廢棄礦山中巖土工程修復(fù)的重要性和方法研究

王群峰

長期以來，我國在開發(fā)礦產(chǎn)資源時普遍存在重開發(fā)而輕保護(hù)的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生了很多廢棄的礦山，使得地表環(huán)境受到了嚴(yán)重影響。在國土空間不斷開發(fā)、城市進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)的背景下，修復(fù)廢棄礦山中巖土工程問題已然成為保護(hù)生態(tài)環(huán)境、挖掘潛在價值重要舉措。因此，相關(guān)部門應(yīng)充分意識到廢棄礦山中巖土工程修復(fù)的重要性，深入研究修復(fù)方法，在降低環(huán)境污染、落實循環(huán)理念和綠色發(fā)展的同時，促進(jìn)廢棄礦山持續(xù)發(fā)展。

1 廢棄礦山中巖土工程修復(fù)的重要性

①有助于生態(tài)環(huán)境的改善和生態(tài)文明的構(gòu)建。近年來，開采礦山已然成為社會經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的保障和基礎(chǔ)，但很多礦山不具備開采價值之后，就被隨意廢棄，最終破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。因此，對廢棄礦山中巖土工程進(jìn)行修復(fù)，可通過生態(tài)性修復(fù)技術(shù)來對其進(jìn)行生態(tài)化、綠色化治理，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的改善和生態(tài)文明的構(gòu)建。②有助于旅游資源的合理開發(fā)和綠水青山目標(biāo)的實現(xiàn)。在修復(fù)廢棄礦山中巖土工程時，可在借助生態(tài)性修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐漸改善受破壞環(huán)境，在促進(jìn)廢棄礦山綠色發(fā)展的同時，合理開發(fā)特色化旅游資源，為增加當(dāng)?shù)孛癖娛杖胩峁┯辛ΡＵ?。③有助于提高固碳增匯和節(jié)能減排的能力，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)目標(biāo)。在修復(fù)廢棄礦山中巖土工程時，不僅能切實落實低碳轉(zhuǎn)型的理念，而且能深入探索土地低碳開發(fā)、充分利用的模式，在修復(fù)的過程中巧妙融入綠色生活、低碳生產(chǎn)、節(jié)能用地等理念，從而提高固碳增匯和節(jié)能減排的能力，為有效改善生態(tài)環(huán)境奠定堅實基礎(chǔ)。

2 廢棄礦山中巖土工程常見問題及對環(huán)境的影響

2.1 常見問題

①巖土工程廢棄地。在開采礦山的過程中，極易產(chǎn)生各類廢渣、廢水和廢氣，若未對其進(jìn)行妥善處理，則會嚴(yán)重污染、破壞礦區(qū)的土體，使其長期內(nèi)得不到有效利用，從而形成廢棄地。同時，在進(jìn)行礦采活動時，普遍存在碎石礦渣堆積、水土流失等現(xiàn)象，使得原生植物缺少生長必需條件，而形成廢棄地。另外，對廢水隨意排放，會導(dǎo)致礦區(qū)水體內(nèi)含大量的鎘、銅、鉛等重金屬以及硫化物、氯化物等有毒物質(zhì)，使得礦區(qū)的民眾、動植物無法正常生存。②巖土工程崩塌和危巖體。在開展采礦活動時，極易造成巖壁裸露、應(yīng)力重不均勻分布等情況，加之受自然環(huán)境不斷侵蝕，最終局部的巖體出現(xiàn)松動而產(chǎn)生危巖體。倘若未采取有效措施及時治理，則部分巖體會出現(xiàn)崩塌，最終造成人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失。③巖土工程不穩(wěn)定的斜坡和滑坡。就廢棄礦山中巖土工程不穩(wěn)定的斜坡和滑坡形成而言，包括很多復(fù)雜因素，常見的包括降雨引發(fā)土體強(qiáng)度下降、人工水體或自然水體浸潤、工程活動影響邊坡、自然因素等。鑒于滑坡有較大危害性，極易造成財產(chǎn)損失，甚至對當(dāng)?shù)鼐用裆踩斐赏{，因此對滑坡進(jìn)行有效治理是修復(fù)關(guān)鍵內(nèi)容之一。④巖土工程地裂縫。就地裂縫成因而言，包括滑坡、礦業(yè)活動擾動、地質(zhì)災(zāi)害次生損傷等。一般而言，在修復(fù)地裂縫時，往往通過強(qiáng)夯、抗滑樁、框格梁和深層的排水管等方式，以防出現(xiàn)地裂縫持續(xù)擴(kuò)大的現(xiàn)象。

