1、-矿山土地复垦与生态经济,采矿学教学课件,目录,1 土地利资源及破坏情况2 矿山土地复垦现状3 我国土地复垦存在的问题4 矿山土地复垦特点5 矿山土地复垦需要考虑的因素6 土地复垦前准备7 复垦方向8 复垦评价指标9 矿山土地复垦方法10 矿山复垦费用11 矿山生态经济计算,土地总面积960104km2，占世界陆地面积的7.2%，仅次于俄罗斯、加拿大，居世界第三位。但人均土地面积仅为0.777hm2，相当于世界水平的1/3，人均耕地面积0.106hm2，不足世界人均数的43%。,1 土地资源状况中国,1.1 中国石油天然气分布,1.2 中国煤炭资源分布,1.3 中国铁矿资源分布,1.4 中国铜
2、矿资源分布,1.5 中国铝矿资源分布,1.6 中国稀土资源分布,1.7 土地破坏情况,据中国官方机构2010年估算，目前中国因矿产资源开发等生产建设活动，挖损、塌陷、压占等各种人为因素造成的破坏废弃的土地约达2亿亩，约占中国耕地总面积的10%以上。,我国因采矿直接破坏的森林面积累计达106万公顷 ，破坏草地面积为26.3万公顷 ，因采矿、尾矿、废石堆积直接破坏和占用土地140 200万公顷，并以每年2万公顷的速度增加。因此，矿山的土地复垦对生态环境尤为重要。,2 矿山复垦现状,“矿山复垦”最初见于“土地复垦”一词。该词在 20 世纪 50 年代末称为 “造田复地”，当时为了克服自然灾害带来的吃
3、粮困难，矿山职工自发地在排土场、尾矿场上垫土种植粮食和蔬菜。在“以粮为纲 ”的年代，土地复垦的概念一般是将废弃的土地 重新开垦为农田种植农作物。,2.1 国外矿山复垦情况,波兰：专门建立了矿石加价制，即采出1t矿石按其成本加价2.32.5%，用以筹集复垦等方面的资金。,保加利亚：在远景规划中规定，拨款专门用于环境保护和恢复被破坏的土地。,英国：1950年开始专门拨出复垦基金来恢复露天开采破坏的土地。,德国：有专门的采矿技术监督机构检查露天开采后所破坏的土地恢复情况。,美国：在50个州中的35个州均制定有采矿复垦条例，1977年颁布了联邦的露天采矿管理和复垦法。成立专门复垦企业，其中包括了矿业、
4、农业、林业等方面专家，专门从事复垦工作。,矿业公司,政府,低价获取毁损土地产权,按照分区法规，确定复垦后土地用途,收集固体废弃物收取处理费,填埋废弃矿坑,分类处理固体废弃物,城市垃圾等,监管部门按标准检查质量,废品再利用,土地复垦后进入土地交易市场,美国土地复垦商业化机制,2.2 国内矿山复垦情况,我国现代化开采的矿山复垦工作，较早得到全面复垦的是海南省的田独铁矿。它是一个中性深凹露天矿，20世纪50年代中期采完后，露采坑成鱼塘，坑周大树参天郁郁葱葱，成了一个风景宜人的休养胜地。 国家黄石矿山，是一代伟人毛泽东生平视察过的唯一的一座铁矿山；其开采遗址形成落差444米，为世界第一高陡边坡，被誉为
5、“亚洲第一天坑”；建成全国第一家国家矿山公园黄石公园，国家4A级风景区、全国工业旅游示范点、全国科普教育基地。,2.3国内外矿山复垦合作,澳大利亚是矿山复垦技术比较成熟的国家之一 , 中国与澳大利亚合作成立了许多的研究机构 , 如中澳矿山废弃物研究中心解决矿山复垦过程中废弃物的利用问题 。 另外，中国的许多科研机构与澳大利亚都有合作项目 。 安徽铜陵有色集团公司与北京矿冶研究总院合作 , 采用澳大利亚无土复垦技术治理尾矿库。 中澳矿山复垦专家经过 4 年的技术合作，投资 170 余万元，成功地在 5 km 尾矿库沙滩上试种了黑麦 、 羔羊毛和小冠花等7种草，以及柳树 、杨树、樟树和冬青树等 8
6、 种树。该区生态自然环境得到了恢复，成为国内首家中外技术合作尾矿库无土复垦示范场。,2009年5月18-19日，由中国矿业大学（北京）土地复垦与生态重建研究所所长胡振琪教授主持的主题为“矿区土地复垦与生态重建机遇与挑战”，来自中国、美国、德国、加拿大、丹麦等30余位高等院校、科研院所、企业的专家学者出席，以及首都部分高校和科研院所相关专业的20余位研究生列席。,但是，由于我国复垦法规不健全，复垦工作起步晚、 起点低，复垦技术的高科技含量低，远远满足不了矿山生态重建和环境保护的需要。与发达国家相比，我国无论是在复垦科研和复垦规模上，还是在复垦水平上，均有明显差距。而且我国的复垦法规也不健全，极大
