代宏文

(北京礦冶研究總院，北京 100044)

近十年來，我國礦山開發(fā)發(fā)展迅猛，礦業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位、作用直線上升，吸引的資本無論增幅還是增速度是前幾十年不能比擬的，生產(chǎn)的多種金屬成品量不少品種躍居或穩(wěn)居世界名列前茅。作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)——礦山開采業(yè)的經(jīng)濟貢獻令人注目。

在我國生活水平不同程度提高的條件下，對自身生存環(huán)境的關(guān)注度和要求空前提高。身邊的礦業(yè)資源既要帶來經(jīng)濟和實惠，又不導(dǎo)致山清水秀的自然環(huán)境變味、消失。我們正在經(jīng)歷礦山經(jīng)濟快速發(fā)展與礦山環(huán)境惡化矛盾挑戰(zhàn)的重要階段。

可持續(xù)發(fā)展的礦業(yè)經(jīng)濟，必須直面這一矛盾的挑戰(zhàn)。使環(huán)境問題前移，成為決策礦業(yè)開發(fā)與否的主要依據(jù)之一，成為礦業(yè)開發(fā)全程的關(guān)注重點和制約點。

礦山開發(fā)究竟會給所在環(huán)境帶來哪些問題？

1 礦山開發(fā)的環(huán)境問題

金屬礦山開發(fā)的環(huán)境問題類別見圖1。

圖1 環(huán)境問題類別圖

2 礦山開發(fā)中環(huán)境危害

本文擬用三個礦山開發(fā)實例，說明給所在地帶來的環(huán)境問題，并說明產(chǎn)生的環(huán)境危害程度。

2.1 開發(fā)實例

(1)實例1： 一個露天開采多金屬礦山的開發(fā)

建設(shè)規(guī)模：處理原礦量870萬t/a

服務(wù)期：30a

消耗水量：約8萬m3/d

占用土地：900hm2以上

排放尾礦量：約800萬t/a

排放廢石量：約2000萬t/a

最終形成露天采坑面積：200hm2以上,采坑深度達地表以下520m，總深度600m以上。

最終形成廢石堆場：占地280hm2,堆場高度達80m以上。

最終形成堆浸場：高度50m以上

采取治理措施后排放煙粉塵：160t/a,二氧化硫300 t/a

造成林木損失：7200m3,草損失6000t/a

用于礦山復(fù)墾恢復(fù)的費用：約1.5億元

(2)實例2：一個堆浸金礦山的開發(fā)

建設(shè)規(guī)模：處理原礦量500萬t/a

服務(wù)期：9a

消耗水量：約1萬m3/d

占用土地：585hm2以上

排放尾礦量：約4100萬t

排放廢石量：11000萬t

最終形成露天采坑5個，面積共有：91hm2以上,5個采坑深75～257m，最深采坑深度達地表以下257m

最終形成廢石堆場：4個，占地190hm2

最終形成堆浸場：2個，占地130hm2以上

采取治理措施后排放煙粉塵：320t/a,二氧化硫50 t/a以上

造成植物損失： 640t/a

用于礦山復(fù)墾恢復(fù)的費用：～0.6億元；

(3)實例3：一個大型露天鐵礦的開發(fā)

建設(shè)規(guī)模：處理原礦量2200萬t/a

服務(wù)期： 30年以上

消耗水量：3000萬m3/a

占用土地：3070hm2以上

排放尾礦總量：約7億t以上

排放廢石總量：約17.7億t

最終形成露天采坑面積：390hm2,采坑深度達地表以下360m

最終形成廢石堆場：占地1100hm2

采取治理措施后排放煙粉塵：494 t/a,二氧化硫400 t/a

造成林木損失：18000m3,草損失12000t/a

用于礦山復(fù)墾恢復(fù)的費用：約1億元。

2.2 實例分析

各礦山開發(fā)實例表明，各工業(yè)場地占總用地比例見表1。

表1 六偏磷酸鈉用量對鉛礦物浮選指標的影響/%

由上述實例分析可以看出，雖然礦山金屬礦類型各異、規(guī)模不同、處理工藝區(qū)別，潛在礦山開發(fā)中類似的環(huán)境影響程度如下：

萬噸礦量占地分別為1.04hm2、1.2hm2、1.4 hm2

噸礦量用水3.2t、0.7t、1.4t

噸礦量產(chǎn)廢：尾礦0.92t、0.91t、0.80t

噸礦量產(chǎn)廢：廢石2.3t、2.4t、2.0 t

噸礦量排污：粉塵0.006t、0.02t、0.224t

噸礦量植物損失：0.3t、0.04t、0.2 t

3 礦山開發(fā)中的生態(tài)修復(fù)

3.1 生態(tài)修復(fù)任務(wù)

