水泥灰?guī)r礦跡地生態(tài)修復(fù)研究——以鹿泉東焦水泥灰?guī)r礦為例

邢曉光，皮昌道，賈志軍，甄寶艷，王淮亮，張 晨

（河北省水利技術(shù)試驗(yàn)推廣中心，石家莊 050061）

礦山開采造成的環(huán)境問題，是人類工程活動(dòng)引發(fā)的各類環(huán)境問題中最主要的問題之一。水泥灰?guī)r礦主要成分是硅酸鹽，是燒制水泥的主要原料，在國(guó)內(nèi)廣泛開采。受賦存方式的制約，絕大多數(shù)水泥灰?guī)r礦都是露天開采，而露天開采方式對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的破壞程度較大，甚至影響整個(gè)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的完整性、穩(wěn)定性，產(chǎn)生嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題［1］，因此對(duì)廢棄水泥灰?guī)r礦礦山的治理具有重要意義。

河北省是我國(guó)水泥生產(chǎn)大省，隨著近期產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度的加大，水泥產(chǎn)能的壓縮，部分水泥灰?guī)r礦采取了關(guān)停措施。關(guān)停的礦山由于缺少人工維護(hù)，如不進(jìn)行生態(tài)治理，環(huán)境會(huì)進(jìn)一步惡化。由于多數(shù)關(guān)停礦山管理不到位，治理技術(shù)落后，因此需要對(duì)礦山跡地修復(fù)技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究，探索適宜的修復(fù)技術(shù)。本研究闡述了水泥灰?guī)r礦生態(tài)恢復(fù)采取的工程及植物措施，并分析了治理效果，為同類型水泥灰?guī)r礦山治理提供借鑒和技術(shù)支持。

1 礦山跡地基本概況

1.1 治理關(guān)鍵制約因素分析

水泥灰?guī)r礦停止開采后，缺少了人工維護(hù)，大量廢棄堆渣散布，植被和表土破壞殆盡，地表裸露。其表現(xiàn)的主要問題是：①?gòu)U棄的開采作業(yè)面巖石裸露，邊坡陡峭，碎石松散易崩塌，產(chǎn)生安全隱患；②堆積了大量廢渣，碎石裸露松散，堆渣坡面易滑坡；③缺少表土，缺乏植物生長(zhǎng)所需要的介質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和種子庫(kù)，碎石不適合植物根系舒展和生長(zhǎng)，植被難以自然恢復(fù)；④礦山所在區(qū)域春季干旱少雨，缺少灌溉措施，植樹種草成活率低。

1.2 礦山的基本情況

鹿泉金隅鼎鑫水泥有限公司二分公司東焦水泥灰?guī)r礦，位于河北省石家莊市鹿泉區(qū)宜安鎮(zhèn)，面積93hm2。由于礦山北側(cè)緊鄰石家莊至西柏坡高速公路，處于高速公路可視范圍之內(nèi)，從遠(yuǎn)處觀望，猶如青山中的一塊傷疤，殘破不堪，對(duì)當(dāng)?shù)匦蜗蠹鞍l(fā)展旅游經(jīng)濟(jì)造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響。為消除對(duì)高速公路的影響，對(duì)該區(qū)域停止開采并進(jìn)行治理，治理范圍是運(yùn)礦道路、礦山開采作業(yè)面、廢棄堆渣、采坑及周邊擾動(dòng)區(qū)域等，治理區(qū)域面積17.88hm2。

治理區(qū)域南部是部分開采的山體，山體頂部區(qū)域高程300～307m，面積2.21hm2，經(jīng)過開采，山頂已削平，現(xiàn)狀碎石凌亂、松散，有廢棄采礦坑、堆渣等。治理區(qū)東部、北部、西部區(qū)域經(jīng)過礦石開采，遺留有運(yùn)礦道路、渣堆、采坑、開采作業(yè)面等，面積15.67hm2，靠近山體一側(cè)是礦山采礦作業(yè)面，也稱掌子面，高差在10～35m，上部坡度較陡，巖石裸露，下部有堆渣，巖體松散裸露，沒有植被。

1.3 自然環(huán)境條件

礦山所在區(qū)域地貌類型屬太行山中段低山區(qū)，海拔210.9～477.26m，相對(duì)高差266.36m。礦山治理區(qū)域南高北低，巖石出露。區(qū)內(nèi)基本無(wú)地表水體。

礦山所在地屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季風(fēng)高氣爽，冬季寒冷干燥。多年平均氣溫13.3℃，多年平均降水量522.4mm，降水大多集中于7～8月，≥10℃積溫4517℃，無(wú)霜期209d。

所在區(qū)域土壤類型是褐土，植被類型是溫帶落葉闊葉林系，自然生長(zhǎng)的植被有酸棗、荊條、蒿類等。

2 生態(tài)修復(fù)任務(wù)及措施布設(shè)

