鞠麗萍 祝怡斌 李 青

(北京礦冶研究總院，北京 100160)

南方某離子型稀土礦山的土地復(fù)墾

鞠麗萍 祝怡斌 李 青

(北京礦冶研究總院，北京 100160)

為了更好地開展南方離子型稀土礦山損毀土地的復(fù)墾工作，依據(jù)土地復(fù)墾方案編制規(guī)程要求，以某離子型稀土礦山為例，介紹了該類型礦山土地?fù)p毀的特點(diǎn)，總結(jié)了復(fù)墾時(shí)序、表土資源剝離和堆存、原地浸礦采場集排水工程、風(fēng)險(xiǎn)金等復(fù)墾工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并對(duì)已損毀土地不同復(fù)墾措施進(jìn)行對(duì)比。可以看出，離子型稀土礦山土地復(fù)墾方案主要包括擬損毀土地和已損毀土地2大部分。擬損毀土地方面，應(yīng)結(jié)合原地浸礦工藝特點(diǎn)，考慮采場母液滲漏對(duì)植物根系和地下水的影響，重視采場集排水工程的修建，增加風(fēng)險(xiǎn)金的提??；已損毀土地方面，應(yīng)結(jié)合礦區(qū)廢棄地現(xiàn)狀，重視已損毀土地?fù)p毀特點(diǎn)、程度、面積、立地條件等調(diào)查工作。

離子型稀土礦 原地浸礦 土地復(fù)墾

我國稀土儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的80%以上，離子型稀土是我國稀土存在的主要形式之一，主要分布在南方紅壤區(qū)，包括江西、福建、廣東、湖南等省[1]。

離子型稀土礦的開采先后歷經(jīng)了3代工藝。第1代的池浸工藝、第2代的堆浸工藝都破壞整個(gè)地表植被，將表土和礦石整體開挖，浸礦結(jié)束后將尾砂傾倒堆放，開采之后的采礦和尾砂廢棄地，沒有土壤層，保肥保水能力差，植被立地條件差。1994年以后，逐步推行第3代原地浸礦工藝，該工藝開挖注液井，砍伐注液孔周邊喬灌木，使大片山體成為癩痢山頭[2]；此外，浸礦液的注入使附近土壤的理化性質(zhì)受到影響，浸礦液通過毛細(xì)作用還可能使植物根系受損，地表植被難以生長，加劇水土流失、山體滑坡風(fēng)險(xiǎn)[3]。

離子型稀土礦原地浸礦工藝是利用硫酸銨或碳酸銨等化學(xué)物質(zhì)將土壤中離子相的稀土元素交換下來，與金屬礦山的傳統(tǒng)露天或井下開采工藝比較，其對(duì)土地的損毀具有自身特點(diǎn)。隨著我國環(huán)境保護(hù)力度的不斷加大，礦山開始對(duì)傳統(tǒng)的第3代原地浸礦工藝進(jìn)行優(yōu)化。本文將依據(jù)土地復(fù)墾方案編制規(guī)程要求，對(duì)某離子型稀土礦山的土地復(fù)墾方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，論述該類型礦山土地復(fù)墾方案編制的要點(diǎn)，為同類型離子型稀土礦山土地復(fù)墾方案的編制提供參考。

1 項(xiàng)目概況

某離子型稀土礦山位于江西全南縣，開采礦種為離子型稀土礦，服務(wù)年限12.7 a。區(qū)內(nèi)屬亞熱帶東南季風(fēng)氣候，年均氣溫為18.9 ℃、降雨量為1 664.9 mm、蒸發(fā)量為1 487.3 mm、風(fēng)速為1.30 m/s；地帶性土壤為紅壤，地帶性植被為亞熱帶針闊葉混交林，主要植物有馬尾松、杉木等。

項(xiàng)目共設(shè)若干面積原地浸礦采場，4個(gè)母液處理車間，4個(gè)臨時(shí)棄土場，3個(gè)表土堆存場，占用土地類型主要為林地。采礦方法為優(yōu)化后的原地浸礦工藝，優(yōu)化前后工藝對(duì)比見表1。

表1 優(yōu)化前后原地浸礦工藝對(duì)比

2 土地?fù)p毀特點(diǎn)

