废弃铅锌矿区综合治理和生态修复技术研究

夏明强

摘要 我国是铅锌矿产大国，2013年铅锌总量共计987万t，全国有2 347处铅锌矿产地，几乎遍及全国。铅锌矿产的开采利用带来了大量的物质财富，同时也给生态环境造成了较大影响，不仅森林植被遭到破坏，景观破碎，还造成重金属污染和诱发塌陷等地质灾害问题。因此，废弃铅锌矿的综合治理和生态修复具有重要意义。该研究以浙江省庆元县废弃铅锌矿为例，开展废弃矿区治理和生态修复技术研究，为我国废弃铅锌矿山综合治理提供了参考资料。

关键词 废弃铅锌矿井;重金属污染;地质灾害;生态修复

Abstract China is a major country in leadzinc mine. In 2013， the total amount of leadzinc was 9.87 million tons， and there were 2 347 leadzinc mines in the country， almost all over the country. The exploitation and utilization of lead and zinc minerals have brought a lot of material wealth， and at the same time they have caused a great impact on the ecological environment. Not only the forest vegetation was damaged， the landscape was broken， but also caused heavy metal pollution， induced collapse and other geological disasters. Therefore， comprehensive management and ecological restoration of abandoned leadzinc mines are of great significance. This study took the abandoned leadzinc mine in Qingyuan County， Zhejiang Province as an example to carry out research on the treatment of abandoned mines and ecological restoration technology， which provided a reference for the comprehensive treatment of abandoned leadzinc mines in China.

Key words Abandoned leadzinc mine;Heavy metal pollution;Geological disasters;Ecological restoration

全国有2 347处铅锌矿产地，主要分布在河南、湖南、云南、湖北和江西5省，浙江、福建、海南、广东、广西、贵州、四川、辽宁、甘肃等省区也有分布[1-5]。铅锌矿产的开采利用给国民经济和社会发展提供了大量的物质财富，同时也给生态环境带来了较大影响，不仅森林植被遭到破坏，景观破碎，还造成重金属环境污染和诱发塌陷等地质灾害问题[6-9]。研究废弃铅锌矿综合治理和生态修复技术对于引导我国实现铅锌矿山开发利用与生态环境保护相协调发展具有普遍的参考意义[10]。

浙江省共有各类废弃矿井2 806个，涉及废弃地下开采矿山数838座，其中废弃铅锌矿井共有28座61个。该研究以浙江省庆元县废弃铅锌矿为例，开展了废弃矿区综合治理和生态修复技术研究，包括废弃铅锌矿区的地质环境调查、土壤植被调查、水土体重金属污染测试分析、边坡绿化限制因子及可行性分析、废弃矿山稳定性综合治理设计和生态修复及绿化提升技术设计等内容[11-13]。

1 研究背景

1.1 研究区概况

庆元县废弃铅锌矿位于浙江省西南部的庆元县城北西方向2.5 km处海拔500 m左右城郊低山丘陵地段，中心地理位置119°02′18″ E，27°37′59″ N。矿区属亚热带季风气候区，年平均气温17.4 ℃，极端最高气温41.1 ℃，极端最低气温-9.2 ℃，无霜期247 d，年降水量1 673 mm，蒸发量1 313 mm。区内降雨主要集中在4—6月的梅汛期和7—10月的台汛期，11月—翌年3月为非汛期，雨量较少。

1.2 调查、检测与设计

1.2.1 地质环境调查。调查项目区气象水文、地形地貌、地层岩性、区域地质构造和矿山不良地质环境问题。

1.2.2 土壤植被调查。采用剖面法调查测定周边原生土壤的物理和化学性;采用样方法调查分析周边植被类型及其结构组成。

1.2.3 水土体重金属污染测试分析。选择典型地段取样测试水土体铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、镍（Ni）、铁（Fe）重金属污染状况和pH。