2.1 生態(tài)修復(fù)

對(duì)開采作業(yè)面、渣堆、礦坑和邊坡進(jìn)行治理，消除崩塌和滑坡等安全隱患，預(yù)防礦山環(huán)境惡化及次生地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。清理廢渣、平整場(chǎng)地，覆土進(jìn)行綠化，打造安全、綠色和諧的生態(tài)環(huán)境。治理的任務(wù)主要有：

（1）清理掌子面危巖，消除掌子面上崩塌災(zāi)害隱患；

DW‐3000型小動(dòng)物人工呼吸機(jī)，安徽正華生物儀器設(shè)備有限公司；ECG‐1350P型十二導(dǎo)聯(lián)心電圖機(jī)，日本光電工業(yè)株式會(huì)社；T10型組織電動(dòng)勻漿機(jī)，德國(guó)IKA集團(tuán)；UV‐2550型紫外/可見分光光度計(jì)，日本島津公司。

（2）對(duì)固體廢棄物堆放邊坡采用分級(jí)消坡的方式進(jìn)行整治，并修筑漿砌石擋墻，消除不穩(wěn)定邊坡災(zāi)害隱患；

（3）清理采石平臺(tái)上的渣堆，填埋廢棄采坑；

（4）對(duì)停采閉坑區(qū)域及擾動(dòng)區(qū)域進(jìn)行綠化，恢復(fù)植被；

（5）建設(shè)灌溉排水系統(tǒng)，保證植被栽植及后期養(yǎng)護(hù)用水，疏導(dǎo)汛期雨水。

2.2 礦山跡地生態(tài)修復(fù)治理措施

根據(jù)現(xiàn)狀分為東部、北部、西部和南部山頂區(qū)4個(gè)區(qū)域。

2.2.1 東部區(qū)域

東部區(qū)域面積8.50hm2，有堆積礦坑、廢渣、運(yùn)礦道路、掌子面等，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況進(jìn)行分別治理。

礦坑利用廢棄堆渣回填平整，平整后進(jìn)行局部覆土，廢棄渣堆進(jìn)行平整，渣堆邊坡下緣修建漿砌石擋墻，栽植喬灌草和攀援植物等恢復(fù)植被；

運(yùn)礦道路改建為治理施工道路，在靠山體側(cè)修建排水溝，兩側(cè)有坡腳處修建漿砌石擋墻，兩側(cè)邊坡平整覆土恢復(fù)植被；

東部區(qū)域掌子面坡度為30°，底部坡腳進(jìn)行漿砌石擋墻防護(hù)，栽植攀援植物，坡面覆土種草。

2.2.2 北部區(qū)域

北部區(qū)域面積3.84hm2，有堆積的廢渣、采礦道路和采礦掌子面。

該區(qū)域廢渣較多，將廢渣堆修整成兩級(jí)緩坡平臺(tái)，坡腳處進(jìn)行漿砌石攔擋，修建排水措施，然后覆土綠化；道路整治措施同東區(qū)；該區(qū)掌子面坡度較陡，采取燕巢式種植穴的方式進(jìn)行局部填土綠化。種植穴是選擇峭壁上的小平臺(tái)，在平臺(tái)外緣用螺紋鋼筋釘入巖石做骨架支撐，竹筏板做種植穴的擋土板，穴中填土組成種植穴，種草或栽植攀援植物。

2.2.3 西部區(qū)域

西部區(qū)域面積3.33hm2，堆渣較多，將堆渣修整成緩坡臺(tái)階，坡腳修建漿砌石擋墻，臺(tái)面和邊坡修建截排水溝，平臺(tái)及坡面進(jìn)行覆土平整綠化；掌子面坡度為40°，將其進(jìn)行放坡，整修成兩級(jí)平臺(tái)，每一級(jí)高差10m，平臺(tái)寬2～3m，坡腳修漿砌石擋墻，臺(tái)面和邊坡修建截排水溝；覆土后平臺(tái)栽植灌木，坡面覆土種草。

2.2.4 南部山體頂部區(qū)域

南部山體頂部區(qū)域已經(jīng)被部分開采，山頂已經(jīng)削平，有廢棄棄采礦坑、堆渣等，松散碎石凌亂堆積，面積2.21hm2。將采礦面進(jìn)行平整，廢渣填坑，平整后覆土恢復(fù)植被；頂部邊緣修建長(zhǎng)城垛式漿砌石擋墻以增加景觀效果。

3 礦山跡地植被恢復(fù)措施

3.1 植物品種的選擇

通過對(duì)礦山自然地理狀況和跡地生態(tài)修復(fù)實(shí)施目的，選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)亓⒌貤l件的鄉(xiāng)土植物品種。其中喬木品種選擇國(guó)槐、楊樹、側(cè)柏、刺槐、金葉榆；灌木選用紫穗槐、火炬樹、五葉地錦；草本選擇高羊茅。樹木種植布局，修整的平臺(tái)臺(tái)面上種植樹種要求喬木、灌木混種，以達(dá)到立體綠色覆蓋的效果，在邊坡下、平臺(tái)邊緣和坡面分層種植攀援植物五葉地錦，坡面整體綠化采用種草和灌木的方式。

