采矿废弃地及矿区土壤植被恢复技术

1、采矿废弃地及矿区土壤植被恢复技术摘要：矿床在开采过程中对地表扰动过大，矿区土地破坏严重，诱发性水土流失时有发生，矿区环境遭到 了严重破坏。复垦整理矿区排土场和沉陷区、恢复矿区土壤植被巳成当务之急。从环境保护的要求出发， 必须做到生产期间尽可能不断地恢复被破坏的土地，消除各种污染源的危害，在采矿结束后对被遗弃的土 地进行全面恢复工作。矿区废弃地的主要治理措施是通过复垦废弃土地，恢复矿区土壤植被，从而改善矿 区生态环境，实现可持续发展。关键词：采矿废弃地、土壤障碍因子、土地复垦、植被恢复采矿废弃地是一种新生裸地，是指因采矿活动所破坏的，不经过治理而无法使用的土地， 也叫矿业废弃地。矿床在开采过程中

2、采出大量矿石和岩石，必然出现一定范围的采空区、塌 陷区、排土场和尾矿池等，因而破坏了采矿场地范围内的土地，使这部分土地失去了原有的 用途；而且由于废水的排放以及其他污染源的作用，对采矿场范围外的土地利用，还会带来 严重的危害。在矿床开采过程中，由于对地表扰动过大，矿区土地破坏严重，诱发性水土流失时有发 生。矿区水土流失就是一种典型的现代人为加速土壤侵蚀现象，对岩体干扰强大，土壤植被 破坏严重，容易导致水资源系统失衡和固体废弃物堵塞河流，引发洪涝灾害。矿床开采及废 弃土石的排放，还对整个矿区土地造成损失和破坏，矿区土地在开采过程中直接失去耕作功 能，矿区附近土地因为受到污染的缘故可能减产，排土场

3、压占土地也引起了农田的减少。同 时，矿区土壤也遭到了严重破坏，采矿过程中对地表的扰动、排土场的形成，都会引起矿区 土地地力衰退，土壤质地严重下降，主要土壤障碍因子表现为：（1）土壤结构不良、稳定性差，保水保肥效能差；（2）养分不平衡，有害元素含量高；（3）酸碱性极端可能性大，PH或大或小；（4）干旱或盐分过度引起的生理干旱问题突出；（5）粉尘对植物的危害；（6）矿区小气候环境及地形条件对植物的影响。因此，从环境保护的要求出发，必须做到生产期间尽可能不断地恢复被破坏的土地，消 除各种污染源的危害，在采矿结束后对被遗弃的土地进行全面恢复工作。只有这样，才能有 效缓解矿区人地矛盾，增加土地资源的承载

4、力；才能有效改善环境，提高矿区人民的生活质 量；才能增加景观生态系统的多样性，促进矿区社会经济的可持续发展。阜新市位于辽宁西部，是一座因煤而立、因煤而兴的资源型城市；当年有着亚洲最大的 露天煤矿，是我国最早建立的煤电生产基地之一。阜新煤炭开采已有百年历史，建国50多 年来，阜新矿区生产的煤炭已达5. 2亿吨，为国家做出了卓越贡献。但是，一百多年的开 采，使矿区的煤炭资源日近枯竭，已有四个矿相继破产，全矿区放假职工已达5万多人，占 全矿区职工总数的45. 9%。多年来，由于煤炭生产与治理比例失调，排土场与地表沉陷问 题没有得到解决。海州矿排土场矸石山吞噬了大量耕地，矸石山中含有的煤粉、高硫煤矸及

5、 矸石风化后形成的粉尘对周边环境污染极为严重，经检测，矸石山附近地区环境因子监测值 全部超标，其中二氧化碳2.273毫克/立方米，遇有风天，粉尘弥漫，暗无天日，对人、畜 健康均造成了危害；同时，深层矸石所含的镉、砷、汞等重金属元素在雨水淋溶作用下，渗 入地下，参与水循环，又使浅层地下水受到严重污染。阜新地区采矿废弃地的存在，不但污染了城市及周边地区的环境，也造成了土地资源的 浪费，更为严重的是，大面积的地表沉陷已经影响了本地区的社会稳定。因而，复垦整理矿 区排土场和沉陷区、恢复矿区土壤植被已成当务之急。2002年国务院副总理李岚清亲自来到阜新并对转型工作做了重要批示。省政府对阜新 的经济转型工