7、地影响了矿山复垦的进展。就国内已经开展的矿山复垦项目来看 ，平均投资额一般约为4000元/hm2（400000元/hm2 ）,3 我国矿山复垦存在的问题,3.1 土地复垦的配套法律与法规不健全 目前，我国有关的法律和法规，涉及到矿山环境保护方面的规定，大多限于“ 三废 ” 污染与治理，而对矿山存在的其他环境问题关注不够。 我国现行的 土地复垦规定 已不能适应市场经济发展的需要。,我国矿山复垦中的诸多问题 ,如矿山复垦规划的编制与实施、矿山复垦专项规划与相关规划的关系协调、矿山复垦项目的立项到项目工程财务的程序、 矿山复垦中的监督和复垦后的验收、各级政府部门在矿山复垦工作中的责任和权利划分等,都
8、需要通过法律来进行规范。,3.2 价格形成机制不合理 , 缺乏环境成本补偿 矿山复垦投资具有数额巨大，回收期限长的特点，因此需要重金支持。但我国目前的价格形成机制不合理，没有考虑环境成本。如果没有政府的有效干预，仅仅通过自由竞争，市场形成的资源类产品价格，一般会低于资源持续利用的长期成本价格。采矿权人不会主动去保护资源及补偿环境。,目前采矿的出厂价格 ,只能反映短期的、 资源掠夺性的开采成本，这种价格不是资源类产品供给的可持续价格。因此，要想达到资源开发的合理均衡，就应在矿产品价格中加入环境成本 ,改革资源类产品的价格形成机制。但依照目前的状况，矿区没有这项成本开支的规定。,3.3 矿山复垦资
9、金难落实 , 投入少 矿山复垦需要大量的资金。在矿山复垦实践中，资金往往不能得到落实。在土地复垦规定颁布以前，矿山开采破坏了大量土地，但是当时采矿完全是按国家计划生产和销售，并将全部利税上缴国家，在成本核算中并没有把矿山复垦所需资金考虑在内，所以，要求企业用现在的钱还几十年的旧账是难以实现的。,3.4 缺少对矿山复垦工作的有效监督 因受国土管理中重点工作和中心工作的影响，复垦管理工作往往被忽视。 同时，复垦管理机构也不健全，配备人员少 ，力量不足，有关部门之间协调合作不够，这严重影响了矿山复垦工作的依法行政。 另外，开展矿山复垦工作，有大量的技术性事务需要一定的组织机构去完成。,4 矿山土地复
10、垦的特点,矿山破坏地特征：1 表土层破坏，缺乏植物能够自然生根和伸展的介质；2 物理结构不良、持水保肥能力差；3 极端贫瘠，缺乏植物生长所需的基本营养物质；4 重金属含量过高、极端 pH 值、干旱或生理干旱等限制了植物生长的基质环境。,涉及地质学，农学，林学，生物学，环境科学等自然科学。涉及采矿技术。生态技术。水土保持等技术科学，以及人口学和经济学等社会科学。,土地复垦对技术的要求很高，既包括宏观领域的技术，又包括微观领域的技术；既包括工程复垦技术，又包括生物复垦技术。,土地复垦区常常是煤矿，冶金矿和废弃工矿地“它们与区域内的动物，植物，微生物等诸多相互作用，相互制约的因子共同构成一个生态系统
11、”,“对于不同的地区，土地复垦的模式和手段不同，复垦时间和复垦后的效果(收益)也不一样”,土地复垦的手段主要包括两个大的方面，即工程复垦技术和生物复垦技术。工程复垦技术包括土地平整，土地整形，土地保护，充填复垦，土壤重构等技术；生物复垦技术包括土壤改良，制备恢复，菌根技术等。,首先应根据采矿地质条件、发展远景及当地具体 情况，制定出矿山土地复垦规划。复土与修坡工作要保持与开采、排弃顺序相协调，且尽可能利用矿山的采、装、运设备。,5.1 基本要求,5 矿山复垦基本要求和考虑因素,保持良好的土壤质量，必要时原有的表土层须预先 剥离、储存(包括采矿场或剥离物排弃场)。对有毒 物料必须埋掉，其埋深不小
