我国矿区土地复垦研究.docx

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我国矿区土地复垦研究

　矿业是国民经济的重要支柱产业之一,为国家

经济建设提供了能源和原材料。

然而,由于大规模

的矿山开采导致了矿山废弃物数量的剧增。

严重扰

动了区域土壤、水、植物、生态环境,矿山土地复垦和

生态重建已刻不容缓。

1　国内外土地复垦的研究进展

在国外,早在19世纪末就开始了土地复垦的研

究和实践,美国、荷兰、澳大利亚、加拿大等国的土地

复垦均取得显著成绩。

20世纪80年代末至90年

代以来,矿区土地复垦的理论研究处于高潮时期。

在生产实践中不但进一步完善了施工技术,还促进

了对土壤改造、政策法规、现场管理等方面的研究,

取得了大量的成果,积累了成功的经验,形成了庞大

的技术产业。

近年来,在矿山开采对土地生态环境

的影响机制与生态环境恢复的研究;遥感与GIS在

土地复垦中的应用;无覆土的生物复垦及抗侵蚀复

垦工艺;矿山复垦与矿区水资源及其它环境因子的

综合研究;清洁采矿工艺与矿山生产的生态保护等

方面均取得了很大的成果。

我国矿区废弃地生态恢复工作起步于20世纪

70年代末,在80年代由于当时的政策和技术方面

的原因,废弃地生态恢复工作总体上还是处于零星、

分散、小规模、低水平的状态。

1988年《土地复垦规

定》的出台,使该项工作步入了法制轨道。

我国土

地复垦经历了从自发性零星复垦到自觉性有计划复

垦、从单一型复垦到多形式复垦、从无组织到有组

织、从无法可依到有法可依的巨大变化。

但在矿种

之间和区域之间均存在较大差异,煤矿、铅锌矿、铁

矿的恢复率较高;小型矿山对土地的破坏十分严重,

生态恢复几乎为零。

从复垦的效果来看,煤矿较好,

非金属矿次之,而金属矿山最差。

近年来,我国也结

合多个专业针对我国的矿山情况进行土地复垦技术

工艺、政策与战略研究。

对于废弃地的复垦技术不

仅逐渐向生态恢复转变,还对修复后的土壤肥力以

及各项指标进行了研究,使我国的废弃地复垦工作

逐渐迈上了系统化、整体化和高效化相结合的生态

发展阶段。

总体上看,由于我国土地复垦起步晚,土地复垦

8

常被认为是一种纯工程性的问题,参与研究的专家

不多,再加上中国传统的“重术轻学”的思想,因而

复垦理论远远落后于实践,与国际水平相比有较大

差距。

2　矿山土地复垦与生态重建的涵义

土地复垦就是恢复因采矿等破坏或影响的土地

的生产力和经济利用价值,将其改造成为符合经济、

社会、生态效益要求,并与周围环境保持协调发展的

活动。

土地复垦是以恢复生态系统功能的土地利用

为定义,同时又是一个具有物理学及生态学全过程

的宽泛概念。

矿区生态重建是指对采矿引发的结构缺损、功

能失调的极度退化的生态系统,借助人工支持和诱

导,对其组成、结构和功能进行超前性的计划、规划、

安排和调控,同时对逐渐逼近最终目标这一逆向演

替过程中可能出现的各种问题,进行跟踪评估并匹

配相应的技术经济措施,最终重建一个符合代际需

求和价值取向的可持续的生态系统。

生态重建的生

态学原理,最重要的是生态演替原理,即生态系统由

一种类型转变为另一种类型的有顺序的变化过程。

同时矿山在生态重建过程中,还必须注意生物之间

相互制约原理,结构稳定和功能协调原理,实现新生

态系统物质和能量的可持续循环利用。

土地复垦强调的是矿山土地可利用能力的恢

复,生态重建则在土地可利用能力恢复的基础上,强

调建立一个和环境协调的、具有稳定生物群落的人

工生态系统。

土地复垦是生态重建的前期工程,而

生态重建是土地复垦的最终目标,土地复垦应是生

态重建中的核心部分。

3　影响因素

由于矿山自身条件各异,矿山复垦需要考虑的

因素也很多,主要有:

①矿区地表特征:

地形、地貌、

水系、植被等;②环境因素:

气候、气象和城镇、居民

区分布,矿山开采前该地区环境状况及矿山开采后

可能造成的污染等;③矿区地表地层的理化性质:

厚

度、有机质含量、pH值、盐渍度、土壤水分、渗透性、

微量元素、抑制植物生产的有毒化学物质等;④矿床

开采方法、废石及尾矿的充堆方法及复垦的可能性,

采矿及复垦设备的通用性,复垦区再种植及综合利

用的可能性,复垦周期与经济效益等。

由于各矿床的赋存条件不同,故所采用的复垦

工艺技术也不尽相同,应根据矿体的赋存情况和开

采方法,统一计划,边开采边复垦,在复垦时充分利

用采矿设备,既发挥现有设备效率,又降低复垦成

本,缩短复垦周期。

4　矿山土地复垦及生态重建的主要技术

4.1　传统复垦技术

目前矿区土地复垦根据其用途可分为农业复

垦、林牧复垦、渔业复垦、自然保护复垦、水资源复

垦、旅游休闲胜地复垦和工业复垦等多种复垦途径

和措施。

其中农业复垦和林业复垦是最普遍的。

我

国人均耕地少,随着人口的增加,人均耕地呈下降趋

势。

新的土地管理法加大了耕地的保护力度,并规

定复垦土地应优先用于农业。

而林牧复垦是作为被

破坏土地开发最可靠、最经济的土地复垦方式,其对

生态环境的恢复有相当重要的作用

[2]

。

复垦的技术措施主要有物理、化学工程和植被

恢复。

比较而言,植被恢复具有较好的生态、环境效

益和社会效益,同时也是最基本和最经济的。

但矿

山废弃地常具极端的生境条件,影响植物的定居,因

而植被恢复的难度较大。

4.2　复垦新技术

（1）矿山固体废弃物复垦技术。

分为充填技术

和矿山尾矿的多成覆盖技术。

利用矿区固体废物进

行充填复垦,不仅减少了尾砂的排放量,而且还可以

免除地面沉降这一伴随矿山开采产生的难以避免的

矿山地质灾害,同时也可为村庄搬迁提供场地,其社

会、经济、环境综合效益显著。

目前所采用的充填方

法主要有分级尾砂充填、削壁充填、水泥胶结充填、

高水材料胶结充填等较成熟工艺

[5]

。

矿山尾矿的

多成覆盖技术是在矿山废弃物的上方加3层覆盖材

料,上层为厚土壤,中层为渗透较好的石块覆盖层,

下层为有机材料,并在覆盖材料中间加薄薄的地质

滤网来阻止材料的上下混合。

这种覆盖技术可使尾

矿酸化最小,污染迁移也最小。

（2）微生物技术。

现代微生物工艺技术在矿山

复垦中的应用研究是国外复垦新技术研究的热点,

已初见成效。

利用微生物生命活动,挖掘土壤潜能,

实现低耗资和快速熟化复垦地的人工耕层。

同时,

微生物促进植物根瘤菌和菌根的生成,从而固定废

弃物和加速废弃物风化成土,促进植物迅速生

长

[3]

。

（3）人造表土。

复垦土地的土壤贫瘠,缺少熟

化的表土,人造表土可作为自然表土的改良剂或直

接作为表土使用。

这些人造表土因富含多种养分且

经过加工处理,其养分含量比自燃土高,覆盖在表面

的厚度比自燃土薄得多,但其效果与自燃表土无异。

人造表土不仅可用于已破坏土地的（下转第31页）

9

　　　李　华　王湘桂等:

我国矿山土地复垦及生态重建　　　　　　　　　　　　2008年8月第8期

2。

8　边坡安全系数对比分析

各种方法计算所得的安全系数见表2。

表2　安全系数对比分析表

计算方法安全系数

极限平衡法

ordinary法2.569

Bishop法2.731

Janbu法2.519

Spencer法2.732

sarma法2.718

有限元应力法2.768

有限元强度折减法2.658

　　通过实例分析表明:

极限平衡法、有限元强度折

减法所得到的整体安全系数差距很小,有限元应力

法所得的安全系数稍大一些,事实上极限平衡法是

偏于安全的一种计算方法,这一点已得到工程界的

普遍认可并广泛应用于实际工程。

9　数值解与极限平衡解的对比分析

随着计算机软件、硬件的飞速发展,采用理论体

系更为严格的有限元理论为基础的数值方法进行边

坡稳定分析已经成为可能,它们全面满足静力许可、

应变相容和应力应变之间的本构关系,同时因为是

采用数值分析方法,可以不受边坡几何形状的不规

则和材料不均匀性的限制,因此是一种比较理想的

分析边坡应力、变形和稳定性态的手段。

数值解与极限平衡解的对比分析

[5]

见表3。

有限元应力法与有限元强度折减法是基于有限

元计算理论之上的边坡稳定分析方法,因此它具有

有限元法的一切优点,与传统的极限平衡法相比,其

优点总结如下。

表3　数值解与极限平衡解的对比分析表

数值解极限平衡

平衡每一处都达到

仅仅在特定的部位达到（滑

面）

应力

每一处都采用场方程进行计

算

只沿一定的平面进行近似

计算

变形求解的一部分不考虑

破坏

对每一处都进行屈服检测;

破坏面按给定的条件自动形

成

破坏只沿事先给定的面发

生;不检测其它部位的塑性

区分布

（1）破坏面的形状或位置不需要事先假定,在

求解安全系数时,不需要假定滑动面的形状和位置,

也无须进行条分,而是由程序自动求出滑动面。

（2）由于有限元法引入变形协调的本构关系,

因此也不必引入假定条件,保持了严密的理论体系。

10　结　语

文中采用多种方法分析,得到了该边坡比较完

整的力学分析结果,根据上述各种方法的分析,表明

该边坡当前处于稳定状态。

参　考　文　献:

[1]　徐芝纶.弹性力学简明教程[M].:

高等教育,

2001.

[2]　王勖成.有限单元法基本原理[M].:

清华大学,

2002.

[3]　X颖人,陈祖煜.边坡与滑坡工程治理[M].人民交通,

2007:

194～204.

[4]　X颖人,赵尚毅.有限元强度折减法在土坡与岩坡中的应用

[J].岩土力学与工程学报.2004,23（19）.

[5]　吕　鹏,杨广庆等.边坡稳定计算原理与分析[J].铁道建筑,

2006（08）.

（收稿日期2008204215）

（上接第9页）复垦,也可以作为复垦表土的改良剂

或肥料

[4]

。

5　结　语

我国矿山土地复垦与生态重建近几年虽取得了

一定的成绩,但也暴露出了不少问题:

如土地复垦的

配套法规不健全,缺乏强有力的约束机制,国家政策

不能全面地贯彻落实,土地复垦资金没有可靠保障,

土地复垦技术研究严重滞后,缺乏健全的机构和执

法监督,企业复垦的积极性未得到有效的保护

[1]

全民土地复垦意识还有待提高。

因而,为了促进我国矿山土地复垦及生态重建,

一定要加强立法,建立健全土地复垦法规、制订更加

具体的政策和措施,开展更深入的科学和技术研究,

建立监督检查管理体系以及加强国际合作,充分利

用国外先进的技术和资金,全面推动我国土地复垦

及生态重建工作向深度和广度发展,建造中国的绿

色矿山。

参　考　文　献:

[1]　李晓冰,李富平.我国矿山土地复垦存在的问题及对策[J].河

北理工学院学报,2002.11.

