矿区生态修复技术

矿区生态修复技术1矿山开发中的生态修复1.1生态修复任务矿山生态修复的主要任务，是在目前技术经济水平的条件下，将受到开发影响的主要环境问题，通过科学、系统的生态修复工程和长期的生态抚育措施，使被破坏的、受损的矿山环境功能逐步恢复，使之生态环境自身可持续良性发展，逐步形成自我维持的繁衍生态平衡体系。矿山的主要生态修复对象包括：露天采矿场地、地下开采的采动影响区、排土场、选矿尾矿库、堆浸场、输送管线填埋区、道路、各工业场地等。1.2生态修复的时序矿山生态修复的时期，目前传统的是在开采完成后再来修复。随着复垦工作的深入，和对矿业开发历程的理解，正确的复垦和生态修复活动，应伴随矿山全部开发过程，实施全程动态恢复。也就是生态恢复工作，应贯穿在矿山建设期、运营期和关闭期，以及后延的生态抚育期的全部开发过程。伴随生产时序，实施及时的复垦工程，恢复措施，使其被破坏的工业场地得以科学的、及时地恢复。1.3生态修复的内容矿区不同的开发阶段，蕴含着不同的生态修复重点内容。在矿山基本建设阶段，矿山生态环境修复的主要方面，是矿山开拓阶段形成的道路、边坡、受影响的场地，表土的剥离、贮存和保护，场地恢复的规划设计，植被品种的选择及小区试验、设计，恢复工程材料的筛选和获取。在矿山运营阶段，应按开发建设时序，在运营期长达10-30年的范围内，可按工程进展划分时间段，不同的时间段有不同的复垦生态恢复任务、对象。在尾矿库、排土场、堆浸场、露天采矿场地，已经最终完成的堆筑作业的边坡、台阶、平台或局部场地，应是此阶段的及时、动态安排复垦工程的重点。在大面积完成顶部平台、沉积滩、台阶、道路等场地，应集中安排复垦工程，生态恢复措施。在接近开采完成或闭矿阶段，应重点完成各类场地的生态恢复工程，补充修复质量不能保证正常成活场地的恢复工作。对于建有永久建筑的场地和设施，应评估其质量和依据需要决定保留和拆除。使即将关闭的矿区，保留的设施为当地所用，不能遗留污染场地。拆除的建构筑物和设施，清理后根据最终的利用去向，实施复垦或利用，合理安排各得其所。贯穿在各阶段中的一项不可缺少的任务，是对已经完成复垦生态恢复的场地和区域，实施持续几年的生态抚育和跟踪，确保恢复修复的质量，实现生态修复取得可持续、自我维持的良性循环机制。经过人工强化的复垦工程，生态修复等措施，经过几年、十几年的生态循环和演替，矿区生态系统一定可以逐渐朝着恢复到采前的生态环境发展。2矿区生态修复对象2.1采矿区生态修复露天矿采场开采后，多形成坡度陡的岩石边坡，以及宽度不大的台阶。凹陷露天坑底部，常有积水，应因地制宜的开展采区以台阶为主的复垦工程，覆盖300-500mm的表土，种植草灌为主的乡土品种，有条件的边坡可喷植植被层，合理安排复垦区的保水和排水。对周边的植林防护林带和露天采区的景观，进行总体设计和实施。2.2排土场复垦排土场复垦技术，包含单一废石堆场的复垦技术。作为金属废弃堆场的排土场，常为酸性排土场，这类堆场生态复垦的特殊性，是硫化矿物的废石，酸度常在pH1-2或更低，常规技术复垦植被难以正常生长。因此，需要处置酸性污染后才可建立植被。近十多年来，国内外对此类堆场的治理做过大量的实验研究，示范工程发展也很快，出现了从源头治理工程，以及堆存后的治理工程的两种不同的治理程序和效果。其中，源头治理措施，主要是通过对废弃物产酸特性、产酸潜势研究后，提出防止措施和实施酸性控制工程，以及气候生态恢复工程。堆存后的治理工程，重在场地酸性的去除，建立人工植被层。国内畅行的是后者。主要是难以实现酸性物排放和治理时序的科学结合，而在废弃堆体形成后，多只能按处理生长基质酸性设计恢复生态工程。从源头研究产酸机制、采用控制产酸过程、防止酸性产生措施的研究，本领域的研究在国内尚未有成熟的技术和规模工程化治理。2.3废石边坡复垦技术国内对石质边坡实施生态防护始于20世纪80年代中期，90年代后期得到了迅速发展。由于石质边坡的特殊立地条件，土质边坡植被护坡常用的技术，如液压、固相喷播技术、挖沟植草技术、植生带技术及三维网绿化等技术并不适用。