1.2.4 检索国内外重金属污染植物修复技术。针对矿区水土体重金属污染状况，检索并分析国内外有关重金属污染植物修复的技术现状，分析影响边坡绿化限制因子。

1.2.5 废弃矿山稳定性综合治理设计。根据气象水文、地形地貌、地层岩性、地质构造和礦山不良地质环境问题，设计庆元县废弃铅锌矿稳定性治理技术。

1.2.6 废弃矿山生态修复及绿化提升技术设计。调查以往植被修复情况，分析失败原因，研究设计生态修复绿化提升技术。

1.3 矿区原生土壤理化性质 由表1可知，矿区原生土壤pH为4.66～4.75，平均为4.71，为酸性土，而浙江省公益林pH平均为5.10。矿区土壤吸湿水为2.12%～3.43%，平均为2.57%，有一定的持水能力;土壤有机质为19.32 g/kg，低于浙江省公益林29.19 g/kg的平均值，即有机质含量偏低;全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾的平均值分别为0.930 g/kg、0.062 g/kg、101.45 mg/kg、1.61 mg/kg、65.66 mg/kg，接近于浙江省公益林平均值[14]，说明肥力一般。

1.4 矿区原生土体重金属污染状况

矿区原生土体重金属测定结果如下：

根据矿区原生土样的测定结果表明，除Ni未检出外，其他均检测到不同程度的含量。与国家土壤环境质量标准GB15618—1995比较，Fe含量没有列入限值，Cd和Cr含量均在国家一级限值内，Cu含量在国家二级限值内，Zn含量刚好处在三级限值内，Pb含量远远超过国家三级限值，是国家Pb含量三级限值的2倍以上，说明矿区内原生土壤已存在极高的Pb污染和较高的Zn污染。

2 研究方法

矿山于2006年结合稳定性治理进行全面绿化，对采坑边坡进行复绿，在采坑回填区种植胸径为3～4 cm的乔木树种和冠幅为40～50 cm的灌木树种，在挡坝前排水沟两侧种植高大松树，堆碴边坡按2 m间距种植胸径为3～4 cm的乔木树种和冠幅为40～50 cm的灌木树种，包括黑松、夹竹桃等，并撒播草籽复绿。但由于技术方法和立地条件及树种选择等各种原因，直至2017年矿区的生态环境仍然十分脆弱，种植的乔灌木几乎全部死亡，废弃的堆碴边坡草木难生。2018年，针对矿区地质环境和立地条件，专门进行了绿化提升设计研究。

2.1 采坑北侧边坡

坡面绿化采用厚层基材喷播+植生袋围堰造坑植树+顺坡沟种植+容器苗种植绿化方法。主要技术工序包括清坡顺坡和围堰造坑、厚层基材喷播、围堰坑种植和坡面容器苗种植等技术内容，播附厚度≥15 cm。

2.1.1 基质配比。喷播基质由泥炭、种植土、草纤维、砻糠、复合肥、黏结剂和保水剂按一定比例配制，各基质材料的配比如表2。其种植土需要过筛，筛除粒径≥2 cm的土粒和石砾。同时在基质中添加1 kg周边山体A层表土，以掺合自然植被的种子。

2.1.2 喷播植物种子配比。喷播植物种子采用木本和草本植物种子混合方式。其中木本植物种子选用美丽胡枝子、马棘、伞房决明、臭椿、盐肤木，草本植物种子选用狗牙根、高羊茅、紫花苜蓿、金鸡菊。各种子材料配比如表3。

2.1.3 植生袋围堰造坑。充分利用坡面上的局部小平台，采用装有种植土的绿色编织植生土袋围堰造坑，每坑围堰植生土袋不少于15袋。围堰后及时用具有10%体积比以上商品有机肥种植土进行客土回填至平顺（图1）。

2.1.4 围堰坑种植和坡面容器苗种植。当喷播植物苗高3～4 cm 时，揭除遮阳网，并在围堰坑内种植高1.2～1.5 m带缩土的全冠型女贞，再按左右水平距2.0 m、上下坡面距2.5 m的株行距种植苗高40～45 cm的红叶石楠容器苗。

