国土空间背景下生态修复技术在废弃矿区治理工程中的应用

摘要：中国是铅锌矿大国，2013年铅锌矿储量达987万t，铅锌矿资源分布在全国各地，分布范围广、分布广。铅锌矿物的开发在创造巨大的物质财富的同时，也对其生态环境产生了巨大的冲击，不但破坏了森林植被，而且引起了地表塌陷，产生了严重的重金属污染，产生了严重的地质灾害。因此，对该矿区进行综合整治，进行生态恢复是十分必要的。针对矿山废弃地的生态问题，通过对矿山废弃地的介绍，对其工程区划进行了划分，开展了国土空间下的矿山生态恢复工程设计，主要有坡面整治工程、复绿工程、截排水工程、道路修整工程、挡墙工程等。

关键词：国土空间；生态修复；废弃矿区；治理

由于长期的采矿活动，矿山的生态环境受到了相当大的破坏，导致森林被破坏、地貌被破坏等一系列生态问题，迫切需要开展矿区的生态恢复。但因其难以恢复的特性，使得其修复速度相对较慢，在此过程中又会产生新的生态问题，且治理周期较长。为了扭转这一被动局面，推动矿区向生态化、向绿色方向发展，需要在国土空间范围内对矿区进行分区治理。针对这一现状，本论文选择了一个废弃的硅石场作为研究对象，对其进行了生态恢复研究，希望能从根本上解决这一问题。

1 矿山环境中复杂地质生态污染危害性

1.1 危及环境安全

煤矿开采在复杂的地质条件下，容易造成土壤、大气、水源等生态污染，一旦受到污染，就会威胁到生态安全。矿山开采，特别是露天矿山，在开采过程中，极易产生悬浮颗粒物，影响防治效果。一般情况下，与大气污染指标相结合，就是指数越大，说明在目前的复杂地质环境中，大气污染较为严重。另外，在开采过程中，由于开采过程中必须依赖疏排水来维持场地的安全，导致了大量的用水和水体，如果不能得到及时的处理，会加重水源的污染。另外，不管是煤炭还是金属矿山，其所处的环境中都会残留一些污染物，尤其是重金属，如果不进行有效的处理，就会渗入到土壤中，造成污染。说明了环境污染对我国的生态安全构成了严重的威胁。

1.2 引发地质灾害

矿山在复杂的地质条件下，开采起来比较困难，这个时候需要投入大量的资金和人力，同时也需要利用大型的设备来增加产量。这个时候，由于地质环境的作用，在土壤侵蚀等因素的作用下，很有可能诱发地质灾害（如滑坡、泥石流等），不仅会造成地质结构的破坏，还会加大开采的风险，与绿色发展理念背道而驰。为了推动矿业的长期发展，应主动运用生态恢复技术，降低矿山的生态危害。

2 矿区现状分析

某废弃硅石矿区，其损毁面积达248200平方米，对周围环境造成了严重的破坏，并留下了大量的废弃采场和弃渣堆等人为遗迹。这种弃渣多分布于山腰及其它地方，所形成的弃渣斜坡长度很大。在降雨条件下，易发生土壤侵蚀，对边坡的稳定性不利。部分采场的回采工作面倾角接近90度，存在着潜在的安全隐患。矿区地表分布着大量耐旱、耐寒、根系发达的植物，其蓄水能力强，生育期短，仅有少数天然演替的冷蒿、针茅等植物。矿山地质灾害隐患形成，地形地貌破坏，土地资源破坏，植被破坏，野生动物驱赶，石漠化治理。

3矿区生态修复工程设计

3.1工程分区

通过对废弃矿井的实地勘察，确定了7处露天采场，11处弃渣堆放。将该区划分为北、中、南3个区，相应地，受灾面积为18238.90平方米，73840.56平方米，114032.46平方米。在北方治理地区，包括3个区划；中央治理区包括7个区划；在南方的治理区域内，有4个区域。南二区斜坡陡峭，堆石量大，有一定的安全风险，需要对其进行加固。