礦山生態(tài)修復(fù)的主要任務(wù)，是在目前技術(shù)經(jīng)濟水平的條件下，將受到開發(fā)影響的主要環(huán)境問題，通過科學、系統(tǒng)的生態(tài)修復(fù)工程和長期的生態(tài)撫育措施，使被破壞的、受損的礦山環(huán)境功能逐步恢復(fù)，使之生態(tài)環(huán)境自身可持續(xù)良性發(fā)展，逐步形成自我維持的繁衍生態(tài)平衡體系。礦山的主要生態(tài)修復(fù)對象包括：露天采礦場地、地下開采的采動影響區(qū)、排土場、選礦尾礦庫、堆浸場、輸送管線填埋區(qū)、道路、各工業(yè)場地等。

3.2 生態(tài)修復(fù)的時序

礦山生態(tài)修復(fù)的時期，目前傳統(tǒng)的是在開采完成后再來修復(fù)。隨著復(fù)墾工作的深入，和對礦業(yè)開發(fā)歷程的理解，正確的復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)活動，應(yīng)伴隨礦山全部開發(fā)過程，實施全程動態(tài)恢復(fù)。也就是生態(tài)恢復(fù)工作，應(yīng)貫穿在礦山建設(shè)期、運營期和關(guān)閉期，以及后延的生態(tài)撫育期的全部開發(fā)過程。伴隨生產(chǎn)時序，實施及時的復(fù)墾工程，恢復(fù)措施，使其被破壞的工業(yè)場地得以科學的、及時地恢復(fù)。

3.3 生態(tài)修復(fù)的內(nèi)容

礦區(qū)不同的開發(fā)階段，蘊含著不同的生態(tài)修復(fù)重點內(nèi)容。在礦山基本建設(shè)階段，礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)的主要方面，是礦山開拓階段形成的道路、邊坡、受影響的場地，表土的剝離、貯存和保護，場地恢復(fù)的規(guī)劃設(shè)計，植被品種的選擇及小區(qū)試驗、設(shè)計，恢復(fù)工程材料的篩選和獲取。

在礦山運營階段，應(yīng)按開發(fā)建設(shè)時序，在運營期長達10～30年的范圍內(nèi)，可按工程進展劃分時間段，不同的時間段有不同的復(fù)墾生態(tài)恢復(fù)任務(wù)、對象。在尾礦庫、排土場、堆浸場、露天采礦場地，已經(jīng)最終完成的堆筑作業(yè)的邊坡、臺階、平臺或局部場地，應(yīng)是此階段的及時、動態(tài)安排復(fù)墾工程的重點。在大面積完成頂部平臺、沉積灘、臺階、道路等場地，應(yīng)集中安排復(fù)墾工程，生態(tài)恢復(fù)措施。

在接近開采完成或閉礦階段，應(yīng)重點完成各類場地的生態(tài)恢復(fù)工程，補充修復(fù)質(zhì)量不能保證正常成活場地的恢復(fù)工作。對于建有永久建筑的場地和設(shè)施，應(yīng)評估其質(zhì)量和依據(jù)需要決定保留和拆除。使即將關(guān)閉的礦區(qū)，保留的設(shè)施為當?shù)厮?，不能遺留污染場地。拆除的建構(gòu)筑物和設(shè)施，清理后根據(jù)最終的利用去向，實施復(fù)墾或利用，合理安排各得其所。

貫穿在各階段中的一項不可缺少的任務(wù)，是對已經(jīng)完成復(fù)墾生態(tài)恢復(fù)的場地和區(qū)域，實施持續(xù)幾年的生態(tài)撫育和跟蹤，確?；謴?fù)修復(fù)的質(zhì)量，實現(xiàn)生態(tài)修復(fù)取得可持續(xù)、自我維持的良性循環(huán)機制。

經(jīng)過人工強化的復(fù)墾工程，生態(tài)修復(fù)等措施，經(jīng)過幾年、十幾年的生態(tài)循環(huán)和演替，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)一定可以逐漸朝著恢復(fù)到采前的生態(tài)環(huán)境發(fā)展。

4 礦區(qū)主要生態(tài)修復(fù)技術(shù)

4.1 采礦區(qū)生態(tài)修復(fù)

露天礦采場開采后，多形成坡度陡的巖石邊坡，以及寬度不大的臺階。凹陷露天坑底部，常有積水，應(yīng)因地制宜的開展采區(qū)以臺階為主的復(fù)墾工程，覆蓋300～500mm的表土，種植草灌為主的鄉(xiāng)土品種，有條件的邊坡可噴植植被層，合理安排復(fù)墾區(qū)的保水和排水。對周邊的植林防護林帶和露天采區(qū)的景觀，進行總體設(shè)計和實施。