6、作也鼎力支持，市政府对矿区的综合治理极为重视，动员了各方面的力量。整 个外部环境非常有利，尤其是矿区的广大民众对土地的开发复垦有很高的积极性。社会各界 也渴望政府投资对矿区进行综合整治，以改善生态环境，并给广大放假职工以再就业的机会。阜新矿区矸石山、排土场及沉陷区的治理工程浩大、工作繁重，涉及面广，政策性强， 成立了以市长为组长，各相关县区和部门主要领导参加的“阜新矿区土地复垦治理领导小 组”。领导小组下设“土地复垦办公室”。目前，各项治理措施正有条不紊的进行着，部 分治理项目已竣工。沉陷治理工程是一项浩大的工程，阜新市坚持安居与就业相结合、搬迁与绿化整治相结 合，高质量地实施了采煤沉陷治理一

7、期工程。建设用地实施填方平整碾压，林地实施平整回 填。2002年，开工建设了 4个楼房小区、71栋住宅楼，5个平房小区，总投资3.6亿元， 并完成了供电、供水、排水、供热、通信、有线电视等配套工程，完成差所学校教学楼和 两座锅炉房的建设任务。仅工程建设就涉及设计、勘察、施工企业、监理公司和重点设备供 应厂家共78家，参与工程施工建设的项目部门110个。建筑规模之大，涉及的部门之多， 堪称阜新市建筑史上的壮举。2002年，阜新市在运筹经济转型中，积极对海州矿这个废弃的排土场进行复垦整理。 经过4年的复垦治理，复垦后的海州矿排土场，方圆12平方公里的矸石山变成了绿地。新 增草地423.5883公顷

8、、林地382.5192公顷、林带135.2301公顷、沟渠14.6563公顷、修 路27.5796公顷，并规划了 2个林、牧业综合服务区建设用地。新复垦耕地大面积种植优质 紫花苜蓿，栽种速生杨树等用材林树种。矸石山复垦后的生态效益、社会效益和经济效益正逐渐显现出来。复垦后的地块已经栽 种了 4万株树苗，今年还拟栽种13万株树苗。这17万株树苗长成茂密的树林和多年生须根 性草本兰科植物，将有效改善矸石山所在区域的气候，防止土地荒漠化，提高土壤有机质含 量，加速排土场矸石的风化，降解有害重金属元素，降低对地下水资源的污染程度。同时， 水利工程设施和农田基础设施的建设又能防止水土流失和土壤肥力下降，

9、最大限度涵养水 分，使洪涝干旱灾害出现频率降低，进一步促进生态环境的改善。不仅改善了矸石山区域及 周边生态环境，解决村民和市区居民生活生产之忧。而且促进了矿区下岗职工再就业，减轻 社会就业压力和政府负担，保证社会稳定；复垦后的矸石山营造现代化管理的人工种植树， 不但为矿区开采提供生产资料，同时为矿区经济的可持续发展提供了物质基础。百里矿区废弃的矸石山复垦正在逐步深入开展，随着海州矿排土场矸石山复垦的竣工， 今年6月份，新邱露天矿东排土场复垦也将竣工，到年底，又有新邱露天矿西排土场复垦竣 工。还有100平方公里的采煤沉陷区复垦也将有序展开。通过复垦区域内进行适度规模的畜 牧集约经营，选择优良草种

10、，加大人工牧草种植的科技含量的投入和机械化作业程度，建立 牧草产业化生产方式，形成以草兴牧，以牧兴农的良性循环，必将对全地区农业和畜牧业的 现代化起到促进作用。在治理沉陷地和排土场的同时，阜新市还对海州露天矿矿坑进行了规划设计。以废弃的 资源为资源构筑新的接续产业，这对于资源型城市经济转型来说，是理论创新，也是实践突 破。曾经是亚洲第一、世界闻名的大型露天采煤基地，阜新海州矿代表了我国当时露天采矿 及科技发展的最高水平。2 0 0 5年，海州露天矿闭坑破产。转瞬间，那个曾盛满“黑金子” 的富矿留下了一个方圆达7平方公里，深至350米的巨大的坑。现在，这个距市中心仅3公 里的“大坑”怎么办？是弃

11、之不用，还是留做纪念？此时，一个绝妙的创意问世了：在海州 露天矿建国内第一座国家矿山公园，用10年的时间，建成集“地下森林”、“坑底水库”、 “科研基地”、“采煤博物馆”等为一体的“大观园”把这道伤痕变为工业遗产。也就是说， 尽管煤炭资源枯竭了，往这个“大坑”里扔进“旅游”两个字后，这个凹地还可以变成“聚宝盆”T Tm.。阜新百里矿区已有百年的开采历史，现保留着大量的各种珍贵文化资料、文物，矿工用 过的各种工具、用品、衣物，纪念币、纪念邮票等，矿业遗迹资源丰富，而且规模宏大，特 色突出，是旅游、科学考察、科普和传统教育、高校教学实习基地的最佳选择。专家说： 海州露天矿在剥离、开采过程中所揭露的

