矿山环境治理方法与生态修复技术

2025-03-18
由于矿藏的不可移动性，导致矿山在长期开采运行过程中出现了严重的环境污染情况，不仅破坏了区域动植物系统，而且导致区域水系结构出现了严重的毁损。据此，本文以矿山环境治理方法与生态修复技术为研究要点，阐述了矿山环境治理与生态修复现状，分析了矿山环境治理与生态修复中的生态环境效应，讨论了矿山环境治理与生态修复必要性。结合矿山环境治理与生态修复影响因素，对矿山环境治理与生态修复技术实践应用进行了简单的探究。
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前言：人口、资源、环境，是当今社会可持续发展进程中面临的主要问题，实现人口、资源环境的均衡和谐发展势在必行。从理论层面进行分析，地方环境可持续发展是社会整体稳定运行的子集。而矿山生态环境治理及修复则是地方环境可持续发展的关键。据此，综合利用恢复生态学、资源经济性原理及方法，对矿山土地生产力恢复及矿山生态系统维护进行探究分析具有非常重要的意义。
一 矿山环境治理与生态修复现状
1、矿山环境治理及生态恢复概述
矿山环境治理及生态恢复主要是利用人为工程手段或措施，在植被恢复不佳的矿山废弃裸地坡面位置，为区域植被生长创作适宜的土壤环境条件。同时引入先锋植物群落，对裸露地面进行初期覆盖，以避免矿山废弃地荒漠化、水土流失，为后期目标群落形成奠定基础。
2、矿山环境治理及生态恢复现状
在近十年发展进程中，我国矿山开发事业飞速发展，矿业在国民经济中作业也直线上升，取得了突出的经济效益。但是，由于矿产资源开采是人类活动中最大规模改变地表景观、破坏地表生态系统的活动，我国大规模的矿山开采对我国土地环境造成了极大的破坏，促使矿区周边土地资源急剧减少。现阶段我国总矿山数量在20*104个以上，广泛分布于经济欠发达地区及偏远地区。由于小型采矿活动工艺较落后，且缺乏规范的管理制度，导致其存在较为严重的资源浪费问题。
整体矿山管理的失控，也加剧了矿山对土壤的破坏。我国多数矿区生态恢复率大多在26.7%左右，这种情况下，若我国不及时对小规模矿山进行有效治理，就会影响总体矿区废弃地生态恢复率。从某种程度上而言，我国矿山环境治理及生态恢复大多为生态重建的方式。
现阶段我国矿山生态重建主要针对采矿活动进行中造成的露天采矿场采空区、尾矿场、排土场、塌陷区进行生态重建。其中露天采矿场采空区主要生态重建方式为天然植被恢复、人工促进植被恢复两种类型。配合蓄水重建、挖深垫浅技术、农林重建等措施，可促使植被加速恢复；而尾矿场生态重建主要利用人工绿化的方式，通过矸石生态重建、塌陷区生态重建，促使生态恢复；排土场生态重建主要用技术为排土场土壤植被恢复、排土场土壤稳定技术、植被物种筛选配置技术等；塌陷区生态重建主要依据矿区采矿塌陷区重建后发展方向，综合考虑农业、水产养殖、建筑等因素，制定对应的生态重建方案。
二 矿山环境治理与生态修复生态环境效应
1、水文地质变化及区域水质污
在矿山开采过程中，矿区疏干排水、矿区裂缝及塌陷等问题的发生，会直接影响矿区开采模块地下储水结构发生变化，进而导致地下水位下降、大面积疏干漏斗出现、地表径流变更等问题发生。再加上矿山开采阶段矿坑水、废水淋滤水等工业废水的排放，对矿山周边水源造成了严重的污染。
2、地质灾害发生概率增加
矿山开采作业的进行必然会导致地下采空问题发生。而地下采空问题的发生，不仅会影响矿山周边山体及斜坡的平稳安全性，而且会加剧地面开裂、坍塌、滑坡等事故发生概率。再加上矿山开采排放废渣大量堆积在山坡、沟谷位置，废石废渣与泥土混合会直接导致废石废渣摩擦力、透水性减小。此时若出现暴雨天气，则会增加泥石流发生概率。