厚层基质喷附技术，已经成为我国坡面防护及植被恢复工程的一种常用技术，在全国各地得到普及推广。厚层基质喷附技术，是将人工配制的植物生育基质与植物种子、防侵蚀材料等混合在一起，采用专用设备（喷射机），通过高压空气将其喷射出去，附着在边坡表面的一种植被建植方法。技术优点：一是能在坡面上形成较厚的植物生长发育所需的有机质层（7～15cm）；二是使植物种子有比较自然的发芽过程，保证喷撒的种子有较高的发芽率和存活率；三是喷播速度快；四是适用范围广；五是有效防止水土流失，植被覆盖度达到85％。目前，喷播技术广泛的应用于公路、铁路以及部分废弃采石场边坡，技术相对成熟。而喷播技术应用到采矿废石堆场的研究还未见报道。将实用的喷播技术引进到采矿废石堆场边坡生态恢复，对全面实施矿山废弃地的生态恢复，将起到推动作用。2.4尾矿库复垦尾矿库植被恢复的技术难点是尾砂粒径粗、没有土壤的团粒结构，内聚力极低、持水能力差、营养成分低下，甚至存在不同程度的有毒有害成分，植被品种赖以生存的微生物几近为零，风蚀严重，昼夜温差大,尾砂极端温度可达50℃以上等恶劣生境。在查明、确定矿山废弃的废石、尾矿、废渣堆场等污染物处置完成后，可进行矿山各类废弃堆场的复垦和生态恢复工程，完成最终堆场稳定化和生态化处置。在本领域先进、成熟的技术，是尾矿库有土复垦的生态恢复技术和无土复垦生态恢复技术。该技术是针对有色金属矿山尾矿的专业技术，具有针对性符合所在地自然特点、场地及边坡稳定性好、复垦后场地稳定符合安全要求，植被覆盖度高，在缺乏土壤的地区可实施无土覆盖复垦生态恢复工程。相对一般复垦技术相比，该复垦技术成本低、综合复垦工程质量为前沿水平。该技术成功实现了尾矿库边坡上不需要覆土直接建立植被层，实现边坡稳定，水土流失控制达到90%以上，为缺乏土源的地区提供了行之有效的植被稳定边坡的复垦生态恢复技术，受到业主单位的欢迎，推广潜力巨大。本尾矿库复垦技术，还包括铝土矿尾矿－赤泥堆场复垦生态恢复技术。该技术必须解决强碱性介质、边坡坡度大、基质坚硬、建立植被难以成活等问题。3矿区主要生态修复技术3.1BS活性土壤生态修复技术3.1.1“BS活性土壤生态修复技术”技术原理“BS活性土壤生态修复技术”，是充分研究和汲取当今世界最先进的生态修复技术成果和理念，在现有客土喷播及高次团粒技术的基础上，不断深化，引入土壤菌理论，集成创新形成的特别适应于矿山废弃地、高陡岩石边坡等特殊困难立地条件生态修复的高新（专利）技术（河南欣安生态建设有限公司）。该技术研制出具有高生物活性、高纤维、高团粒结构、最适宜植物生长的土壤基材，植物不仅能在团粒保水剂的湿润以及客土、肥料支撑条件下迅速发芽，形成根系网，健康生长发育，还克服了目前土壤基材活性化不足，缺乏可持续肥力供给和植被容易退化的难题；特别是在无土岩石、沙化或生土基面，能够加速岩石风化——土壤化过程，模拟产生“生土熟土化”、“熟土腐植化”，增加土壤自身“造血（肥）”功能，促进土壤基材中肥力的持续性释放，有利于保持土壤基材养分供给与消耗平衡，恢复岩石、土壤、微生物、植物四者之间的自然循环及平衡；降解污染物，净化土壤，解除重金属等污染对土壤的危害和对植物生长的胁迫作用，为植物提供适合的微生态生长环境，再造自然的土壤和植物循环体系，实现植物群落的可持续生长和发育，永不退化，促进特殊困难立地植被群落的可持续演替，在短期内形成期望的植物群落，达到恢复自然生态环境功能的目的和效果。3.1.2“BS活性土壤生态修复技术”技术特点（1）该技术是针对矿山废弃地、高陡岩石边坡等特殊困难立地条件的生态修复建设。其营造的种植基质层不仅保水、保肥、透水、透气，利于植物生长，能有效抵御风雨侵蚀，控制水土流失，更重要的是克服了一般客土喷播、厚层基材喷播以及高次团粒喷播技术喷附基材与岩石（或沙化、混凝土等）基面不能有机融合的难题和“两张皮”、“花盆式”的种植效果，能够加速岩石风化和土壤化，使喷附基材和岩石层逐步形成有机的土壤层，形成自然循环的山坡状态，促进植物群落的自然演替和生态功能的恢复。