12、于1m，保证植物生长的土壤酸碱度，对农作物来说，pH值一般以48为宜。铺垫表土要保证植物的种植深度，同时应进行必要 的化学分析试验，搞清土壤的物理机械性质和农业 化学性质。,5.1 基本要求,矿区地表特征，如地形、地貌等；矿区环境因素，如气候、气象、周围城镇、居 民点的分布，矿山开采前该地区环境现状及矿山开采后可能造成的污染；矿区表层耕植土及覆盖岩土的厚度、物理机械性质、化学特性、表土肥沃程度等；,5.2 矿山复垦应考虑的因素,矿床开采方法对土地破坏和占用的状况，废石 及尾矿的排弃方式及复垦的可能性；矿山原有植被的调查，再种植及综合利用的可能性；复垦设备及采矿设备的通用性；复垦成本，经济效益及
13、复垦周期等。,矿山复垦应考虑的因素：,废石材料的结构和含酸程度；废石堆的结构及其稳定性；废石的岩性；废石中的有毒元素；粉尘对植物的危害；废石的湿度；气候条件；地形条件对植物种植的适应程度。,5.3 矿山土地复垦与植物种植方式选择的主要因素,目前，国外矿山环保和复垦的研究，已发展到利用人造卫星技术进行监测和规划。美国国家宇航员(NASA)科学家，利用地球资源技术卫星的照片，将地形图幅范围内的土地，从无法进行种植的不毛之地到完全可以进行再种植的土地分成7个使用等级。,6 矿山复垦前准备,这项技术为矿山开采和复垦活动提供了准确的资料。美国马里兰州西部，就利用这个资料对露天开采和复垦计划进行了全面部署
14、。利用地球资源卫星来考察、监测地球环境是一项廉价和有效的先进技术，它对矿山开采、土地利用、环境监测和改善环境等活动提供了准确的数据。,6.1 表土采掘和储存 露天开采后复垦的第一阶段工作是将露天矿境界内表层的耕植土采掘后，表土储存场或直接铺覆在已回填废石的采空区。,(1)表土采掘方法 一般表土最好在其解冻和自然湿润的条件下进行采集以尽可能减少土壤肥力的损失，采集的厚度通常在0.5m以内，对自然土壤来讲可采集到心土层。 处理采集下来的表土有2种方式:一种是将表土直接运往排土场复垦地点进行铺设;另一种是将表土暂时贮存一段时间,等排土场需铺设表土时再运往复垦地点进行铺设。对后者来讲,表土的堆存若设计
15、不合理,则会造成土壤肥力损失。,为了较好地保护表土的特性和肥力，采集的表土应堆存于排土场或采场附近标高较高的干燥处，堆存高度一般不宜超过5一10m，并且表土堆上要及时种上多年生的草本植物以防风蚀、水蚀和杂草滋生。堆存场的底部通常设计为圆形或椭圆形。,(2)表土储存方法 表土临时堆场设在开采阶段的上部平台，当小型露天矿生产能力较小时，可用推土机或铲运机将表土运往上部平台堆场贮存。表土临时堆放在先行阶段工作面上，随着工作面的推进，推土机把耕植土层推运到工作面上堆存。经过一段时间之后，再运往复垦地点铺撒。表土运往另设的临时堆场贮存，当有条件时也可直接运往复垦区铺覆，这是最好的办法。在国外，大型露天矿
16、采用了带可伸缩排土皮带的选排运输排土桥，能把表土铺覆在复垦区上部，把硬岩铺覆在采空区底部。,6.2 回填和整平,采空区的回填正是利用剥离的岩土恢复被破坏的土地。回填时，应将大块岩石或有害含毒岩土堆置在采空区的底部，块度小的堆在上面，组成合理的级配。在覆盖表层土前要进行平整和修整边坡，其边坡角要小于自然安息角，并根据复垦的内容，保证边坡角能使农业和林业生产机械装备正常工作。若回填工作能够有计划地在采区内与剥采工作相配合，则效果更佳。,6.3 铺垫表土 露天采场复垦最后一道工序是铺垫表土，有条件的矿山可在铺垫表土前先垫一层底土，以保持原有土壤结构。 铺垫表土可分为机械铺垫与制浆灌垫两种。 机械铺垫
17、即用铲运机、推土机、前端式装载机等将表土从临时堆场或直接从剥离区运往已回填整平的复垦区，均匀撒垫表土厚为150200mm； 制浆灌垫是将大片复垦区用土堤划分成若干地块，每块面积为24m2，通过管道灌注配好的泥浆，一般是分几次部注，以便于流水晒干，最终达到复垦设计标高。,6.4 污染处理,污水处理土壤重金属,一般矿山水污染主要是矿山酸性废水，它不仅PH值低，而且一般溶解有多种重金属，如Pb，Cu, Zn, Ni, Co, As, Cd 等。,6.4.1 水污染治理,利用尾矿库这大型的污水净化处理池，使固液分离，水质达到500毫克/升国家排放标准。将这部分清水再打回主广房使用，这就是我国目前选矿厂