2.2 對環(huán)境的影響

2.2.1 重金屬擴(kuò)散及污染

在金屬礦開采過程中，冶煉和冶煉都會產(chǎn)生大量的重金屬。如在開采、利用原生的硫化物質(zhì)礦床時，由于長期的自然氧化和雨水淋濾，使含硫的礦石中含有較多的重金屬。除與溫度、種類、硫化礦物含量、反應(yīng)時間有關(guān)之外，硫化礦物氧化反應(yīng)的速率與水、氧氣、生物活動、鐵桿菌等因素有關(guān)，而酸性污水主要由天然的硫化礦物分解、風(fēng)化、氧化、氣、酸、礦物、水等綜合反應(yīng)生成。而酸性的廢水會使得廢棄物中重金屬發(fā)生活化、遷移，進(jìn)而出現(xiàn)重金屬污染現(xiàn)象。同時，廢棄礦山巖土工程圍巖、礦石中鉻、砷鉛和鉈含量極高，在排土、運礦、采礦中極易造成塵埃性污染，使得礦區(qū)擴(kuò)散出大量的重金屬。一般而言，硫化物在氧化時會釋放重金屬、H+、SO42-等，這是重金屬擴(kuò)散到環(huán)境中的首要步驟，之后重金屬遷移則受到一系列化學(xué)反應(yīng)、物理反應(yīng)控制。通過一次廢渣和礦石淋濾實驗，發(fā)現(xiàn) PH 值和溶出劑的含量對重金屬溶出量有很大的影響。此外，有關(guān)的調(diào)查也表明，植物可直接吸收土壤內(nèi)水溶態(tài)鉈，從而淋溶進(jìn)深層土壤；結(jié)合態(tài)硫化物鉈極易發(fā)生分解氧化，釋放出交換性的鉈從而遷移；結(jié)合態(tài)硅酸鹽鉈的活動性較弱，但若溫度、酸度等條件適宜，則會活化遷移至深層土壤中；在酸性條件下，碳酸鹽態(tài)、可交換態(tài)重金屬極易釋放，而提高了有毒元素釋放率。對多年開采的一些典型礦區(qū)進(jìn)行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)在廢棄礦井中沉積物和土壤中含有大量的重金屬。例如安徽沿河地區(qū)的多個含硫礦石，鐵、鎳、鉛、銅、鋅等元素的垂直運移，其所生成的次級礦物在低層的土壤中已經(jīng)積累了較多的元素。而選礦廠和冶煉廠的土壤中存在著較多的重金屬元素。重金屬元素和常量元素的組合，使重金屬元素和常量元素的元素發(fā)生顯著的變化，從而導(dǎo)致了土壤的污染。而地表元素的淋濾、富集，會讓土壤出現(xiàn)不同程度鹽堿化現(xiàn)象，在長時間的作用下，不僅會嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長和人體的健康，而且會致使多種地方疾病出現(xiàn)。

2.2.2 碎裂化景觀

在開展采礦活動時，無論是地下開采還是露天開采，都會不同程度改變地表景觀。一般而言，露天開采會在挖損土地的同時，對表土進(jìn)行剝離，并堆放冶煉渣、粉煤灰、煤矸石和尾礦等，造成了地表植物的損傷。而在礦井中，由于采空區(qū)的存在，造成地面坍塌，造成地面建筑、橋梁、道路、管道等的損壞。因而，由于在廢棄礦井中進(jìn)行的巖土施工，會使地表地表形態(tài)各異、千瘡百孔，從而對城市園林和生態(tài)系統(tǒng)的作用產(chǎn)生直接的影響。

2.2.3 水循環(huán)過程受破壞

在廢棄礦井中進(jìn)行的巖土體施工不僅會造成植物的損害，還會使土壤的含水量減少，進(jìn)而對地面的流量造成一定的影響，進(jìn)而導(dǎo)致地下水的下滲。而且，在挖掘過程中，會引起地下水流動的變化，嚴(yán)重的話，還會導(dǎo)致河流的截流。作為水運輸關(guān)鍵通道，河流是礦區(qū)廢水排放直接的途徑，而河床則是阻礙行洪的關(guān)鍵因素。河岸的防護(hù)林、濕生植物、鄉(xiāng)土水生植物等植被帶則起著涵養(yǎng)水源和生境的作用，如果在硬化過程中受到了損害，將會對河水的生態(tài)效益產(chǎn)生直接的影響。

