廢棄礦山環境修復工作系統探討

姜 鑫，滕鴻偉，李向東，朱鋆川，郭 楠

（1.甘肅地質災害防治工程勘查設計院有限公司，甘肅 蘭州 730050；2.蘭州理工大學土木工程學院，甘肅 蘭州 730050）

0 引 言

改革開放四十多年來，我國經濟、科技等方面高速發展，人們的物質生活水平不斷提高，良好的生活環境已然成為社會的追求。特別是“十八大”以來，習近平總書記圍繞生態文明建設作出一系列重要論斷，提出“綠水青山就是金山銀山”和“山水林田湖草是一個生命共同體”的生態理念，要全力以赴推進生態文明建設，此舉關系到中國的可持續且高質量的發展。而解決廢棄礦山的生態環境破壞問題是生態文明建設的關鍵一環。

國外發達國家，尤其是美國，在20 世紀30 年代就開始重視礦山管理，制定了相關法律法規，規范采礦行為，防止出現惡劣的環境破壞問題，一直到70年代，關于美國礦山環境修復的相關法律文件仍在逐步完善[1]。我國礦山環境修復工作始于20 世紀80年代[2]，起步較晚，但幾十年來，礦山環境修復工作卓有成效，積累了寶貴的經驗，形成了一些生態恢復類、資源利用類和土地復墾類等修復模式。張春燕[3]總結了北京市典型廢棄礦山生態修復選用的旅游景觀再造模式、農林漁禽模式和植被復綠模式，分析了利用此類模式的修復效果，但修復模式的具體選定流程和方法沒有指出；孫曉玲等[4]分析了如何選定修復模式，但修復模式所對應的修復技術沒有詳細介紹；馬躍等[5]提出新的修復模式——資源化生態修復模式，并且分析了與傳統修復模式的差異性，但是僅適用于鐵礦山。據此，本文建立了一種既能夠體現修復模式的選擇流程，又能夠通過所選擇的模式快速鎖定對應的修復技術，同時適用領域具有廣泛性的廢棄礦山環境修復工作系統。

1 我國廢棄礦山環境現狀

截至2018 年底，我國因采礦導致損壞土地約3.6 萬km2，其中約63%為歷史遺留礦山土地[6]。我國歷史遺留礦山類型較多，包括金屬礦、煤礦和建材礦等[7]，且分布廣泛、數量龐大、歷史舊賬眾多，給我國生態環境造成諸多問題，主要包括以下方面。

1）植被景觀的破壞。多年的采礦活動對于礦山所在區域的綠色植被產生嚴重破壞，尤其是對于干旱和半干旱地區，植被自我恢復能力較差，若生態環境被破壞，后期治理難度較大。例如我國西北地區，地質條件較差，降水較少，而且森林覆蓋面積小，采礦活動和環境修復工作的不合理對當地的生態環境造成了嚴重影響[8]。

2）礦山的地質環境破壞。由于礦山的開采導致留下大量的地下采空區、掌子面和采坑等，從而容易出現邊坡失穩、地表坍塌和水土流失等地質環境問題，此類地質環境問題極容易誘發地質災害。

3）水土環境污染和大氣污染。國內礦山的水土污染現象比較普遍，其中主要可以分為三種類型，分別是氣體顆粒污染、液體污染、固體污染[9]，在金屬礦山尤為嚴重。由于雨水的沖刷作用，礦山的廢害物經由地面水滲流進入地下水，再通過地下水由點到面對礦山周圍的區域造成水土污染；由于風化作用，礦山的有害固體物風化成細小顆粒彌漫在空氣中從而造成大氣污染。對于采礦歷史比較悠久的礦山，由于污染物的累積作用而導致礦山區域及附近的水土污染和大氣污染的程度較高，對于后期的礦山生態環境修復造成嚴峻的挑戰[8]。

2 廢棄礦山環境修復工作系統建立

2.1 基本原則

1）以人為本的原則。堅持以人為本的原則，把保護人民生命財產安全放在首位，制定合理措施進行礦山地質環境修復治理，達到人與環境和諧統一的目標。

2）因地制宜，因礦而異，綜合治理的原則。根據礦山地質環境破壞的特點、方式、分布及危害程度，抓住重點和關鍵環節，因地制宣進行修復治理。

3）注重生態保護，避免二次破壞的原則。在礦山修復的過程中，應從工程設計源頭嚴格、合理采取適宜的治理措施，以保護生態、美化環境，盡可能避免造成二次破壞。

4）堅持工程措施與生物措施相結合的原則。堅持源頭控制與末端治理相結合，加強地質環境建設與保護，采取科學的生物和工程措施，恢復和重建退化的生態功能。生態保護修復工程，更多尊重自然、順應自然、保護自然，多一些保護，少一些工程干預，多借用一些自然力，依靠自然本身的修復能力、輔以人工措施，達到環境修復的最終目標。