3.2 種植方法及灌溉措施

栽植楊樹、國(guó)槐、側(cè)柏等大型喬木采用直徑1.0m，深1.0m的穴狀栽植，坑底先填0.30～0.40m種植土，后填土栽植。栽植紫穗槐、火炬樹采用直徑0.60m，深0.80m，坑底填0.20m種植土。栽植前灌木采用帶土球或營(yíng)養(yǎng)缽栽植，可提高成活率。栽植爬山虎采用直徑0.30m，深0.40m種植穴，填土0.10m，選用2年生扦插苗帶營(yíng)養(yǎng)缽栽植。邊坡種草時(shí)在邊坡上填厚0.15～0.2m種植土，撒播草籽。治理區(qū)域缺少種植土，因此外購(gòu)?fù)吝M(jìn)行覆土種植植被。

礦區(qū)降雨量較小，尤其是在春季栽植季節(jié)，干旱少雨，如果沒有水源灌溉，造林種草成活率較低，因此新栽植的苗木和草皮需要澆水提高成活率，采用PVC管將水源引至植被恢復(fù)區(qū)域。種草坡面采用移動(dòng)式微型噴灌設(shè)備進(jìn)行間斷噴灌。喬灌木栽植后整地形成圓形樹堰，引接PVC管和軟管澆水，或用運(yùn)水車澆水。新植喬灌木為保證成活，在干旱的春季時(shí)期，應(yīng)每半月灌溉1次，成活后視土壤墑情澆水，保障樹木成活，尤其是在綠化工程完成后最初3年的春季，要進(jìn)行重點(diǎn)養(yǎng)護(hù)。

4 效益分析

礦山跡地通過整治，增加了邊坡的穩(wěn)定性，提高了項(xiàng)目區(qū)植被覆蓋率，生態(tài)景觀明顯改善。調(diào)查未發(fā)現(xiàn)有碎石滑落的現(xiàn)象發(fā)生，治理區(qū)的植被經(jīng)過3年的養(yǎng)護(hù)管理，生長(zhǎng)狀況良好。側(cè)柏、火炬樹、刺槐、紫穗槐、五葉地錦等成活率達(dá)90%以上，治理區(qū)林草恢復(fù)率達(dá)80%以上。但楊樹在部分未能澆水的區(qū)域成活率較低，不足50%。林草覆蓋率顯著增加，除部分坡面草皮種植仍未完工外，林草覆蓋率由不足10%提高到50%以上，水土保持總治理度達(dá)80%以上。

該礦山跡地實(shí)施生態(tài)修復(fù)后，顯著改善了該區(qū)域的山區(qū)生態(tài)環(huán)境，改變了減輕水土流失危害，增加地面植被、改善項(xiàng)目區(qū)生態(tài)環(huán)境，具有明顯的生態(tài)效益。該礦山跡地的生態(tài)治理，也為同類型礦山跡地生態(tài)修復(fù)起到了很好的試驗(yàn)和示范作用，具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）灰?guī)r礦礦山在太行山及燕山山區(qū)廣泛分布，且多以露天開采的形式，對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)破壞嚴(yán)重。隨著水泥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，也將有大量灰?guī)r礦進(jìn)入閉坑階段，需要進(jìn)行有效治理。

（2）礦山跡地生態(tài)修復(fù)是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合工程，而不僅僅是簡(jiǎn)單的植物修復(fù)，必須提供其適于生存的基質(zhì)、水文等外部環(huán)境需要根據(jù)地形情況進(jìn)行整治，保證礦山基質(zhì)的穩(wěn)定性［2-3］，提供植物生長(zhǎng)的土壤及配備提供必要的灌溉條件，尤其是在植物生長(zhǎng)初期，需要精心地養(yǎng)護(hù)。

（3）礦山生態(tài)修復(fù)技術(shù)需要工程、植物措施的充分融合，采用消坡分級(jí)、土地整治、邊坡防護(hù)、灌溉排水等適宜的治理技術(shù)，探索適宜的植物品種搭配，從單一的種草發(fā)展為喬灌草相結(jié)合、配合攀援植物等的物種多樣化配置，使得群落結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，有效改善礦山跡地的生態(tài)結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能，達(dá)到保持水土、恢復(fù)生態(tài)的目的。

［1］張焱，張榮芝，孟令堯，等.基于遙感信息的河北省典型石灰?guī)r礦區(qū)生態(tài)變化趨勢(shì)研究［J］.河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31（4）：375－379.

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