2.2.4 生物棲息環(huán)境受破壞

廢棄礦山中巖土工程極易破壞地區(qū)原生性生境，而降低了生物的多樣性。比如，大片的植物是區(qū)域的植物來源，但是由于開采活動的原因，造成了碎片化，形成了一些細(xì)小的碎片，這就會對森林的作用產(chǎn)生一定的干擾，阻礙了植物的遷移。與此同時，由于在廢棄礦井中進(jìn)行的巖土施工，將會對當(dāng)?shù)氐闹脖辉斐蓸O大的損害，從而導(dǎo)致植被不斷地下移，從而導(dǎo)致物種數(shù)量和質(zhì)量的下降，從而對物種的種類和數(shù)量產(chǎn)生一定的不利作用。

2.2.5 誘發(fā)災(zāi)害

在廢棄礦井中，由于對地表植被的毀壞，水系紊亂，形成采空區(qū)，使土壤侵蝕更加嚴(yán)重，從而誘發(fā)山洪暴發(fā)、泥石流、荒漠加速等具有毀滅性的地質(zhì)災(zāi)害。研究表明，人為的損害是造成風(fēng)沙的主要原因，采礦場地的露天地表是造成風(fēng)沙的主要原因。比如房山區(qū)，號稱北京的五大城市，則是由于采礦活動極為嚴(yán)重而引發(fā)了沙塵暴，最終誘發(fā)嚴(yán)重性災(zāi)害。因此，在修復(fù)廢棄礦山中巖土工程時，應(yīng)加大對生態(tài)修復(fù)重視力度。

3 廢棄礦山中巖土工程修復(fù)方法

3.1 成立廢棄礦山管理機(jī)構(gòu)

就目前而言，我國僅小型廢棄礦山就有20 萬座以上，且遍布于全國，以邊遠(yuǎn)地區(qū)和欠發(fā)達(dá)的地區(qū)為主。此類廢棄礦山一般不具備保障性的安全措施，工藝相對落后，且存在嚴(yán)重的資源浪費現(xiàn)象，我國目前對此類廢棄礦山管理尚處于失控的狀態(tài)。同時，一項調(diào)查389 個廢棄鄉(xiāng)鎮(zhèn)礦山的結(jié)果顯示，其土地破壞現(xiàn)象極為嚴(yán)重，且生態(tài)恢復(fù)的效率極低。倘若無法有效管理這些廢棄礦山，則無法切實修復(fù)廢棄礦山中巖土工程。因此，相關(guān)部門可成立廢棄礦山管理機(jī)構(gòu)，執(zhí)法管理廢棄礦山中巖土工程，以確保有效落實國家相關(guān)政策、法規(guī)。

3.2 建立多樣化修復(fù)目標(biāo)

就我國廢棄礦山中巖土工程修復(fù)而言，具備極為明顯的生態(tài)恢復(fù)功利性，農(nóng)業(yè)較多，其次則為林業(yè)。倘若廢棄礦山中巖土工程修復(fù)之后的土地用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)，則需對其進(jìn)行監(jiān)測、風(fēng)險評估，尤其是金屬礦山的復(fù)墾地，以保障有毒物質(zhì)不會在食物鏈作用下富集、轉(zhuǎn)移。同時，很多復(fù)墾區(qū)有較多經(jīng)濟(jì)作物、水果、蔬菜，但相應(yīng)監(jiān)測仍處于空白狀態(tài)，因此加大農(nóng)作物重金屬跟蹤監(jiān)測力度極為重要?；诖?，在修復(fù)廢棄礦山中巖土工程時，除將農(nóng)業(yè)、林業(yè)定為其修復(fù)目標(biāo)之外，還可將抵御水土流失、工業(yè)建筑、市政、娛樂、為動物生境提供生物保護(hù)等作為修復(fù)目標(biāo)。

3.3 加大產(chǎn)業(yè)化修復(fù)力度

在修復(fù)廢棄礦山中巖土工程時，可將市場經(jīng)濟(jì)的體制引入其中，以適宜政策作為平臺，以科技作為驅(qū)動力量，在借鑒美歐市場土地污染修復(fù)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過市場競爭性機(jī)制與資金雄厚、技術(shù)先進(jìn)企業(yè)合作，并由政府部門全面監(jiān)督、驗收修復(fù)成果，從而加大廢棄礦山中巖土工程產(chǎn)業(yè)化修復(fù)力度。