3、土壤污染与退化
在矿山开采后需要将表土清除并覆盖新土或矿渣，而采矿过程中大型采矿设备的重型荷载作用，会导致矿渣或新土逐渐坚硬、板结。再加上矿区地面采空塌陷问题的发生及矿山固体废渣的排放，会直接导致土壤产生裂隙。随着土壤裂隙的扩大，土壤养分会逐渐流失，矿山固体废渣中毒害成分会直接渗入土壤中，造成严重的酸碱污染、重金属污染、有机毒害物质污染。
4、水土流失加剧
在矿山开采过程中，由于露天矿坑开挖、井工矿抽排地下水等作业，会直接破坏地表植被。进而导致矿山开采区域地下水位出现大幅度下降，逐渐形成大面积人工裸地。此时若出现大面积降雨，则会在矿山地面起伏及沟槽的作用下加速地表水流动，最终促使水土冲刷加剧。
三 矿山环境治理与生态修复影响因素
1、土壤因素
土壤是矿山环境治理及生态修复作业正常运行的前提，也是岩石圈表面植被存活生长的关键因素。其不仅可以提供植被存活生长所需的矿物质元素、水分，而且可以为生态系统中生物部分、无机环境相互作业提供载体。这种情况下，土壤内酸碱值、土壤结构、母质、营养状况等因素，就直接影响了矿山环境治理与生态修复效果。
2、光照强度
光照强度是矿区内植被光合作业主要能量提供者。根据光照强度的差异，矿区环境治理人员可选择适宜的生态恢复植被类型，如耐阴植物、阳性植物等，以保证生态修复效果。    温度可以通过气温、地温两个渠道对植被生长活性造成影响。而植被生长活性直接影响了矿区环境治理与生态修复效率。    水分是植被正常存活生长的关键因数，也是植被光合作用及呼吸作用的主要参与元素。其可以为植被矿物质营养吸收、运输提供良好通道。植被供水情况，也直接影响了矿区环境治理及生态修复效果[2]。
3、温度及水分
温度可以通过气温、地温两个渠道对植被生长活性造成影响。而植被生长活性直接影响了矿区环境治理与生态修复效率。水分是植被正常存活生长的关键因数，也是植被光合作用及呼吸作用的主要参与元素。其可以为植被矿物质营养吸收、运输提供良好通道。植被供水情况，也直接影响了矿区环境治理及生态修复效果[2]。
四 矿山环境治理与生态修复典型技术
1、矿山土壤污染治理典型技术
1.1表土转换及客土覆盖
表土转换主要是在矿区开采作业开展前期，作业人员可首先将表层、亚表层土壤挖走，并储存在适宜的环境中。在矿区采矿作业结束后，将以往储存的土壤放回原处。上述方法虽然在一定程度上破坏了矿区周边制备，但是整体土壤物理性质、种子库、营养条件没有较大的变化，可以便于本土植物在较短的时间内生长存活。    客土覆盖主要是矿区开采后废弃地土层厚度不足时，利用异地熟土覆盖的方式，固定在矿区开采后废弃地表土层。在改良矿区开采后废弃地土壤理化性质的同时，也可以通过在客土中添加微生物、氮素、植物种子，为矿区废弃地制备重建提供良好条件。
1.2土壤物理性质改良    提高矿区废弃地土壤孔隙度是矿区土壤物理性质改良的主要目的。在短期内矿区土壤物理性质改良作业中，矿区环境治理人员可以采用犁地，或者农家肥施加的方式，降低土壤容重，改良矿区废弃地土壤结构。同时对于酸碱度不佳的矿区土壤环境，矿区环境治理人员可以利用生石灰，或者碳酸氢盐，进行酸碱度调节，以增加土壤中钙含量。
1.3土壤化学性质改良    改良矿区废弃地土壤化学性质是一项长期的工程。因此，矿区环境治理人员可在化学肥料、固氮植物应用的基础上，针对矿区土壤重金属污染及有机废弃物污染情况，采用适量微生物进行调节治理。
2 、矿山植被恢复典型技术
2.1植被生长卷铺盖法及高陡岩石边坡绿化法
