澳大利亚矿山复垦实例分析

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收藏文章 赞一个 已赞 2016-06-06 矿业澳洲


矿山是澳大利亚的支柱产业,特别是称之为“新金属”的铝土矿、镍、钨、金红石和能源产品——铀、煤、石油和天然气的开发,加强了矿业地位,导致了矿产品成为澳大利亚的主要出口收益。


澳洲生产金属及其初级产品的大型矿山就有264座,大型煤矿121座。这些矿山遍布澳大利亚各地。其中,大部分矿山以露天开采为主。在提供大量金属的同时,也伴随产生大量种类繁多的矿山废弃物,诸如废石、废渣、弃泥、尾矿……。


采掘矿物、上述废弃物堆场以及配套原辅材料采挖活动等,都破坏、挖损、压占了大量土地,不仅如此,也带来了对地表水、地下水、空气等严重污染。开采的同时,也强烈地扰动了生态平衡,有些甚至严重到不可逆转的程度。矿业开发付出的环境代价、生态代价是严重的。


【复垦的技术特点】矿山复垦作为一种行业,正像冶金、采矿业等一样,正在独立发挥其作用。而作为矿业开发整体活动,矿山复垦,已经成为不可缺少的矿物开采工艺的组成部分。澳大利亚作为矿业为主的国家,矿山复垦已经取得长足进展和令人瞩目的成绩,被认为是世界上先进而且成功地处置扰动土地的国家。


不同类型的大型矿山,复垦已成为开采工艺的一部分。新开采的矿山,除采掘面外,其他被扰动过的土地已经或正在被绿色所覆盖。对于过去开采遗留下来的已闭矿山,复垦工作是由政府出资进行的。因此,矿山开采带来的土地破坏、环境影响和生态扰动,正在有效而成功地消失。复垦后的矿山被绿色覆盖,环境自然,空气清新,已难辨认一般矿山面貌。


澳大利亚矿山复垦的显著特点之一是采用综合模式进行。矿山的复垦工程设计是缜密的。不仅限于合理安排土地恢复功能,而且,注重防止矿山废弃物的浸滤对地下水系影响。在复垦工程中排水系统的设计上,除必须防止对地表水系的污染外,尚强调排水管网系统构成一个合理排水模式,最终排泄径流的位置是依适宜于矿山周围当地水系河道而定。防止矿山废弃物对空气的污染,也是复垦工程中重要内容之一恢复植物栖息地、恢复生态,也是复垦工程中精心设计的内容。一个矿山的复垦完成,实现了土地、环境和生态的综合恢复,它克服了单项治理带来的弊端。


多专业联合投入是澳矿山复垦的另一个特点。矿山开发带来的影响是多方位的,它的解决远非矿业自身能够完成。因此,矿山复垦是涉及地质、矿冶、测量、物理、化学、环境、生态、农艺、经济学甚至医学、社会学等多学科多专业。正是这些多专业的联合投入,使得这样一个复杂的综合性强的矿复垦工作得以成功地发展。其精良的复垦设计依据的基础,正是各专业的研究成果和成功的工作及其结合。


高科技指导和支持是澳矿山复垦的第三个显者特点。那里的矿山复垦已经不是通常意义上的水平。卫星遇感提供复垦谈计中基础参数和选择各场地的适宜位置。计算机完成复垦场地形地貌的最佳化选择,以及最少工程量的优化选择和最适宜经济投入产出选择,即费用——效率优化方案。高科技成果,为矿山复垦提供了各类仪器、设备,使复垦工程实施得以加速、顺利进行。借助一些先进的设备成功地进行了生态恢复过程中重要环节的观测。分子生物学和遗传学已开始用于设计新的速生、丰产树种、草类等品种,在一些复垦现场的推广应用,大大加速了复垦发展。纵观成功的矿山复垦背后,高科技引入的高效益是显而易见的。


【复垦科研】复垦科研被摆在矿山复垦工作中十分重要的位置,受到政府主管部门(联部、州)、行业学会、科研单位、院校以及矿山甚至一些民间学术组织的重视。对复垦科研工作投入很大力量,被看作复垦前期和进程中的重要内容。


【研究课题的筛选】研究课题的来源一般有两种途径。其中,一个来源是矿山现场复垦中出现的亟待解决的问题,另一来源是为未来复垦而准备的潜在科研课题研究,即长远、战略研究课题。