2.2 采坑南侧边坡

为保留采坑遗址，在边坡上部和边坡下部，分别采用穴播灌木种和种子袋埋置2种方式进行边坡绿化。

2.2.1 边坡上部。在上部强风化边坡3 152 m2面积的区域采用美丽胡枝子点播绿化方法进行边坡绿化。在边坡面上，按左右间距1.0 m、上下间距1.2 m的穴间距，挖穴点播美丽胡枝子种子，穴直径10 cm、深5 cm，每穴置放6～8粒种子，拌合50 g钙镁磷肥，播后及时覆蓋客土。

2.2.2 边坡下部。在下部中风化岩面2 707 m2面积边坡区域，采用厚美丽胡枝子种子袋埋置绿化方法。在边坡面上，利用局部小凹坑、节理面和破碎面，用可降解的无纺布制作高8 cm、直径6 cm种子袋，袋内充填泥炭土和50 g钙镁磷肥并在袋口下3 cm处置放10粒左右的美丽胡枝子种子，按每1.5 m2/袋原则埋置边坡面凹陷面或节理面上，用长12～15 cm的水泥钉将种子袋固定在工作面上（图2），共计种子袋1 805袋。

2.3 东侧和西侧堆碴边坡 采用开凿小平台植生袋围堰造坑种植+厚层基材喷播+容器苗种植绿化方法。

首先，在平台上按间距2 m开挖长1 m、宽1 m、深60 cm的定植穴。穴内按泥炭10%∶种植土80%∶商品有机肥10%比例配制的功能客土回填至平顺，并插上小竹标签作标识。

然后，在坡面上按左右间距2.0 m、上下斜面间距2.5 m开挖种植小平台（相当于每个台阶坡面上开挖3行）。小平台宽1 m、底盘60 cm呈座坑形。并在外缘叠置高40 cm的植生袋围堰种植坑。植生袋用绿色编织物制作，袋内装入具有10%以上商品有机肥的种植土。坑内按泥炭10%∶种植土80%∶商品有机肥10%比例配制的功能客土回填（图3），共计围堰造坑800穴。

再后，包括平台，全坡面进行厚层基材喷播，喷播厚度12 cm以上，基质配比同表2，种子配比如表3。

最后，当喷播植物苗高3～4 cm时，及时揭除遮阳网，在围堰的种植坑内剪除网片。其中东侧堆碴边坡在围堰坑内：从台阶至下边坡，自上而下分别带缩土种植木荷、女贞、小蜡、红叶石楠，其中木荷高1.5～1.6 m，全冠开放型;女贞高1.5～1.6 m，全冠开放型;小蜡高1.0～1.2 m，蓬径0.8～1.2 m，全冠开放型;红叶石楠高1.5～1.6 m，全冠开放型（图4）。在西侧堆碴边坡围堰种植高1.2～1.5 m带缩土的全冠型女贞。同时在边坡面上按左右水平距2.0 m、上下坡面距2.5 m的株行距种植苗高40～45 cm的红叶石楠容器苗。

2.4 478平硐口堆碴边坡

在坡面，采用开凿小平台植生袋围堰造坑种植+开凿条带小平台埋置植生袋种植类芦+厚层基材喷播+容器苗种植绿化方法。在坡脚，在挡墙内侧采用回填种植土种植绿化。

2.4.1 坡面绿化。

坡面采用开凿小平台植生袋围堰造坑种植+开凿条带小平台植生袋找平种植类芦+厚层基材喷播+容器苗种植绿化方法。技术工序包括开凿平台、厚层基材喷播、绿化苗木种植。

2.4.1.1 开凿平台。在坡面上开凿小平台植生袋围堰造坑。自上而下按左右水平距离2.0 m、上下水平距离2.0 m的密度开挖宽1 m、底盘60 cm呈座坑形的小平台，并在外缘叠置高40 cm的植生袋围堰种植坑。植生袋用绿色编织物制作，袋内装入具有10%以上商品有机肥的种植土。坑内按泥炭10%∶种植土80%∶商品有机肥10%比例配制的功能客土回填（图5）。