12、矿床地质剖面、地层构造、古生物化石不仅有学术 研究价值，具有极高的旅游观赏价值。中国地质环境监测院和辽宁工程技术大学的15名专家根据海州矿开采年限及所处地理 环境特点，提出在海州露天矿国家矿山公园内规划构筑“一水、二坑、三山、四区、五休闲” 的景观结构，挖掘阜新矿区和海州矿的旅游资源，体现阜新矿区和海州矿的工业文明。一水，即坑底水上乐园。利用矿坑坑底地势，因地制宜，在矿坑底部建设水上乐园，修建坑底广场、小码头等， 可进行划船、钓鱼活动，此景有“湖光坡色”的特征。二坑，即海州露天矿坑和万人坑。海州露天矿坑景区有空中俯瞰大坑的人工索道、利用排水系统建成的人工瀑布。万人坑即孙家湾万人坑，保持原有的特

13、点。三山，即海州矿矸子山、新邱矿矸子山、孙家湾矸子山。在矸子山进行土地复垦，修建爬山、休闲、健身、旅游景点和道路，营造生态经济林。四区，即矿山文化走廊；沉积地层保护区；机车博物馆；采煤现场展示区矿山文化走廊包括矿山文化广场，“时间隧道”、海州矿国家矿山公园博物馆及雕塑群。 “时间隧道”以阜新盆地成煤沉积的四个过程为主线，通过不同时期的地质活动如火山、断 裂等形成的硅化木、玛瑙等景观来体现地质变迁；博物馆以煤为主线，采用沙盘、影像、网 络资料展示矿山历史文化；矿山公园雕塑群用雕塑的艺术形象，展现矿工劳动的场面；矿山 文化广场营造具有矿区特色的市民休闲、锻炼、怀旧的广场。沉积地层保护区内有沉积形成

14、的贝壳化石恐龙脚印、断层、褶皱、火山岩等景观。机车博物馆展现阜新矿区百年开采史中的不同时代、不同国家生产的机车。采煤现场展 示区域包括露天开采和井下开采的模拟开采场景。五休闲，包括步行下矿坑、过隧道、坐小火车、爬山、体验矿工之家等五个内容。“五休闲”活动，让游人通过亲身体验，领略矿工劳动、休息的整个过程，体会矿山独 有的地域文化。曾经是亚洲第一大露天煤矿的海州矿闭坑停产后建成国家矿山公园，这无疑为阜新的旅 游经济带来极大的牵动作用。采矿工业与其他工业、城镇建设有所不同，后者一经占用的土地一般不能再利用，而采 矿工业占用的土地随着矿山生产活动的日趋结束，绝大部分经过恢复后仍可用于农、林、牧、 渔

15、业或旅游业，若条件合适，也可以作为发展其他工业或城乡建设用地。矿区废弃地的主要 治理措施是通过复垦废弃土地，恢复矿区土壤植被。将采矿等人为活动破坏的土地因地制宜 地恢复到所期望状态的行动或过程，称为矿山土地复垦。一般方法是就地取材，将废弃尾矿、 矸石、积土或垃圾等回填于露天矿坑、塌陷地或洼地，然后再将客土覆盖其上。这些回填物 如果处理使用不当，很有可能成为新的污染源。以煤矿土地复垦为例，由于煤矸石富含碱金属、碱土金属和硫，垃圾中也含有大量有害 物质，如果在回填中处置不当，则大气降水落石出有可能淋溶煤矸石中的无机盐及垃圾中的 有害成分。这些含有害成分的淋溶水与地表水汇合，会对地表水体造成污染，渗

16、入地下含水 层还会污染地下水体，同时也会破坏土壤中重金属的本底值和平衡关系，对土壤中微生物的 活动产生影响，妨碍植物根系的生长发育，形成对土地资源的潜在破坏。更严重的是，有害 物质在植物机体内积蓄，还会通过食物链危及人体健康。据报道，有些国家在土地复垦项目 的生态工程完工后，前三年内植物生长良好，接着就出现植物大面积死亡的现象。究其原因， 主要是客土养分被植物吸收或流失后，基土没有形成蓄养能力或由有害物质富集造成的。所以，矿区废弃地的复垦应充分考虑以下因素：（1）矿区地表特征，如地形、地貌等；（2）矿区环境因素，如气候、气象、周围城镇、居民点的分布，矿山开采前及开采后可 能造成的污染；（3）矿