5）堅持整體性、系統性的修復原則。在礦山的修復過程中，應當與礦山周邊地區的地形、植被以及土壤構造保持一致或者相似，防止出現“一年綠，二年黃，三年死光光”的現象[10]。在修復規劃、施工以及后期養護管理過程中，涉及到的相關部門應相互協商、共同規劃、共同管理、相互監督地整體運行，避免“各自為政”。

2.2 地質環境調查與評價

在礦山環境修復過程中，為了使礦山得到更加精確、有效的治理，對礦山地質環境的調查以及根據調查結果評價礦山地質環境情況的各種屬性非常必要。我國礦山種類繁多，地質環境情況各不相同，導致礦山地質環境調查任務具有復雜性，也就導致了調查方法多種多樣。在調查過程中需要充分了解并且借鑒環境地質、災害地質和生態環境等多學科的調查方法[11]。針對我國礦山地質環境調查的情況復雜性，國內相關領域編寫了各種技術要求以及相關規范等文件，以期促進礦山地質環境的調查與評價工作。比如《大型礦山地質環境調查技術要求》《全國礦山地質環境調查技術要求》《礦山地質環境調查評價規范（1∶50 000）》等。徐友寧等[11]提出，礦山調查工作流程中應該包括以下步驟：資料收集、遙感解譯、野外調查、資料整理、綜合研究、圖件編制、數據庫建設，同時在礦山的地質環境調查研究中應該做到“五合，四化”原則，具體如圖1 和圖2 所示。

圖1 “五合”具體描述Fig.1 Specific description of “five methods combined”

在礦山環境修復過程中，對于礦山的地質環境評價是修復治理模式制定和技術選擇的重要參考因素。礦山地質環境評價是在地質環境調查基礎上得來的，主要按照三方面進行評價，如圖3 所示。該評價是依據現行國家或者行業的相關標準，將礦山的各種問題定性化，如是否發生泥石流、山體滑坡、地面塌陷、土地沙漠化等災情及趨勢。

圖3 礦山地質環境評價分類Fig.3 Classification of mine geological environment evaluation

2.3 明確修復目標

礦山環境修復必須是基于政府當下的相關政策和法律進行，既要防止廢棄礦山的生態環境惡化，提高該地區的水土涵養能力，又要從國計民生的角度去考慮，配合國家經濟發展的需要。廢棄礦山環境修復首先需要根據礦山具體地質環境情況、地理位置、礦山及礦山周邊的生態環境和該地的氣候條件制定出合適的修復治理目標。在選定修復治理目標的過程中，充分考慮該礦山是否宜耕、是否宜林、是否宜建筑、是否宜草以及是否宜湖等方案，經過總結得出兩個修復治理總目標，分別是經濟建設修復目標和生態修復目標，具體分類見表1 和表2。

表1 經濟建設修復目標Table 1 Target of economic construction restoration

表2 生態修復目標Table 2 Target of ecological restoration

2.4 構建修復模式

礦山環境修復的基礎是充分了解礦山所在地的地質環境條件，構建修復模式是在此基本上再遵循基本原則、研究修復目標進行的。根據構建修復模式的工作方法，構建出的礦山修復模式有城建模式，教育模式，種植、養殖模式，以及旅游模式。

1）城建模式。城建模式是利用廢棄礦山的大量廢棄荒地來建設城市所需的相關設施的廢棄礦山環境修復方式。城建模式對應的修復目標是建設用地目標，采取該修復模式的礦山地理位置一般靠近城區，比如在礦山的地址上修建市民住房、交通設施、酒店、工廠等。國內有較多類似工程，如上海天馬山世茂深坑酒店，該酒店是一座依附深達80 m 的廢棄采石坑崖壁而建造的豪華五星級酒店，創造的經濟效益十分可觀，同時也驗證了該模式的可行性。

2）教育模式。教育模式是利用廢棄礦山特有的環境特點，建立與地質和礦山相關的教育機構的廢棄礦山環境修復方法。在礦山的開采過程中，剝離地表土層，開采地表下的巖層，形成采坑，通過采坑可以觀察到當地的地質歷史變化，地質運動以及成礦環境等。根據以上特征，可以將千瘡百孔的礦山開設成為一處集生態環境保護、地質科學研究和科研普及于一體的教育基地，如河北省的開灤國家礦山公園、濟寧金鄉羊山省級地質公園和青島市即墨區馬山石林地質公園等。