2.1 土地?fù)p毀環(huán)節(jié)和時(shí)序

離子型稀土礦開采過程中主要在母液車間建設(shè)和原地浸礦采場建設(shè)中損毀土地。

母液車間建設(shè)對(duì)土地的損毀主要是壓占活動(dòng)，和傳統(tǒng)礦山無較大區(qū)別，將改變土地原有的地形地貌和土地利用類型，使其完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣さV用地，在第1年建設(shè)期內(nèi)全部損毀。

原地浸礦采場建設(shè)主要是修建高位池、注液井、收液溝、外部排水溝、收液井及母液中轉(zhuǎn)池。原地浸礦采場雖然占地面積大，但采礦時(shí)注液井挖掘采用洛陽鏟，避開樹木，只在灌草地上進(jìn)行建設(shè)，不砍伐喬木。注液井挖掘產(chǎn)生的表土和巖石一起裝袋就近堆存在注液孔旁邊；復(fù)墾時(shí)，注液井周邊裝袋巖土及時(shí)回填注液孔，栽植植被。因此，原地浸礦采場的建設(shè)主要是注液孔對(duì)林下灌草的損毀，對(duì)于整體景觀斑塊的破碎度影響不大。原地浸礦采場隨著開采礦段的變化而不斷變化，一個(gè)礦段生產(chǎn)完成后，該礦段配套的原地浸礦采場形成廢棄地；損毀時(shí)間隨著生產(chǎn)計(jì)劃變化，服務(wù)期滿時(shí)原地浸礦采場形成廢棄地。

2.2 原地浸礦工藝對(duì)植物根系的影響

原地浸礦采場礦體賦存在表土層1～1.5 m以下的風(fēng)化殼中，注液時(shí)液面控制在表層土壤以下1～1.5 m，一般不會(huì)對(duì)表層土壤造成明顯的不利影響，但采場母液滲漏可能造成礦塊下游土壤中氨氮濃度的升高，對(duì)植物根系產(chǎn)生一定的影響。因此，復(fù)墾前應(yīng)開展植被可墾性實(shí)驗(yàn)，選擇合適的栽植植被。

2.3 原地浸礦工藝對(duì)地下水的影響

原地浸礦工藝不存在傳統(tǒng)工藝中的挖掘、爆破和大規(guī)模的巷道工程，也不存在礦坑涌水現(xiàn)象。采區(qū)注液生產(chǎn)過程中，將浸礦液注入距地表1～1.5 m以下、厚度約10 m的礦層，浸礦層下設(shè)有收液系統(tǒng)，能夠回收約90%的母液，約有10%的母液損失。這些損失的母液會(huì)滲漏進(jìn)入礦體下層，然后隨地下水進(jìn)行遷移，可能會(huì)污染礦區(qū)附近地下水。

2.4 原地浸礦采場滑坡風(fēng)險(xiǎn)

原地浸礦法開采稀土礦，在采場布置網(wǎng)格狀注液淺井，采礦時(shí)注入浸礦液，使原來處于包氣帶的松散層處于飽水帶，地層浸潤條件發(fā)生改變，松散層的黏聚力、力學(xué)強(qiáng)度和承載力大大降低，松散層的抗剪強(qiáng)度急劇下降，當(dāng)飽和水位升高到采場可以承受的臨界水位以上時(shí)，可能發(fā)生穿井現(xiàn)象和破壞采場整體結(jié)構(gòu)。當(dāng)山體重力的下滑分力大于滑動(dòng)面上的抗剪強(qiáng)度時(shí)，山體將發(fā)生沉降開裂現(xiàn)象；當(dāng)下滑分力大于礦石的結(jié)構(gòu)力與礦石滑動(dòng)的摩擦阻力之和時(shí)，山體將產(chǎn)生向下滑動(dòng)現(xiàn)象[4]。

2.5 重視已損毀土地

采礦跡地和尾砂廢棄地是離子型稀土礦區(qū)已損毀土地復(fù)墾面臨的主要問題[5]。歷史池浸和堆浸工藝是典型的搬山運(yùn)動(dòng)，對(duì)礦體進(jìn)行剝離，挖損形成露天采場，原有的土層及部分風(fēng)化層被剝離，剩余土壤多為礫石砂土，水土流失嚴(yán)重，遺留大片裸露的廢棄地，對(duì)礦區(qū)景觀和生態(tài)造成極其嚴(yán)重的破壞，是復(fù)墾工程實(shí)施的難點(diǎn)。因此土地復(fù)墾方案編寫時(shí)，應(yīng)借助遙感和實(shí)地調(diào)查等手段，查清土地?fù)p毀的特點(diǎn)、程度、面積、立地條件等。

