矿山治理对生态环境建设作用及治理措施研究
时间：2023-01-22 19:45:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
张淑娴
（易景环境科技（天津）股份有限公司 天津 300000）
矿产资源的开发利用促进了人类社会巨大发展的同时，也产生了地质灾害和生态破坏等问题。大面积地矿山开采占用和破坏了大量的土壤资源，使植被破坏，景观退化，地质灾害频发。在绿色发展理念深入人心的今天，废弃矿山修复工作越发重要和紧迫。
矿产开采及废弃矿山易引起的主要问题有地质灾害、地貌景观破坏、土地资源破坏、土壤及水资源污染等[2]。矿山修复是指对废弃矿山或正在从事开采业务的山体进行治理和修复，包括矿区环境的治理、土地功能的恢复以及矿区生态环境的保护等。矿区生态环境的修复是指恢复矿区的景观。通过修复使矿山损毁的地貌得以恢复，减少塌陷、滑坡等地质灾害。矿山治理修复通常需要先分析矿山潜在的灾害风险，消除安全隐患，之后再进一步开展植被恢复和生态修复等工作，最终使矿山山体稳定，生态环境得以恢复。
1.1 矿山地质灾害
地下采矿较易形成采空区，随着采空区面积增大容易造成地面的塌陷和地裂缝。而露天采矿后的采矿场易遗留较多的开采边坡，坡度较大，部分开采面若较破碎，形成独立块石，在长期的雨水冲刷、风化及其它外部因素的作用下，较易引发崩塌、滑坡等地质灾害。矿区堆放的矿渣等也易在强降雨的条件下，随着自身重力顺坡冲下，形成泥石流。这些地质灾害会给周边及下游居民生活带来生命危险和财产损失。
1.2 地形地貌破坏
矿山地表多为山地，地形和地质构造复杂，自然环境中的风化侵蚀导致山体的岩石结构易碎，矿产资源的开发更是进一步加剧了地形地貌的破坏，造成水土流失和石漠化。矿山的开采尤其是露天开采，需要剥离山体表面的植被，给山体的地貌造成较大的破坏。矿山开采形成的采石陡坡、采石平台、矿渣堆严重影响着矿区的生态环境，破坏自然地貌的完整性，使山体和景观破碎化。裸露的岩石、残破的山体与周边未开采区域植被茂盛的景象对比明显，环境极不协调。地下采矿较易引起的地形地貌破坏是地表的塌陷与开裂，地下开挖破坏含水层也会间接影响地表植被的生长，使地表的生态系统发生演替，地貌发生变化。
1.3 土地资源破坏
矿山开采中排土场、尾矿库会占用大量的土地，几乎所有的矿区都存在固体废弃物压占及损毁土地的情况。露天采场及地下采矿区会破坏性山体的结构和稳定，引发矿山所在区域地质环境的改变。挖损压占土壤加据了土地资源的破坏。开采前矿山表面土层剥离，林草覆盖率降低，增加了水土流失的危害。同时矿山开采使得原有的土壤结构和理化性质改变，土壤中富含的养分流失，土壤质量下降，原有的土地功能退化甚至丧失。
1.4 土壤、水体污染
矿产资源在开采作业过程中，重金属等污染物较易进入土壤和水体，随着时间的推移易富集累积造成污染，使土壤的性质和功能改变，影响植被的生长发育，严重的会使植物死亡。水体中的污染物会随着地下水或地表水的流动迁移至较大范围内，最终可能会影响到人类的生产生活。由于土壤及地下水污染具有隐蔽的特点，不易被发现，当影响到植被的生长和人们的生活时，污染往往已经达到比较严重的程度，修复难度加大。水体的污染主要是矿坑水和尾矿水灌溉或泄漏引起的。污染物经地下和地表水系扩散，所形成的污染羽通常是沿河流呈枝状或片状分布。
2.1 治理山体结构，减少隐患
矿山开采过程破坏了山体原有的结构，形成大量边坡，治理修复可以将陡峭的边坡进行修整，清理多余的碎石，消除安全隐患，有效地稳定边坡。在山体治理时通常会将山体的边坡坡度降低，这样可以减少山体崩塌的风险，之后再布设植物措施，提高项目区植被覆盖率，有效地增强水土保持的功能，使破坏的山体得到恢复。
2.2 改善土壤质量