3）種植、養殖模式。種植、養殖模式是利用廢棄礦山存在的大量廢棄土地來發展種植業和養殖業的廢棄礦山環境修復模式。該模式可以分為種植模式和養殖模式，其中，種植模式分為農業模式、牧業模式、林業模式和草原模式（以下簡稱“農牧林草模式”）；養殖模式分為水產養殖、家畜養殖和家禽養殖等。一般礦山的地理位置在離市區較為偏遠且交通便利的地區采用該模式較為合適，在選擇更具體的模式時，應當“因地制宜，因時制宜”，兼顧經濟發展和環境修復。如若礦山開采前是農田、牧區、林區或者草地地區，開采后土壤無污染或者污染較輕的，則應優先考慮“退礦還農”“退礦還林”“退礦還牧”或者“退礦還草”，可采用“挖深墊淺”“劃方整平”和“削坡填土”的土地整平和降陡措施[12]，利于農、牧、林、草的種植和養護。在種植模式方面，青島市西海岸新區寶山鎮鑫茂采石場礦山修復項目和太原市玉泉山城郊森林公園，根據采礦前和采礦后的具體情況，分別采用了農業模式和林業模式，并且都取得了可觀的效果。在養殖模式方面，宣威市東山鎮云嶺牛養殖場將原煤礦閑置用地改造為養牛場，帶動當地農戶增收致富；遷安市將廢舊礦坑變魚塘形成現代化休閑漁業項目，在落實“綠水青山就是金山銀山”發展理念的同時，發展當地經濟。

4）旅游模式。旅游模式是將廢棄礦山經過防災消災治理，根據礦山特有的環境狀況，建設成一座主題公園或者地質公園等的廢棄礦山環境修復方法。旅游模式宜選在礦山的地理位置靠近城鎮區域或者靠近交通主干道的地區。在廢棄礦山保留一定量報廢的機械設備以及一定量的采坑、掌子面等，融合人文景觀，配套一些必要的安全設施和觀景設施，將廢棄礦山開發成具有礦山特色的郊野生態公園。如河南輝縣市烏龍山響水河鄉村旅游度假區，就是將礦山與農村相結合打造成為休閑度假村，創造了一種低碳修復和經濟發展相鋪相成的礦山修復模式。

2.5 修復技術選擇

由于我國具有礦山數量龐大、種類眾多、分布廣泛等特點，單一的修復技術手段無法滿足環境修復的需求。選擇先進、有效的礦山環境修復技術對于達到修復目標顯得尤為重要。礦山環境修復所需技術主要有兩種[13]，分別是工程修復技術和生態修復技術，具體見表3。在技術選定之前，要以該礦山生態修復模式為導向，研究其技術的可行性；根據當地的地質、地形和氣候等條件，研究該技術在施工流程方面的可執行性。技術選定的具體流程如圖4 所示。首先，根據該礦山環境修復需要達到的目標，同時考慮該礦山地質環境條件的具體情況，制定相對應的修復模式；其次，根據修復模式研究并確定修復技術；再次，根據所選定的技術對該地區是否可以滿足施工條件進行研究，若“是”，則進行下一步的實施修復計劃，若“否”，則應再對修復技術進行研究，是否有相同或者相近修復效果的替代技術，若“是”則對該技術進行研究及代替原技術，若“否”則需要回到修復目標進行研究，更改符合技術和滿足施工條件的環境修復目標。根據上述流程，便可選定合適的廢棄礦山環境修復模式和對應的修復技術。

表3 礦山環境修復技術分類Table 3 Classification of mine ecological restoration technology

圖4 技術選擇步驟Fig.4 Procedure of technique selection

3 廢棄礦山環境修復工程實例

3.1 工程概況

甘肅省定西市岷縣某金礦區地理位置為：104°42′～104°44′E，34°25′～34°36′N，礦區西部有G212 公路經過。該地區氣候冷暖無常，四季不分，年溫差相對較小，晝夜溫差相對較大，為典型的大陸性氣候特征。森林植被屬于冷溫帶針葉林和針闊葉混交林。主要樹種系高山耐寒針葉種，以云杉、紫果云杉、冷杉、柏木為主，多呈純林分布。

3.2 地質調查分析與評價

根據相關調查結果，礦區形成破壞范圍較大，長期開挖剝采形成24 處渣堆，開挖形成的巖質不穩定斜坡6 處，渣堆堆積形碎石邊坡6 處，但是現場渣堆內無污染物質。對開挖剝離形成剝離面進行評估，可見其地形地貌景觀遭受嚴重破壞，植被資源受到挖損，礦區地質環境破壞情況（部分）如圖5 所示。由于該礦區自然地質環境對人類工程活動十分敏感，破壞后再生性很差，因此造成礦區地質環境惡化，礦區地質環境問題嚴重，并且易發生山體滑坡和泥石流等地質災害。

