采矿废弃地及矿区土壤植被恢复技术.doc

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已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土壤结构不良稳定性差保水保肥效能差养分不平衡有害元素含量高酸碱性极端可能性大或大或小干旱或盐分过度引起的生理干旱问题突出粉尘对植物的危害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多年来阜新矿区生产的煤炭已达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万多人占全矿区职工总数的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期工程建设用地实施填方平整碾压林地实施平整回填年开工建设了个楼房小区栋住宅楼个平房小区总投资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了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家参与工程施工建设的项目部门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年的复垦治理复垦后的海州矿排土场方圆平方公里的矸石山变成了绿地新增草地公顷林地公顷林带公顷沟渠公顷修路公顷并规划了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万株树苗今年还拟栽种万株树苗这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平方公里深至米的巨大的坑现在这个距市中心仅公里的大坑怎么办是弃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矿区地表特征如地形地貌等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矿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林业复垦将土地恢复专门用于营造人工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剥离采矿复垦一体化技术利用露天采矿剥离物回填采煤沉陷区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复垦时地貌重塑是关键可充分利用的地形分析功能构建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粉煤灰与矸石回填洼地或塌陷区如徐州矿区淮北矿区等废弃的矸石山绿化造景如兖州兴隆庄煤矿潞安王庄煤矿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矸石制砖如新汶矿区徐州矿区潞安矿区矸石发电如潞安矿区徐州矿区等粉煤灰制水泥或墙体材料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混合覆盖矸石山表面厘米厚为佳若种草可覆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表土转换应用污水和生活垃圾改良填土造田生物改良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高产水平在选择造林树种时应充分考虑如下原则适应能力强固能力强如沙棘紫穗槐等根系发达生长快播种栽植容易生存率高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和立体再塑土体再塑的要求有上土下岩上细下粗酸碱在下中性在上不肥沃土在下肥沃土在上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施如除草方法松土深度抚育年限每年抚育次数与时间施肥种类施肥量等在干旱地区一般需要采取灌溉措施可根据水源条件进行开渠打井引水灌溉或当年担水浇苗等进行造林灌溉设计在有鼠兔及狍子危害地区应设计捕打野兽的措施为保证成活成林凡成活率以上而又不足的造林地均应设计补植由于我国煤炭作为主要能源的地位在今后相当长的一段时间内不会改变且煤炭开采对土地的破坏的量一直高居所有工业部门之首因此煤矿区土地复垦仍将是我国土地复垦的重点同时由于煤矿区土地复垦仍有许多课题未得到很好地解决如煤炭开发战略西移后西部矿区土地与生态环境破坏将急速恶化而我们对西部地区的土地复垦与生态重建尚未作深入的研究即使是东部地区如何提高复垦土地农用率如何防止复垦土地质量退化等也需要作进一步深入研究土地复垦与生态重建既是两个不同的概念又是从不同侧面解决同一个问题由于我国的土地国情土地复垦与生态重建必将得到不同学科领域和管理部门的重视我们不能有所褒贬综合目前该领域的研究现状和存在的问题今后一段时间我国矿区土地复垦与生态重建研究的重点包括土地复垦与生态重建的基础理论问题包括矿区土地利用覆盖变化驱动力与响应机制矿区土地质量变化规律研究矿区生态退化机理与修复等矿区土地复垦与生态重建实用技术包括采矿控制土地与环境破坏的技术土壤重构技术景观重塑技术植被恢复技术固体废弃物资源化与无害化技术煤矿区域土地与生态环境管理的综合研究一方面土地复垦不是孤立的它与村落环境重建农村产业结构调整区域三废治理等密切相关另一方面土地复垦是一个动态过程土地质量水循环生态系统结构与功能的恢复难以在较短的时间内完全修复因此建立多部门协作的长期的区域土地与生态环境管理系统显得非常重要新技术的应用研究包括与技术在矿区复垦规划中的应用微生物复垦技术的应用复垦中抗侵蚀与防渗漏材料的应用环境岩土工程等新技术新材料的应用等