矿山修复中一个很重要的环节是矿区土壤质量的改善，主要包括矿区周边土壤环境的治理改善，压占土地的恢复，裸露山体表面土壤的回覆。矿产开采引起的土壤污染采用物理、化学、生物等方法治理。土壤基层的改良可以在其他区域取适量土壤回覆到矿山土壤受损较严重的区域，使植物能够正常生长，植物的生长一方面促进了土壤质量的改善，另一方面又可以起到稳固土层的效果。在改善土壤和绿化的过程中，可以在贫瘠的土壤中人为添加改良剂，做好土壤的增肥工作，提高土壤的物理和化学性能，使植物成活率得到保障，为后期矿山的长期稳定恢复奠定基础。土壤质量的提高，植被的恢复又可以起到涵养水源的作用，使矿区的生态进入良性的循环和发展。
2.3 恢复植被
矿山治理修复过程中，绿化工程的实施加速了矿区植被的生长和恢复。通常选择环境适应能力强，易成活，护破固坡以及防治水土流失效果好的本土植物。制定治理修复方案时考虑技术可行及经济合理等因素，因地制宜选择相应地植被恢复方式，如砂石堆场所形成的缓坡，通常选择液力喷播工艺，将草种、保水剂、菌肥等经喷播机混合均匀后，喷洒至坡面，形成一层可耐雨水、耐风蚀的多孔土壤结构，基材通常选用秸秆、复合肥、粘合剂混合，利于草种根系的生长。在山顶位置可以栽植攀援植物，造林植物通常结合当地气候条件，选择抗性好的先锋植物种植。修复时，对地形进行近自然地形地整理。边坡的植被修复通常与景观建设相结合。通过景观的设计和植被种类的搭配，使修复后的的坡面植被在生物群落及垂直结构和最终呈现的景观效果方面与周围环境相协调适应，能够与自然环境有机结合。
3.1 危岩清理和废石填充
山体在矿产资源开发的过程中会被严重破环，导致部分区域坡高壁陡，在治理修复这些区域时，需要先清理危岩和削坡修整，使用挖掘机等机械设备将存在于山体边坡表面的碎石块、松散土层以及突出的独立岩石清除，清理达标后的坡体消除了崩塌等地质灾害隐患。治理时清理出的土石方资源，可以用于修复过程中挡土墙等工程措施的砌筑，或者用于坑洼地区的填平，或者出售用作建筑石料。所获得的收益可以归入当地公益性收入，用于矿山的修复。清理出的土壤需集中堆放，后期可作为覆土的土源，用于植被恢复。对于地下开采的矿山，应采取充填采矿技术减轻地面的沉陷。已经形成地面塌陷和裂隙的区域，利用治理修复时清理出的废石充填，并回覆表土。
3.2 边坡防护工程
平地边坡治理需要将边坡前缘堆放的矿渣清理掉，并对边坡进行削坡和修整，为了增强稳定性，在边坡的下部做砌石格构，再围绕边坡的底部修建挡土墙、排水边沟等。若是只削坡修整，随着时间的推移，遇到降雨易牵动土体的位移，发生水土流失，且部分植被也可能会被冲刷失稳，导致滑坡。为了避免滑坡，需设置二级卸荷平台，并在坡顶设置截排水沟。存在崩塌和滑坡地质灾害隐患的区域，需使用液压破碎机和挖掘机等大型机械设备削坡降坡。坡面空间不足，较难开展施工的区域，可以结合周边地形及敏感目标分布情况，在保证安全的前提下，采用松动爆破等施工工艺。如边坡高差较大时，需要削放坡以降低边坡的高度，同时辅以植物措施，降低滑坡风险。坡面出露的软弱夹层需彻底清除，使坡面达到无悬岩险石的稳定状态。
3.3 场地平整及挡墙工程
场地平整工程主要应用于采矿平台、矿渣堆等区域，根据项目区的地形地貌、采矿平台的面积、废弃矿渣堆放的面积等，合理划分整平单元，各单元内推高填低。经过平整后的区域给下一步治理修复工作提供了操作空间，便于施工工程的开展。场地平整可以将采矿的不同时期所形成的采矿平台整合，最大程度上恢复可利用的土地资源。在设计治理方案时，应充分考虑减少土石方的开挖，实际施工时对治理区残破的山体和渣坡等有安全隐患的位置进行清除，其余区域避免大量土石方的开挖。场地整治要考虑与周边环境的协调性，因地制宜设计整平方案，降低平整工程给地质环境和自然景观造成的影响。经过平整后的区域便于后期开展绿化工程，回覆土壤以及种植植物等。在地形经过整平后，为了防止水土流失，减少落石危险，可在坡脚处设置挡墙工程。
