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矿山修复治理的现状和技术
前言
矿产资源的开发利用促进了工业等产业的迅速发展,为经济社会快速发展提供了重要的物质基础.但是,矿产资源带来巨大经济效益的同时,矿山开采过程中也产生了一系列极其严重的环境问题,如大面积天然植被遭到毁坏、矿山原有地貌景观退化、地质灾害加剧、污染物大量扩散及生物多样性急剧下降等,进而对人类的生产活动造成了严重影响.因此,对矿山废弃地进行修复,对于改善区域生态环境和促进经济社会的可持续发展具有重要意义.
矿山资源的开采利用造成的破损、压占、塌陷等土地破坏问题约占整体土地总量的30％,极大地浪费了有限的土地资源.自改革开放以来,中国颁布实施了《环境保护法》和一系列政策法规,贯彻执行“防治结合,以防为主”“综合利用,化害为利”的方针,对新建和改造项目的矿山环境保护实行“三同时”的规定.
一、各国矿山修复的现状
近一个世纪以来,许多发达国家对矿山废弃地治理的重视程度非常高,统计显示目前全世界大约有670亿m2废弃矿山地,抛荒地和露天采矿破坏的土地约占50%.目前,中国矿山生态修复也已成为矿山开发中必要内容.
20世纪30年代,美国在全国26个州先后制定了有关露天采矿土地复垦方面的法规,并于1977年8月3日正式颁布了《露天采矿管理与修复（复垦）法》,根据该法的规定,所有的矿山都要进行合理的开采和复垦.多年实践后,按《复垦法》规定边开采边修复,美国矿山修复率已达到85%,远超于中国的12%的修复率,并在粉煤灰改良土壤、矿区种植作物及矸石山植树造林等方面积累了一定经验.
煤矿是德国的重要产业之一,每年可产煤量达2亿吨,他们的采煤方式以露天开采为主,加之德国的国土面积小,因此德国政府十分重视矿山废弃地的生态修复工作.德国保护和治理的意识强,各个部门和企业都把生态环境保护作为自身建设发展的首要任务.经过不懈努力,德国的复垦工作取得了很大成绩.
澳大利亚的矿产品出口到世界各地,矿业开采是澳大利亚的支柱型产业,同时也是目前世界上拥有先进处置废弃地技术的国家,澳大利亚把废弃地的修复视为矿山开采工艺中不可或缺的部分,目前已形成高科技指导、多专业联合、综合修复为特点的修复模式.除此之外,法国、英国、前苏联等国家在此研究领域也进行了一定的综合性研究,并取得了较为显著的成效.
中国各种类型矿区的土地环境破坏问题一直以来都十分突出.保守估计,目前中国1500个各类矿区开发占用和损坏的土地面积多达200万公顷（200亿平方米）,并且每年仍以3.3万到4.7万公顷的速度递增.而在矿区生态修复方面,目前一般以土地复垦为主要方式,但中国目前矿区土地复垦率只有15%,远低于国际上50%-70%的平均水平,欧美国家目前更是达到80%以上.预计未来10年乃至更长时间内,中国人口将继续增加,经济总量仍将继续增长,资源、能源的消耗也将随之暴增,矿区生态修复所面临的压力越来越大,这也或将成为中国全面建成小康社会的瓶颈.2016年5月28日中国颁布的“土十条”规定：强化未污染土壤保护,严控新增土壤污染,加强未利用地环境管理；按照科学有序原则开发利用未利用地,防止造成土壤污染.加强对矿山、油田等矿产资源开采活动影响区域内未利用地的环境监管,发现土壤污染问题的,及时督促有关企业采取防治措施；加强污染源监管,做好土壤污染预防工作,严控工矿污染.严防矿产资源开发污染土壤.自2017年起,内蒙古、江西、河南、湖北、湖南、广东、广西、四川、贵州、云南、陕西、甘肃、新疆等省（区）矿产资源开发活动集中的区域,执行重点污染物特别排放限值；全面整治历史遗留尾矿库,完善覆膜、压土、排洪、堤坝加固等隐患治理和闭库措施；有重点监管尾矿库的企业要开展环境风险评估,完善污染治理设施,储备应急物资；加强对矿产资源开发利用活动的辐射安全监管,有关企业每年要对本矿区土壤进行辐射环境监测；加强工业废物处理处置；全面整治尾矿、煤矸石、工业副产石膏、粉煤灰、赤泥、冶炼渣、电石渣、铬渣、砷渣以及脱硫、脱硝、除尘产生固体废物的堆存场所,完善防扬散、防流失、防渗漏等设施,制定整治方案并有序实施,加强工业固体废物综合利用.
二、矿山修复的技术
（一）土壤治理改良
土壤治理改良是矿区生态环境恢复的重要环节也是首要环节,它包括矿区周围地区土壤质量的治理改善、覆盖在土壤上的尾矿及废弃矿石堆性能的治理改良.之所以说其重要,是因为植被的修复必须建立在土壤治理改良取得成效的前提下,否则,矿区土壤种植任何植物都不生长或生长艰难,植被修复将成为不可能.土壤治理改良主要可归纳为三种方法：物理方法、化学方法和生物方法.