就第一种课题而言,研究工作针对性强。除重点环境问题国家给以专项投资外,这类科研课题多为矿山支付研究经费。研究成果可迅速得到推广,更直接纳入矿山复垦计划和实施。


对于长远战略研究课题,是一些涉及面广、时间长或难度大、耗资多的项目。这类课题多由各级政府或行业组织给以支持。研究课题的筛选,是由全澳矿山复垦研究中心专门组成的项目筛选委员会负责挑选适宜的项目。一些行业性学会、协会中也设有专门筛选研究课题的专门组织。


目前,矿山复垦及其研究的投资大部分集中场地整治及亟待解决的方面。而就长远、战略意义的复垦投资比例尚小。随着采矿业的发展,后者战略意义课题的研究将会越来越重要。


【科研单位与矿山结合】澳矿山复垦中的大量研究工作,涉及内容广泛、难度和工作量大。矿方依据科研课题内容邀请有关专业专家或复垦专家协助进行。多是由隶属复垦专业组织的专门科研机构或大学完成。在矿方有一定研究力量的情况下,多由专业组织、专家或顾问公司给以针对性咨询、指导和具体帮助。此外,还借助了部分研究生、大学生的力量,利用他们实习、论文、毕业设计等机会参予现场研究,承担现场研究任务。


这些研究承担者,同现场管理和科研人员紧密结合,充分利用研究单位和现场的有利条件,促使研究课题取得成果,并缩短推广时间。实践证明,这也是成果转化为生产力的捷径。


【研究设施精良】澳大利亚隶属于复垦和矿业组织的研究机构,多数都有着十分精良的设施。我们曾先后见过澳方一些大型实验室,它们都曾在不同时期不同程度上承担过矿山复垦的研究工作,其中,还包括几个国家级实验室。尽管这些实验室归属不同(有的是州属的,有的则是私人企业)实验室研究领域不同(有的是综合的、有的是环境的、有的生物的、有的是化学的、有的是安全的、有的是工程的),它们共同特点是设施先进、齐全,管理精良、利用率高。这些实验室无一不是计算机管理的。正是这些实验设施用来进行复垦科研工作,才可能取得不少有影响的成果,它的推广无疑加速了矿山复垦工作的进展。


既使矿山现场,也都有各自的实验室,其设施也是十分精良的,能满足现场研究需要。例如,有的矿山为监控、矿山废水对外环境水体影响,而建立毒理试验室(用鱼、水蚤等进行试验),已经有效地为矿山复垦服务了多年。此外,计算机在矿山复垦中已经普遍应用,正在发挥越来越大的作用。不但用于矿山环境及复垦工作的一般管理,有些矿山已进行模拟预测。从而可主动安排工作,防患于未然。有些矿山可用计算机指导矿山复垦工作,筛选复垦区的地形地貌以及科学设计各类长期、短期堆场以及运移等线路等,还被用来进行复垦区环境的动态监视等。诈算机的大量应用,促进矿山复垦工作上了新的台阶。


【信息系统发达】在澳大利亚无论矿山复垦的政府管理机构,还是矿山,或科研、教学单位,都已建立了全国专业计算机信息网络系统,得以使科研动态,新闻、成果以致于问题、还是困难等多方面科学资料能够快速地交流、参阅、共享。这一措施拉近了人们的彼此距离,沟通了快速信息渠道,人们可以十分方便、容易地获取所需技术资料和信息。对于扩大人们的眼界,推动复垦科学技术发展来说无疑是一巨大推动。


——复垦研究领域——


【建立稳定的地表,控制侵蚀研究】重新建造各种矿山废弃物堆场中,建立稳定地表和控制堆场的侵蚀,是澳矿山复垦中首要研究领域。为在这一研究领域取得进展,不少矿山注重堆场适宜坡度研究。通过大量现场实验,研究了坡形、坡比变化与控制侵蚀的关系。在成功研究基础上,积累了大量经验参数,有的内容已为国家规范或指南所采纳。在煤矿剥离物堆筑的研究成果表明,坡剖面如为”s“形,凸面在上部增加长度的20~30%,凹面在下部低至长度的70~80%的这一形状是已经考虑了抗侵蚀力的。证明了坡面上的任何一点的汇水将顺利被输送至堆底而不形成速度大的通流。在矿山现场可以见到构筑为各种不同坡度的剥离物堆场及其观察设施以通过几年或更长时期的数据观察取得有益的试验结果。其中,GOON-ELLA煤矿已经成功地进行了多年的观测,给出了有价值的重要结果。


