专题1矿山恢复技术.ppt

1、矿山生态治理与恢复重建,提 纲,矿山废弃地类型及其特点 采矿生态破坏的过程与特征 采矿废弃地对生态环境的影响 生态恢复与重建的基本原理 生态恢复与重建的基本方法 有关治理恢复方案编制的几个问题,矿山废弃地的概念 伴随人类采矿活动形成非经治理无法使用的各类废弃土地。 矿业固体废弃物是矿山开采的必然产物，处理不当就会造成环境危害。露天采矿场、排土场、尾矿场、塌陷区以及受重金属污染的土地均为矿业废弃地。煤矿的矸石山、电厂粉煤灰、金属矿山尾矿等矿山固体废弃物是矿区的一大公害，它不仅侵占大量土地，还造成严重的环境污染,矿山废弃地类型及其特点, 前人致富,后人遭殃, 钻石矿-纳米比亚,锡林郭勒一处露天煤矿

2、,矿区组成 按照功能分区 开采区、弃渣区、生产区、办公区、运输道路等。在进行生态植被恢复中，开采区、弃渣区是重点，弃渣区主要包括排土场、尾矿库或矸石山。 按照地貌类型 开挖坡面和平台、弃渣坡面和平台、采空区。开挖坡面是矿山生态植被恢复的难点，常常多板岩、陡坡；弃渣坡面和平台相对便于地形整理进行植被恢复；采空区作为特殊的立地条件，重点是进行综合利用防止地质灾害。,矿山废弃地类型及其特点,矿山废弃地类型划分： 煤矿废弃地有排土场、沉陷区、煤矸石堆放场、开采坑、道路等。 金属矿区废弃地有尾矿库、低品位废弃矿石的堆放场、开采坑等。 非金属矿废弃地有贫瘠废弃场地、道路砖瓦厂等取土后的场地、采石场、采砂场

3、等。,矿山边坡类型 按照质地来分有土质边坡、石质边坡、土石结合边坡、矸石边坡等。相对而言土质边坡生态恢复较易，而石质边坡最难，矸石边坡需要处理好酸碱度和自燃问题。 按照稳定性来分有稳定边坡和不稳定边坡。对于不稳定边坡首先需要进行坡体稳定处理，才能进行生态植被恢复的工作。 按照挖填方式可分为挖方（开采）边坡、填方（弃渣）边坡。挖填边坡主要通过质地和稳定性来体现生态植被恢复的难易和技术模式的选取。 按照形成时间可分为新近坡面、历史坡面。,地形破碎 立地条件差 交通运输与供水受限 高陡边坡问题严重 给排水困难 采空区问题,矿山废弃地特点, 矿山废弃地生态重建所面临的主要生态学问题, 表土层破坏，导致

4、缺乏植物能够自然生根和伸展的介质、水分缺乏、营养物质不足 (Smith Dancer et al. 1977)； 生物因素, 除了上述土壤条件变劣外，生物种类的减少或丧失给矿区废弃地恢复带来了更加不利的影响(蒋高明 1995)。上述四个问题基本上是各种类型矿山所面临的共同问题,采矿生态破坏的过程,过程,开采活动对土地的直接破坏,如露天开采会直接摧毁地表土层和植被,地下开采会导致地层塌陷,从而引起土地和植被的破坏。 过程,矿山开采过程中的废弃物如尾矿、矸石等需要大面积的堆置场地,从而导致对土地的过量占用和对堆置场原有生态系统的破坏。 过程,矿山废弃物中的酸性、碱性、毒性或重金属成分,通过径流和大