2.4.1.2 开凿条带小平台植生袋找平。自上而下，横向，在植生袋围堰坑之间，纵向按垂直距离1 m之间，开凿宽30 cm的条带式平台（图6）。在开凿的30 cm条带平台上用装有具10%以上商品有机肥种植土的绿色编织物袋找平。计条带平台总长度（17条×40 m）680 m。

2.4.1.3 厚层基材喷播。

全坡面进行厚层基材喷播。喷附厚度≥15 cm，基质配比同表2，种子配比如表3。

2.4.1.4 种植绿化苗木。

当喷播植物苗高3～4 cm时，及时揭除遮阳网，进行绿化苗木种植。在围堰坑内，种植高1.5～1.6 m、地径>2.0 cm的全冠型女贞。在条带植生袋上，按株距1 m种植类芦。类芦为丛植，一丛5～6个植株，离基30 cm处截干种植。在边坡面上按左右水平距2.0 m、上下坡面距2.5 m的株行距种植苗高40～45 cm的红叶石楠容器苗。

2.4.2 坡脚绿化。

在坡脚挡墙内侧回填具10%以上商品有机肥的有机种植土至离挡墙顶30 cm高处，并按3°～5°斜坡进行顺坡回填，回填至坡面宽度4.5 m左右。回填有机客土量计540 t。自内向外（挡墙）分别种植小叶青冈、山樱花、茶花、紫藤和常春油麻藤（图7）。小叶青冈高3.0～3.5 m、胸径>4.0 cm，山樱花高2.5～3.0 m、胸径3.0～3.5 cm，茶花高1.5～1.8 m、蓬径1.2～1.5 m，紫藤和常春油麻藤为3年生苗。小叶青冈株间距2.5 m、山樱花株间距2.5 m、茶花株间距2.5 m，交叉种植。紫藤和常春油麻藤相间种植，株间距1.0 m。

3 研究结果

研究表明，庆元县废弃铅锌矿区的不良地质环境问题主要是露天采场边坡崩塌，以及裸露边坡和堆碴边坡造成的植被破坏，地下采空区存在地面塌陷隐患，大量堆碴场及其边坡可能引起的泥石流危害，原生常绿阔叶林植被已破坏殆尽，并且水土体重金属污染非常严重，特别是堆碴边坡，Pb、Zn、Cd含量分别是国家三级限值的20.03倍、11.60倍和72.91倍，坡面植物易遭重金属的毒害，草木难生，矿区生态环境十分脆弱。

根据工程勘查，针对矿山不良地质环境问题，设计采用削坡、填方、挡墙、挡坝、截排水沟等技术措施进行废弃铅锌矿山的稳定性综合治理。根据矿山边坡类型和立地环境条件及水土体重金属污染状况，设计主体采用挖定植穴植生袋围堰造坑回填功能性客土+厚层基材喷播绿化+种植女贞和红叶石楠及点播美丽胡枝子或种子袋埋置等乔灌木绿化技术工艺，使受损的并且重金属污染严重的山体坡达到森林化生态修复的目的。

项目于2006年10月实施，重点进行废弃铅锌矿山的稳定性治理，矿山绿化也曾同时全面展开，至今矿山稳定，无崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害发生，修筑的截排水沟和砌筑的挡坝完好有效，但植被仍然得不到有效修复，因此，于2017年重点进行绿化提升专项行动，并以城郊型森林公园的建设目标进行生態修复，项目自2018年10月开始按设计施工，目前已基本完工，昔日满目疮痍的废弃矿区已成为庆元县城郊森林公园的雏形（图8）。

4 结论

对于废弃矿井大量土地被破坏和长期荒废的现状，应根据具体条件，因地制宜地选择确定生态修复方法。该研究结合生态修复进行废弃矿井综合治理，在消除地质灾害隐患基础上将废弃铅锌矿山打造提升成城郊型森林公园，特别是重金属污染区域的植物修复技术为我国废弃铅锌矿山综合治理创立了一种示范模式，值得同类研究推广与应用。

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