18、大循环处理尾矿污水行之有效的方法。,尾矿污水和厂区污水治理,矿山酸性废水处理一是中和其酸，二是去除或降低溶解物（主要是重金属）含量。,酸性污水治理,目前我国大型露天矿所使用的炸药，其成份含TNT。,硝基物废水治理,中和沉淀法,硫化沉淀法,其他方法,氧化还原法,电解法,微生物法,溶剂萃取法,离子交换法,蒸发法,该方法是投加碱中和剂, 使废水中的金属离子形成溶解度小的氢氧化物或碳酸盐沉淀。工艺简单, 处理成本低。经过此方法处理后中和渣渣量大、易造成二次污染、含水率高等缺点。,该方法是加入硫化剂使废水中金属离子成为硫化沉淀该法的优点是硫化物的溶解度小、沉渣含水率低, 不易返溶而造成二次污染。但硫化剂
19、本身有毒、价贵,硫化剂过量, 也会造成污染, 因而限制了硫化物沉淀法的应用。,主要用作废水的前处理,还用在将水中的金属离子同还原剂接触反应, 将重金属离子变为价数较低的离子加以去除。,利用电极与重金属离子发生电化学反应而消除其毒性的方法, 按照阳极类型, 分为电解沉淀法和回收重金属电解法两类。,该方法是重金属与离子交换树脂发生离子交换过程, 以达到富集重金属离子、消除或降低废水中重金属离子的目的。,蒸发法是利用热能加热重金属离子废水, 使水分子汽化逸出, 以达到如下的目的: 制备回用水; 浓缩重金属加以回收或进一步处理。,溶剂萃取是利用重金属离子在有机相和水相中溶解度的不同, 使重金属浓缩于有
20、机相的分离方法,从而达到除去或降低水中重金属的含量, 同时, 回收了有价金属。,微生物法处理酸性矿山废水就是利用自然界中的硫循环原理, 分三个阶段将硫酸根还原成单质硫。,在处理含重金属离子的废水的方法中, 还有液膜法、反渗透法和电渗析法。,矿山酸性废水治理的新技术,工程覆盖技术 利用杀菌剂 控制酸性矿山废水的产生 利用电化学技术控制矿山 建立磷灰石排放系统来处理酸性废水 矿山酸性废水,利用工程覆盖物( 包括尾矿坝基底处理)来降低废石堆中氧的浓度, 以减缓硫化矿氧化速度。,氧化铁硫杆菌对硫化物的氧化有促进作用, 对这些细菌进行有效的控制可以使得部分酸性废水中含酸量减少98%以上。,6.4.2 土
21、壤重金属污染治理,1 物理隔离2 化学络合螯合3 耐重金属植物吸收4 微生物处理5 其他方法（磷酸盐，杀菌剂，湿地）,物理隔离技术 客土法，即从异地运来好土铺盖在废弃地上面，并种植植物，在废石与表土之间再覆至数层隋性材料如煤渣、钏渣、砑石等，可防止有毒金属离子向表土层迁移。,主要包括物理分离修复、蒸汽浸提修复、压裂修复、固定/稳定化修复、玻璃化修复、低温冰冻修复、热力修复、电动力学修复等技术。,物理修复,主要技术类型有化学淋洗技术、溶剂浸提技术、化学氧化修复技术、化学还原与还原脱氯修复技术、土壤性能改良修复技术。,化学修复,是指利用植物本身特有的吸收富集污染物、转化固定污染物以及通过氧化还原或
22、水解反应等生态化学过程,使土壤环境中的有机污染物得以降解,使重金属等无机物被固定脱毒。,植物修复,微生物修复,利用微生物将土壤中的污染物分解并最终去除。主要有自然生物修复和工程生物修复两种技术。,6.4.3 国际国内处理技术比较,1 美国和西班牙是世界上矿山酸化问题比较严重的国家。从最初的隔离覆土，表土转换与复原技术，近年来逐渐发展了控制硫铁矿酸化的“微胶囊技术和“生物资源处理技术。2 英国和西班牙先后发展了硫还原细菌处理技术(目前这项技术已从实验室进入大规模的实施阶段。,德国则在野外利用Fe(III) 还原菌处理产酸固体废弃物， Fe3+与硫酸盐反应生成FeS2沉淀.加拿大研究人员利用共生微
23、生物加速矿业废弃地植被建 立，成功防治了酸性排土场酸性水产生，建立了稳定的植被恢复系统.5 澳大利亚在治理酸化矿业废弃地时特别强调磷肥的使用.,我国有色金属矿山对重金属相对富集和酸度较大的岩层进行“包埋”、“压埋”、“填埋”，最大限度地减轻污染和酸化的影响； 采用“堆状地面排土工艺”，减缓排土场非均匀沉降和地表严重压实这两大国际土地复垦上的通病发展了一些尾矿酸化快速、准确的预测方法，并提出相应的控制酸化措施； 江西永平铜矿对露采场、酸性废石堆场土壤的改良方法，耐酸性草、灌、乔植物品种的筛选和种植技术等方面取得了一些有效的成果； 利用人工湿地处理重金属矿山酸性污染方面也取得了长足进展。,在许多情