[2]　周家云.XX省矿山土地复垦评价及生态重建对策研究[R].

XX理工大学,2005.5.

[3]　X文敏,X美庆,孟　娜,孙小凤.VA菌根用于矿山复垦的基

础研究[J].矿冶,1996.9.

[4]　周锦华,胡振琪,高荣久.矿山土地复垦与生态重建技术研究

现状与展望[J].金属矿山,2007.10.

[5]　李雨芯,邱媛媛.矿山固体废弃物在土地复垦中

金矿尾矿粉尘遇风容易飞扬，遇水容易流失，长期堆放，不仅占用大量土地，同时尾矿粉尘对周围环境构成危害，本文就尾矿污染现状提出几种简易的治理方法。

　　一、金矿尾矿污染现状招远市现有金矿尾矿库大小近百个，大多呈山谷形、山坡形和平地形，多数已被覆土造田，有的正在使用，还有一部分没有被覆土，也有的尽管压了一层薄土，易形成第二次粉尘危害，仍对周围环境造成影响。

　　由于金矿尾矿粒度细，并含有选矿药剂以及金属离子，一遇大风，特别是干季3—6月份，将尾矿刮得黄砂骤起、尘土飞扬，落入村庄、农田、果园，使其受到污染侵害，由此而产生的污染纠纷将直接影响社会的安定团结。

　　尾矿对环境污染大体通过三种途径：

一种是尾矿在风化过程中逸出某些有害气体，经大气传播而进行污染；另一种是极细的尾矿砂粒受风吹的作用（甚至可形成沙暴），使周围环境受到严重危害；三是遇到汛期，尾矿连同雨水流入农田、河流，使地下水造成危害。

　　综上所述，尾矿污染占用土地，损害景观，破坏土壤，危害生物，淤塞河道，污染大气。

　　二、尾矿污染控制方法

　　对尾矿治理与利用最为简单可行的几种方法为：

一是覆土造田。

在土壤比较充足的地区可采用压10－20厘米土的方法而后进行种植，覆土造田，扩大耕地面积，这种方法适用于呈山谷形的尾矿库。

多年来，这种方法已得到肯定。

但也有因压的土层较薄，造成粉尘二次危害的。

　　二是利用有机废弃物，对金矿尾矿粉尘采取可降解性固化、封闭，选择适当种子和基质使植物迅速发芽、成长以达到植被利用目的。

这种治理尾矿的方法，通过几年的实践，摸索出一些经验，尤其是在可降解固化废料选择、基质、种子选择以及种子发芽时间等做了多项实验，有些已获成功。

它克服了占用大量土层、受尾矿形状所限治理不便等弊端。

同时在沙漠治理等方面也大有可为。

　　三是利用尾矿开发建筑材料。

金矿尾矿中某些硅砂、砂岩或脉石英可被利用。

砖是最常见的建筑材料，用尾矿制砖也是很好的利用方法，掺加一定量的石灰制成砖坯，然后送入碳化室，通入CO2碳化成砖，不但增加砖的压强，减少取土毁地，而且经济效益也相当可观。

尾矿还可以制造平板玻璃及各种保温、隔热、隔音材料。

此外，从尾矿中提取有用金属技术也已被利用。

　　三、尾矿治理的几点建议

　　黄金生产过程中产生大量尾矿，因此要把握好几个问题。

一是尾矿库选址必须合理，这是治理、利用尾矿库的基础。

二是用完的尾矿库立即覆地造田。

一般覆土厚度要在400—600毫米以上，适用种植，使尾矿不再污染。

三是种植能覆盖坝面的植物，如枝叶稠密、根茎发达、繁殖容易的植物，能保土固堤，达到彻底的治理效果。

四是对金矿尾矿，制定严格的管理制度，谁污染谁治理，谁开垦谁利用，奖罚兑现，保证尾矿治理的顺利实施。