植被生长卷铺盖法主要应用于坡度较缓且低矮的土质边坡，利用当地草皮进行铺种。其可在短时间内形成目标种群。    高陡岩石边坡绿化法主要是通过在矿山边坡面上种植植被可持续生长的抗冲刷基质（客土、厚层基材、植被混凝土生境基材等）。并将基质长时间固定在矿区开挖后岩石边坡面层。同时利用抗滑缓释营养棒、生态棒、草棒子、废弃秸秆制作的固土板状结构，根据不同地质条件，进行植被物种选型及室外生长实验，以保证高陡岩石边坡绿化效果。
2.2覆土绿化
对矿山开采后形成的面积较大、比较平坦的矿场或其他较为平整的场地，经地形测量后，进行场地的挖填设计，控制土地高程，确定出土地边界，对土地进行平整，配土覆土，根据恢复土地利用类型确定回填土层厚度。回填20cm以上的种植土，种植先锋固土的草本和灌木；回填80cm以上的种植土，种植草本、灌木、乔木。适用于稳定的土质边坡、卵砾石边坡或软岩质边坡，坡度范围0°-30°。
优点：技术简单可行，覆土后可种植农作物、乔灌草等，能有效保持水土和地表的抗冲刷能力，有计划地逐步改良土壤土质，实现耕地、林草地指标的占补平衡，具有一定的景观价值并减少了扬尘。
缺点：适用局限性大，仅可用于30°以下的缓坡。
2.3挡墙蓄坡绿化
对高陡、坡前具有回填空间的边坡，可在坡前修建挡土墙，墙后回填渣土蓄坡，回填坡度不大于30°，挡土墙可根据回填方量选择砖砌挡墙、浆砌片石挡墙、毛石混凝土挡墙等。蓄坡后覆种植土，种植草本、灌木、乔木绿化。适用于岩质边坡（中软岩最佳），坡度范围50°-80°。
优点：技术简单可行，成本较低，使用寿命长。
缺点：人为痕迹重，对渣土回填压实度要求较高。
2.4开凿平台绿化
对完整性较好的岩质边坡，可在边坡上开凿不同尺寸的平台，在平台前缘修建挡土墙，墙后覆土，种植草本、灌木、乔木绿化。适用于稳定性较好的岩质边坡。
2.5边坡钻孔绿化
大孔植藤绿化：大孔植藤绿化，在陡坡坡面上钻凿直径200mm深500mm的钻孔，在孔中填入配制好的营养基后，每孔种植3-5株爬藤类植物，并人为干预爬藤覆盖。适用于硬土质或风化程度较高的石质边坡，坡度范围60°-80°。
小孔植藤绿化：小孔植种绿化，在陡坡坡面上钻凿直径35mm深400mm的钻孔，在孔中填入营养基，每孔种植3-5粒催芽后的藤本种子，并人为干预后期的爬藤覆盖。适用于较为坚硬的石质边坡，坡度范围70°-90°。
2.6燕巢复绿法
燕巢复绿法，在陡坡坡面上凿出300mm×300mm，深度400mm的方形巢穴，在巢中填入营养基，每个燕巢中植入3-5株爬藤幼苗，后期人为干预爬藤的覆盖方向。适用于中软岩及风化程度较高的边坡，坡度范围50°-80°。
优点：适用范围广，技术简单，成本较低。
缺点：施工难度较高，绿化率较低，施工时需特别注意施工人员的安全。
2.7鱼鳞坑蓄土绿化
利用坡面凹处或有小平台的空间，采用混凝土或石块向上垒砌，或向下挖成坑，形成鱼鳞状的种植穴，在穴内客土栽植乔木和藤本植物或经济类林木，能有效防止雨水冲刷，保持水土。适用于岩质或土质边坡，坡度范围30°-55°。
优点：在有凹处、起伏的非高陡边坡修筑，简单易行，具有保水抗旱的特点。
缺点：在高陡坡、平滑的岩质坡面不宜采用，绿化效果受坡面状况影响较大。
2.8挂网团粒喷播绿化
挂网喷播采用“高次团粒”喷播技术，简称SF 绿化法。高次团粒系列绿化施工法，就是针对各种岩石、硬质土、砂质土、贫瘠地、酸性土壤、干旱地带、河岸堤坝等植物生长困难的地方，在坡体稳定的前提下，采用经特殊工艺制造而成的客土材料，加入植物的种子，并添加许多必要的其他材料，采用喷播、机械或人工作业的方式制成最适于植物生长的生育基盘。这种瞬间制造的“人工土壤”具有高次团粒结构，既有保水性，又有透水性、透气性，适于植物和土壤微生物生长，又能有效抵抗雨蚀和风蚀，防止水土流失。适用于岩质或土质边坡，坡度范围30°-70°。