5、气飘尘,会破坏周围的土地、水域和大气,其污染影响面将远远超过废弃物堆置场的地域和空间。,被破坏得满目疮痍的大杨肚山岭，与周边的青山形成巨大反差,采矿破坏原有生态系统，亟需进行生态恢复。,大量煤矸石的露天堆放产生严重的环境污染,采矿生态破坏的特征,根据上述三个过程,我们可以在生态系统层次上概括采矿地生态破坏的三个特征： 景观型破坏,它主要表现为过程工和过程 对采矿地地貌的影响。 环境质量型破坏,它主要表现为过程 和过程皿对所在地区土质、水质,甚至大气质量的影响。 生物型破坏,它主要表现为过程 和过程 对原有生物群落的摧毁,以及过程 对当地生物群落的严重破坏,甚至摧毁。 实际上，往往是每一过程会同

6、时兼有这三个特征,只是彼此间程度有所不同。,五、采矿对生态环境的影响,一、大气环境影响 二、地形地貌影响 三、动植物生境影响 四、景观环境破坏 五、水土流失 六、水系水资源破坏 七、土地占压与土壤污染 八、防洪安全影响 九、产生地质灾害,土壤被破坏,矿区表土是被清除或挖走，留下的通常是新土或矿渣，加上汽车或大型采矿设备的重压，及不利于植物生长，也不利于动物定居。,赣南的稀土矿废弃地,稀土矿采矿地,德兴铜矿露天矿坑及尾矿库,破坏水的过程,采矿破坏植被，造成水分涵养下降，破坏了地表径流的下渗过程，同时地下开采会改变地下水流的方向，严重会使河溪断流。,诱发灾害,人为的破坏尤其是矿山及矿石运输是形成沙

7、尘暴的重要因素之一，同时采矿地裸露地面也是产生沙尘流动源的帮凶。,国内外矿山生态恢复现状,国外：英、美、澳大利亚自30年代开始关注矿山恢复问题，实施了一系列大的生态恢复工程(包括不同采矿废弃地、湿地、草地、森林的生态恢复)；在生态恢复的实践中，开展了不同受害生态系统恢复与重建工作。将生态恢复纳入开采工艺。 国内：自80年代开展重视矿山生态恢复，围绕矿山废弃地复垦和植被恢复开展了大量工作，尤其是重金属污染的修复是研究的热点 。,我国矿山生态恢复中存在的主要问题,一、矿山类别多、分布广、治理难度大 二、权责不清、生态恢复业主不明 三、理念技术方面的问题 （一）缺少科学理念指导和专业规划 （二）技术

8、形式单一、不能科学进行技术组合，并且技术模式经济可行性差 （三）不能科学进行植物品种选配 （四）缺乏专业设计和施工队伍 四、政策规范与环保意识问题 （一）环境恢复治理的政策、技术法规建设有待进一步完善 （二）激励和约束机制不完善，宣传教育的力度不够 五、资金投入不足,矿业废弃地生态环境与重建的关键是在正确评价废弃地类型、特征的基础上进行植被的恢复与重建, 进而使生态系统实现自行恢复并达到良性循环。 矿区废弃地隶属各种尺度的景观类型，不同类型矿区废弃地具有不同的生态重建途径。只有按照景观生态学原理，在宏观上设计出合理的景观格局，在微观上创造出适合的生态条件，依靠景观生态规划与设计，才能实现生态重

9、建目标。,矿山生态植被恢复的理论基础,一、生态因子及其限制性作用 （一）Liebig最小因子法则 （二）限制因子（1imiting factors） （三）Shelford耐性定律 二、空间格局原理 （一）种群密度制约原理 （二）种群的空间分布格局原理 （三）生态位原理 三、生态演替原理 四、生物多样性原理 五、自生原理 （一）自我设计与人为设计原理 （二）自我维持原理 （三）自我调节原理 六、缀块廊道基底理论,一、土壤物理特性与植物生长 （一）土壤物质组成 （二）土壤质地 （三）土壤结构 二、土壤的水、气、热状况与植物生长 （一）土壤水分 （二）土壤通气性 （三）土壤温度 三、土壤的化学特性