3.4 加大薄弱環(huán)節(jié)研究力度

在廢棄礦井進(jìn)行工程恢復(fù)時，既需要科學(xué)研究現(xiàn)場支持，又需要嚴(yán)格規(guī)劃，同時還需要植物學(xué)、生態(tài)學(xué)、工程學(xué)、生態(tài)學(xué)等多學(xué)科的綜合運用。雖然我國廢棄礦山中巖土工程修復(fù)研究已經(jīng)涉及到多個方面，但仍存在較為薄弱的方面，具體體現(xiàn)在下述幾個方面：①規(guī)劃廢棄地的生態(tài)修復(fù)；②廢棄地的修復(fù)成功標(biāo)準(zhǔn)、修復(fù)評估；③廢棄地修復(fù)的實用性技術(shù)；④風(fēng)險評估修復(fù)地農(nóng)業(yè)用途。同時，就研究規(guī)模而言，我國10年以上長期性跟蹤研究的項目極少。故此，在修復(fù)廢棄礦山中巖土工程時，可加大薄弱環(huán)節(jié)研究力度和投入力度，為提高修復(fù)有效性、科學(xué)性提供有力保障。

3.5 構(gòu)建廢棄礦山修復(fù)示范性工程

就現(xiàn)階段而言，我國對單個的廢棄礦山巖土工程修復(fù)案例研究相對較多，但對廢棄地重建面臨問題的研究相對較少。因此，在修復(fù)礦山廢棄巖土工程時，可根據(jù)廢棄地類型對其進(jìn)行劃分，選取典型性廢棄礦山巖土工程修復(fù)案例作為示范性工程，在集中科研優(yōu)勢和資金力量的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一規(guī)劃修復(fù)中共性、關(guān)鍵性問題，讓其成為同類型的廢棄礦山巖土工程修復(fù)模式，從而提高修復(fù)可行性、針對性。

3.6 優(yōu)化修復(fù)方法

在修復(fù)廢棄礦山中巖土工程時，可從植被自然修復(fù)、基質(zhì)改良、修復(fù)技術(shù)三方面對修復(fù)方法進(jìn)行優(yōu)化，從而提高廢棄礦山中巖土工程修復(fù)質(zhì)量。

3.6.1 植被自然修復(fù)

盡管在廢棄礦井的巖石工程中，植物的天然恢復(fù)過程十分遲緩，但是由于人工修復(fù)和植被不能適時地進(jìn)行修復(fù)，因此其恢復(fù)具有現(xiàn)實的價值。如在張樹禮對植被自然入侵科屬、速度的研究中發(fā)現(xiàn)，在三年時間內(nèi)，約有47 種植被入侵了廢棄礦山的采挖區(qū)。其中，第一年和第二年入侵植被種數(shù)占總數(shù)94%，而第三年只有三種植被入侵，占比6%。同時，相較周圍298 種自然植被，新群落種數(shù)比例占16%。相較當(dāng)?shù)卦贾脖?，新植被特征有較大變化，種類相對單調(diào)，覆蓋度較小，且多年生的植物占比較低，是穩(wěn)定性相對較差的一種植被群落。