24、况下，矿山废弃地的植被恢复需要分阶段进行。初始阶段的植被往往以基质改良为主要目的，利用绿肥、固氮先锋植物解决土壤熟化和培肥问题。绿肥植物（多为豆科植物）具有耐碱性和生命力旺盛的特性，含有丰富的有机质和氮素，根系发达，能够吸收和聚集深层土壤的养分，为后茬植物提供各种有效养分。 绿肥植物腐烂后还有胶结合团聚土粒的作用，改善土壤的理化特性。固氮植物（如豆科植物、桤木、红三叶草等）具有较高的吸收氮元素的能力，据有关研究，在豆科植物所需的总氮量中，估计只有三分之一取自土壤，其余三分之二靠共生固氮菌固定空气中的氮素。固氮植物体腐败后把氮元素释放到土壤中，增加土壤的氮含量，可替代化肥和有机肥或大幅减少肥料施
25、用量。,6.5 植物种类选择 包括抗旱、耐湿、抗污染、抗风沙、耐瘠薄、抗病虫害等；优先选择固氮树种，尽量选择当地优良的乡土植物。,有关云南会泽铅锌矿废弃地的复垦研究表明，禾本科与茄科植物对铅锌矿渣这种恶劣生境具较强的忍耐能力，许多一年生和两年生植物如白茅、辣蓼、白草、铁线草等可以作为先锋植物选用。 据对广西刁江流域的野外调查，纤细木贼、五节芒、狗牙根、土荆芥、菅草、假俭草、白茅、类芦、斑茅、芦竹、密蒙花等能在As、Sb、Zn、Cd复合污染的废弃地上生长良好，可作为这一地区矿山废弃地植被恢复的先锋植物。,在干燥、寒冷条件下，选择植物时主要考虑以耐旱、耐寒、根系发达的树种为主，例如丁香、刺梅、榆叶
26、梅、沙棘、小叶锦鸡儿、榆树、小叶杨、华北落叶松、红柳、樟子松、胡枝子、草木樨，地肤、猪毛菜、紫苜蓿、沙打旺等。,灌木树种在植被的防护功能和土壤改良功能上，与乔木和草本植物比具有优越性：与乔木相比具有抗逆性强、根系发达、枯枝落叶丰富、郁闭时间短、覆盖地面迅速、土壤改良作用强等优点；与草本植物相比具有生长快、植物量大、根系发达、固持和网络土壤能力强、生态效益多样、防护功能强的优点。因此，选择优良的灌木树种可以加快绿化和生态恢复。,7 土地复垦的方向,土地复垦工作的效益在很大程度上取决于被破坏土地开发利用的种类和方式。由矿区废弃地进一步开发利用方向所决定。,综合各国土地复垦实践经验， 林业和农业土地
27、复垦方式已在全世界土地复垦实践中得到广泛采用，成为主要的复垦方式，特别是林业复垦， 因其对所需复垦的土地质量要求不太严格，成为矿区废弃地最经济、最可靠的开发方式。,农作物种植复垦方向的参评因子、权重及等级,基塘复垦方向的参评因子、权重及等级,林果种植复垦方向的参评因子、权重及等级,牧业利用方向的参评因子、权重及等级,8 复垦前评价体系,9 矿山复垦方法,9.1 排土场复垦工艺流程,表土储备,采矿生产,复垦准备,回填平整,再植被,9.2 采矿场复垦工艺流程,剥岩,堆置,剥表土,填沟,整平,种植,平整,垫土,9.3 尾矿场复垦工艺流程,排放尾矿,填沟谷,干燥,垫表土,整平,种植,9.4 塌陷区复垦
28、工艺流程,挖取土方,充填裂缝,平整,覆盖表土,再植被,露天采场复垦,大中型露天矿的复垦方向一般为恢复植被或建成水体。进行植被恢复复垦时，应利用生产中剥离的废石把露天采场的深凹部分充填至自然排水标高，并设置导流区，以使复垦后的采场具有防洪排水能力。然后对充填后的采场底部进行平整、覆土和种植。由于金属露天矿一般地处山区，又有高陡边坡相邻，存在交通不便等不利因素，采场底部一般不复垦为耕地，多复垦为林地。,大中型金属露天矿的边坡陡、边帮上的平台窄，未被充填的台阶一般不具备复垦为梯田型耕地的条件（也不值得），通常是把平台平整后复垦为林地。平整时要注意形成一定的反向（向帮坡倾斜的）坡度，以防止水土流失。台
29、阶坡面为坚硬岩石，倾角一般为4570，很难复垦。 进行植被恢复的露天采场，应视情况在采场外围周边修筑拦截排水沟，以防止边坡侵蚀、水土流失，保护植被。,将露天矿采坑建成水体也有很多益处, 如拦蓄降雨和洪水，补给当地的地下水，有条件时还可配套水利设施用于灌溉，用于养鱼等。这种复垦方式需要平整露天矿坑的底部，用泥质土壤覆盖有毒的岩石，采取措施防止边坡和相邻地域被侵蚀，使采场保持预计水位并保证水的交换，建造为露天矿坑灌水所需的水文工程设施，以及为利用蓄水所必需的其它设施等。,桂东北某矿复垦区土壤进行全面田间调查，该复垦区水田土壤均不同程度地受锰和镉两种元素的污染。,排土场复垦 当废石堆弃达到排土场的设
