礦山修復(fù)技術(shù)的魅力

發(fā)布日期：2021-8-2

在礦山開(kāi)采過(guò)程中，大量土地因失去利用價(jià)值而成為廢棄地，如露天采場(chǎng)、廢石場(chǎng)、尾礦庫(kù)、塌陷區(qū)等。礦山修復(fù)，就是對(duì)礦業(yè)廢棄地污染進(jìn)行修復(fù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)土地資源的再次利用。在自然條件下，礦山廢棄地經(jīng)過(guò)自然演替恢復(fù)生境大約需要上百年。因此，通過(guò)人工干預(yù)恢復(fù)礦山廢棄地的生態(tài)環(huán)境顯得尤為必要?？梢哉f(shuō)，礦山生態(tài)修復(fù)既是緩解土壤流失、荒漠化的重要步驟之一，也是通過(guò)礦山生態(tài)修復(fù)及改造利用，挖掘其蘊(yùn)含的價(jià)值重要手段之一。

    目前，隨著世界各國(guó)對(duì)于生態(tài)環(huán)境的重視，很多國(guó)家紛紛注重礦山的修復(fù)工程，加大礦區(qū)的生態(tài)建設(shè)。據(jù)了解，在國(guó)內(nèi)外針對(duì)礦山改造的成功案例很多，綜合其不同功能與特性，歸納主要有以下7種類(lèi)型：生態(tài)恢復(fù)類(lèi)、博物資源利用類(lèi)、旅游開(kāi)發(fā)類(lèi)、復(fù)墾造田類(lèi)、引水造湖類(lèi)、垃圾處理廠(chǎng)類(lèi)、倉(cāng)儲(chǔ)類(lèi)。其中，生態(tài)恢復(fù)類(lèi)、旅游開(kāi)發(fā)類(lèi)占據(jù)礦山修復(fù)案例的一半以上，具有較高的修復(fù)價(jià)值。實(shí)踐中，廢棄采石場(chǎng)的改造主要是在其自身的土地資源以及獨(dú)特的自然景觀(guān)的基礎(chǔ)上加入人文景觀(guān)元素，在修復(fù)生態(tài)的同時(shí)將其改造成濕地公園、生態(tài)公園、城市公園等旅游景區(qū)。
    (一)
    上個(gè)世紀(jì)初，西方發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)始了采石場(chǎng)生態(tài)修復(fù)的相關(guān)工作。英、美、澳等發(fā)達(dá)國(guó)家采礦歷史久遠(yuǎn)，最初研究恢復(fù)生態(tài)學(xué)主要是集中在對(duì)采礦后遺留的廢棄地植被的恢復(fù)，美國(guó)在1971年的礦山土地復(fù)墾率為79.5%。美國(guó)土地復(fù)墾的理念主要強(qiáng)調(diào)能夠恢復(fù)為破壞之前的狀態(tài)，要求使農(nóng)田和森林恢復(fù)原狀，要求控制水蝕和有毒物的沉積;保證地表不變和地下水位維持原有水平;保持表土仍在原位置;注重有害和酸性物的預(yù)防和治理;防止堆積物產(chǎn)生滑坡等災(zāi)害。德國(guó)自1940年開(kāi)始，在采礦過(guò)程中極其注意最大程度地減少破壞生態(tài)環(huán)境，開(kāi)采后進(jìn)行的復(fù)墾不單是種樹(shù)或整地，而是從宏觀(guān)上考慮生態(tài)的變化以及居民對(duì)環(huán)境的要求。法國(guó)由于人口稠密、工業(yè)發(fā)達(dá)，首先在不改變農(nóng)林面積的前提下，防止污染并恢復(fù)生態(tài)的平衡。法國(guó)非常重視在露天排土場(chǎng)進(jìn)行植草并促進(jìn)土壤的活化，經(jīng)過(guò)一定的復(fù)墾后變成新農(nóng)田。澳大利亞政府重視恢復(fù)廢棄礦區(qū)，并嚴(yán)管生產(chǎn)礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，堅(jiān)持走可持續(xù)生態(tài)礦業(yè)之路，實(shí)行多專(zhuān)業(yè)聯(lián)合投入，并引入許多新計(jì)算機(jī)技術(shù)，現(xiàn)在已將復(fù)墾作為開(kāi)采工藝的一部分。在美國(guó)和澳大利亞等國(guó)家，目前引用的現(xiàn)代3S技術(shù)和其他新技術(shù)、新理念在生態(tài)恢復(fù)中已得到廣泛應(yīng)用。生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)也不僅僅是種樹(shù)種草，而是建立一個(gè)能夠進(jìn)行自我維護(hù)、運(yùn)行良好的完整生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)。
