礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要問題,綜合我國有色金屬礦、鐵礦和煤礦土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)研究進展和實踐,提出礦山環(huán)境治理的對策。

環(huán)境工程;土地復(fù)墾;綜述;礦區(qū);生態(tài)恢復(fù)

礦產(chǎn)資源是經(jīng)濟、社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),但在礦產(chǎn)資源的大量開發(fā)過程中,不可避免地要破壞自然環(huán)境,造成大氣、水體、土壤污染。礦山開采帶來的最直接的環(huán)境問題是礦區(qū)生態(tài)破壞。我國是一個礦產(chǎn)大國,礦山開采造成的生態(tài)破壞和環(huán)境污染點多、量大、面廣。隨著人口的增長和經(jīng)濟快速發(fā)展,人均資源占有量快速下降,資源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化,資源保護和經(jīng)濟建設(shè)之間的矛盾日益突出,資源與環(huán)境問題也將更加顯著,已經(jīng)成為制約我國社會、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素。隨著經(jīng)濟的發(fā)展,預(yù)計今后每年僅國有煤礦開采破壞的土地就會以每年幾萬公頃的速度增加,其中露天采場、排土場和尾礦場占地量占其面積的70%左右,由于缺乏必要的復(fù)墾措施,加劇了當(dāng)?shù)厮亮魇С潭?使礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞,地表水體污染嚴重,同時使部分區(qū)域地下水位下降,造成水源枯竭或河水?dāng)嗔?誘發(fā)地震。礦山開采不僅造成山體崩塌、地面沉陷,地形、地貌發(fā)生巨大改變,同時大量的廢石、尾礦等固體廢棄物數(shù)量越積越多,不僅占用大量土地,還成為嚴重的污染源。加強恢復(fù)利用礦山開采破壞土地,搞好礦山生態(tài)建設(shè)已成為礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要問題。

1 礦區(qū)開采對生態(tài)環(huán)境破壞的特征

1.1 有色金屬開采對生態(tài)環(huán)境的破壞

有色金屬礦由于品位低、提取工藝復(fù)雜,固體廢棄物產(chǎn)量大,破壞和壓占了大量土地。同時,我國2/3礦山處于中后期開采,隨著開采深度增加,金屬品位下降,廢棄物產(chǎn)生量更大。多年來重開發(fā)、輕治理,歷史“欠帳”積深,面臨的土地復(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)問題十分嚴重。有色礦山土地復(fù)墾涉及到尾礦庫、排土場、廢石堆、露采場、污染土地、塌陷地等。尾礦庫是現(xiàn)今選礦工業(yè)中用于廢水、廢渣處理最常見形式,是重要的礦山生產(chǎn)設(shè)施。含有金屬硫化物和混合硫酸鹽的尾礦,在許多礦區(qū)引起了地表水和地下水的嚴重污染,尾砂干灘飛揚的粉塵也引起了嚴重的空氣污染。據(jù)有關(guān)部門調(diào)查,危庫、險庫在30%以上。尾礦庫壩坡的穩(wěn)定已經(jīng)成為礦山安全的重要課題,暴雨季節(jié)受到尾礦水土流失和泥石流的威脅,垮壩事故時常發(fā)生,造成人民生命和財產(chǎn)的巨大損失。我國有色金屬以硫化物賦存于礦物中的比例很大,露天堆置條件下,這類礦山廢棄物中殘存含量相當(dāng)高的硫化物,容易被空氣氧化,遇降雨形成強烈的酸性水,并挾帶大量的重金屬離子。我國不少礦山多年來為這一污染問題所困擾,酸性污染十分嚴重。有的廢石堆、尾礦庫數(shù)十年仍呈強烈酸性,地表寸草不生,建立植被困難,有的甚至污染并影響到礦區(qū)周圍的地表水、地下水以及土壤,造成了惡劣的環(huán)境影響,嚴重制約了礦區(qū)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。赤泥是氧化鋁工業(yè)的廢棄物,每生產(chǎn)1 t氧化鋁就需要排出0.9～1.3 t赤泥。赤泥污染問題突出,成為繼礦山尾礦、電廠粉煤灰后的又一大社會公害。赤泥中含有高濃度堿及鹽類,從而污染水體和農(nóng)田,嚴重破壞了耕地動態(tài)平衡礦區(qū)生態(tài)環(huán)境,影響了人民的身心健康。