17、区表层耕植土及覆盖岩土的厚度、物理机械性质、化学性质、表土肥沃程度等；（4）矿床开采方法对土地破坏和占用的状况，废弃土石及尾矿的排弃方式及复垦的可能 性等；（5）矿山原有植被的调查，再种植及综合利用的可能性。此外，还应考虑复垦设备及采矿设备的通用性，复垦成本、经济效益及复垦周期等。矿区废弃地的复垦应根据矿体的赋存情况、采用的开采方法、废弃土石的堆放形式，并 结合当地的具体情况，充分考虑环境效益、社会效益和经济效益，选择未来土地复垦及使用 方式，主要使用方式有以下几种：（1）农业复垦。将土地恢复供农业使用，包括露采场、排土场、尾矿场、塌陷区的农业 复垦；（2）林业复垦。将土地恢复专门用于营造人工

18、林、用材林以及种植牧草和植被绿化等用 途，包括露采场、排土场和尾矿场的林业复垦；（3）建设复垦，指经过一定的工程措施将露采场、排土场、尾矿场、塌陷地用作工业与 民用建筑用地，以免征用新地；（4）其他用途。将采空区改造成水库养鱼或水源地，包括渔业复垦、水源复垦、旅游复 垦等。煤矿地下开采导致沉陷土地的复垦，大类可分为充填复垦与非充填复垦两类。充填复垦 主要是利用矸石回填、粉煤灰回填及其它固体废弃物或客土回填。非充填复垦根据积水状况 与地貌特征，大致分为疏排法复垦、梯田（或台田）式复垦及平整土地工程技术。根据回填后的土地用途不同，充填复垦的关键技术也不一样。回填后用于建设的土地， 充填复垦的关键是

19、采取合理的工艺防止不均匀沉降，因此在一次回填全高的情况下，往往需 采用强夯等地级处理工艺才能满足建筑要求，如果有规划地进行回填，可采取分层回填分层 压实的处理工艺，分层厚度的确定取决于矸石块度、压实机械类型与重量、含水率等。回填 后用于种植利用的土地，同样需要防止不均匀沉降，但关键问题是重构合理的土壤剖面，适 合植物生长、防止污染。露天煤矿开采导致地表挖损、废弃岩土堆积。近年来露天煤矿开采土地复垦的主要技术 有：1）剥离-采矿-复垦一体化技术；2）利用露天采矿剥离物回填采煤沉陷区：3）优化采矿工 艺，采取分区段开采，实现内排土。研究成果表明：露天矿采场与排土场存在滑坡、水土流 失的潜在危害，其

20、复垦时，地貌重塑是关键，可充分利用GIS的地形分析功能，构建DTM 模型，为后续的植被恢复创造良好的条件；复垦中需要采取快速植被恢复技术，提高生物多 样性。煤矿区固体废弃物主要包括地下开采矿山矸石、露天矿剥离岩土、选煤场洗选矸石和坑 口电厂的粉煤灰。坑口电厂粉煤灰与采矿矸石用于土地复垦的主要处理方法是：1）粉煤灰与 矸石回填洼地或塌陷区，如徐州矿区、淮北矿区等；2）废弃的矸石山绿化造景，如兖州兴隆 庄煤矿、潞安王庄煤矿；3）矸石排放过程中绿化造景，如兖州济宁三号煤矿。煤矿固体废弃物综合利用的技术途径包括：1）矸石制砖，如新汶矿区、徐州矿区、潞安 矿区；2）矸石发电，如潞安矿区、徐州矿区等；3）

21、粉煤灰制水泥或墙体材料；4）矸石制肥、 粉煤灰作为土壤改良剂，如龙口矿区、韩城和潞安矿区都做过试验等。按照复垦形式，煤矿区复垦土壤重构分为充填复垦土壤重构、非充填复垦土壤重构和露 天矿复垦土壤重构方法。非充填复垦土壤重构主要考虑土壤物理特性的改良，主要手段是建 立完善的排灌体系、平整土地；充填复垦土壤重构的主要技术是根据回填物料的性质添加隔 离层，如酸性矸石回填时下垫石灰等碱性物料，为达保水之目的下垫粘土或石膏层，因此近 几年的复垦实践中复垦土壤剖面层为自下而上有以下几种形式：粘土-粉煤灰-耕作土、粘土 -矸石-耕作土、石灰-矸石-耕作土、粘土-矸石-粉煤灰-耕作土等；露天矿复垦土壤重构方 法

