廢棄鉛鋅礦區(qū)綜合治理和生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

夏明強(qiáng)

摘要 我國是鉛鋅礦產(chǎn)大國，2013年鉛鋅總量共計(jì)987萬t，全國有2 347處鉛鋅礦產(chǎn)地，幾乎遍及全國。鉛鋅礦產(chǎn)的開采利用帶來了大量的物質(zhì)財(cái)富，同時(shí)也給生態(tài)環(huán)境造成了較大影響，不僅森林植被遭到破壞，景觀破碎，還造成重金屬污染和誘發(fā)塌陷等地質(zhì)災(zāi)害問題。因此，廢棄鉛鋅礦的綜合治理和生態(tài)修復(fù)具有重要意義。該研究以浙江省慶元縣廢棄鉛鋅礦為例，開展廢棄礦區(qū)治理和生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究，為我國廢棄鉛鋅礦山綜合治理提供了參考資料。

關(guān)鍵詞 廢棄鉛鋅礦井;重金屬污染;地質(zhì)災(zāi)害;生態(tài)修復(fù)

Abstract China is a major country in leadzinc mine. In 2013， the total amount of leadzinc was 9.87 million tons， and there were 2 347 leadzinc mines in the country， almost all over the country. The exploitation and utilization of lead and zinc minerals have brought a lot of material wealth， and at the same time they have caused a great impact on the ecological environment. Not only the forest vegetation was damaged， the landscape was broken， but also caused heavy metal pollution， induced collapse and other geological disasters. Therefore， comprehensive management and ecological restoration of abandoned leadzinc mines are of great significance. This study took the abandoned leadzinc mine in Qingyuan County， Zhejiang Province as an example to carry out research on the treatment of abandoned mines and ecological restoration technology， which provided a reference for the comprehensive treatment of abandoned leadzinc mines in China.

Key words Abandoned leadzinc mine;Heavy metal pollution;Geological disasters;Ecological restoration

全國有2 347處鉛鋅礦產(chǎn)地，主要分布在河南、湖南、云南、湖北和江西5省，浙江、福建、海南、廣東、廣西、貴州、四川、遼寧、甘肅等省區(qū)也有分布[1-5]。鉛鋅礦產(chǎn)的開采利用給國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展提供了大量的物質(zhì)財(cái)富，同時(shí)也給生態(tài)環(huán)境帶來了較大影響，不僅森林植被遭到破壞，景觀破碎，還造成重金屬環(huán)境污染和誘發(fā)塌陷等地質(zhì)災(zāi)害問題[6-9]。研究廢棄鉛鋅礦綜合治理和生態(tài)修復(fù)技術(shù)對(duì)于引導(dǎo)我國實(shí)現(xiàn)鉛鋅礦山開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)發(fā)展具有普遍的參考意義[10]。

浙江省共有各類廢棄礦井2 806個(gè)，涉及廢棄地下開采礦山數(shù)838座，其中廢棄鉛鋅礦井共有28座61個(gè)。該研究以浙江省慶元縣廢棄鉛鋅礦為例，開展了廢棄礦區(qū)綜合治理和生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究，包括廢棄鉛鋅礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境調(diào)查、土壤植被調(diào)查、水土體重金屬污染測(cè)試分析、邊坡綠化限制因子及可行性分析、廢棄礦山穩(wěn)定性綜合治理設(shè)計(jì)和生態(tài)修復(fù)及綠化提升技術(shù)設(shè)計(jì)等內(nèi)容[11-13]。

1 研究背景

1.1 研究區(qū)概況

慶元縣廢棄鉛鋅礦位于浙江省西南部的慶元縣城北西方向2.5 km處海拔500 m左右城郊低山丘陵地段，中心地理位置119°02′18″ E，27°37′59″ N。礦區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫17.4 ℃，極端最高氣溫41.1 ℃，極端最低氣溫-9.2 ℃，無霜期247 d，年降水量1 673 mm，蒸發(fā)量1 313 mm。區(qū)內(nèi)降雨主要集中在4—6月的梅汛期和7—10月的臺(tái)汛期，11月—翌年3月為非汛期，雨量較少。