（二）植被修复
生态系统的恢复应该以最少的投入、最短的时间获得最大的效益为前提,植被恢复也不例外,应在调研基础上,借鉴国内外经验,首先对污染元素进行分析,再对土壤的物化、生化性质进行分析,查明土壤的pH值、土壤含水量、通气性、土壤氮素及土壤温度等,进而选择树种.另外,矿区污染物与植被的初步研究表明,不同植物对不同污染物有一定的适应性,这些植物多为该种污染物的耐性植物.所以,选择这些植物要经过大量的选优工作的积累,耗费巨大的时间和精力.植被的修复是矿区生态环境修复的关键和难点,只有矿区植被得到修复,才可能使原有的矿区景观得到恢复.
(三)植物与真菌的联合修复
菌根是土壤中的真菌菌丝与高等植物营养根系形成的一种联合体.调查英国矿区植物发现,在金属尤其是重金属含量很高的矿区,植物非常稀疏.少量生存的植物中多为菌根植物,且与非菌根植物相比生长较好.含有大量微生物的菌根是一个复杂的群体,包括放线菌、固氮菌和真菌.这些菌类有一定的降解污染的能力；同时,菌根根际提供的微生态,使菌根根际维持较高的微生物种群密度和生理活性,从而使微生物菌群更稳定.菌根表面延伸的菌丝体,可大大增加根系的吸收面积,大部分菌根真菌具有很强的酸溶和酶解能力,可为植物吸收传递营养物质,并能合成植物激素,促进植物生长.菌根真菌的活动,还可改善植物根际微生态环境,增强植物抗病能力,极大地提高植物在逆境条件下的生存能力.
（四）矿区恢复
矿区生态环境的修复是以恢复矿区原有的景观为最终目标,矿区植被得到修复是矿区景观恢复的一个最基本的工作成效.但仅仅矿区的植被得到恢复还远远不够,还需要采取如下工程措施,并和前面的方法和措施相结合,才能使原有的矿区景观得到恢复的目标早日实现.
1、采矿区生态修复
坑下开采矿山应采用减轻地表沉陷的开采技术,并推广使用充填采矿工艺.尽量减少地表沉陷面积,对已造成地面裂缝的地方,应采取废石充填和表土覆盖,最后恢复植被.露天矿开采后,多形成坡度陡的岩石边坡,以及宽度不大的台阶,因此,在对露天采矿区进行生态修复时,要对其形成的坡面进行不同程度处理,对边坡坡度大于75°的,在保证边坡稳定的前提下,进行生态环境修复措施.
2、排土场复垦
排土场生态环境修复,首先要保证边坡稳定,其次采取工程措施与植物措施相结合,主要是植树种草.对存在安全隐患的边坡要进行工程措施处理,其主要包括修建拦河坝、削坡开级、修建抗滑桩、深空预应力锚、长锚杆加固等工程措施.排土场植物措施所选择的植物树种要抗性强、品质好,栽植树木的方法主要包括堆土袋、挂网绿化、植生袋、植生盘等.排土场修复为林地时,应在其表层覆土,厚度应大于30cm；若采用坑栽,可在坑内填入少量的客土；在边坡小于35°的人工挖土缓边坡地带可种植一般的林木.
3、尾矿库复垦
进行尾矿库复垦工作需要在保证其完全闭库且整个工程设施都稳定后进行,需根据其实际的性质对复垦工作进行调整.无论尾矿为酸性还是碱性,要根据场地的利用方向对其进行深度处理；尾矿中含有放射性、有毒物质时,应根据其含量水平确定是否有必要设置隔离层,并尽可能深度覆盖；尾矿所含盐分较大时,应对其进行除盐处理,或者深度覆盖处理.同时,要在尾矿库周围设置排水设施,排水设施必须满足一定防洪标准.
4、排矸场生态修复
排矸场生态修复的首要工作是对以坡地和丘陵为主的排矸场进行边坡稳定,主要措施包括水平阶整地,稳定坡面,降低矸石山的相对高度.在矸石堆放前,必须对沟底进行推平、夯实处理,堆放矸石以3m为一层进行分层堆放,且台阶的宽度要大于3m.堆放顺序为从沟里向沟口进行,层层压实,同时在沟口设置拦渣坝和浆砌石排水沟.在边坡地带以15m为间隔设置导流渠,且层与层之间错落布设排列呈“品”字状；其次在排矸场上进行表土覆盖；最后根据土壤的性质和当地气候条件选择适宜的植被栽植.
三、结语
矿区生态环境问题已受到中国国家及政府的高度重视,并将其列入中国国民经济和社会发展“十三五”计划生态建设和环境保护重点专项规划中.但由于多种原因,中国矿区生态建设和环境保护工作还存在如下问题：没有完善的生态重建的法律法规,矿区土地恢复和生态重建还没完全走上法制化、规范化的轨道；没有完全把生态重建工作纳入生产过程中.例如,在露天矿开采中,剥离物随意堆放,从而造成恢复植被的再度退化,应实行“采复一体化”；对尾矿堆植被恢复的一些理论及技术问题还没有解决.例如,煤矸石山适宜的植物种类,植物群落的合理组成及结构等缺乏必要的生态学指导；在生态恢复重建方面目前的工作多停留在物种引入和筛选,缺乏群落结构优化配置模式的多样性研究,从而造成植物成活率和保存率低,恢复的植被再度退化等问题.
针对以上问题,应当尽快制定矿区生态重建法规、完善现有的法律.在理论上要加强矿区生态系统演替特点和规律、植被及生态系统退化机理、土壤系统恢复、矿区生态风险评价等方面的研究,促进中国矿区生态重建科研和实践工作的开展.
作者单位：山东科技大学化学与工程学院
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