10、与植物生长 （一）土壤酸碱性 （二）土壤养分,土壤学,生态学,景观生态学,生态恢复与重建的主要技术,主要技术环节 （一）边坡稳定 （二）供水排水 （三） 地形整理 （四） 基质营造 （五）植物选配 （六）抚育管理, 覆盖土壤 对于任何类型的矿山废弃地来讲，最简单的办法就是覆盖土壤，这种办法能够解决上述所面临的各种问题。但覆盖土壤的费用很高，因此在具体实践中恢复的程度取决于恢复的费用，在经济条件较好、生态环保意识较强的矿山较容易使用(蒋高明 1995) 物理处理和化学处理 一般情况下，土壤是不能引进或更换的，应为费用太高。废弃地本身的物质经过一定程度的物理处理，可以达到处理目标。在废弃地恢复中克

11、服物理因子的不足常在实践中应用，如挖松紧实的土壤、整理土壤表面的措施是较为有效的措施(Smith & Bradshaw 1979),利用石灰石中和土壤酸度等 添加营养物质 大部分矿山废弃物和类土壤物质缺乏氮、磷等营养物质，是植物生长的限制因子之一，解决这类问题的办法是添加肥料或利用豆科植物的固氮能力(Marrs & Bradshaw 1982),矿业废弃地生态恢复技术(1), 去除有害物质 在废弃地恢复过程中，有害物质的毒性起着严重的阻碍作用，如在重金属污染严重的地区，所能生长的植物仅仅是那些耐重金属污染的物种，如绊根草(Cynodon dactylon)、水烛香蒲(Typha latifol

12、ia)、秋茄(Kandelia candel Druce)、木榄(Bruguiera gymnorrhiza)、雀稗(Paspalum thunbergii)、双穗雀稗(P. distichum)、黄花稔(Sida rhombifolia)和银合欢(Leucaena leucocephala)等。因此，这类废弃地生态重建的前提是先锋种类必须是重金属忍耐种并施加肥料(Smith 1985) - 近年来耐重金属污染植物物种的筛选受到科学界的普遍关注，人们开始现代生物技术克隆耐重金属污染的基因，如mcMT1(GenBank Accession No. U96646)和mc733 (GenBank A

13、ccession No. AF104258)基因，试图培育出适于在重金属污染土壤上生长的植物种类(Ma et al. 2002；Geng et al. 2001),矿业废弃地生态恢复技术(2), 添加物种 在矿山废弃地恢复过程中，通过人工选择物种，使土壤的物理换学性质得到改良，从而缩短植被演替的进程，加快矿山废弃地的生态重建进程(Crocker Jansen 1981)。在添加物种时，最先添加的物种往往是按照草本-灌木-木本植物的顺序进行的，其中豆科植物的添加起着关键性的作用(蒋高明1995) - 通常, 上述5种措施是因时、因地配合使用的。在英国、美国、德国的矿山废弃地生态重建中已经取得了显

14、著效果。,矿业废弃地生态恢复技术(3),煤矿废弃地的恢复,主要生态问题 煤矿开采引起许多生态问题，其中之一是破坏表土，造成塌陷废弃地并增加煤矿废弃成分，从而使植被难以恢复。 煤矸石占用土地资源，废矿井和选煤废弃物组成的堆积物极易造成塌陷和滑坡，最终形成不毛之地。 由于煤矿废弃物中富含石英、粘土、富铁白云石、硅化物及硫化铁，因而其形成的所谓土壤含有较高的酸性成分和交换性盐分，但缺乏营养元素，其物理性能也较差。 植被自然演替受阻。 植物生长所需营养元素缺乏。,矿井水和矸石的无害化、资源化技术,目前煤矸石的回收利用技术主要有烧砖、制水泥、混凝土和铺路,回收煤炭、黄铁矿,提取氧化铝及制备无水三氯化铝、