抗侵蚀的研究是地表稳定性研究的另一重要研究领域。研究的目标是控制侵蚀到能够接受的侵蚀速率。


在地质时间上,侵蚀力和附着力同时作用在堆休的自然坡度上,直至一个角度给出的土壤流失达到汇水面积、通流量和植被覆盖之间的平衡。为控制这一平衡,控制侵蚀的研究工作,多集中在控制侵蚀复盖材料种类的选择、控制方法的选择等方面。


控制侵蚀的研究遍布澳大亚利各矿山。从控制侵蚀和建立再种植的观点,已经取得了许多成功的范例,在这领域的研究发展已超过15年。巳经给出适宜采矿工业应用的工具性和专业性建议,可以可靠地用来实现复垦。在最近已由露采矿提出在短期里,实现扰动土地地表稳定性和控制侵蚀的见解。


GERGORG矿进行了不同块径块石覆盖控制侵蚀的大面积现场试验,已经持续几年,现仍在继续观察。该矿还进行了缓坡至流速沁。sms/控制侵蚀的现场试验等,均已取得良好效果。


GOONYELLA/RIVERSIDE矿为昆士兰州最大型矿山之一,年排弃剥离物达3亿吨。控制侵蚀是该矿重点研究的课题。正在进行的研究课题有,”不同坡度与植被稳定性研究“,试验中探讨了三种坡度、不同表土覆盖、不同植被在人工降雨条件下逞流变化的条件研究。现场还进行了不同类型的合成覆盖材料控制侵蚀效果研究,试验区面积大,正在持续研究中。一些研究已经取得了较好的进展,其成功的经验,巳就地推广。LEYSHON金矿为酸性废弃物堆积,开展了堆场控制逞流研究等。


【再种植研究】在废弃物堆或库上建立植被是稳定地表阻止侵蚀的长远有效措施。这一研究的通常内容包括改进草场、农作物、特殊树种以及夭然草、灌木和树种、的综合群组研究,适宜品种选择研究,肥料应用研究,种植技术研究。通过这些研究将给出矿山废弃地利用的诸影响因素。


对草场草类改善的研究成果,推荐了建立草-豆科植物草场在复垦区,将会快速稳定废弃物堆地表。并可改善覆土的物理、化学和微生物学性质,并可控制水和风力侵蚀,这是由于高的绿色覆盖层及密的网状根系巳形成的结果。


林业应用研究,是澳大利亚矿山复垦的侧重点之一。同前相似,其研究内容包括品种筛选,树与灌木混种研究、树草共生与竟争研究,速生林、经济林适宜性研究等。另还安排有种植方式研究,固氮研究等。其中,菌根技木研究把筛选品种的研究提高到分子生物设计水平。


农作物研究。在澳大利亚一般不用来种植作物。故在此情况下的研究项目主要有适宜性研究施肥研究,种植及作业方式研究等。


就再种植研究,几乎遍布各矿山,开展了大量的各种规模的现场试验研究,不少已获成果。


【建立自我维持的生态系统研究】复垦任务是快速完成的自然恢复过程,希望在短时间内完成。因此,建立一个能够自我维持的生态系统,是澳大利亚近年来十分强调的复垦研究内容。其主要研究热点,首先是复垦质量的检验标志,特别是生态系统建立,并能自我维持的标志研究。废弃物及其堆场复垦后的深度利用研究等。


就前者研究探讨,有的研究表明,在砂矿土地复垦中,检查了土壤中无脊椎动物和土壤结构,他们的结论是,在一定时间里,土壤动物的大量高密度,是恢复的见证。但在老的复垦区,其密度仍不能接近自然植被条件。


对于最终土地利用是否标志复垦成功的评估表明复垦后的土地,包括在公园内,而且与该公园融为一体并且相得益彰,则它应该是成功的证据。


在上述主要研究领域之外,还有一些研究内容是很有特色的。在抗污染研究包括抗酸性、碱性、盐化以及消除低放射性污染的复垦条件研究等方面已有大量现场实践。


在澳大利亚矿山复垦中,尚存在一些问题,这些将是长远持续的研究方向。控制地表水、地下水的水质,水资源管理的有效性;复垦后地貌的长效性与稳定性;生态系统恢复后的长期自我维持性、多样性,废弃物的长期控制与管理,灾害生态恢复和长效性研究(例如,耐火树种群研究,水淹树种群建立研究,抗干旱品种研究等),以及生态自我维持的检验标准研究等,都将是在未来的研究中持续发展的领域。


——代宏文,中国土地科学


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