廢棄礦山中巖土工程修復的重要性和方法研究

王群峰

長期以來，我國在開發礦產資源時普遍存在重開發而輕保護的現象，從而產生了很多廢棄的礦山，使得地表環境受到了嚴重影響。在國土空間不斷開發、城市進程持續推進的背景下，修復廢棄礦山中巖土工程問題已然成為保護生態環境、挖掘潛在價值重要舉措。因此，相關部門應充分意識到廢棄礦山中巖土工程修復的重要性，深入研究修復方法，在降低環境污染、落實循環理念和綠色發展的同時，促進廢棄礦山持續發展。

1 廢棄礦山中巖土工程修復的重要性

①有助于生態環境的改善和生態文明的構建。近年來，開采礦山已然成為社會經濟迅猛發展的保障和基礎，但很多礦山不具備開采價值之后，就被隨意廢棄，最終破壞了當地的生態環境。因此，對廢棄礦山中巖土工程進行修復，可通過生態性修復技術來對其進行生態化、綠色化治理，促進生態環境的改善和生態文明的構建。②有助于旅游資源的合理開發和綠水青山目標的實現。在修復廢棄礦山中巖土工程時，可在借助生態性修復技術的基礎上，逐漸改善受破壞環境，在促進廢棄礦山綠色發展的同時，合理開發特色化旅游資源，為增加當地民眾收入提供有力保障。③有助于提高固碳增匯和節能減排的能力，實現綠色生產目標。在修復廢棄礦山中巖土工程時，不僅能切實落實低碳轉型的理念，而且能深入探索土地低碳開發、充分利用的模式，在修復的過程中巧妙融入綠色生活、低碳生產、節能用地等理念，從而提高固碳增匯和節能減排的能力，為有效改善生態環境奠定堅實基礎。

2 廢棄礦山中巖土工程常見問題及對環境的影響

2.1 常見問題

①巖土工程廢棄地。在開采礦山的過程中，極易產生各類廢渣、廢水和廢氣，若未對其進行妥善處理，則會嚴重污染、破壞礦區的土體，使其長期內得不到有效利用，從而形成廢棄地。同時，在進行礦采活動時，普遍存在碎石礦渣堆積、水土流失等現象，使得原生植物缺少生長必需條件，而形成廢棄地。另外，對廢水隨意排放，會導致礦區水體內含大量的鎘、銅、鉛等重金屬以及硫化物、氯化物等有毒物質，使得礦區的民眾、動植物無法正常生存。②巖土工程崩塌和危巖體。在開展采礦活動時，極易造成巖壁裸露、應力重不均勻分布等情況，加之受自然環境不斷侵蝕，最終局部的巖體出現松動而產生危巖體。倘若未采取有效措施及時治理，則部分巖體會出現崩塌，最終造成人員傷亡、經濟損失。③巖土工程不穩定的斜坡和滑坡。就廢棄礦山中巖土工程不穩定的斜坡和滑坡形成而言，包括很多復雜因素，常見的包括降雨引發土體強度下降、人工水體或自然水體浸潤、工程活動影響邊坡、自然因素等。鑒于滑坡有較大危害性，極易造成財產損失，甚至對當地居民生命安全造成威脅，因此對滑坡進行有效治理是修復關鍵內容之一。④巖土工程地裂縫。就地裂縫成因而言，包括滑坡、礦業活動擾動、地質災害次生損傷等。一般而言，在修復地裂縫時，往往通過強夯、抗滑樁、框格梁和深層的排水管等方式，以防出現地裂縫持續擴大的現象。