圖5 礦區地質環境破壞情況Fig.5 Damage status of geological environment in mining area

3.3 構建修復模式

通過對礦山地理位置、氣候條件和地質環境的逐一分析，構建了礦山的修復模式，見表4。

表4 修復模式分析和構建Table 4 Analysis and construction of restoration pattern

3.4 修復技術研究

礦區的修復模式采用農牧林草模式，則礦區的修復主要分兩步進行：第一步是消除地質災害威脅；第二步是進行生態環境修復，將礦區的水土涵養能力復原。在修復技術方面，應用了工程修復技術和生態修復技術。

1）工程修復技術。在不穩定斜坡或者渣堆處采取削坡回填處理，采用梯式整修技術對坡面卸荷。邊坡坡度為1∶1.5，坡高平均在6～10 m。對于渣堆平整工程，存在坡面碎石較多、坡面較陡、渣石裸露、高低不平的區域，采用平整和清理塊石進行平整舒緩地貌。

2）生態修復技術。①人工撒播技術。在地勢平坦地區或者分級削坡后的平臺區段可以采用人工撒播草籽方式進行綠化。先施肥后撒草籽，根據當地氣候、地形地理條件等因素，采用適宜當地生長的披堿草、紫花苜蓿、短柄草、早熟禾，種植配比為3∶3∶3∶1。②覆土綠化技術。首先，在坡面平整清理后開挖坑穴，坑穴為5 cm×5 cm×10 cm（長×寬×深），坑穴采用梅花樁式布設，布設間距上下左右均為15 cm；其次，覆土施肥，施肥標準為48 kg/km2，覆土土質選用腐殖土或拌和肥料的塾土；最后，在坑穴內撒播草籽植草或植樹。③掛網噴播綠化技術。噴播基質主要由復合基質、土壤調節材料、黏結材料、肥料、纖維及植物種子等組成。組成種植基質的材料主要有土壤、有機質、化學肥料等。植被混凝土基材厚度10 cm，其中，基層7 cm、表層3 cm，含植物種子，種子選取披堿草、中華羊茅、早熟禾、黑麥草，種植配比為1∶1∶1∶1∶1。以上工程量見表5。

表5 礦山環境修復工程量Table 5 Work quantity of mine environmental restoration

3.5 修復效果評價

1）經治理后，植被率明顯提高，改善了區域內地質環境質量，生態系統質量得到提高，水土保持能力大為增強。礦區修復后環境情況如圖6 所示。

圖6 礦區修復后環境情況Fig.6 Mine environment after restoration

2）生態環境的修復，可促進畜牧業可持續發展，提高農牧經濟效益。經過治理，生態環境恢復的土地面積為136.134 hm2，按480 元/km2計算，每年可增加經濟效益612 600 元。治理總投資額為1 970 萬元，平均為1.54 萬元/km2，治理績效符合治理礦山環境破壞實際情況和《甘肅省自然資源廳、甘肅省財政于組織申報2021 年第二批國土綜合整治與生態保護修復治理項目的通知》中要求申請治理資金不超過2 000萬的要求和1.6 萬元/km2的績效要求。

3）生態環境的改善有利于促進社會經濟高質量發展，一是極大改善了區域生態環境和農牧民生產生活條件；二是助推民族地區鄉村振興戰略部署，加快了美麗鄉村建設步伐；三是推動了區域內生態保護和高質量發展重大國家戰略在定西市落地見效。

4 結 語

本文根據以往對礦山環境修復相關模式的研究，總結各種工作方法的優缺點，提出了包括廢棄礦山環境修復模式在內的工作系統。該工作系統既能夠體現修復模式的選擇流程，又能夠通過所選擇的模式快速鎖定對應的具體技術，彌補了廢棄礦山環境修復工作系統性不足的缺點。該工作系統的工作思路是充分分析礦山地質環境問題、所屬地區的地理位置及氣候條件→選擇恰當修復目標→結合當地的地質情況和地理位置構建修復模式→厘定修復技術。以清晰化和系統化的工作思路和流程促使廢棄礦山環境修復工作有條不紊地進行。本文以甘肅省定西市岷縣某金礦歷史遺留廢棄礦山環境修復實例證明該工作系統有可操作性強和修復效果顯著等特點。

但是本文所提出的廢棄礦山環境修復工作系統沒有涉及資金籌集和監督管理等相關工作，而礦山環境修復工作所需資金是一大問題，需引起關注，希望后續能有研究工作解決相關問題。