2.6 復(fù)墾責(zé)任范圍不確定性

依據(jù)土地復(fù)墾方案編制規(guī)程要求，方案中應(yīng)“依據(jù)土地?fù)p毀分析與預(yù)測結(jié)果，合理確定復(fù)墾區(qū)與復(fù)墾責(zé)任范圍，應(yīng)提供西安80系拐點(diǎn)坐標(biāo)[6]。”

離子型稀土礦山的土地復(fù)墾責(zé)任范圍存在不確定性。原地浸礦采場范圍應(yīng)與礦體分布范圍一致，但編制復(fù)墾方案時(shí)，項(xiàng)目處于開發(fā)利用階段，礦體的具體拐點(diǎn)邊界無法給出，實(shí)際生產(chǎn)需進(jìn)行礦體詳勘才能最終確定。另外，原地浸礦采場土地占用是逐年進(jìn)行，非一次性，每年均需進(jìn)行細(xì)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)。因此，復(fù)墾方案編制階段一般無法給出土地復(fù)墾責(zé)任范圍具體拐點(diǎn)坐標(biāo)，可參照開發(fā)利用方案圈出大致礦體分布。

3 土地復(fù)墾方向適宜性分析

根據(jù)《土地復(fù)墾方案編制實(shí)務(wù)》[7]的極限條件法的三級(jí)評(píng)價(jià)體系，對(duì)各單元進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)。各適宜類分為1～4級(jí)，等級(jí)越高，限制程度和復(fù)墾難度越大。當(dāng)適宜類為3級(jí)時(shí)，即認(rèn)為該因素為限制性因素；當(dāng)適宜類為4級(jí)時(shí)，即認(rèn)為該土地為暫不適宜類。又根據(jù)適宜類級(jí)別將土地質(zhì)量劃分為3等：一等地開發(fā)、復(fù)墾和整理?xiàng)l件好，無限制因素，不需或略需改良，復(fù)墾成本低；二等地有1或2個(gè)限制因素，限制強(qiáng)度中等，需要采取一定改良或保護(hù)措施，復(fù)墾成本中等；三等地有2個(gè)以上限制因素，且限制強(qiáng)度大，需要采取復(fù)雜的工程或生物措施，成本較高。選擇的限制因子有地形坡度、地表物質(zhì)組成、排水限制、水源限制、潛在污染物、覆土厚度、灌溉條件、交通狀況等8個(gè)指標(biāo)。復(fù)墾單元限制因素等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表2，依據(jù)三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)礦山各場地進(jìn)行限制因素適宜性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

表2 復(fù)墾單元評(píng)價(jià)限制因素等級(jí)劃分結(jié)果

4 土地復(fù)墾工程設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)

4.1 復(fù)墾時(shí)序特點(diǎn)

原地浸礦采場實(shí)施邊開采、邊復(fù)墾的計(jì)劃。原地浸礦采場由于僅損毀少量林下灌草，基本保持了原地貌及原來的植被水平。復(fù)墾僅需對(duì)其注液孔進(jìn)行回填，栽植灌木。每個(gè)開采礦段原地浸礦工藝的生產(chǎn)周期為2 a左右，第3年開始復(fù)墾工作，即第1年開采的礦塊在第3年完成生態(tài)恢復(fù)。

礦山服務(wù)期滿之后第3 a左右進(jìn)行所有母液處理車間的生態(tài)恢復(fù)。

4.2 確保表土資源的保護(hù)和利用

表土是土壤的最上層，是土壤中有機(jī)質(zhì)和微生物最集中的地方，是最重要的資源。表土的利用是在動(dòng)工前將土壤分層剝離保存，復(fù)墾時(shí)再將土壤分層回填加以利用。這樣土壤的理化性質(zhì)、營養(yǎng)元素以及土壤中的植物種子庫、微生物、動(dòng)物等受到的影響最小，是一種常用且最為有效的措施[8]。表土剝離、堆存和利用是當(dāng)前礦山土地復(fù)墾工程的標(biāo)準(zhǔn)程序。