2.2 對環境的影響

2.2.1 重金屬擴散及污染

在金屬礦開采過程中，冶煉和冶煉都會產生大量的重金屬。如在開采、利用原生的硫化物質礦床時，由于長期的自然氧化和雨水淋濾，使含硫的礦石中含有較多的重金屬。除與溫度、種類、硫化礦物含量、反應時間有關之外，硫化礦物氧化反應的速率與水、氧氣、生物活動、鐵桿菌等因素有關，而酸性污水主要由天然的硫化礦物分解、風化、氧化、氣、酸、礦物、水等綜合反應生成。而酸性的廢水會使得廢棄物中重金屬發生活化、遷移，進而出現重金屬污染現象。同時，廢棄礦山巖土工程圍巖、礦石中鉻、砷鉛和鉈含量極高，在排土、運礦、采礦中極易造成塵埃性污染，使得礦區擴散出大量的重金屬。一般而言，硫化物在氧化時會釋放重金屬、H+、SO42-等，這是重金屬擴散到環境中的首要步驟，之后重金屬遷移則受到一系列化學反應、物理反應控制。通過一次廢渣和礦石淋濾實驗，發現 PH 值和溶出劑的含量對重金屬溶出量有很大的影響。此外，有關的調查也表明，植物可直接吸收土壤內水溶態鉈，從而淋溶進深層土壤；結合態硫化物鉈極易發生分解氧化，釋放出交換性的鉈從而遷移；結合態硅酸鹽鉈的活動性較弱，但若溫度、酸度等條件適宜，則會活化遷移至深層土壤中；在酸性條件下，碳酸鹽態、可交換態重金屬極易釋放，而提高了有毒元素釋放率。對多年開采的一些典型礦區進行了深入的研究，發現在廢棄礦井中沉積物和土壤中含有大量的重金屬。例如安徽沿河地區的多個含硫礦石，鐵、鎳、鉛、銅、鋅等元素的垂直運移，其所生成的次級礦物在低層的土壤中已經積累了較多的元素。而選礦廠和冶煉廠的土壤中存在著較多的重金屬元素。重金屬元素和常量元素的組合，使重金屬元素和常量元素的元素發生顯著的變化，從而導致了土壤的污染。而地表元素的淋濾、富集，會讓土壤出現不同程度鹽堿化現象，在長時間的作用下，不僅會嚴重影響農作物的生長和人體的健康，而且會致使多種地方疾病出現。

2.2.2 碎裂化景觀

在開展采礦活動時，無論是地下開采還是露天開采，都會不同程度改變地表景觀。一般而言，露天開采會在挖損土地的同時，對表土進行剝離，并堆放冶煉渣、粉煤灰、煤矸石和尾礦等，造成了地表植物的損傷。而在礦井中，由于采空區的存在，造成地面坍塌，造成地面建筑、橋梁、道路、管道等的損壞。因而，由于在廢棄礦井中進行的巖土施工，會使地表地表形態各異、千瘡百孔，從而對城市園林和生態系統的作用產生直接的影響。

2.2.3 水循環過程受破壞

在廢棄礦井中進行的巖土體施工不僅會造成植物的損害，還會使土壤的含水量減少，進而對地面的流量造成一定的影響，進而導致地下水的下滲。而且，在挖掘過程中，會引起地下水流動的變化，嚴重的話，還會導致河流的截流。作為水運輸關鍵通道，河流是礦區廢水排放直接的途徑，而河床則是阻礙行洪的關鍵因素。河岸的防護林、濕生植物、鄉土水生植物等植被帶則起著涵養水源和生境的作用，如果在硬化過程中受到了損害，將會對河水的生態效益產生直接的影響。

2.2.4 生物棲息環境受破壞

廢棄礦山中巖土工程極易破壞地區原生性生境，而降低了生物的多樣性。比如，大片的植物是區域的植物來源，但是由于開采活動的原因，造成了碎片化，形成了一些細小的碎片，這就會對森林的作用產生一定的干擾，阻礙了植物的遷移。與此同時，由于在廢棄礦井中進行的巖土施工，將會對當地的植被造成極大的損害，從而導致植被不斷地下移，從而導致物種數量和質量的下降，從而對物種的種類和數量產生一定的不利作用。

2.2.5 誘發災害

在廢棄礦井中，由于對地表植被的毀壞，水系紊亂，形成采空區，使土壤侵蝕更加嚴重，從而誘發山洪暴發、泥石流、荒漠加速等具有毀滅性的地質災害。研究表明，人為的損害是造成風沙的主要原因，采礦場地的露天地表是造成風沙的主要原因。比如房山區，號稱北京的五大城市，則是由于采礦活動極為嚴重而引發了沙塵暴，最終誘發嚴重性災害。因此，在修復廢棄礦山中巖土工程時，應加大對生態修復重視力度。