1.2 調(diào)查、檢測(cè)與設(shè)計(jì)

1.2.1 地質(zhì)環(huán)境調(diào)查。調(diào)查項(xiàng)目區(qū)氣象水文、地形地貌、地層巖性、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和礦山不良地質(zhì)環(huán)境問題。

1.2.2 土壤植被調(diào)查。采用剖面法調(diào)查測(cè)定周邊原生土壤的物理和化學(xué)性;采用樣方法調(diào)查分析周邊植被類型及其結(jié)構(gòu)組成。

1.2.3 水土體重金屬污染測(cè)試分析。選擇典型地段取樣測(cè)試水土體鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鎳（Ni）、鐵（Fe）重金屬污染狀況和pH。

1.2.4 檢索國內(nèi)外重金屬污染植物修復(fù)技術(shù)。針對(duì)礦區(qū)水土體重金屬污染狀況，檢索并分析國內(nèi)外有關(guān)重金屬污染植物修復(fù)的技術(shù)現(xiàn)狀，分析影響邊坡綠化限制因子。

1.2.5 廢棄礦山穩(wěn)定性綜合治理設(shè)計(jì)。根據(jù)氣象水文、地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和礦山不良地質(zhì)環(huán)境問題，設(shè)計(jì)慶元縣廢棄鉛鋅礦穩(wěn)定性治理技術(shù)。

1.2.6 廢棄礦山生態(tài)修復(fù)及綠化提升技術(shù)設(shè)計(jì)。調(diào)查以往植被修復(fù)情況，分析失敗原因，研究設(shè)計(jì)生態(tài)修復(fù)綠化提升技術(shù)。

1.3 礦區(qū)原生土壤理化性質(zhì) 由表1可知，礦區(qū)原生土壤pH為4.66～4.75，平均為4.71，為酸性土，而浙江省公益林pH平均為5.10。礦區(qū)土壤吸濕水為2.12%～3.43%，平均為2.57%，有一定的持水能力;土壤有機(jī)質(zhì)為19.32 g/kg，低于浙江省公益林29.19 g/kg的平均值，即有機(jī)質(zhì)含量偏低;全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效鉀的平均值分別為0.930 g/kg、0.062 g/kg、101.45 mg/kg、1.61 mg/kg、65.66 mg/kg，接近于浙江省公益林平均值[14]，說明肥力一般。

1.4 礦區(qū)原生土體重金屬污染狀況

礦區(qū)原生土體重金屬測(cè)定結(jié)果如下：

根據(jù)礦區(qū)原生土樣的測(cè)定結(jié)果表明，除Ni未檢出外，其他均檢測(cè)到不同程度的含量。與國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618—1995比較，F(xiàn)e含量沒有列入限值，Cd和Cr含量均在國家一級(jí)限值內(nèi)，Cu含量在國家二級(jí)限值內(nèi)，Zn含量剛好處在三級(jí)限值內(nèi)，Pb含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家三級(jí)限值，是國家Pb含量三級(jí)限值的2倍以上，說明礦區(qū)內(nèi)原生土壤已存在極高的Pb污染和較高的Zn污染。

2 研究方法

礦山于2006年結(jié)合穩(wěn)定性治理進(jìn)行全面綠化，對(duì)采坑邊坡進(jìn)行復(fù)綠，在采坑回填區(qū)種植胸徑為3～4 cm的喬木樹種和冠幅為40～50 cm的灌木樹種，在擋壩前排水溝兩側(cè)種植高大松樹，堆碴邊坡按2 m間距種植胸徑為3～4 cm的喬木樹種和冠幅為40～50 cm的灌木樹種，包括黑松、夾竹桃等，并撒播草籽復(fù)綠。但由于技術(shù)方法和立地條件及樹種選擇等各種原因，直至2017年礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境仍然十分脆弱，種植的喬灌木幾乎全部死亡，廢棄的堆碴邊坡草木難生。2018年，針對(duì)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境和立地條件，專門進(jìn)行了綠化提升設(shè)計(jì)研究。