3.6.2 基質(zhì)改良

在應(yīng)用基質(zhì)改良對廢棄礦山中巖土工程進(jìn)行修復(fù)時，可從化學(xué)肥料、有機(jī)性改良物、表土轉(zhuǎn)換、淋溶四個方面來優(yōu)化修復(fù)方法。①化肥。綜上所述，在廢棄礦井中，由于缺乏鉀、磷、氮等肥料，因此，在利用這些肥料時，可以取得顯著、迅速的應(yīng)用。因此，可通過少量多施速效肥料、選擇長效肥料等方式來有效修復(fù)廢棄地。若廢棄地PH 值過低或者過高，且金屬、鹽分含量較高時，需首先對土壤進(jìn)行排毒，之后再將化學(xué)肥料施入土壤中；若廢棄地所含重金屬較高，可施用硫酸鈣、碳酸鈣，以減輕金屬的毒性；若存在冶煉廠有毒性廢物，如鉻酸鹽等，可選擇硫酸亞鐵降低毒性，或者調(diào)節(jié)其PH 值。②有機(jī)性改良物。在修復(fù)廢棄礦山中巖土工程時，有機(jī)性改良物起著重要作用，其不僅與以廢治廢原則相符，而且改良效果較化學(xué)肥料更優(yōu)，可獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。動物糞便、泥炭、廢水淤渣、生活垃圾等進(jìn)行土壤修復(fù)改造，其原因在于這些有機(jī)物質(zhì)具有較高的營養(yǎng)價值和較低的釋放速率，能保證其長期的生長需要，也含有大量的有機(jī)物，能對部分的重金屬進(jìn)行螯合，降低其毒性，并改變其物理性結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)基質(zhì)保肥、持水的性能。③表土轉(zhuǎn)換。在動工前，剝離并保存表層的30m、亞層的30m ～60m 土壤，于巖土工程結(jié)束之后置于原處。雖然這種方式會破壞植被，但土壤能基本保持固有營養(yǎng)條件、種子庫，能在減少投入成本的同時，確保原有植物可迅速定居、建植。④淋溶。在開展植物種植工作前，灌溉鹽分高、堿量高、酸量高、金屬量高廢棄地，以此緩解其金屬毒性、鹽度和酸堿性，為植物定居提供有利條件。

3.6.3 植被修復(fù)技術(shù)

采取植被修復(fù)技術(shù)來修復(fù)廢棄礦山中巖土工程，可達(dá)到景觀改善、污染控制、土壤穩(wěn)定的功效，并在減輕對居民健康威脅的同時，可進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各項工作。在恢復(fù)采礦過程中，對不同類型的植物進(jìn)行合理的選育是非常關(guān)鍵的。因此，在選擇植物種類時，應(yīng)遵循以下幾點原則：①選擇成活率高、適應(yīng)力強(qiáng)、生長快、抗逆性優(yōu)的植物；②選育具有固氮性和改良土壤性能的植株；③選用本地優(yōu)良的前衛(wèi)和本地的優(yōu)良品種，或引入國外的快速生長型；④在選育的品種時，既要具有高的經(jīng)濟(jì)效益，又要具有耐病蟲害、耐貧瘠、耐風(fēng)沙、耐濕、耐污染、耐干旱等多種特性。在對已報廢礦井進(jìn)行巖石恢復(fù)的基礎(chǔ)上，在選擇先鋒植物時，必須遵循下列基本準(zhǔn)則：①易成活，抗逆性強(qiáng)，發(fā)芽力好，播種容易；②選用能固土固氮、生長快、根系發(fā)達(dá)的品種；③對礦渣中的有毒、危險材料具有很好的抗性。一項對重金屬、鉛鋅尾礦物性性狀的植物進(jìn)行了篩選，發(fā)現(xiàn)狗牙根、蘆葦、寬葉香蒲、雙穗麻草等可用作首選的種子。因此，在選擇植被修復(fù)技術(shù)修復(fù)廢棄礦山中巖土工程時，需從礦山實際情況出發(fā)，選擇最佳的植被，為提高修復(fù)成效奠定堅實基礎(chǔ)。復(fù)墾后，廢棄礦山不僅改善了居民生存的環(huán)境，而且具備了全新使用的價值。如復(fù)墾后，廢棄礦山中巖土工程可用作休閑娛樂、農(nóng)林草植地、水產(chǎn)用地和風(fēng)景旅游等，從而明顯改善礦山生態(tài)景觀。不過，由于部分廢棄礦山巖土工程中含有較多重金屬，會導(dǎo)致農(nóng)作物受到毒害，故此需及時、定期監(jiān)測重金屬的含量。

4 結(jié)語

總而言之，廢棄礦山中巖土工程修復(fù)既是實現(xiàn)土地資源最優(yōu)利用目標(biāo)的有效途徑，也是實現(xiàn)我國礦區(qū)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵手段。因此，相關(guān)部門應(yīng)充分意識到廢棄礦山中巖土工程修復(fù)重要性，加大對廢棄礦山中巖土工程修復(fù)重視程度，在以生態(tài)性復(fù)墾作為核心的基礎(chǔ)上，不斷探索廢棄礦山中巖土工程修復(fù)全新思路和最優(yōu)方法，有效統(tǒng)一生態(tài)效益、社會效益、經(jīng)濟(jì)效益，在保持礦區(qū)生態(tài)環(huán)境平衡的同時，推動我國礦產(chǎn)行業(yè)優(yōu)質(zhì)、持續(xù)發(fā)展。