现今采用的露天开采方式基本上有以下六种:露大矿坑开采、大面积开采(露大矿坑改造)、表土剥离开采、山坡露头开采、山顶剥离开采和砂矿开采。大面积开采和表土剥离开采破坏的土地面积最大,因为这两种方式主要用于开采厚度小、埋藏浅而且所占面积很大的矿床。一般露天采矿场都设有外部排土场和内部排土场,采用条带排土和条带复垦,且复垦条带的排土量与剥离条带的开采量尽量相适应。
一、露天矿复垦类型
露天开采对土地资源的破坏主要表现在露天采场的直接挖损、外排土场压占土地。露天开采由于作业方式的需要,必须剥离大面积的表土层,直接破坏大量植被。所以,露天矿复垦类型主要包括露采场复垦、排土场复垦。
1.露采场复垦
露天采矿一方面是剥离矿藏上的岩石、土壤,一方面将剥离的岩石、土壤进行堆置(即造地),因而露天采矿是采矿与造地同时进行的。露天矿的采矿工程包括剥离、采矿、排弃、堆置、造地,其中,堆置造地工艺是采矿工程中的组成部分。露采场的复垦主要取决于矿床赋存与地形条件,其次与围岩、表土及当地实际需要有关。
(1)浅采矿场复垦
采区表层土壤要妥善就近贮存并与底土分别堆放,防止岩石混入使土质恶化,尽可能保持原有的土壤结构,以利种植。开采剥离的表土在临近采矿场境外建立临时的表土堆场贮存。当几个采区交替进行剥离、开采、土地复垦时可将一个采区剥离的表土直接铺覆于另一个已回填或部分回填废石的采空区,免二次搬运。
将开采形成的废岩土回填至采空区,使采矿与废石回填相互配合,尽量使废岩土在采空区内解决,避免往返运输,缩短造地周期。回填后将贮存的表土和底土顺序覆盖.恢复原先的地形,经土地平整、配套农田水利设施和防护林网,建成标堆农田。
(2)倾斜或急倾斜矿复垦
开采矿体为长的倾斜或急倾斜可采用内排法,其复垦工艺流程是:将矿体分为若干小矿田,对剥离系数最小的块矿田进行强化开采,尽快将矿体采出以腾出空间;将剥离的表土暂时堆弃在该矿田周边.再开采另一块矿田并将剥离物填在已腾出空间的采空区上,将其周边的表土覆盖并整平。
(3)山坡露采场复垦
对倾斜或急倾斜的坡积矿床,这类地形的复垦可就地取材修筑梯田,即按等高线堆筑石墙,然后在墙内填尾矿,待尾矿干涸后即成为可供农业或林业用的梯田。
2.排土场场复垦
露天矿排土场破坏土地的面积一般占到全矿总面积的50%以上,排土场复垦是矿山企业土地复垦工程中的重点所在。排土场排弃物料中岩石居多,土壤较少,在岩石层上进行农业复垦有一定难度,因而排土场主要适用于林业复垦,少量用于农业复垦或其他用途。
二、土地复垦与生态重建的关键技术
矿山开采过程中,几乎在所有情况下,开采活动都超过了生态系统的恢复能力,依靠自身恢复是一个缓慢的过程,最少也需要50~100a才能在矿山废弃地恢复植被。因此,土地复垦和生态重建就是要人工设计、采取人为措施,大大缩短恢复重建的过程。
1.土壤重构和地貌重塑
无论是土地复垦还是生态重建,首先要创造适宜植被生长的土壤环境和地形地貌,因为被破坏的土地(土壤)资源、水资源、生物资源是密切联系的。如何利用采矿移动岩石的便利条件进行地貌重塑、构造稳定的地形地貌以及如何正确进行破坏土地的调查预测并科学进行新造土地的适宜性评价,是土壤重构和地貌重塑的关键。在创造土壤条件和地貌重塑过程中,应因地制宜、因矿而异,对于大型矿山和地形平坦的地区,可采用剥离—采矿—复垦一体化工程技术,利用条带剥离、交错回填工艺。在地面标高高于或低于河流水位的情况下,可利用疏排法和挖深垫浅复垦工艺。对于常年积水且洼地多沙质良土的沉陷区,则可采用泥浆泵充填复垦工艺;对于采石场可采用土壤局部充填工艺。如果土壤中存在污染还要用物理、化学和微生物等污染修复技术,控制土壤污染。此外,还要注意地形地貌的持续稳定和新造土地的熟化培肥与水土流失控制。
2.植被重建和景观再造
矿区生态环境的恢复和重建的关键是植被的恢复,再现原来的或不同的景观结构。植被的组成、结构和空间配置应遵循恢复生态学、土壤学、群落理论和景观生态学的理论基础,注重植被的生态完整性、植被的多样性、植被间的互惠性和植被的乡土性。根据矿区的气候和再造的土壤条件,在植被恢复的早期演替阶段植物物种的选择应遵循以下原则:应尽可能地使用本地物种,从本地植物种类中筛选出种子发芽率高、抗逆性强、再生能力强、根系发达和能够吸引野生动物的植物;优先选择固氮植物和改良土壤理化性质好的植物;重视生态过程和生态功能的恢复,淡化植被恢复的经济产出。在植被恢复的中期阶段,强化植被的组成、结构、层次和地表覆盖,提高生态系统内稳定提供动植物的食物和养分,逐渐形成恢复区的生态过程和物质循环,提升水土保持功能、自我更新能力和养育当地动植物的能力。此外,在植被重建的过程中,还要考虑与矿区附近植被的空间配置和格局,如果矿区恢复地距离现存的大型植被斑块比较近,就要构建与这些植被斑块的廊道和连接,为生物多样性的保护和生态功能的持续奠定基础。
3.生物多样性重现和生态功能持续
矿产资源开采结束后矿区能否还有生机和活力持续发展以及植被建立后能否自我恢复并达到良性循环,生物多样性重现和生态系统功能的维持成为土地复垦的核心。矿区植被生态恢复与重建的中后期重点就是提高生物多样性和建立完整的生态系统服务功能。在矿区植被初步恢复的基础上,利用植物生态学和景观生态学的理论与技术,注重物种组成、年龄结构和资源利用的多样性,构建空间上植被搭配合理、生态上安全的格局,逐步形成完整的生态过程、物质和能量循环,具有良好的生态系统服务功能和持续的效益产出,再现当地的生物多样性,促进矿区的可持续发展。
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