    英國(guó)和美國(guó)最早產(chǎn)生了工程綠化技術(shù)，1940年初，一些歐美國(guó)家為防止坡地雨水侵蝕發(fā)明了植物盆、液壓噴播等技術(shù);英國(guó)發(fā)明了植物種子噴播和噴射乳化瀝青技術(shù)，日本在1958年多次試驗(yàn)后開(kāi)發(fā)出了比較實(shí)用的噴射綠化技術(shù)。1973年，日本開(kāi)發(fā)出了纖維土綠化方法，通過(guò)混合纖維、砂質(zhì)土和泥，并呈臺(tái)階型噴射。1960年后，一些發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始研制邊坡綠化技術(shù)，結(jié)合工程和植被，比如水平格、植生袋綠化和客土植草技術(shù)，最后發(fā)展為噴混植生技術(shù)。
    (二)
    我國(guó)對(duì)礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)的研究起步較晚。上世紀(jì)60年代，我國(guó)開(kāi)始了礦山復(fù)墾實(shí)踐，大多是在廢石場(chǎng)或閉庫(kù)的尾礦庫(kù)上進(jìn)行簡(jiǎn)單的平整和覆土綠化。由于礦山廢棄地受其生態(tài)環(huán)境惡劣、基質(zhì)有毒、缺乏土壤等因素限制，其復(fù)墾率還停留在較低水平。隨著我國(guó)礦山復(fù)墾工作的逐步推進(jìn)，礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研究也得到廣泛關(guān)注，上世紀(jì)90年代以后初步形成一定規(guī)模。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提升，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注廢棄礦山的生態(tài)修復(fù)及改造利用。研究領(lǐng)域主要集中在煤礦廢棄地和有色金屬尾礦庫(kù)植被覆蓋等。目前國(guó)內(nèi)對(duì)礦區(qū)廢棄地的研究主要是與土地開(kāi)發(fā)、土地整理相結(jié)合的研究，根據(jù)實(shí)際情況將廢棄礦山開(kāi)發(fā)改造成工業(yè)用地、耕地、旅游景觀(guān)和旅游用地、倉(cāng)儲(chǔ)用地、養(yǎng)殖用地、軍事用地或綠地。
    礦山環(huán)境問(wèn)題因?yàn)榈V產(chǎn)資源的不同，其廢棄礦山的治理關(guān)鍵也不相同。煤礦廢棄地的環(huán)境問(wèn)題為采空區(qū)、塌陷區(qū)、煤矸石堆等，其治理關(guān)鍵是對(duì)采空區(qū)的治理和對(duì)煤矸石堆的處理;有色金屬礦山如銅礦、鉛鋅礦，其治理除了礦坑的治理，還要對(duì)廢棄渣堆進(jìn)行化學(xué)處理，防治廢渣堆等通過(guò)雨水的淋漓作用污染附近的土壤和地下水;廢棄采石場(chǎng)則主要進(jìn)行滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的防治以及植被的恢復(fù)。
    廢棄采石場(chǎng)作為礦山廢棄地的一種，其恢復(fù)治理過(guò)程應(yīng)為：廢棄采石場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)查→恢復(fù)治理總體規(guī)劃→地質(zhì)災(zāi)害防治→不穩(wěn)定邊坡、廢氣坑、礦坑等的治理→植被恢復(fù)。
    如今，礦山的生態(tài)修復(fù)工作正在我國(guó)各個(gè)地方有序而廣泛地開(kāi)展。在收獲不錯(cuò)效果的同時(shí)，我國(guó)也積極探尋新的礦山修復(fù)模式，多借鑒國(guó)內(nèi)外代表性的修復(fù)工程，使礦山修復(fù)的工程由簡(jiǎn)單而純粹的植被恢復(fù)到新興的產(chǎn)業(yè)靠近轉(zhuǎn)變。依據(jù)城市的規(guī)劃建設(shè)，在城市的郊區(qū)邊緣，選擇適宜的礦山廢棄地采取因地制宜的方式建設(shè)礦山遺址公園、生態(tài)示范公園、游園等多種類(lèi)型的景觀(guān)，不僅可以使礦山廢棄地得以重新利用，同時(shí)也為城市的建設(shè)多添一處?kù)n麗的風(fēng)景線(xiàn)，賦予了這座城市更多的文化內(nèi)涵。