4.2 排土場復(fù)墾

排土場復(fù)墾技術(shù)，包含單一廢石堆場的復(fù)墾技術(shù)。作為金屬廢棄堆場的排土場，常為酸性排土場，這類堆場生態(tài)復(fù)墾的特殊性，是硫化礦物的廢石，酸度常在pH1～2或更低， 常規(guī)技術(shù)復(fù)墾植被難以正常生長。因此，需要處置酸性污染后才可建立植被。近十多年來，國內(nèi)外對此類堆場的治理做過大量的實驗研究，示范工程發(fā)展也很快，出現(xiàn)了從源頭治理工程，以及堆存后的治理工程的兩種不同的治理程序和效果。其中，源頭治理措施，主要是通過對廢棄物產(chǎn)酸特性、產(chǎn)酸潛勢研究后，提出防止措施和實施酸性控制工程，以及氣候生態(tài)恢復(fù)工程。堆存后的治理工程，重在場地酸性的去除，建立人工植被層。國內(nèi)暢行的是后者。主要是難以實現(xiàn)酸性物排放和治理時序的科學結(jié)合，而在廢棄堆體形成后，多只能按處理生長基質(zhì)酸性設(shè)計恢復(fù)生態(tài)工程。從源頭研究產(chǎn)酸機制、采用控制產(chǎn)酸過程、防止酸性產(chǎn)生措施的研究，本領(lǐng)域的研究在國內(nèi)尚未有成熟的技術(shù)和規(guī)模工程化治理。

4.3 尾礦庫復(fù)墾

尾礦庫植被恢復(fù)的技術(shù)難點是尾砂粒徑粗、沒有土壤的團粒結(jié)構(gòu)，內(nèi)聚力極低、持水能力差、營養(yǎng)成分低下，甚至存在不同程度的有毒有害成分，植被品種賴以生存的微生物幾近為零，風蝕嚴重，晝夜溫差大尾砂極端溫度可達50℃以上等惡劣生境。

在查明、確定礦山廢棄的廢石、尾礦、廢渣堆場等污染物處置完成后，可進行礦山各類廢棄堆場的復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)工程，完成最終堆場穩(wěn)定化和生態(tài)化處置。

在本領(lǐng)域先進、成熟的技術(shù)，是尾礦庫有土復(fù)墾的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)和無土復(fù)墾生態(tài)恢復(fù)技術(shù)。該技術(shù)是針對有色金屬礦山尾礦的專業(yè)技術(shù)，具有針對性符合所在地自然特點、場地及邊坡穩(wěn)定性好、復(fù)墾后場地穩(wěn)定符合安全要求，植被覆蓋度高，在缺乏土壤的地區(qū)可實施無土覆蓋復(fù)墾生態(tài)恢復(fù)工程。相對一般復(fù)墾技術(shù)相比，該復(fù)墾技術(shù)成本低、綜合復(fù)墾工程質(zhì)量為前沿水平。該技術(shù)成功實現(xiàn)了尾礦庫邊坡上不需要覆土直接建立植被層，實現(xiàn)邊坡穩(wěn)定，水土流失控制達到90%以上，為缺乏土源的地區(qū)提供了行之有效的植被穩(wěn)定邊坡的復(fù)墾生態(tài)恢復(fù)技術(shù)，受到業(yè)主單位的歡迎，推廣潛力巨大。

本尾礦庫復(fù)墾技術(shù)，還包括鋁土礦尾礦-赤泥堆場復(fù)墾生態(tài)恢復(fù)技術(shù)。該技術(shù)必須解決強堿性介質(zhì)、邊坡坡度大、基質(zhì)堅硬、建立植被難以成活等問題。

4.4 廢石邊坡復(fù)墾技術(shù)

國內(nèi)對石質(zhì)邊坡實施生態(tài)防護始于20世紀80年代中期，90年代后期得到了迅速發(fā)展。由于石質(zhì)邊坡的特殊立地條件，土質(zhì)邊坡植被護坡常用的技術(shù)，如液壓、固相噴播技術(shù)、挖溝植草技術(shù)、植生帶技術(shù)及三維網(wǎng)綠化等技術(shù)并不適用。厚層基質(zhì)噴附技術(shù)，已經(jīng)成為我國坡面防護及植被恢復(fù)工程的一種常用技術(shù)，在全國各地得到普及推廣。厚層基質(zhì)噴附技術(shù)，是將人工配制的植物生育基質(zhì)與植物種子、防侵蝕材料等混合在一起，采用專用設(shè)備(噴射機)，通過高壓空氣將其噴射出去，附著在邊坡表面的一種植被建植方法。技術(shù)優(yōu)點：一是能在坡面上形成較厚的植物生長發(fā)育所需的有機質(zhì)層(7～15cm)；二是使植物種子有比較自然的發(fā)芽過程，保證噴撒的種子有較高的發(fā)芽率和存活率；三是噴播速度快；四是適用范圍廣；五是有效防止水土流失，植被覆蓋度達到85%。