30、计堆置高度后，首先对其顶部平台进行平整，对大块岩石，可先采用液压镐敲碎，碎石填洼垫低，用推土机进行平整、压实。在平台外沿修筑挡水埂，内侧修建排水系统。一般应在废石面上铺一层粘土，碾压密实，形成防渗层。有毒物质（如酸性土岩、重金属等）出现在排土场表面时，必须实施移除或用专门的方法进行改良，否则铺敷的土壤会受到有毒物质的污染。改良方法一般用石灰处理、去除有毒物质并妥善处置，或用其它无毒物质封盖隔离。在排土场坡脚修筑一定规格的挡土墙，在排土场外围依据地形条件设置必要的截洪沟。,为防止排土场边坡易发生坍塌和雨水冲蚀，排土场边坡要缓一些，高排土场要修成阶梯形。排土场的高度与其边坡度的关系大致为：高度在4
31、0m以内时，其边坡角不大于12；高度在40m 80m时，其边坡角不大于8为宜。边坡需要修成阶梯形时，一般情况下台阶高度为810m，平台宽度为410m，边坡角控制在1520以内。,排土场复垦排土场整形,同时在平盘外沿设置高1米宽约1.5米的挡土围埂，通过在覆土后的排土场坡面布设沙障，可以有效地起到保持水土的作用避免平台雨后积水和对排土场边坡造成冲刷。 目前，坡面布设沙障主要材料为50厘米长的红柳枝条，布设规格为1米 1米,(1) 客土法。客土法是通过施用外来表土（剥离贮存表土或来自取土场的表土）使排土场适合植物生长。大型排土场面积大，采用覆土复垦对表土需求量大，工程量大，费用高，可根据植物种类和
32、排土场岩石性质，采用将表土按一定比例与排弃岩土混合的方式，表土比例以保证植物的成活率和正常生长为原则。这种方式在露天煤矿比较适用，如霍林河矿采用1:1的混合比，取得了良好效果。,排土场复垦土壤重构与改良 金属矿的排土场本身不适于植物生长，需要采取适当措施进行土壤重构与改良。,(2) 垃圾肥法。将城镇居民所产生的生活垃圾和排弃岩土按一定比例混合，既可以解决了生活垃圾的堆放与处理的问题，同时又其起到改良土壤的作用。如果要把排土场复垦为耕地或果园，应对生活垃圾的有害成分及其含量进行测定、分析，保证果实中的这些物质含量不超标。,排土场复垦土壤重构与改良,(3) 保水剂法。在气候干燥地区，土壤的含水量不
33、能满足植物正常生长的需要，靠人工长期浇水来维持会大幅增加复垦成本。使用保水剂可大大减少灌溉量。在保水剂使用前，先用清水浸泡（400倍水为宜），让保水剂充分吸水，使其形成粘稠的絮状物质，然后将其拌入靠近植物根系的土壤中或直接浸泡土壤根系，栽植后浇1次透水，然后覆土踩实。每株保水剂的用量在一定范围内越多越好，但考虑复垦成本，每株的施用量一般为2.4 g左右。,排土场复垦土壤重构与改良,(4) 菌根法。菌根是真菌与植物根系所形成的共生体，能促进植物的生长，增强植物对不良环境的抵抗力和防止苗木根部病虫害等，特别是能够促进植物对磷元素和氮元素的吸收。通过形成根瘤菌增加土壤的含氮量，不仅有助于植物吸收水分
34、以增强抵抗旱灾的能力，提高幼苗的成活率，促进植物的生长，换能提高土壤质量。菌种可在市场上或培育单位购买，施用量一般为每株50 g(含培养基质)，施于植物的根部。,排土场复垦土壤重构与改良,(5) 化学土壤改良。 前苏联在防止排弃场的易分散物质（ 沙 质岩土、灰烬等） 的侵蚀和改善其理化性质时， 常采用 化学改良剂。（6）施矿质肥料。大量资料表明，施用矿质肥料能有效地提 高人工林的生产力。（7）生物土壤改良。促进人工林生长和防止岩土风蚀的有效 生物学措施是在人工林间种植豆科绿肥，引入具有固N 能力的树种。（8）粉煤灰复田改良。美国等一些国家除了采用石灰、化肥、 覆土、种草等方法改良土壤外，还用粉