1.2 煤礦開采對生態(tài)環(huán)境的破壞

煤炭資源的大規(guī)模開采,一方面滿足了我國經(jīng)濟建設(shè)的需要,另一方面也帶來了一系列生態(tài)環(huán)境問題,其中土地破壞是最為明顯的生態(tài)破壞。據(jù)不完全統(tǒng)計,平均每開采萬噸煤地表塌陷0.2 hm2,露天礦每開采萬噸煤要挖損土地約0.1 hm2,外排土場壓占土地為挖損土地量的1.5～2.0倍,露天礦正常生產(chǎn)時每采萬噸煤,排土場平均壓占0.16 hm2土地。據(jù)此推算我國煤炭地下開采歷年塌陷土地總量在66萬hm2,露天開采挖損與壓占土地總量在4.5萬hm2左右。由于開采地表塌陷造成我國東部平原礦區(qū)土地大面積積水、受淹和鹽堿化,不僅使區(qū)內(nèi)耕地面積急劇減少,而且還加劇了人口與土地、煤炭與農(nóng)業(yè)的矛盾。西部礦區(qū)的地面塌陷加速了水土流失和土地荒漠化。同時采煤引起的地表塌陷還誘發(fā)大量山體滑坡、崩塌和泥石流等自然災(zāi)害,嚴重破壞礦區(qū)的土地資源和生態(tài)環(huán)境。礦區(qū)的地表塌陷同時對地面的建筑物、道路、鐵路、橋梁和輸電線造成不同程度的破壞,特別是在村莊稠密的平原地區(qū),土地塌陷使村莊破壞引起人口遷移,一般生產(chǎn)1 000萬t煤炭需遷移約2 000人。采煤排放大量煤矸石,矸石排出量為原煤的15%～20%。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料,全國工業(yè)固體廢棄物最多的為煤矸石,全國歷年累計工業(yè)固體廢棄物約60億噸,其中煤矸石約12億t,每年全國工業(yè)的固體廢棄物排放約5～6億t,其中煤矸石有1億多t,現(xiàn)有800多座矸石山占地約6 000 hm2,造成矸石山大量占地的局面。在干旱地區(qū)或旱季,矸石堆排放大量粉塵,在雨季,由于矸石風(fēng)化產(chǎn)生的酸性物質(zhì)被雨水淋溶,造成水體和周圍土壤的酸污染和重金屬污染,矸石山自燃問題也很嚴重。矸石雖可發(fā)電,用作建筑材料、化工原料,但限于經(jīng)濟技術(shù)等原因,綜合利用程度不高,目前利用率還不到15%,采煤大省山西省利用的矸石僅占排出量的3%～5%。目前把矸石用作塌陷區(qū)復(fù)墾的充填物料,僅在淮北、徐州、唐山等礦區(qū)實現(xiàn),且充填后主要用作建設(shè)用地,歷史遺留下來的矸石堆仍占用大量土地。

1.3 鐵礦開采對生態(tài)環(huán)境的破壞

我國鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展帶動了鐵礦業(yè)的發(fā)展,但我國鐵礦資源總體上屬于貧鐵礦,平均含鐵量32.1%。據(jù)資料分析,我國探明的鐵礦總含量中,貧鐵礦占94.05%,富鐵礦5.95%。因此,鐵山礦具有采掘量大、排棄量大等特點,剝采比一般都在2.0以上。每生產(chǎn)1 t成品,平均需要采剝約8 t左右的礦巖,排棄7 t左右的廢石、尾礦和5 t左右的廢水。隨著機械化開采程度的提高,易采資源的枯竭,促使露天開采的剝采比日趨增大,廢石排棄量越來越大。我國鐵礦排土場一般占地約占鐵礦總占地面積的18%,有些礦山則高達40%～50%。我國鐵礦尾礦占地平均占鐵礦總占地11%左右,而有些鐵礦則超過20%。隨著鐵礦資源的貧化,礦石越來越貧雜難選,選礦比越來越高,生產(chǎn)1 t精礦粉需要排棄的尾礦越來越多,采場、廢石、尾礦、廢水等占地越來越多,對環(huán)境的污染越來越大。據(jù)國外資料統(tǒng)計,每開采1萬t金屬礦石大約破壞333.3 m2的土地。由此可見,目前我國開采鐵礦石對土地的破壞量遠遠高于國外水平。