目前，噴播技術(shù)廣泛的應(yīng)用于公路、鐵路以及部分廢棄采石場邊坡，技術(shù)相對成熟。而噴播技術(shù)應(yīng)用到采礦廢石堆場的研究還未見報道。將實用的噴播技術(shù)引進到采礦廢石堆場邊坡生態(tài)恢復(fù)，對全面實施礦山廢棄地的生態(tài)恢復(fù)，將起到推動作用。

4.5 全面防治污染和穩(wěn)定化的復(fù)墾技術(shù)

在長達25年的礦山復(fù)墾技術(shù)研究，以及現(xiàn)場治理和開展多項的復(fù)墾生態(tài)恢復(fù)示范工程研究領(lǐng)域?qū)嵺`中，北京礦冶研究總院在尾礦庫復(fù)墾、尾礦庫邊坡植被穩(wěn)定化技術(shù)、排土場復(fù)墾、酸性排土場和廢石堆場等數(shù)十項大型現(xiàn)場復(fù)墾工程的前期研究與復(fù)墾工程實施中，成功完成了大規(guī)?，F(xiàn)場治理和生態(tài)恢復(fù)，各類治理和生態(tài)恢復(fù)現(xiàn)場的累計面積達100ha以上。而且在實踐中，積累了大量應(yīng)用領(lǐng)域的實際可推廣的先進、實用技術(shù)，可在未來的復(fù)墾工程需要中發(fā)揮指導(dǎo)作用。

4.6 幾點收獲

在礦山復(fù)墾技術(shù)應(yīng)用研究與示范工程領(lǐng)域的研究與實踐中，礦山生態(tài)恢復(fù)是涉及多領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)的客觀需要，我們堅持多專業(yè)投入。在開展一個治理現(xiàn)場時，首先調(diào)查研究場地本身的穩(wěn)定性，通過堆場的地質(zhì)剖面和水文地質(zhì)計算，評估堆場邊坡的安全性，研究防治復(fù)墾區(qū)水污染的預(yù)測和預(yù)防途徑，研究適宜的、并尊重當?shù)孛癖娨庠傅膹?fù)墾區(qū)總體設(shè)計，建立植被的可行性方案對比論證，篩選適合當?shù)氐闹脖黄贩N，防止污染的基質(zhì)改良和改善結(jié)構(gòu)建立，以及實施方案的技術(shù)經(jīng)濟測算等。通過實踐，不但取得國家科學技術(shù)進步二等獎、多項部級科技成果二等獎、專利技術(shù)等顯著科技成果，受到現(xiàn)場的肯定和歡迎，而且形成了一支熱愛復(fù)墾專業(yè)、具有較廣泛的專業(yè)技能、在現(xiàn)場能吃苦并能長期堅持戰(zhàn)斗、能解決現(xiàn)場實際問題的專業(yè)技術(shù)隊伍。為在本領(lǐng)域承擔重任作了重要人員準備。

5 建 議

(1)礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工作，應(yīng)從礦山開發(fā)利用方案開始，同步納入礦山開發(fā)工程。與主體工程同步論證開發(fā)的可行性，同樣深度的同步設(shè)計。例如，開礦前預(yù)測廢石產(chǎn)酸、產(chǎn)污特性；鉛鋅礦開發(fā)，固廢處理預(yù)測鉛中毒；坐落在高產(chǎn)農(nóng)業(yè)區(qū)的礦山，預(yù)測開礦后可否再實現(xiàn)高產(chǎn)；利用大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，支持并幫助復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)方案的決策。

(2)礦山開發(fā)中被破壞的水系、土壤、固廢堆場、地形地貌等生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)單元，存在自然緊密地相關(guān)聯(lián)系。把礦山生態(tài)系統(tǒng)各單元作為一個整體，以其內(nèi)在相關(guān)因素和聯(lián)系，通盤考慮復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)方案的制定，多專業(yè)配合，多單位聯(lián)合，共同實施各自特長的技術(shù)，將獲得事半功倍效果。

[1] Yasumssa,Itakara,J.S.Eades etc.,Integrated Environmental Management,Lewis Publishers development,Information,and Education in the Asian-Pacific Region.

[2] Ming H Wong The Restoration and Management of Derelict Land.,Anthony Bradshaw World Scientific.

[3] Rao Q,Zhang L,Dai H,Case Study on The Ecological Technology of Mining Industry for The Sustainable Development. MLRER,326-331.2000.

[4] 武強，劉伏昌，等.礦山環(huán)境研究理論與實踐[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[5] 陳玉成.污染環(huán)境生物修復(fù)工程[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003.

[6] 孫鐵，李培軍，等.土壤污染形成機理與修復(fù)技術(shù)[M].北京：科學出版社，2005.