35、煤灰作改良剂改 良土壤。,排土场复垦土壤重构与改良,排土场复垦植物种植,金属矿的排土场表面为散体岩石，铺敷肥沃土壤前最好先铺垫一层底土。铺敷土壤的厚度依据植物种类和土壤的质量确定。谷物和多年生草类对土壤质量要求较高，其肥沃土壤层不宜低于30cm，而植树造林则不一定要求铺敷肥沃土壤。 由于排土场生长条件差，应选择用能忍受苛酷自然条件、成活率高的植物，适当搭配不同群落和品种。种植的方法一般有两种：一是直接将种子播入土壤，二是将植株、树苗、根茎等移栽土中。,安太堡矿区植被复垦地主要有南排土场、西排土场和内排土场三大土场,从各排土场的立地地形情况又分为平台和边坡两类。进行植被复垦，效果很好。,尾矿库复
36、垦,尾矿库坝体的稳定性是实施复垦的重要前提。应通过钻孔、取样以及孔水位跟踪监测、样品测试等，查明坝体剖面形状及材料组成和潜在的稳定性影响因素，评价坝体在正常、洪水、地震等条件下的稳定性，包括地震作用下尾矿产生液化的可能性。采取措施对不稳定坝体段进行加固，保证尾矿库长期稳定。,影响尾矿库复垦利用方式的主要因素是尾矿的理化特性、当地气候、地形地貌、土壤性质及水文地质条件等因素。,充分了解尾砂及土壤的性状和理化特性，对尾矿库复垦至关重要。应通过取样测定、分析尾矿库不同深度尾砂的主要理化指标及重金属全态、有效态浓度等。尾砂的一般特性：为沙质结构，持水力差；缺乏粘土和有机质，阳离子代换量低；缺乏有效氮和
37、磷，营养力低；颗粒凝聚力差，对作物苗期生长不利；含有重金属 。,尾矿库复垦,如果尾矿坝坝坡是由底部料石护坡和上部尾矿砂堆积坡面组成，必须对尾矿堆积坡面进行整形和植被恢复。一种整形方法是首先削平斜坡，而后沿斜坡的横面挖随坡就势的水平沟，沟距2米左右，深1米左右、宽0.8米左右，在沟内充填岩石风化土或表土，然后在其上种植木本植物，以防坡面的风雨侵蚀和地表径流，达到防风、固沙、护坡的目的。,尾矿库复垦,尾矿库库面一般采用客土法恢复为耕地、林地或草地。覆土厚度主要取决于植物品种和土壤质量。复垦为耕地时，以满足作物绝大部分根系生长的深度范围为基本标准。据有关研究资料：冬小麦040 cm的土层根量占82
38、%、080 cm的土层根量占90 %以上；玉米根020 cm的土层根量占60 %左右、050 cm的土层根量占90 %左右；大豆040 cm的土层根量占90 %左右；一般蔬菜050 cm深土层根量占90 %左右。因此，覆土厚度以5080 cm为宜。复垦为林地时覆土厚度一般为4050 cm。用于尾矿库复垦的客土应含有足够的粘土成分。,尾矿库复垦,在尾砂和客土的性状和理化特性合适时，可采用客土与尾砂混合的方式，可大大减少覆土量。如在山西中条山公司胡家峪铜矿毛家湾尾矿库的复垦中，采用覆15cm的黄土与尾砂混合（土壤与尾砂比例21）方式， 进行小区田间试验，种植花生、高粱和玉米，取得良好效果。,将垃圾
39、肥与覆土结合起来，即先施垃圾肥，再在上面覆盖一层土壤，也可减少覆土量，取得良好的土壤改良效果。在复垦的尾矿库种植粮食等可食性作物，应十分注意防止食物链污染，必须采区措施进行土壤污染治理，并对收获的粮食、果实进行污染物检验。 多层覆盖技术可有效防止尾矿酸化和污染物迁移。在尾矿上加3个覆盖层：上层是约0. 6 m厚的土壤，供植被生长；中层为约1.2 m厚且渗透较好的石块，增加透气性，促进水的水平流动；下层为有机材料，用以耗气和与S-2和HCO3-发生反应。,沉陷区复垦,在中低潜水位区地表沉陷深度不大的条件下，可采用非充填复垦。 在丘陵地区的中低潜水位条件下，也可根据受损后地貌的特征和土壤条件，因地
40、制宜，将沉陷地整理为梯田。 在沉陷深度较大的高潜水位塌陷区，可以借助积水修建鱼塘和人工水库。在岩石移动之前预先清除存在的植被层和有毒的岩石，在有毒岩石出露的地段建造屏蔽层，如用混凝土或其它材料制成屏蔽支撑墙，用于防止水从有毒岩石内渗透到水体。,在地势较平坦的高潜水位区，沉陷区复垦面临的一个主要问题是积水。一是采用废石充填，提高沉陷区地表到不积水标高，然后覆土、种植。二是采用合理的排水措施（如修建排水沟、泵排设施等），形成疏浚系统，通过自排或强排把沉陷地积水排出，恢复土地利用。疏排复垦需对配套的水利设施实行长期有效的管理，保证沉陷地的持续利用。值得一提的是，对此类沉陷区，应在沉陷积水前把表土剥离
