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一、矿区生态环境系统保护与综合治理工程技术体系
从系统的观点来看,一个矿区的生态环境整治工程包括了一系列的工程措施,从前期的规划到后期的工程措施、生物措施,构成一整套矿区生态环境系统综合治理的工程技术。实践证明矿区生态环境系统的清洁生产技术、矿井水处理、尾矿利用、大气污染防治、土地复垦、生态重建等综合治理工作,既可以消除污染、美化环境,又可以得到相当程度的经济效益,将废弃物资源化与矿区生态恢复整治结合起来是适合解决我国矿区生态环境保护的重要途径。
根据矿区环境问题涉及矿物开采、加工、储运及使用的全过程这一特点,矿区的生态环境系统保护、综合治理不仅仅是一种事后措施,而且更主要的是一种超前预防措施。矿山开采工艺分为露天开采和井工开采,由于开采方式的不同,土地破坏形式、生态恢复方式、综合治理方法亦有所不同。矿区生态环境系统保护、综合治理根据矿区生态破坏方式,可将其分为露天矿生态环境保护、采矿沉陷地生态环境保护和尾矿的综合利用。
二、矿区生态环境系统保护与综合治理措施
(一)矿区土地复垦与生态重建技术途径
1、露天矿破坏土地工程复垦途径
根据露天矿山生产工艺特点,露天矿山的土地复垦、生态重建可分为事前措施和事后措施,事前措施主要包括合理规划矿区规模,优化开采工艺,以预防为主,尽量减少矿区土地生态破坏,同时为破坏的土地复垦创造有利条件。
(1)合理规划矿区,保障资源效益与生态效益双赢
首先将土地复垦、生态重建作为一项重要内容纳入矿区开发规划之中,制定明确的土地复垦、生态重建法规、条例,并严格执行。同时,应将土地复垦费用纳入矿山成本核算,明确土地复垦资金渠道,实行“谁复垦,谁受益”的政策。其次,加强矿山设计与安全管理基础理论研究工作,在保证生产安全的前提下,提高矿石采出率,缩小矿山地面境界,减少矿山对土地、生态环境的破坏。
(2)露天矿生产过程中的优化控制与土地复垦
按矿山层赋存条件、地形条件、岩土特性,以及剥离废弃物排弃方式不同,露天矿土地复垦可分为外排土方式的复垦和内排土方式的复垦。采用外排土方式的采空区可以用地下开采排出的矸石、电厂粉煤灰或其它固体废弃物复垦,也可将外排土场的岩土重新运回采空区。为保证岩土的剥离、回填与采矿工程之间互不干扰,应合理布置回填区和剥离区之间的工艺顺序,并保证表土层仍排放在地表。
2、井工开采沉陷地工程复垦措施
(1)农业复垦
整渠道平整土地:在沉陷区均匀沉降的地段,土地的平整度变化不大,可以修复原来的渠道,土地平整后即可恢复到土地原有的生产水平。
挖沟抬田:在塌陷洼地的边缘不太深的区域,分段开挖深沟,将取出的土就近摊平,抬高地面造成台田。此法挖沟与造田相结合,成本较低,土地的复垦率较高。沟深、宽与沟间距应按塌陷深度和排水条件具体设计。
挖塘抬田:塌陷较深的或排水条件较差,深沟取土尚不能满足造田之需,可挖塘(扩塘)取土造田。此法土地复垦率虽较低,但开发利用了塘面,如发展养鱼塘,或发展珍贵水产养殖,其经济效益更高。挖塘造田的土地复垦率一般在 50%左右,与挖塘取土的深度成正比,与造田填土的厚度成反比。造田时需注意将肥沃的表土放在表层。挖塘方法分为机械开挖和水力开挖,机械开挖就是先将水塘水抽出到机械可工作的位置,利用机械设备把土倒出复田。水力挖塘机组的挖塘造田的功效较高成本较低,在我国的南方的一些矿区采用的较多。
填土造田:填土造田就是利用露天矿的剥离土(第四系表土)或煤矸石来填平沉陷地,把沉陷地填成一片平地,填土造田的土地复垦率较高,复垦土地后甚至超过土地的原有生产能力,其缺点是土地恢复成本较高。
(2)园林复垦
园林复垦是城市沉陷区的复垦的一项重要内容,所谓园林复垦就是根据沉陷的现状和预测进行园林规划,再根据园林规划将沉陷区复垦成适合园林用地要求的土地。沉陷区适宜园林的地块一般都与城区相连,园林复垦一般是根据沉陷区的地势造园,沉陷区水域一般都规划成人工湖,开挖湖区的废土堆砌成假山等,园林复垦的费用较低,但在复垦之前要先作好园林规划设计,这样可以节省大量工程费用。
(3)建筑复垦
沉陷区在城市中或在城市的郊区,在地质条件适合的区域应优先考虑建筑复垦,这样的土地的利用价值也非常高。根据我国几个城市的采煤沉陷区的土地利用情况,恢复成城市建设用地能使土地的利用价值得到最大的发挥,从投入和产出的关系上看,恢复成建设用地,土地能够获得 10 倍或几十倍的升值,在经济上是最合算的一种土地复垦方式。作为建设用地的同时也控制了城市向周边农村扩展,也节省了大量的农田占用。但是建筑复垦对复垦区的地质条件要求非常严格,在作建筑用地的同时一定对其地质情况做出适宜性评价,以及相关的建筑基础处理,盲目地进行建筑复垦会发生新的地质灾害。
(4)林业用地复垦
在沉陷区不适合前 3 项复垦条件的区域都可以进行林业复垦,林业复垦的用地要求条件不高,绝大部分地块只要简单平整即可满足林业用地的要求。
(二)矿区生物复垦技术途径
1、生物复垦技术措施
(1)绿肥法。这种方法的实质是在复垦区种植多年生或一年生豆科草本植物。这些植物的绿色部分在土壤微生物作用下,除释放大量养分外,还可以转化成腐殖质;其根系腐烂后也有胶结和团聚作用,能改善土壤理化性质。
(2)施肥法。本方法以施用大量有机肥料来提高土壤中的有机物含量,改良土壤结构,消除过粘、过砂土壤的不良理化特性。
(3)化学法。该方法主要用于酸碱性土壤改良。中和酸性土层一般用石灰作掺合剂,变碱性为中性常用石膏、氯化钙、硫酸等作调节剂。
2、生态农业复垦技术
生态农业复垦技术是指根据生态学和生态经济学原理,应用复垦工程技术和生态工程技术,通过合理配置植物、动物、微生物等,进行立体种植、养殖和加工等体系。生态农业复垦技术有多种类型,最典型的是塌陷区水陆交换互补的物质循环类型。它充分利用塌陷区形成积水的特点,根据鱼类等各种水生生物的生活规律、食性以及在水中所处的生态位置,按照生态学食物链原理进行合理组合,实现农—渔—禽—畜综合经营的生态农业类型。
3、植被重建工程技术
植被重建工程就是在建好的土地生境上按社会需求,建立人工植被,形成人工植被群落,在一段时间后获得一定的效益。它涉及到植物生理学、植物生态学、造林学、牧草学和农作物栽培学等理论,它是在生态学理论指导下,将各学科的理论、技术协同起来,相互联系,相互促进,调节控制,统筹安排。其主要包括植物的筛选与引种,植物的栽培与管理两部分内容。目前我国矿区植被重建多采用草、灌、乔合理配置的模式。