    (三)
    在金屬礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)過(guò)程中，植物修復(fù)被認(rèn)為是應(yīng)用前景最好的技術(shù)?；|(zhì)改良技術(shù)是從根本上改變植物生長(zhǎng)的限制因子，是植物修復(fù)的先決條件，而微生物修復(fù)技術(shù)又能提高植物的修復(fù)作用。
    目前，金屬礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研究大多是在溫室盆栽、小規(guī)模試驗(yàn)地進(jìn)行的，由于不同區(qū)域、不同類(lèi)型金屬礦山的廢棄地差異性較大，將這些技術(shù)用于實(shí)地修復(fù)時(shí)往往由于環(huán)境因子、立地條件發(fā)生改變而達(dá)不到預(yù)期效果。這就需要開(kāi)展礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)效益評(píng)價(jià)體系的研究，從而為合理選擇生態(tài)修復(fù)技術(shù)提供支撐。
    金屬礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要有：一是基質(zhì)改良技術(shù)?；|(zhì)改良是生態(tài)修復(fù)的前提條件。物理改良主要包括表土回填、客土法等?；瘜W(xué)改良用于多數(shù)金屬礦山廢棄地修復(fù)，對(duì)于堿性廢棄地，宜采用硫酸亞鐵、碳酸氫鹽和石膏等進(jìn)行改良。二是植物修復(fù)技術(shù)。植物修復(fù)是礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)中應(yīng)用前景最好的技術(shù)。通過(guò)在廢棄地上建立適宜、穩(wěn)定的植物群落，不僅可以有效控制廢棄地的各種污染，改善受損的生態(tài)環(huán)境，還可以利用植被恢復(fù)的更新、促進(jìn)作用，逐漸恢復(fù)土地的功能，改良和美化景觀(guān)，增加生物多樣性，最終使生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)入良性循環(huán)狀態(tài)。植物修復(fù)技術(shù)包括植物提取技術(shù)和植物穩(wěn)固技術(shù)。三是微生物修復(fù)技術(shù)。微生物修復(fù)技術(shù)是通過(guò)對(duì)廢棄地的建植植物接種菌根，利用根際微生物活動(dòng)，改良土壤微環(huán)境的同時(shí)，改善植物營(yíng)養(yǎng)條件，促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育，從而對(duì)廢棄地進(jìn)行生態(tài)修復(fù)的一種技術(shù)。四是輔助修復(fù)技術(shù)。針對(duì)礦山廢棄地的特征，除了采取必要的生態(tài)修復(fù)技術(shù)外，還需要輔助一些如邊坡穩(wěn)定、截排水措施等，才能達(dá)到生態(tài)修復(fù)的最佳效果?！?/span>
    國(guó)內(nèi)外礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)典型
    目前，在國(guó)內(nèi)外針對(duì)礦山改造的成功案例很多，有著不同功能與特性。由于國(guó)外城鎮(zhèn)基礎(chǔ)建設(shè)起步較早，采石場(chǎng)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題發(fā)生較早，也較為嚴(yán)重，因此對(duì)采石場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)的研究與實(shí)踐相應(yīng)也更為深入。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)廢棄采石場(chǎng)的恢復(fù)治理工作研究和探索的實(shí)踐不斷涌現(xiàn)。