3.2坡面整修工程设计

针对矿区整治项目的实际情况和施工难度，首先对南二矿区的地质灾害进行了治理。为保证边坡的稳定，对边坡进行了修复处理，避免了以后的其它工程发生塌方。综合考虑，通过对南部2号区域的弃渣斜坡进行降坡，减小斜坡的坡度，提高了边坡的稳固性。在施工过程中，采取了分步降坡的方法。首先，在8-10米高的基础上，对斜坡进行修整，形成7-10个台阶。每个阶梯的宽度分别为5-8米、35度和28度。当各层的阶梯铺设完毕后，撒上草种，铺于阶梯表面及四周。

3.3复绿工程设计

在废弃矿区生态修复中，可通过植被恢复来改善水土流失和废弃物带来的危害。在栽种前，要根据具体的条件来确定栽植方法，比较适宜的栽植方法是草灌相结合。针对其不良的地形和地质情况，在护坡时应选择合适的基质层树种。因此，在造林绿化时，宜选用乡土树种。针对不同的矿山地质和地形条件，采用了相应的复垦措施。在露天开采面及周围地区，因为有陡峭的斜坡，所以需要先清除危岩，然后再选择植苗，具体步骤见图1。

图 1 复绿技术流程图

从图1可以看出，在对危岩进行清除之后，对诸如杏、蒲公英等植物的种子进行筛选和混合，把它们与纤维物质、化肥等原料混合，形成有机纤维层，加水后即为喷播泥浆。通过对矿井地表喷淋，在地表上均匀地喷注成浆，使喷层与基面密合。为防止发芽，将非织造布覆盖在边坡上，观测种子生长状况，待苗高5厘米或3片叶时，逐渐剥去无纺布。加强对苗木的养护和管理，并在萌芽初期适时适量的浇水。在无实生苗的地块上，可进行播种15~30天的补播。另外，要适时、适度地施用肥料，并注意病虫害的防治。对于平面不平整，砾石空隙较大的斜坡，应先进行清理，使工作面平整，然后进行简易的斜坡修整。通过对山杏、蒲公英等树种的筛选和调配，并与优质客土混合，采用20 cm厚的喷播方式进行底喷和表面喷播。用非织造布覆盖后，其内容同前文所述。在养护阶段，以24个月的时间为循环，具体的施工方法同前一步。在坡度较大、但易于挂网的地段，碎石颗粒大小相对较小；在恢复植被过程中，需要清理坡面，铺设铁丝网，进行客土挂网喷播的工艺流程见图2。

图2客土挂网喷播流程

从图2可以看出，客土挂网喷播先对坡面进行清理，将工作面和松动的岩石清除后，对边角、边角进行修整，以便于挂网作业。在进行钢丝网铺设时，主要包括风钻锚杆孔，锚杆固网。当铁丝网铺设完毕之后，选择植物的种子，把它与土材料混在一起。这一步的特定操作与上面提到的选择植物种子的有关过程是一样的。之后，再进行一次10厘米厚的机械喷播作业，具体的喷播工序同客土喷播绿化工序相同。接下来就是无纺布的苫盖和养护，这两步的具体内容可以参照上面相应的内容。在采矿区地形较为平缓的地区，进行植生作业，主要包括机械喷播和植生毯两个方面。而另一种则是利用天然的椰丝，通过压制和其他工序，制造出适合植物生长的基带。具体来说，这一地区的绿化过程是：先对场地进行清理，清除垃圾和碎石，为植被覆盖作好准备；在此基础上，以贺兰山本地种为研究对象，所需的处理方法与客土喷播复绿的相应步骤是一样的，特别需要指出的是，可以使用草灌相结合的方法来进行作业，同时，在进行机械喷播时，其喷播工序和客土喷播复绿工序是一样的；最后，在采矿平台上铺上椰子纤维植物毯，从里到外，施工公路是从山顶到沟底铺设的，铺设过程要平整，两种植物被覆盖层之间的间隙不得大于10厘米，连接处用 U型螺栓固定。按24个月进行养护，有关程序同上面相应的内容。在铺设完毕后，直至成坪前，除非有必要，不得将覆盖在植物覆盖物上。

在坡度平缓地区，不存在大颗粒砾石，包括喷播、挂网和铺植植被。这些技术的有关过程与上面所描述的相应过程是一样的。参照上述程序，可以在斜坡坡度较小的地区恢复植被。在该地区，堆石料的坡度比较大，砾石之间的裂缝比较大的情况下，植被恢复的具体流程见图3。