41、并妥善贮存，否则会导致土壤大量损失，并增加复垦成本。,根据沉陷区的地貌、水文和土壤特点，可实施“水陆”双重复垦，如在低洼的积水地段修建鱼塘，在鱼塘周围的非积水区种植植物，利用水陆交换互补的物质循环，因势利导，进行生态农业开发或营造经济林、坑土林等。 总之，沉陷区的地貌特征、自然条件等千差万别，应本着因地制宜的原则，选择环境和谐、生态或经济价值高的复垦方式。,复垦成本是露天矿生产总成本的一个组成部分。复垦费用随着复垦后的用途、矿山所在地点和区域、进行复垦的时期以及地表原始条件的不同而变化很大。矿山土地复垦的成本主要由下列因素决定：覆盖层下部岩石的农业化学性质、要求采集和铺垫覆盖岩土的厚度、覆盖岩
42、土的运输距离、土地复垦的机械化程度、复垦工程组织等。,10 矿山复垦费用,在美国1971年对西弗尔基尼亚露天煤矿的研究得出结论： 复垦费用不包括沉积物清理费时每公顷为30006000美元，计入沉积物清理费时为39007350美元，更困难的地形需要更多复田费用，每公顷增加到15000美元。 在国外，复垦费用部由各采矿公司按各地制定的“采矿复垦条例”提交复垦押金。复垦押金根据不同情况规定从几百美元至一万美元。采矿公司为了降低复垦费用，不断改进复垦工艺、复垦设备，努力使复垦费用保持与恢复后土地价值相一致。,一、影响复垦费用的因素 根据已有的复垦经验，影响复垦费用的因素是多种多样的，各种文献里对这些因
43、素的论述也多有不同，但可大致归纳为如下几种： 矿山所在的地理位置、 矿山地形条件、 露天开采规模、 露天矿工作面状况、 有害物料的处理要求和处理方法、 耕植土的厚度及采掘贮存方法、运输距离、机械化程度及工作组织等，在某些国家还要考虑执行复垦契约的年限规定。,二、复垦费用的组成 复垦费用的发生也是差异颇大的，但大略归纳可有回填、整平和种植三项。即使是如上三项，也还有不同，如有的矿山在复垦之后不进行种植，而直接交还给农民种植。在回填和整平项目中，也有工作复杂程度上的差异，如有的要求平整到与原有地形相近，有的要求建立排灌系统等等。 此外，费用发生的时期也有不同，如有的是矿山已开采完毕，要进行单独复垦
44、工作，有的是与开采结合在一起，费用发生在生产时期；有的只是废石堆场的复垦，这种复垦费用或是发生在生产后期，或是同期。整个复垦费用基本上由下列几项组成。,二、复垦费用的组成 整个复垦费用基本上由下列几项组成。 (1)采空区的回填和整平 这项工作在各国、各地区都有不同要求。以美国为例，有的州要求将采空区恢复成接近矿山开采前原有地形轮廓；而有的州则要求将采空区整治成梯田、牧场；有些对深矿坑不要求恢复，可将其修筑水库、池塘。 (2)种植 根据采矿所在地区情况种植不同的植物和草类。种植这一项包括土壤改造、播种、施肥等。 (3)修筑附属设施 包括改迁原有河道、沟渠，根据恢复后土地的具体情况，排灌沟渠、梯田
45、挡土墙、护坡构筑物、供排土及道路系统。 (4)复垦所使用机械设备。,第二章 金属露天矿开采的生态足迹模型,11 露天开采生态足迹计算的范畴,矿山生态足迹,对于露天开采，直接足迹是直接破坏的土地面积。能耗足迹是吸收能源消耗中排放的温室气体所需要的林地面积。,第二章 金属露天矿开采的生态足迹模型,式中： 为露天采场面积，hm2； 为境界中矿石量，104t； 为矿石的平均原地体重，tm-3； 为岩石剥离量，104t； 为岩石比重，tm-3； 为露天采深，m； 为采场形态系数。,直接足迹,采场占地面积：,直接足迹排岩场占地面积：式中： 为排岩场面积，hm2； 为岩石膨胀系数； 为排岩场高度，m； 为排岩场形态系数。,直接足迹尾矿库占地面积：式中： 为尾矿库面积，hm2； 为尾矿量，104t； 为尾矿比重，tm-3； 为尾矿库深度，m； 为尾矿库形态系数。,第二章 金属露天矿开采的生态足迹模型,能耗足迹一次化石能源消耗的足迹,能耗足迹电能消耗的足迹,第三章 金属矿床露天开采的生态成本模型,12 矿山开采生态成本组成,矿山开采生态成本,直接经济损失,能耗的生态成本,外生生态价值损失,复垦成本,矿山开采生态成本,直接经济损失,矿山开采生态成本,复垦成本,矿山开采生态成本,外生生态价值损失,矿山开采生态成本,能耗的生态成本,