    1.日本國(guó)營(yíng)明石海峽公園
    日本國(guó)營(yíng)明石海峽公園原來(lái)是一處大型采石采砂場(chǎng)，裸露山體范圍達(dá)140平方公里左右。20世紀(jì)80年代開(kāi)始，該島所在的兵庫(kù)縣委托著名設(shè)計(jì)師安藤忠雄進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，并成立綠化專(zhuān)家委員會(huì)，進(jìn)行植被恢復(fù)。其規(guī)劃強(qiáng)調(diào)恢復(fù)自然的狀態(tài)，形成良好的景觀(guān)和創(chuàng)造為人服務(wù)的游憩空間，其主題是“使園區(qū)得到生命的回歸”。整體目標(biāo)首先是治愈山體幾十年來(lái)被開(kāi)采留存的傷痕，具體包括在基巖上固定蜂窩狀的立體金屬板網(wǎng)，灌入新土后覆以草簾，以涵養(yǎng)水分。同時(shí)，公園還要成為區(qū)域的服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，包括國(guó)際會(huì)議中心、星級(jí)旅館、大型溫室、露天劇場(chǎng)等設(shè)施創(chuàng)造面向未來(lái)的休閑場(chǎng)所。
    2.法國(guó)Biville采石場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)
    法國(guó)Biville采石場(chǎng)具有尺度大、高差大、生態(tài)退化嚴(yán)重的特點(diǎn)，在改造中保留場(chǎng)地的工業(yè)痕跡，將其轉(zhuǎn)化為新景觀(guān)結(jié)構(gòu)中有特色、標(biāo)志性的場(chǎng)所，體現(xiàn)出對(duì)所在地歷史文脈的尊重。
    Biville采石坑是一道450米長(zhǎng)、寬度均勻的直線(xiàn)型裂縫，呈45度的邊坡貧瘠而凹凸不平，落差為20~40米。設(shè)計(jì)師將其建成具有3.5平方千米湖泊的休閑區(qū)。其理念是不應(yīng)刻意掩飾石料開(kāi)采過(guò)程遺留的痕跡，而是將其作為場(chǎng)地特征保留，只需確保最佳地點(diǎn)的連貫性以便于生態(tài)系統(tǒng)的自然恢復(fù)，然后再引入一些植被使廢棄采石場(chǎng)恢復(fù)到一種自然狀態(tài)。改造措施包括設(shè)計(jì)了一系列引導(dǎo)水流的設(shè)施和設(shè)備，使其匯聚到谷底形成湖泊。
    3.上海天馬山世茂深坑酒店
    作為全球首個(gè)建在廢石坑里的酒店，位于上海佘山的世茂深坑酒店無(wú)疑是個(gè)奇特的工程，建造方式、建筑結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)建筑的要求均大不相同，建成后或成為世界上海拔最低的酒店，被稱(chēng)為世界建筑奇跡?！吧羁泳频辍蔽挥谏虾Ｋ山瓏?guó)家風(fēng)景區(qū)佘山腳下，是一座深達(dá)80米的廢棄大坑，該深坑原系采石場(chǎng)，經(jīng)過(guò)幾十年的開(kāi)采，形成一個(gè)周長(zhǎng)千米、深百米的深坑。世茂集團(tuán)充分利用了深坑的自然環(huán)境，極富想象力地建造一座五星級(jí)酒店，整個(gè)酒店與深坑融為一體，相得益彰，是人類(lèi)建筑史上的奇跡，也是自然、人文、歷史的集大成者。
    4.黃石國(guó)家礦山公園
    黃石國(guó)家礦山公園位于湖北省黃石市鐵山區(qū)境內(nèi)，“礦冶大峽谷”為黃石國(guó)家礦山公園核心景觀(guān)，形如一只碩大的倒葫蘆，東西長(zhǎng)2200米、南北寬550米、最大落差444米、坑口面積達(dá)108萬(wàn)平方米，被譽(yù)為“亞洲第一天坑”。