2 礦區(qū)開采土地復(fù)墾及生態(tài)環(huán)境恢復(fù)技術(shù)方法

礦區(qū)開采分為露天采礦和地下采礦兩種。其土地生態(tài)重建包括露天礦井和井下礦井的生態(tài)重建。

2.1 露天礦生態(tài)重建技術(shù)

2.1.1 生產(chǎn)過程中的優(yōu)化控制和土地復(fù)墾

排土場的選位原則:(1)靠近采區(qū),滿足近距離排棄的要求;(2)遵循內(nèi)外排土場相結(jié)合的原則;(3)在滿足外排總量和邊坡穩(wěn)定的前提條件下,選擇低洼地形高排,盡量減少占地面積的原則。

排土場的施工時序:其中排棄時序應(yīng)符合水土保持“先攔后排”的要求,即先實施攔擋工程,后排棄剝離物。即在外排土場外圍先修筑擋土圍埂,然后在圍埂內(nèi)棄土,以減輕排土對周邊的擾動。

施工工藝:排土場的排土方式盡可能采用內(nèi)排土與復(fù)墾工藝相結(jié)合的內(nèi)排土采礦工藝,減少排土場外排土,少占用土地。原則上只在基建期內(nèi)剝離物全部排往排土場,投產(chǎn)后逐步轉(zhuǎn)入內(nèi)排。實行分區(qū)開采,將下一采區(qū)的表土,排至前采區(qū)的外部排土場的表層,進行土地復(fù)墾。

堆放方式:要合理選擇排土場和尾礦場的堆放方式,對排土場進行削坡處理,確定其穩(wěn)定的坡比,提高排土場高度,以減少占地面積。

2.1.2 廢棄或臨近閉坑露天礦山崗的土地復(fù)墾技術(shù)

廢棄或臨近閉坑露天礦山崗的土地復(fù)墾主要包括露天采場和排土場的復(fù)墾技術(shù)。

采場的土地復(fù)墾技術(shù):露天礦剝離物實行土、巖分排,表土單獨堆放。露天采場的復(fù)墾主要指采區(qū)內(nèi)排土完成服務(wù)年限后,在巖土排棄物上覆50～100 cm的表土,形成可供農(nóng)業(yè)或林業(yè)生產(chǎn)的用地,恢復(fù)植被。

排土場的土地復(fù)墾技術(shù):排土場復(fù)墾主要包括排棄物料的分采分堆和土場的整治。分采分堆是根據(jù)土壤和圍巖的物理化學(xué)性質(zhì),實現(xiàn)排棄物料的合理立體分布,形成符合農(nóng)業(yè)或林業(yè)的土層。排土場整治主要指排土場的后期土地整平、削坡措施等。

生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù):根據(jù)生態(tài)學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟學(xué)原理,應(yīng)用工程技術(shù)和生態(tài)工程技術(shù),通過合理配置植物、動物、微生物等,進行立體種植、養(yǎng)殖和加工。

生物復(fù)墾技術(shù):生物復(fù)墾包括土壤培肥、植被重建,其核心是迅速建成人工植被群落,即在建好的生態(tài)環(huán)境上建立人工植被,形成人工群落,關(guān)鍵技術(shù)在于解決土壤熟化和培肥問題,加速復(fù)墾地“生土”熟化過程。

微生物復(fù)墾技術(shù):利用微生物活化劑或微生物與有機物的混合劑,對復(fù)墾后的貧瘠土地進行熟化和改良,恢復(fù)土壤肥力和活性。

2.2 采煤塌陷復(fù)墾技術(shù)

采煤塌陷區(qū)的土地復(fù)墾主要包括疏干法、挖深墊淺法、充填復(fù)墾法、生態(tài)工程復(fù)墾法。

2.2.1 疏干法

疏干法是指開挖大量排水渠,使塌陷區(qū)的積水排干,再加以必要的整修工程,使塌陷區(qū)不再積水,并得以恢復(fù)利用。

2.2.2 挖深墊淺法

挖深墊淺法是用挖掘機械將塌陷深的區(qū)域再挖深,形成水塘,取出的土方充填塌陷坑淺的區(qū)域,形成耕地,達到水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植并舉的目的。