2.1 采坑北側(cè)邊坡

坡面綠化采用厚層基材噴播+植生袋圍堰造坑植樹+順坡溝種植+容器苗種植綠化方法。主要技術(shù)工序包括清坡順坡和圍堰造坑、厚層基材噴播、圍堰坑種植和坡面容器苗種植等技術(shù)內(nèi)容，播附厚度≥15 cm。

2.1.1 基質(zhì)配比。噴播基質(zhì)由泥炭、種植土、草纖維、礱糠、復(fù)合肥、黏結(jié)劑和保水劑按一定比例配制，各基質(zhì)材料的配比如表2。其種植土需要過篩，篩除粒徑≥2 cm的土粒和石礫。同時(shí)在基質(zhì)中添加1 kg周邊山體A層表土，以摻合自然植被的種子。

2.1.2 噴播植物種子配比。噴播植物種子采用木本和草本植物種子混合方式。其中木本植物種子選用美麗胡枝子、馬棘、傘房決明、臭椿、鹽膚木，草本植物種子選用狗牙根、高羊茅、紫花苜蓿、金雞菊。各種子材料配比如表3。

2.1.3 植生袋圍堰造坑。充分利用坡面上的局部小平臺(tái)，采用裝有種植土的綠色編織植生土袋圍堰造坑，每坑圍堰植生土袋不少于15袋。圍堰后及時(shí)用具有10%體積比以上商品有機(jī)肥種植土進(jìn)行客土回填至平順（圖1）。

2.1.4 圍堰坑種植和坡面容器苗種植。當(dāng)噴播植物苗高3～4 cm 時(shí)，揭除遮陽網(wǎng)，并在圍堰坑內(nèi)種植高1.2～1.5 m帶縮土的全冠型女貞，再按左右水平距2.0 m、上下坡面距2.5 m的株行距種植苗高40～45 cm的紅葉石楠容器苗。

2.2 采坑南側(cè)邊坡

為保留采坑遺址，在邊坡上部和邊坡下部，分別采用穴播灌木種和種子袋埋置2種方式進(jìn)行邊坡綠化。

2.2.1 邊坡上部。在上部強(qiáng)風(fēng)化邊坡3 152 m2面積的區(qū)域采用美麗胡枝子點(diǎn)播綠化方法進(jìn)行邊坡綠化。在邊坡面上，按左右間距1.0 m、上下間距1.2 m的穴間距，挖穴點(diǎn)播美麗胡枝子種子，穴直徑10 cm、深5 cm，每穴置放6～8粒種子，拌合50 g鈣鎂磷肥，播后及時(shí)覆蓋客土。

2.2.2 邊坡下部。在下部中風(fēng)化巖面2 707 m2面積邊坡區(qū)域，采用厚美麗胡枝子種子袋埋置綠化方法。在邊坡面上，利用局部小凹坑、節(jié)理面和破碎面，用可降解的無紡布制作高8 cm、直徑6 cm種子袋，袋內(nèi)充填泥炭土和50 g鈣鎂磷肥并在袋口下3 cm處置放10粒左右的美麗胡枝子種子，按每1.5 m2/袋原則埋置邊坡面凹陷面或節(jié)理面上，用長12～15 cm的水泥釘將種子袋固定在工作面上（圖2），共計(jì)種子袋1 805袋。

2.3 東側(cè)和西側(cè)堆碴邊坡 采用開鑿小平臺(tái)植生袋圍堰造坑種植+厚層基材噴播+容器苗種植綠化方法。

首先，在平臺(tái)上按間距2 m開挖長1 m、寬1 m、深60 cm的定植穴。穴內(nèi)按泥炭10%∶種植土80%∶商品有機(jī)肥10%比例配制的功能客土回填至平順，并插上小竹標(biāo)簽作標(biāo)識(shí)。