3 廢棄礦山中巖土工程修復方法

3.1 成立廢棄礦山管理機構

就目前而言，我國僅小型廢棄礦山就有20 萬座以上，且遍布于全國，以邊遠地區和欠發達的地區為主。此類廢棄礦山一般不具備保障性的安全措施，工藝相對落后，且存在嚴重的資源浪費現象，我國目前對此類廢棄礦山管理尚處于失控的狀態。同時，一項調查389 個廢棄鄉鎮礦山的結果顯示，其土地破壞現象極為嚴重，且生態恢復的效率極低。倘若無法有效管理這些廢棄礦山，則無法切實修復廢棄礦山中巖土工程。因此，相關部門可成立廢棄礦山管理機構，執法管理廢棄礦山中巖土工程，以確保有效落實國家相關政策、法規。

3.2 建立多樣化修復目標

就我國廢棄礦山中巖土工程修復而言，具備極為明顯的生態恢復功利性，農業較多，其次則為林業。倘若廢棄礦山中巖土工程修復之后的土地用于農業、林業生產，則需對其進行監測、風險評估，尤其是金屬礦山的復墾地，以保障有毒物質不會在食物鏈作用下富集、轉移。同時，很多復墾區有較多經濟作物、水果、蔬菜，但相應監測仍處于空白狀態，因此加大農作物重金屬跟蹤監測力度極為重要?；诖?，在修復廢棄礦山中巖土工程時，除將農業、林業定為其修復目標之外，還可將抵御水土流失、工業建筑、市政、娛樂、為動物生境提供生物保護等作為修復目標。

3.3 加大產業化修復力度

在修復廢棄礦山中巖土工程時，可將市場經濟的體制引入其中，以適宜政策作為平臺，以科技作為驅動力量，在借鑒美歐市場土地污染修復經驗的基礎上，通過市場競爭性機制與資金雄厚、技術先進企業合作，并由政府部門全面監督、驗收修復成果，從而加大廢棄礦山中巖土工程產業化修復力度。

3.4 加大薄弱環節研究力度

在廢棄礦井進行工程恢復時，既需要科學研究現場支持，又需要嚴格規劃，同時還需要植物學、生態學、工程學、生態學等多學科的綜合運用。雖然我國廢棄礦山中巖土工程修復研究已經涉及到多個方面，但仍存在較為薄弱的方面，具體體現在下述幾個方面：①規劃廢棄地的生態修復；②廢棄地的修復成功標準、修復評估；③廢棄地修復的實用性技術；④風險評估修復地農業用途。同時，就研究規模而言，我國10年以上長期性跟蹤研究的項目極少。故此，在修復廢棄礦山中巖土工程時，可加大薄弱環節研究力度和投入力度，為提高修復有效性、科學性提供有力保障。

3.5 構建廢棄礦山修復示范性工程

就現階段而言，我國對單個的廢棄礦山巖土工程修復案例研究相對較多，但對廢棄地重建面臨問題的研究相對較少。因此，在修復礦山廢棄巖土工程時，可根據廢棄地類型對其進行劃分，選取典型性廢棄礦山巖土工程修復案例作為示范性工程，在集中科研優勢和資金力量的基礎上，統一規劃修復中共性、關鍵性問題，讓其成為同類型的廢棄礦山巖土工程修復模式，從而提高修復可行性、針對性。

3.6 優化修復方法

在修復廢棄礦山中巖土工程時，可從植被自然修復、基質改良、修復技術三方面對修復方法進行優化，從而提高廢棄礦山中巖土工程修復質量。

3.6.1 植被自然修復

盡管在廢棄礦井的巖石工程中，植物的天然恢復過程十分遲緩，但是由于人工修復和植被不能適時地進行修復，因此其恢復具有現實的價值。如在張樹禮對植被自然入侵科屬、速度的研究中發現，在三年時間內，約有47 種植被入侵了廢棄礦山的采挖區。其中，第一年和第二年入侵植被種數占總數94%，而第三年只有三種植被入侵，占比6%。同時，相較周圍298 種自然植被，新群落種數比例占16%。相較當地原始植被，新植被特征有較大變化，種類相對單調，覆蓋度較小，且多年生的植物占比較低，是穩定性相對較差的一種植被群落。