2.2.3 充填復(fù)墾法

充填復(fù)墾法是將土地復(fù)墾技術(shù)與生態(tài)工程技術(shù)結(jié)合起來,綜合利用生物學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟學(xué)、環(huán)境科學(xué)、農(nóng)業(yè)技術(shù)以及系統(tǒng)工程學(xué)等理論,運用生態(tài)系統(tǒng)的物種共生和物質(zhì)循環(huán)再生原理,對破壞土地所設(shè)計的多層次利用的工藝技術(shù)。

2.2.4 生態(tài)工程復(fù)墾法

生態(tài)工程復(fù)墾法是在工程復(fù)墾的基礎(chǔ)上,采取植物措施,以改善土壤的理化性質(zhì),達到改良土壤、恢復(fù)地力的作用。待地力恢復(fù)后,視具體情況,恢復(fù)其原有的用地方式。

3 礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)環(huán)境恢復(fù)研究進展和實踐

3.1 尾礦庫農(nóng)業(yè)種植與生態(tài)恢復(fù)

1993～1997年原中國有色金屬工業(yè)總公司和澳大利亞政府合作進行了長達4年的礦區(qū)生態(tài)復(fù)墾技術(shù)合作項目。合作項目取得了豐碩的成果,獲得了國家科技進步二等獎和國家環(huán)?？偩肿罴褜嵱猛茝V技術(shù)。合作項目建立了銅陵有色公司五公里尾礦庫無土植被示范場,提出了“兼綠地與建筑用地為一體”的復(fù)墾模式。無土復(fù)墾技術(shù)大大節(jié)省了土源和費用,使用了對豆科植物根瘤菌接種技術(shù),直接在尾沙上種植各種具有觀賞價值的樹木、草坪草和豆科植物,控制了尾沙對環(huán)境的污染,恢復(fù)了生態(tài)環(huán)境。銅陵獅子山礦水木沖尾礦庫邊坡無土植被穩(wěn)定技術(shù)研究,經(jīng)過小型試驗、擴大試驗,已經(jīng)成功地應(yīng)用在后期壩的護坡上。在控制壩坡水土流失,特別是控制尾礦庫邊坡在汛期險情上,取得良好的效果。同時在抑制尾沙污染發(fā)揮了作用,大量節(jié)省了土源和工程費,減少了耕地的破壞,經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益顯著。無土植被護坡工程比覆土節(jié)約50%以上的資金投入。田間試驗和示范工程結(jié)果表明,用少量黃土與尾砂混合覆蓋,改良了尾沙結(jié)構(gòu),提高了田間持水能力,縮短了土壤熟化時間,復(fù)墾投入少、作物產(chǎn)量高,是一種經(jīng)濟有效的復(fù)墾方法。

3.2 露天煤礦土地復(fù)墾與生態(tài)重建

平朔露天礦區(qū)地處黃土高原東部、山西省北部的朔州市平魯區(qū)境內(nèi),溝壑縱橫、植被稀疏,對環(huán)境改變反應(yīng)敏感,維持自身穩(wěn)定的可塑性較小。平朔露天礦區(qū)是20世紀(jì)末我國最大的露天煤炭生產(chǎn)基地。大規(guī)模的露天煤炭開采,使原脆弱生態(tài)系統(tǒng)完全破壞。其土地復(fù)墾與生態(tài)環(huán)境重建的復(fù)雜性和艱難程度很大。山西省生物研究所、山西農(nóng)業(yè)大學(xué)、山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所、山西省環(huán)境保護研究所、中國科學(xué)院地理研究所和安太堡露天煤礦合作,對平朔露天煤礦的土地復(fù)墾問題進行了十余年的研究,認為平朔露天礦區(qū)采煤廢棄地的復(fù)墾重點是重建生態(tài)系統(tǒng)。平朔露天礦區(qū)采煤廢棄地復(fù)墾與生態(tài)環(huán)境重建的技術(shù)框架包括土地重塑、土壤重構(gòu)和植被重建。持久的植被重建模式是“草、灌、喬同時并舉,合理配置”?？刂扑亮魇в行У闹脖桓采w度應(yīng)大于85%。實施“采掘、排棄、造地、復(fù)墾”一體化,減少巖土污染、重塑地形坡度、地表物質(zhì)組成,使重塑的土地、重構(gòu)的土壤符合水土保持、環(huán)境保護和土地復(fù)墾的要求,給后續(xù)的植被重建打好基礎(chǔ)。平朔露天礦區(qū)采煤廢棄地生態(tài)環(huán)境重建的效益可分為三個階段,第一階段為零效益或負效益為主的生態(tài)系統(tǒng)破損階段。這階段采礦可獲得效益,但對土地、環(huán)境、生態(tài)是破壞。這階段只能要求減少破壞、清潔生產(chǎn)。第二階段以生態(tài)效益為主的生態(tài)系統(tǒng)雛形建立階段。包括排土場的建設(shè)及水土保持、地面整理、土壤熟化、樹草種植等。此階段需大量投資,建成可利用的土地,主要是投資,而不是獲得效益。第三階段為生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益高度統(tǒng)一的生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)平衡階段。此階段土地已建成,樹草已生長,農(nóng)田已可種植農(nóng)作物,此時才可真正獲得穩(wěn)定的效益。