    大冶鐵礦東露天采場(chǎng)形成了世界第一高陡邊坡。為了治理生態(tài)環(huán)境，該礦投資數(shù)千萬(wàn)元形成了亞洲最大的硬質(zhì)巖復(fù)墾基地。在黃石國(guó)家礦山公園設(shè)計(jì)中，通過(guò)生態(tài)恢復(fù)的景觀(guān)設(shè)計(jì)手法來(lái)恢復(fù)礦山自然生態(tài)和人文生態(tài);將礦區(qū)的“十大亮點(diǎn)”與公園建設(shè)“無(wú)縫對(duì)接”，把公園開(kāi)發(fā)建設(shè)的著眼點(diǎn)放在弘揚(yáng)礦冶文化、再現(xiàn)礦冶文明、展示人文特色、提升礦山品位、打開(kāi)旅游新路上，定位于“科普教育基地、科研教學(xué)基地、文化展示基地、環(huán)保示范基地”;充分展示了具有數(shù)千年悠久歷史的中國(guó)礦業(yè)文化，為人們提供了一個(gè)集旅游、科學(xué)活動(dòng)考察和研究于一體的場(chǎng)所，實(shí)現(xiàn)了人與自然和諧共處、共同發(fā)展的主題。
    5.英國(guó)伊甸園
    英國(guó)伊甸園位于英國(guó)康沃爾郡，所在地原是當(dāng)?shù)厝瞬删蛱胀吝z留下的巨坑。英國(guó)伊甸園是世界上最大的單體溫室，匯集了幾乎全球所有的植物。
    在巨型空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的溫室萬(wàn)博館里，形成了大自然的生物群落。伊甸園是圍繞植物文化打造，融合高科技手段建設(shè)而成的，以“人與植物共生共融”為主題，以“植物是人類(lèi)必不可少的朋友”為建造理念，具有極高科研、產(chǎn)業(yè)和旅游價(jià)值的植物景觀(guān)性主題公園。伊甸園本身就是一個(gè)節(jié)能環(huán)保的典范，實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)已經(jīng)受到工業(yè)污染和破壞的地區(qū)重建一個(gè)自然生態(tài)區(qū)?！?/span>
    北京市首云鐵礦生態(tài)修復(fù)
    基本情況
    項(xiàng)目位于北京密云縣巨各莊鎮(zhèn)，占地面積2.5平方千米，分為開(kāi)采區(qū)、排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)、工業(yè)場(chǎng)地、運(yùn)輸線(xiàn)路和生活區(qū)等六個(gè)區(qū)域，其中在開(kāi)采區(qū)、排土場(chǎng)、尾礦庫(kù)形成了大量裸露邊坡。
    存在問(wèn)題
    1.開(kāi)采區(qū)山高坡陡，風(fēng)化嚴(yán)重，有浮石，穩(wěn)定性極差。
    2. 尾礦庫(kù)坡面礦尾砂重金屬含量高，質(zhì)地疏松，沒(méi)有植物生長(zhǎng)土壤條件。
    3. 排土場(chǎng)土壤貧瘠，保水保肥能力較差。
    主要技術(shù)
    1.VRT基盤(pán)修塑植被恢復(fù)技術(shù)。包括植生基材噴附技術(shù)、生態(tài)植被毯技術(shù)、生態(tài)植被袋技術(shù)、生態(tài)灌漿技術(shù)、垂直巖面種植槽穴植被恢復(fù)技術(shù)和土壤改良技術(shù)。
    2.生態(tài)對(duì)位配置技術(shù)?？紤]植物多樣性、季節(jié)性、鄉(xiāng)土性，灌、草、花、攀相結(jié)合，營(yíng)造季節(jié)的不同景觀(guān)，并實(shí)現(xiàn)接近自然的生態(tài)治理。
    施工工藝
    1.開(kāi)采區(qū)生態(tài)修復(fù)：垂直坡面采用種植槽穴植被恢復(fù)技術(shù)，裂隙坡面采用植生基材噴附結(jié)合植苗綠化修復(fù)技術(shù)，對(duì)于坡度大于60度的坡面采用錨桿固定、掛格柵網(wǎng)、植生基材噴附、鋪設(shè)生態(tài)植被毯技術(shù)，幫坡平臺(tái)采用苗木種植結(jié)合平臺(tái)攔擋技術(shù)。
    2.尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)：采用鋪面整理、土壤改良、鋪設(shè)生態(tài)植被毯技術(shù)。
    3.排土場(chǎng)生態(tài)修復(fù)：采用植生基材噴附、生態(tài)灌漿技術(shù)，營(yíng)造植物生長(zhǎng)基盤(pán)技術(shù)。
    修復(fù)效果
    礦區(qū)擾動(dòng)土地治理達(dá)到95%以上，水土流失總治理度達(dá)94%以上，土壤流失控制比在0.4~1.3之間，攔渣率達(dá)到98%以上，林草植被恢復(fù)率達(dá)98%以上。同時(shí)，林草覆蓋率達(dá)31%以上。