3.4 截排水工程
截排水沟可以设置在矿渣堆放场的坡顶，避免在降雨时雨水冲刷导致边坡后缘失稳位移。在设计截排水工程时，需要考虑项目区所处位置的气候状况及边坡极端汇水流量，优化计算设计，达到较好的截排水效果。坡顶的截排水沟须与坡脚的排水沟相连贯通，汇水的方向应设计为由坡顶中间向两侧排水，之后排至坡脚排水沟[3]。边坡为空隙较大的碎石土且边坡坡度较大的情况下，雨水作为基本无粘滞性的液体，在冲刷堆体的时候形成的渗透流速较大，动能较大，设置截水沟可以有效削弱雨水对边坡的渗透，降低降水对边坡的破环作用。
3.5 绿化工程
自然状态下，矿区绿植的恢复需要较长的时间，矿区治理过程中绿化工程的实施有利于加速生态的修复，使生态修复的效果更有保障。目前常用的矿山绿化修复技术有喷混植生技术和植生袋技术等[4]。喷混植生技术常与边坡防护工程相结合，将含草种、肥料及粘结剂的土壤喷射至岩面上，由于该方法具有较好的抗侵蚀性和抗水土流失的作用，使得植物得以较好地生长，可短时间内实现矿山边坡表面的绿化。该项技术常用于地质条件较差的裸露岩石表面。粘结剂的加入使得边坡的抗冲刷性提高，后期植被生长又进一步增强了保水保土的作用。植生袋技术是指在两层易降解无纺布之间，填充混合好的材料，材料是植物的种子、有机质肥料等，在表面外覆抗老化绿网，制作成袋状。在地形不规则的条件下，若对裸露岩石边坡进行绿化可采取该项技术，可使得坡面快速全面得到治理，给后期植被的生长营造好的环境条件。
为了改善矿区的景观效果，同时达到增强边坡的稳定性的目的，需要在边坡上开展生态工程修复，修复时需要考虑的因素有生物的适应性，边坡坡角对植物的宜植性以及覆土的稳固性等。缺乏全面的考虑，则有可能导致修复效果不佳，生态护坡失效。在边坡上进行生态修复和绿化可以有效地防护裸露的坡面，植物措施与工程护坡措施相结合可相辅相成，使得护坡稳定性和景观效果更优。边坡绿化应当坚持安全性、协调性和经济性原则，安全性是指在边坡稳定和安全的前提下实施绿化，协调性是指绿化应与周边的环境相协调，选择的植物应当适应当地的气候与环境条件，且具有美观的效果。经济性是指选用经济适用的绿化方法，且保证成活率，节省人工维护和管理成本。
3.6 矿山修复监测
矿山治理修复所涉及的地理范围通常较广，传统的全站仪全野外测量方式劳动强度大，监测耗时长，且面对地势高低起伏，复杂多变地形有诸多限制。野外环境条件下开展测绘工作也给监测技术人员的人身安全带来一些隐患。近些年无人机遥感技术的兴起使得矿山修复监测变得更加准确、便捷。矿山修复工作开展的基础是掌握矿山的现状、地形地貌等基础资料，无人机在收集这些资料方面具有快速、精准，实时、高机动性等多种优势。无人机监测可快速获取矿山各角度的高分辨率影像数据，通过对比不同阶段无人机的监测数据，可以分析出矿山的修复面积、记录治理修复过程，实时了解和掌握修复工作的进展，监督修复进程，实现矿山修复的全过程记录。为了高效完成矿山治理修复，需要充分掌握矿区的生态环境破坏程度、修复目标区域基本情况，在此基础上开展修复工程综合设计工作。无人机遥感技术在矿山治理修复行业的使用可以使矿山修复措施更有针对性和科学性，实时监督动态修复的结果，提高工程的建设质量。目前无人机遥感监测处于前期发展的阶段，为了提升监测效果，使其发挥更大的作用，需要探索和建立完整的工作体系。如在开展监测前规划合理的航测路线图，便于获得完整和准确的数据。数据采集后使用专业软件对数据进行分析和提取，充分解析所获得的数据，并将分析得到的结果应用于矿山治理修复方案的制定和修正中。另外采集的数据也可以对矿区进行三维建模，更直观地了解矿区现状。高精度、准确、实时的地理信息数据为科学有效地制定矿山治理修复方案提供了重要的基础，无人机遥感将成为矿山修复过程中重要的技术力量。