图3坡面较缓区域进行植被的复绿工艺流程图

从图3可以看出，在坡度平缓的地区，在进行植物复绿时，需要先清除斜坡上的杂物和松散石块，修整边角和棱角，用灌缝填土夯实的方法，将斜坡上的裂缝和低洼部分用草包土回填的方法弄平。然后，在坡面上开挖种植穴，挖深约50厘米，坑的直径为15厘米，为了使植物能够更好地生长，在土壤中填充有土壤、肥料和保水剂等物质。灌满了储水袋后，将储水袋置于植穴中，并做好植栽及回填工作。树种可供选用的树种有很多，如沙冬青和醉鱼木等。在坑穴的表面回填时，需要分层夯实，以利于植被的生长。栽种完毕后，需要对植株进行适当的浇水，以保证植株的正常生长，并以24月为周期。

3.4截排水工程和道路修整工程设计

在截排水工程的设计上，分两部分，一是采台地区，需要在此地区修筑土石复合坎；第二段是弃渣场边坡无挂网区，在坡面处设置草、石分隔带，实现了截水区的截流，从而实现了穴植。特别是，为保证在暴雨天气下，斜坡仍能维持稳定，不发生滑塌，可依据实际条件，选择合适的石料，并在开采平台及周边建设一道石坎，形成网格状。在渣堆边坡截排水设计中，采用“草-石”相结合的方法，采取了“草-石”相结合的形式。这个过程中，需要与穴栽灌木复绿工程配合进行，并将其建设地点设在穴植灌丛土坑的下方。这样的结合，可以减缓降雨入坡的流速，削弱冲蚀能力，起到蓄水、分水的作用。在设置隔离带时，应根据边坡的实际状况进行分析。在遇到边坡排水沟时，需要对隔离带的施工方法进行调整，并将其切成两段，并进行间距设置。

在道路整修设计中，主要包括路面整修与清扫两个方面。矿区道路狭窄，弯曲度大，部分路面已发生塌陷，损坏十分严重。针对这一情况，在进行路面整治时，应从改善路面结构的角度出发，如加宽路面、优化曲线、加长路段、减小曲线，并加强塌陷部位的加固，避免进一步的破坏。改造后的矿区公路长度为7486.62米，宽度4米。在道路清扫方面，采用挖土机开挖的方式，对道路中间及道路两侧进行清扫，并将堆放在道路上的石块、碎石等杂物清除干净。采用倾卸车将清理时所需的石块拉出，并将其运送至进场防火通道，用于铺筑该路段。超出的部分要送到外地去加工，要走15公里的路。特别是，弃石不会对环境产生二次污染。

3.5挡土墙工程设计

因南侧治理区域坡脚结构松散，稳定性差，3个分区的挡墙均采用3个分区的大颗粒级配碎石。该挡墙是一种梯形的浆砌块石挡墙，它位于弃渣堆积体的底部，所用的材料选择了质地较硬的块石，其有关性能要符合施工的需要。将所选物料的土壤等处理后，再进行平整。采用错缝搭接的方法铺设于坡面砂砾垫层上，垫层厚度50-100 mm，粒度大于50 mm。在铺筑时，应采取边铺边砌的方法，边坡砌缝不得大于25 mm，而明缝要填紧石块。

4结语

受长期开采和强降雨冲刷等外在因素的作用，矿山生态环境受到了严重的破坏，地表形态受到了严重的破坏，而且弃渣斜坡的长度很长，给边坡带来了安全隐患，治理难度大、速度慢。要根据矿山的实际状况，对不同地区的废弃矿区实施不同的整治措施，实施不同的复绿工程，并结合具体条件，设计截排水设施等，对矿山废弃地进行一定程度的恢复，既能改善土壤侵蚀状况，又能通过坡面整治工程，保证边坡的稳定，同时，通过截排水措施，减轻地面被雨水冲刷的状况，增强山体的稳定性。

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作者简介：蔡世璇（1996—），男，汉族，籍贯：河北晋州人，本科学历，中级工程师，研究方向为国土空间规划。