然后，在坡面上按左右間距2.0 m、上下斜面間距2.5 m開挖種植小平臺(tái)（相當(dāng)于每個(gè)臺(tái)階坡面上開挖3行）。小平臺(tái)寬1 m、底盤60 cm呈座坑形。并在外緣疊置高40 cm的植生袋圍堰種植坑。植生袋用綠色編織物制作，袋內(nèi)裝入具有10%以上商品有機(jī)肥的種植土?？觾?nèi)按泥炭10%∶種植土80%∶商品有機(jī)肥10%比例配制的功能客土回填（圖3），共計(jì)圍堰造坑800穴。

再后，包括平臺(tái)，全坡面進(jìn)行厚層基材噴播，噴播厚度12 cm以上，基質(zhì)配比同表2，種子配比如表3。

最后，當(dāng)噴播植物苗高3～4 cm時(shí)，及時(shí)揭除遮陽網(wǎng)，在圍堰的種植坑內(nèi)剪除網(wǎng)片。其中東側(cè)堆碴邊坡在圍堰坑內(nèi)：從臺(tái)階至下邊坡，自上而下分別帶縮土種植木荷、女貞、小蠟、紅葉石楠，其中木荷高1.5～1.6 m，全冠開放型;女貞高1.5～1.6 m，全冠開放型;小蠟高1.0～1.2 m，蓬徑0.8～1.2 m，全冠開放型;紅葉石楠高1.5～1.6 m，全冠開放型（圖4）。在西側(cè)堆碴邊坡圍堰種植高1.2～1.5 m帶縮土的全冠型女貞。同時(shí)在邊坡面上按左右水平距2.0 m、上下坡面距2.5 m的株行距種植苗高40～45 cm的紅葉石楠容器苗。

2.4 478平硐口堆碴邊坡

在坡面，采用開鑿小平臺(tái)植生袋圍堰造坑種植+開鑿條帶小平臺(tái)埋置植生袋種植類蘆+厚層基材噴播+容器苗種植綠化方法。在坡腳，在擋墻內(nèi)側(cè)采用回填種植土種植綠化。

2.4.1 坡面綠化。

坡面采用開鑿小平臺(tái)植生袋圍堰造坑種植+開鑿條帶小平臺(tái)植生袋找平種植類蘆+厚層基材噴播+容器苗種植綠化方法。技術(shù)工序包括開鑿平臺(tái)、厚層基材噴播、綠化苗木種植。

2.4.1.1 開鑿平臺(tái)。在坡面上開鑿小平臺(tái)植生袋圍堰造坑。自上而下按左右水平距離2.0 m、上下水平距離2.0 m的密度開挖寬1 m、底盤60 cm呈座坑形的小平臺(tái)，并在外緣疊置高40 cm的植生袋圍堰種植坑。植生袋用綠色編織物制作，袋內(nèi)裝入具有10%以上商品有機(jī)肥的種植土?？觾?nèi)按泥炭10%∶種植土80%∶商品有機(jī)肥10%比例配制的功能客土回填（圖5）。

2.4.1.2 開鑿條帶小平臺(tái)植生袋找平。自上而下，橫向，在植生袋圍堰坑之間，縱向按垂直距離1 m之間，開鑿寬30 cm的條帶式平臺(tái)（圖6）。在開鑿的30 cm條帶平臺(tái)上用裝有具10%以上商品有機(jī)肥種植土的綠色編織物袋找平。計(jì)條帶平臺(tái)總長度（17條×40 m）680 m。

2.4.1.3 厚層基材噴播。

全坡面進(jìn)行厚層基材噴播。噴附厚度≥15 cm，基質(zhì)配比同表2，種子配比如表3。

2.4.1.4 種植綠化苗木。

當(dāng)噴播植物苗高3～4 cm時(shí)，及時(shí)揭除遮陽網(wǎng)，進(jìn)行綠化苗木種植。在圍堰坑內(nèi)，種植高1.5～1.6 m、地徑>2.0 cm的全冠型女貞。在條帶植生袋上，按株距1 m種植類蘆。類蘆為叢植，一叢5～6個(gè)植株，離基30 cm處截干種植。在邊坡面上按左右水平距2.0 m、上下坡面距2.5 m的株行距種植苗高40～45 cm的紅葉石楠容器苗。