4.1 植被成活率低
矿山植被种植有利于快速重建被破坏的生态环境，但矿山修复时种植的植被往往成活率较低，这一方面是因为矿山土壤质量差，植被生存条件不好，另一方面是后期养护不到位。大量植物死亡会导致前期的治理修复资金被浪费，因此在治理修复过程中要提高植被的覆盖率，并重视土壤肥力的提高工作。对于成活率低于85%的区域要及时补植，且在植物栽植后的几年内要定期抚育和管理，掌握植被生长的状态，及时了解矿区植被病虫害问题，对症治理。
4.2 修复所需资金量大
矿山综合治理和修复是一项大工程，资金需求量大，资金投入不足限制着矿山修复的进展和治理的效果。目前资金的来源主要有以下几种。一是中央和地方政府出资，以中央财政专项补助的方式提供资金，调动矿山修复的积极性，促进该项工作的开展。二是矿山企业出资，在矿山生产期将一定比例的收益划至指定账户，作为未来矿山治理修复的资金。三是政府和社会资本合作的方式。废弃的矿山经治理修复后形成的可供开发使的土地资源、生态旅游公园、地质公园等，可以作为一种资产。通过矿山企业与政府部门合作，吸纳社会资本参与到矿山治理修复过程中。除此之外，还应积极地探索多种资金模式，保障修复资金的到位，给矿山修复提供坚实地资金支持。
4.3 缺乏统一规划
矿山修复是一项综合性很强的工程，需要在前期开展科学的规划和设计，对修复的矿区进行详细调查，了解矿山周边的环境、气侯情况，并结合当地的交通环境以及经济发展情况，有针对性地制定修复方案，使修复后的矿山与周边环境及发展定位协调统一，避免成为作用单一、脱离实际的修复案例。但由于矿山所属主体责任单位不同，在实际工作开展时，往往容易形成一个矿山一个治理修复方案的局面，同一区域的不同矿山独立实施修复，使得修复后的矿山在生态功能和产业功能上大同小异，缺乏针对性和差异化，无法有效结合成有机的整体，发挥整体效益。
4.4 缺乏效益评估体系、标准
矿山修复的效果，目前缺乏相应的评价指标和体系，无法对修复技术及效果进行针对性的、专业的评价。探索矿山生态效益评估计算方法，建立完整、科学、实用的生态效益评估体系，对矿山治理修复效果进行评价，计算治理修复所产生的生态功能价值，可以使矿山治理修复效果更直观、科学，有利于推动矿山修复的规范化。未来以政府发布的环保政策为导向，更多相关学科专业学者从事专门的研究，不断丰富和完善矿山修复相关的评价体系，总结实际治理修复过程中的经验和方法，促进形成规范的矿山治理修复相关的标准。矿山治理修复相关法规及标准体系的建立，有助于推动实现矿山治理修复工作的持续良好发展。
矿山开采带来的一系列地质问题、环境问题需要积极地应对和治理，修复工作是积极响应我国生态文明建设的举措，矿山经过治理修复后，消除了地质灾害隐患，被压覆和挖损的山林山地恢复原貌，损坏的山体重新种上绿植，水土流失减少，矿区生态逐步得到恢复，给当地带来生态效益、经济效益，这对于生态环境建设有着重要的意义。通过矿山修复治理措施的研究，探索可行的治理方式，有助于矿山生态环境治理和修复。修复工程涉及水利，地质，环保等多学科，要充分结合学科理论，注意将不同的措施方法相结合，针对矿区实际情况采取合理的治理修复措施，才能更好地达到生态修复的目标，起到较好的综合治理效果。
目前的矿山治理修复过程中还存在着一些问题需要去解决，需要政府、企业以及专家学者等从多维角度共同去思考和应对，积极推动矿山修复工作向规范化、科学化、专业化的方向发展。
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