4 礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建研究展望與對策

土地復(fù)墾是關(guān)系到國土整治、環(huán)境治理、造福后代的系統(tǒng)工程。國內(nèi)外的研究實踐證明。土地復(fù)墾與植被恢復(fù)是解決礦山環(huán)境保護和綜合治理的最有效途徑。綜合目前該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和存在的問題,礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建研究的重點有三個方面:

1.土地復(fù)墾與生態(tài)重建的基礎(chǔ)理論問題,包括礦區(qū)土地質(zhì)量變化規(guī)律研究,礦區(qū)生態(tài)退化機理與修復(fù)等。

2.礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建實用技術(shù),包括采礦控制土地與環(huán)境破壞的技術(shù)、土壤重構(gòu)技術(shù)、景觀重塑技術(shù)、植被恢復(fù)技術(shù)、固體廢棄物資源化與無害化技術(shù)。

3.礦區(qū)域土地與生態(tài)環(huán)境管理的綜合研究。從復(fù)墾的形式分,礦山的工程復(fù)墾技術(shù)分為充填和非充填復(fù)墾兩種形式。結(jié)合復(fù)墾土地的利用方向和土地破壞的形式、程度,常用的工程復(fù)墾技術(shù)有:就地整平復(fù)墾、梯田式整平復(fù)墾、挖深墊淺式復(fù)墾和充填法復(fù)墾技術(shù)等。

我國目前的礦山生態(tài)環(huán)境問題是歷史和當(dāng)今礦業(yè)活動的綜合產(chǎn)物,是過去環(huán)境意識不強和目前管理不嚴的雙重影響結(jié)果。根據(jù)我國礦山生態(tài)環(huán)境的基本現(xiàn)狀,目前的礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理工作主要分為三類。一是廢棄礦山,二是即將關(guān)閉的礦山,三是新上礦山。要從根本上遏制礦山生態(tài)環(huán)境進一步惡化的趨勢,對這三種類型礦山的生態(tài)環(huán)境問題應(yīng)區(qū)別對待,采取不同的措施。一方面需要國家加大投資力度,恢復(fù)治理歷史遺留下來的老問題,另一方面需要加強礦山生態(tài)環(huán)境管理和執(zhí)法監(jiān)督,從源頭斷絕礦山生態(tài)環(huán)境問題滋生的根源,避免出現(xiàn)邊治理邊破壞、治理趕不上破壞的局面。

[1] 張梁.我國礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理現(xiàn)狀和對策[J].中國地質(zhì)礦產(chǎn)經(jīng)濟,2002,(2):26-29.

[2] 卞正富,周連碧,崔龍鵬.我國煤礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建研究進展[A].卞正富,周連碧,崔龍鵬,等.土地整理與農(nóng)村發(fā)展論文集[C].北京:中國土地整理與復(fù)墾分會,2004.47-50.

[3] 胡少偉,周躍.鐵礦山土地復(fù)墾研究初探[J].礦山安全與環(huán)保,2004,31(1):34-37.

Investigation and Practice on Mining Land Rehabilitation

HUANG Dan-yong
(Hunan L abour Protection Institute of Nonferrous Metals,Changsha410014,China)

The mining land rehabilitation and ecological reconstruction isone of major problemsfor mining industry sustainable development.The research development and practice achievements on mining land rehabilitation and ecological reconstruction in nonferrous mine,iron mine and coal mine in China are reviewed and some counter-measures for improving mine environment are proposed.

environmental engineering;land rehabilitation;review;mining area;ecological reconstruction

X53

A

1003-5540(2011)06-0045-04

黃丹勇(1981-),男,助理工程師,主要從事環(huán)境工程、土地復(fù)墾、水土保持工作。

2011-11-10