3.6.2 基質改良

在應用基質改良對廢棄礦山中巖土工程進行修復時，可從化學肥料、有機性改良物、表土轉換、淋溶四個方面來優化修復方法。①化肥。綜上所述，在廢棄礦井中，由于缺乏鉀、磷、氮等肥料，因此，在利用這些肥料時，可以取得顯著、迅速的應用。因此，可通過少量多施速效肥料、選擇長效肥料等方式來有效修復廢棄地。若廢棄地PH 值過低或者過高，且金屬、鹽分含量較高時，需首先對土壤進行排毒，之后再將化學肥料施入土壤中；若廢棄地所含重金屬較高，可施用硫酸鈣、碳酸鈣，以減輕金屬的毒性；若存在冶煉廠有毒性廢物，如鉻酸鹽等，可選擇硫酸亞鐵降低毒性，或者調節其PH 值。②有機性改良物。在修復廢棄礦山中巖土工程時，有機性改良物起著重要作用，其不僅與以廢治廢原則相符，而且改良效果較化學肥料更優，可獲得顯著的經濟效益。動物糞便、泥炭、廢水淤渣、生活垃圾等進行土壤修復改造，其原因在于這些有機物質具有較高的營養價值和較低的釋放速率，能保證其長期的生長需要，也含有大量的有機物，能對部分的重金屬進行螯合，降低其毒性，并改變其物理性結構，從而增強基質保肥、持水的性能。③表土轉換。在動工前，剝離并保存表層的30m、亞層的30m ～60m 土壤，于巖土工程結束之后置于原處。雖然這種方式會破壞植被，但土壤能基本保持固有營養條件、種子庫，能在減少投入成本的同時，確保原有植物可迅速定居、建植。④淋溶。在開展植物種植工作前，灌溉鹽分高、堿量高、酸量高、金屬量高廢棄地，以此緩解其金屬毒性、鹽度和酸堿性，為植物定居提供有利條件。

3.6.3 植被修復技術

采取植被修復技術來修復廢棄礦山中巖土工程，可達到景觀改善、污染控制、土壤穩定的功效，并在減輕對居民健康威脅的同時，可進行農業生產的各項工作。在恢復采礦過程中，對不同類型的植物進行合理的選育是非常關鍵的。因此，在選擇植物種類時，應遵循以下幾點原則：①選擇成活率高、適應力強、生長快、抗逆性優的植物；②選育具有固氮性和改良土壤性能的植株；③選用本地優良的前衛和本地的優良品種，或引入國外的快速生長型；④在選育的品種時，既要具有高的經濟效益，又要具有耐病蟲害、耐貧瘠、耐風沙、耐濕、耐污染、耐干旱等多種特性。在對已報廢礦井進行巖石恢復的基礎上，在選擇先鋒植物時，必須遵循下列基本準則：①易成活，抗逆性強，發芽力好，播種容易；②選用能固土固氮、生長快、根系發達的品種；③對礦渣中的有毒、危險材料具有很好的抗性。一項對重金屬、鉛鋅尾礦物性性狀的植物進行了篩選，發現狗牙根、蘆葦、寬葉香蒲、雙穗麻草等可用作首選的種子。因此，在選擇植被修復技術修復廢棄礦山中巖土工程時，需從礦山實際情況出發，選擇最佳的植被，為提高修復成效奠定堅實基礎。復墾后，廢棄礦山不僅改善了居民生存的環境，而且具備了全新使用的價值。如復墾后，廢棄礦山中巖土工程可用作休閑娛樂、農林草植地、水產用地和風景旅游等，從而明顯改善礦山生態景觀。不過，由于部分廢棄礦山巖土工程中含有較多重金屬，會導致農作物受到毒害，故此需及時、定期監測重金屬的含量。

4 結語

總而言之，廢棄礦山中巖土工程修復既是實現土地資源最優利用目標的有效途徑，也是實現我國礦區持續發展的關鍵手段。因此，相關部門應充分意識到廢棄礦山中巖土工程修復重要性，加大對廢棄礦山中巖土工程修復重視程度，在以生態性復墾作為核心的基礎上，不斷探索廢棄礦山中巖土工程修復全新思路和最優方法，有效統一生態效益、社會效益、經濟效益，在保持礦區生態環境平衡的同時，推動我國礦產行業優質、持續發展。