优点：适用范围广，灌草结合，可快速实现绿化效果。
缺点：技术较复杂，成本较高，苗木成活率低，后期需大量的水和人工进行养护。
2.9生态袋绿化
生态袋绿化法是近年出现的一种新型生态护坡方法，该方法是用充填土的生态袋组成挡土结构，通过锚杆固定在陡坡上，生态袋之间由抗老化的连接袋相互连接成整体柔性结构，在生态袋内外立面采用混播、喷播、压播、插播进行绿化，形成整体的生态柔性挡土结构。植物根系通过这种新型软体边坡自由生长，进入岩土基层，从而达到绿化效果。主要有两种方法进行施工，堆叠法和长条形法。
堆叠法：堆叠法，将配制好的营养土装入预置草种的生态袋中，坡面修整顺滑后，在底部施做稳定基层，品字形铺设锚固生态袋，扦插灌木，在土袋和边坡之间填土密实，袋顶种植爬山虎，后期洒水养护。适用于各种稳定的土质边坡或岩质边坡，坡度范围45°-80°。
长条形法：长条形法，长条型袋填充植生土后挂靠边坡，沿坡面自然垂下，用锚杆固定。适用于各种稳定的土质边坡或岩质边坡，坡度范围45°-90°。
优点：适用范围广，施工技术简单，成本较低，可快速实现绿化效果。
缺点：后期需大量的水和人工进行养护。
2.10生态草毯绿化
将边坡上的石块等清除后，在坡面上覆土并人工进行再平整。按照比例配制灌木种子和草种，掺砂后均匀撒播。覆盖草毯，修筑横向和纵向的排水系统后，加强后期洒水养护。适用于稳定的土质、卵砾石或软岩质边坡，坡度范围小于35°。
优点：技术简单可行，成本较低，可快速实现绿化效果，后期草毯分解后自动成为有机肥料。
缺点：适用局限性大，仅可用于35°以下的缓坡。
2.11飘台绿化
通过在岩质坡面上钻孔，将锚杆与坡面呈一夹角锚入岩体中，上部浇筑成钢筋混凝土板，使之与岩质坡面呈“U”或“V”型，然后在里面覆种植土，种植灌木或藤蔓植物等，使坡面达到绿化效果。
优点：对硬度大、表面平滑、高陡、不利于植物根系生长的岩质坡面进行复绿，保水保肥性能好。
缺点：施工难度和安全风险较大，遇坡面风化、钢筋腐蚀等情况可能造成局部坍塌，存在安全隐患，不宜用于人类活动频繁的地方，如道路、房屋等建筑周边。
2.12植被混凝土绿化
植被混凝土/植生混凝土绿化是指采用特定混凝土和混合植物种子配方，对岩质边坡进行防护和绿化的一种新型技术。针对大于60°的高陡岩质边坡防护和绿化，以水泥为粘结剂、加上植被混凝土绿化添加剂AB菌、沙壤土、植物种子、肥料和水等组成喷射混合料进行护坡绿化。
    优点是采用水泥，增强护坡强度和抗冲刷能力，能快速营造出适宜植物生长的环境，较好地解决了岩质边坡防护和快速绿化问题，并且在混凝土、植被与基材的共同作用下，增强了基材的抗侵蚀性，能有效保障植被快速成型及生态稳定性。且该技术机械化程度高，生产能力大，施工采用干式喷锚机进行喷播，喷射距离远，喷射层有一定的强度且不易产生龟裂，抗冲刷能力强，特别适用于陡峭岩石边坡。
    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。
矿山复绿方法众多，在实际应用中需要根据治理矿山的具体情况选用不同的治理方法，采用多种矿山复绿方法进行组合，以期实现最佳绿化效果。废弃矿山修复首先要把矿业、农业、林业多产业融合，并且要和当地政府规划部门协力完成，一定要坚持科学发展观，找到科学规律，因地制宜，不同的矿山按照不同的科学方法去修复，而不是想做什么就做什么。目前，全国仍有214万公顷的矿山地质环境破坏面积未得到治理，矿山修复及环境治理还有很长的路要走，但矿山修复的大幕已经拉开。



来源：地质生态修复资源


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