（2）该技术倡导的生态修复不同于一般的绿化和“复绿”，注重于形成自然的森林群落，实现生态重建和生态功能的恢复。（3）不受地形、地势、坡度和地表的限制（75°以上坡度要经过特殊处理），还可应用于城市建筑物绿化、屋顶绿化、墙体绿化、立交桥绿化、城市造园风景绿化、风景区的快速绿化等。（4）绿化效果与自然良好和谐、防灾效果好。由于是喷播绿化，不仅不破坏荒山荒地地表，而且还保护原有植被；形成的根系与天然植被相似，有利于干早半干早地区的土壤保墒，防止水土流失。（5）快速绿化，乔灌草结合，控制草本植物，突出木本植物。充分根据已有研究成果，草本植物和木本植物在坡面上生长情况以及根系发育伸展状况的不同，提出控制草本植物数量，以乔灌为主的理念。喷播后，一般当年就能取得良好的植被恢复效果，2～3年就可基本形成期望的早期森林化植被群落，实现可持续自然演替，永不退化。（6）专有设备、机械化作业，技术规范，操作简便，安全保障。（7）该技术还可以和生态袋、三维植物网、土工格室、浆砌片石骨架、钢筋混凝土框架、预应力锚索地梁等其他生态修复技术以及工程绿化技术配合使用，形成针对不同立地条件和需求的多种生态修复、立体绿化等系列施工方法。3.1.3“BS活性土壤生态修复技术”关键技术流程施工工艺主要包括施工工人、技术人员、设备进场；清理整修矿渣坡面；做防洪排水处理；挂网锚杆固定；喷播物料前期准备；喷播活性基质营养层和种子层；管理养护等。（1）基础工程（坡面处理）通过采取土木工程措施，稳定和改善植物生长的基础条件，为植物生长发育创造适宜的生长基质和生活环境要素。主要包括水处理工程、不稳定边坡加固处理工程、挡土工程、弃渣处理工程。1）坡面清理。消除坡面浮石，消除坡面落石隐患。适度平整坡面，保证植生基材和岩石坡面能紧密结合。2）根据坡面及降雨情况设计修筑排水沟。3）挂网锚固。一般用金属网或网绳通过钢筋，水泥或其他材料固定在岩石或地表。勾花网的铺设应尽量与坡面紧贴，与坡面的间距为5cm，在边坡表面铺设勾花网，网孔直径为4-5cm，并用锚杆固定；两张勾花网的搭接处与坡体两侧覆盖不小于1m，小于1m应用更多的锚杆固定，局部不平整处加密锚杆。（2）植被建植工程1）多种有机质，添加剂经特殊处理生产工艺制胶的适合植物生长的活性土壤植生基材。2）结合当地特点，选择适宜的先锋和目标种子。3）利用特种喷附机械将制成的活性土壤植生基材与计量混合搅拌后的植物种子分层喷附到整理的坡面，并保持喷附附面薄厚均匀，平均厚度10cm左右，其中种子层3cm左右。喷附应分两次进行，第一次先喷附基质层，厚度为6-7cm；第二次喷附带有种子层，喷附厚度为3-4cm。喷附施工时，喷附者应自上而下对坡面进行喷射、并尽可能保证喷出口与坡面垂直，距离保持在0.8-1m，一次喷附宽度5-6m。（3）管护工程1）铺设无纺布喷播植生基材施工完成后，在边坡表面覆盖无纺布，以保持面水分并减少降雨对种子的冲刷，以促使种子发芽。2）养护抚育根据施工季节，工程完成1月内坚持浇水，夏季高温干旱应早晚浇水1-2遍，直到植物出土长至3-5cm时揭开无纺布。3.1.4典型案例及效果河南平顶山市鲁山县铁山岭铁矿区（观音寺乡太平堡村）10000m2，BS生态修复技术应用试验研究表明，播种后四个月乔灌木生长平均高度达到40～45cm，平均盖度达到90％以上，植物根系达到15～20cm，已穿过基质层，扎入堆石层，显示了旺盛的生命力和强大的生态修复能力，取得了理想的植被恢复效果。3.1.4.1施工流程：矿山废弃地（排渣场）坡面处理挂网锚固基质配制喷附施工3.1.4.2植被生长发育情况喷播后17天出苗情况喷播后28天出苗情况喷播后68天生长情况喷播后4个月生长情况(平均苗高40-45cm)3.1.5主要技术参数（指标）◆基质主要成分：普通粘土（30～40%）；有机营养土（35%～45%）；土壤改良材料（1