15、结晶氯化铝、聚合氯化铝和水玻璃,利用煤矸石生产硅铝系合金、代替燃料发电及最近报道的以煤矸石为原料合成Y型沸石、利用其中的SiO2及Al2O3研制高分子絮凝剂聚硅酸铝等。,煤矿土地恢复技术,主要为复垦，根据恢复目标可分为农业复垦、林业复垦、牧业复垦、自然保护复垦、水资源复垦和工业复垦等。已比较成熟。分两部分： A.稳定化处理 B.土壤改良措施, 石灰石与肥料 - 对煤矿废弃地植被恢复，目前多采取下述途径： 施加石灰石。在煤矿废弃地改良中起两方面的作用。其一，石灰石在酸性环境中分解从而中和酸性，使种子得以萌发。其二是提供钙质，钙在煤矿废弃地中严重缺乏，这种作用在石灰石与肥料混合使用时效果更明显。石

16、灰石的施用量应据土壤潜在酸度量而定。本实验证明适宜的用量为2060t ha-1(改良土层1030cm)，可作为我国煤矿废弃地恢复的参考用量 增施肥料。实验证明肥料在煤矿废弃地植被恢复中所起的作用是促进幼苗生长，但不能促进种子在裸地上萌发，但是当施入石灰石种子萌发后的幼苗的生长就依赖土壤中的矿物质，本实验证明煤矿废弃地中氮和磷是大量缺乏的，因而为促进幼苗的生长发育以至群落演替，因而为促进幼苗的生长发育以至群落演替，在恢复初期施肥是非常重要的。建议氮肥用量为75 kg ha-1 a-1，磷肥为50 kg ha-1 a-1,煤矿废弃地植被恢复中的途径,植被恢复技术,A植物物种的选择 B配置群落，维持

17、恢复盖度 C植物种植技术 D恢复地的维护与监测, 先锋植物 - 利用先锋种类。由于煤矿废弃地的生境十分恶劣，仅有少数先锋植物能够成活，尽管经过人工改良“土壤”后，在恢复过程中仍需要利用先锋植物，而以草本植物最佳，待先锋植物定居后再引进灌木及乔木种类。在英国西海岸，由于气候湿润，雨量充沛且分配均匀, 自然出现的先锋种类为匍茎剪股颖、欧剪股颖和绒毛草，这在我国干旱及半干旱地区不一定适宜，应据自然演替的观察寻找适宜的先锋种类,煤矿废弃地植被恢复中的途径,门头沟区龙凤岭废弃矿山生态修复试验示范工程,修复前后,十种常用技术组合,简易植被恢复基材喷附 挂双向格栅植被恢复基材喷附生态植被 挂三围网植被恢复基

18、材喷附 生态植被袋生态防护 客土大苗造林 浆砌石坡脚挡墙攀缘植物垂直绿化 生态植被毯铺设 生态灌浆植被毯铺设 清淤土整地撒播植物种子 岩面容器苗垂直绿化,治理恢复方案编制中的几个问题,1、现状调查：存在本底调查不清，以区域一般性资源代替现状调查的现象，缺乏针对性； 2、破坏现状与预测评估：存在定性描述多，定量分析少的现象，往往结论缺乏说服力。 3、治理恢复措施：存在重工程治理，轻生物治理的现象，提出的生物措施单一，缺乏针对性的专业设计。,有关生态破坏类型的调查,可通过资料搜集、遥感解译、野外调研、室内分析对矿山所在地进行生态环境现状调查，目的是定量分析出生态破坏的现状，查明生态本底，筛选适宜生态恢复的物种资源和种子库。分类指出破坏的类型和分布，应有土壤调查数据，尤其是pH值和土壤养分。 要交待清楚矿山土地利用情况，包括利用类型（国家土地利用标准）、面积、永久占用还是临时占用；调查清楚主要植物群落类型，优势植物物种，植被覆盖率，植被发育状况，是否有国家保护物种。,生态破坏评估,根据评估的指标体系，定量评价出破坏程度，对各类破坏的严重性进行定量评价。明确破坏的土地类型和受损的植被类型的数量。,植物物种的选择,由于废弃地土壤贫瘠，养分缺乏，可考虑以豆科植物和禾本科的草本植物为先锋植物，此外马尾松也是不错的先锋植物。 适合江西的一些先锋植物种类： a.豆科植物：胡枝子属、木蓝