2.4.2 坡腳綠化。

在坡腳擋墻內(nèi)側(cè)回填具10%以上商品有機(jī)肥的有機(jī)種植土至離擋墻頂30 cm高處，并按3°～5°斜坡進(jìn)行順坡回填，回填至坡面寬度4.5 m左右?；靥钣袡C(jī)客土量計(jì)540 t。自內(nèi)向外（擋墻）分別種植小葉青岡、山櫻花、茶花、紫藤和常春油麻藤（圖7）。小葉青岡高3.0～3.5 m、胸徑>4.0 cm，山櫻花高2.5～3.0 m、胸徑3.0～3.5 cm，茶花高1.5～1.8 m、蓬徑1.2～1.5 m，紫藤和常春油麻藤為3年生苗。小葉青岡株間距2.5 m、山櫻花株間距2.5 m、茶花株間距2.5 m，交叉種植。紫藤和常春油麻藤相間種植，株間距1.0 m。

3 研究結(jié)果

研究表明，慶元縣廢棄鉛鋅礦區(qū)的不良地質(zhì)環(huán)境問題主要是露天采場(chǎng)邊坡崩塌，以及裸露邊坡和堆碴邊坡造成的植被破壞，地下采空區(qū)存在地面塌陷隱患，大量堆碴場(chǎng)及其邊坡可能引起的泥石流危害，原生常綠闊葉林植被已破壞殆盡，并且水土體重金屬污染非常嚴(yán)重，特別是堆碴邊坡，Pb、Zn、Cd含量分別是國家三級(jí)限值的20.03倍、11.60倍和72.91倍，坡面植物易遭重金屬的毒害，草木難生，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境十分脆弱。

根據(jù)工程勘查，針對(duì)礦山不良地質(zhì)環(huán)境問題，設(shè)計(jì)采用削坡、填方、擋墻、擋壩、截排水溝等技術(shù)措施進(jìn)行廢棄鉛鋅礦山的穩(wěn)定性綜合治理。根據(jù)礦山邊坡類型和立地環(huán)境條件及水土體重金屬污染狀況，設(shè)計(jì)主體采用挖定植穴植生袋圍堰造坑回填功能性客土+厚層基材噴播綠化+種植女貞和紅葉石楠及點(diǎn)播美麗胡枝子或種子袋埋置等喬灌木綠化技術(shù)工藝，使受損的并且重金屬污染嚴(yán)重的山體坡達(dá)到森林化生態(tài)修復(fù)的目的。

項(xiàng)目于2006年10月實(shí)施，重點(diǎn)進(jìn)行廢棄鉛鋅礦山的穩(wěn)定性治理，礦山綠化也曾同時(shí)全面展開，至今礦山穩(wěn)定，無崩塌、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，修筑的截排水溝和砌筑的擋壩完好有效，但植被仍然得不到有效修復(fù)，因此，于2017年重點(diǎn)進(jìn)行綠化提升專項(xiàng)行動(dòng)，并以城郊型森林公園的建設(shè)目標(biāo)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，項(xiàng)目自2018年10月開始按設(shè)計(jì)施工，目前已基本完工，昔日滿目瘡痍的廢棄礦區(qū)已成為慶元縣城郊森林公園的雛形（圖8）。

4 結(jié)論

對(duì)于廢棄礦井大量土地被破壞和長期荒廢的現(xiàn)狀，應(yīng)根據(jù)具體條件，因地制宜地選擇確定生態(tài)修復(fù)方法。該研究結(jié)合生態(tài)修復(fù)進(jìn)行廢棄礦井綜合治理，在消除地質(zhì)災(zāi)害隱患基礎(chǔ)上將廢棄鉛鋅礦山打造提升成城郊型森林公園，特別是重金屬污染區(qū)域的植物修復(fù)技術(shù)為我國廢棄鉛鋅礦山綜合治理創(chuàng)立了一種示范模式，值得同類研究推廣與應(yīng)用。

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