22、有交错回填法、排土场圆锥堆整齐排列法等。矸石山绿化过程中的土壤重构也十分重要， 目前我国矸石山绿化时以覆土或带土穴植为主，根据国外的经验，矸石山绿化以将矸石与土 1:1混合覆盖矸石山表面80厘米厚为佳，若种草，可覆5-10厘米表土。煤矿区复垦土地根据当地土地资源状况及土地破坏程度，复垦后的利用方向有用作耕 地、林地、水产禽畜养殖用地、村镇或工业建设用地、牧草地。其中的主要技术包括回填场 地建筑利用时的地基处理技术、回填场地种植利用时的防污防渗技术、种植养殖综合利用的 基塘复垦技术或生态工程复垦技术。矿区植被恢复技术以立地条件分类与评价为基础。谷金锋等将鸡西矿区废弃地分为七种 立地类型，对七种立

23、地的土壤理化性质、自然植被恢复规律进行了评价，提出了人工植被恢 复方案，并开展了试验研究，效果良好。矿区植被恢复时，首先应对矿区机质进行改良，为植物生长创造良好的生存立地。改良 分为化学改良和有机质改良，化学改良主要是通过施放化学肥料、施放CCO3、CSO4等，有 机质改良可以通过施放污泥、生活垃圾、动物粪便等。具体改良措施分为：3& 4（1）表土转换；（2）应用污水和生活垃圾改良；（3）填土造田；（4）生物改良；（5）灌溉和施肥。植被恢复的关键是要切实做到适地适树，即使造林树种的特性，主要是使生态学特性和 造林地的立地条件相适应，以充分发挥生产潜力，达到该立地在当前技术经济条件下可能达 到的

24、高产水平。在选择造林树种时，应充分考虑如下原则：（1）适应能力强；（2）固N能力强，如沙棘、紫穗槐等；（3）根系发达，生长快；（4）播种、栽植容易，生存率高；（5）乡土化树种优先。在造林前，还应对矿区土地进行整地，即造林地的整地，是造林前清除造林地上的植 被或采伐剩余物，并以翻垦土壤为主要内容的一项生产技术措施。整地季节一般在春季或秋 季。根据林种、树种的不同，视造林地立地条件的差异程度，因地制宜地设计整地方式、整 地规格和密度等。整地包括全面整地和局部整地。整地方式有全面整地，带状整地，块状整 地、水平阶整地、反坡梯田整地等。矿区废弃地的整地，主要是通过土体再塑来进行的，土体再塑包括地形再塑

25、和立体再塑， 土体再塑的要求有：（1）上土下岩，上细下粗；（2）酸碱在下，中性在上；（3）不肥沃土在下，肥沃土在上；（4）易风化土在上，不易风化土在下。通过造林整地，可以有效 改善立地条件，保持水土，提高造林成活率，促进幼林生长 再运行机械设备式，提高造林质量。造林方法一般包括直播造林和植苗造林。直播造林种子发芽率高，繁殖快，草、灌植物 较合适。在采用直播法时，应注意确定合理的播种量和播种方法。植苗造林包括裸根苗造林 和容器苗造林，一般在春秋季或雨季进行。播种造林的优点是无需育苗、省工、方法简便， 适于发芽力强、耐干旱的树种。但直播造林种子耗费大，造林后抚育管理较费工。植苗造林 的优点是：苗木

26、根系完整，栽后恢复快，抵抗不良环境的能力强，管理方便。缺点是：生产 总过程较复杂，育苗花费劳力较多，造林成本较高，同时苗木运输、假植以及栽植过程必须 环环相扣，否则会影响成活率。在造林时，应根据实际情况，采取适宜的造林方法。造林时，应确定合理的造林密度，根据林种、树种和当地自然经济条件合理设计。速生 树种密度应小于慢生树种，干旱地区密度可较小一些。密度过大会造成林木个体养分、水分 不足而降低生长速度，郁闭缓慢；密度过小则会引起土地浪费，同时也不利于林木的郁闭。 只有密度适宜，矿区植被才能得到尽快的恢复，才有利于矿区环境的改善。造林后，还应对幼林进行抚育管理，包括幼林抚育、造林灌溉、防止鸟兽害、补植补种 等，其中主要的是幼林抚育。在设计时，可根据造林地区实际情况，有所侧重和突出。在幼 林抚育时，应根据树种特性及气候、土壤费力等情况拟定具体措