表3 各單元限制因素適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果

注：其他限制因子為排水條件季節(jié)性洪澇或季節(jié)性積水，可以采取防洪、排澇措施加以改良；土源保障率為80%～100%；無潛在污染物；需抽水灌溉；交通不便，不便攀爬。

離子型稀土礦山，原地浸礦采場注液孔打孔后表土裝袋就近堆存，不進(jìn)入表土堆存場，待浸礦結(jié)束后，及時(shí)回填復(fù)墾；其表土剝離和主體工程巖土挖掘工作緊密相連，可不作單獨(dú)設(shè)計(jì)。母液車間的表土資源必須進(jìn)行剝離、堆存，這是母液車間廢棄后和早期歷史遺留廢棄地復(fù)墾的最重要土源。一般情況下，母液車間剝離表土不能保證母液車間廢棄后和歷史遺留廢棄地整體覆土，可以采用穴狀覆土等覆土方式，其規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)可參考《LY/T 1607 造林作業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)程》[9]。

4.3 重視原地浸礦采場集排水工程

復(fù)墾工程應(yīng)重視和充分利用已形成的采場集排水工程。高位池和母液中轉(zhuǎn)池采用半挖半填方式，開挖的土方形成擋土坎堆置在水池四周；采礦結(jié)束后，可作為蓄水池對(duì)苗木后期進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)。內(nèi)部避水溝、外部排水溝及收液溝挖掘后采取漿砌石砌筑，礦山服務(wù)期滿后作為山體永久排水溝；收液井在礦山服務(wù)期滿后作為地下水質(zhì)長期監(jiān)控井。

復(fù)墾時(shí)，在礦塊下游增設(shè)水力截獲井，對(duì)可能污染地下水的母液進(jìn)行截獲。截獲井主要布置在礦塊下游較平坦處，揭穿微風(fēng)化層，截獲井的具體位置、數(shù)量及運(yùn)行時(shí)段根據(jù)礦塊的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的詳細(xì)勘察資料進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，在開發(fā)利用階段一般不能確定。當(dāng)采取清水清洗與水力截獲措施后，在抽水井布局合理和一定抽水量條件下，礦區(qū)開采后地下水的污染濃度顯著減低，截獲線外氨氮和硫酸鹽含量基本可以達(dá)標(biāo)，超標(biāo)范圍基本可控，礦區(qū)內(nèi)污染物不會(huì)遷移出礦區(qū)邊界，對(duì)礦區(qū)下游的地下水的影響較小。

4.4 結(jié)合實(shí)際考慮原地浸礦采場滑坡風(fēng)險(xiǎn)

礦山應(yīng)采取措施預(yù)防原地浸礦采場崩塌滑坡的危害，常見措施如下：

(1)注液井中注液面要嚴(yán)格控制在表土層以下，禁止浸礦液注入表土層與全風(fēng)化層的過渡帶中。

(2)原地浸礦采場開挖內(nèi)部避水溝，保證地表徑流能順利排出，防止地表徑流進(jìn)入集液溝；原地浸礦采場山腳處開挖收液溝，作為地下水的排泄出口，將地下水位的升高控制在一定范圍內(nèi)。

(3)選擇不同高度的注液井作為水位監(jiān)測孔，加強(qiáng)地下水位監(jiān)測系統(tǒng)的觀察，及時(shí)掌握采場內(nèi)地下水位上升情況。發(fā)現(xiàn)液位超常，地下水力坡度大于預(yù)計(jì)坡度，應(yīng)減少注液或停止注液。

(4)原地浸礦結(jié)束后，及時(shí)回填注液孔和收液巷道，減少大氣降水沿注液孔匯入山體，消除閉礦后采區(qū)發(fā)生滑坡、坍塌等地質(zhì)災(zāi)害隱患。

4.5 重視風(fēng)險(xiǎn)金預(yù)算

離子型稀土礦山原地浸礦采場存在滑坡風(fēng)險(xiǎn)，土地復(fù)墾預(yù)算時(shí)應(yīng)設(shè)立適量的風(fēng)險(xiǎn)金，可參照已編制的地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案，考慮原地浸礦采場滑坡和植被栽植風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)存一定風(fēng)險(xiǎn)金。

4.6 已損毀土地復(fù)墾工程措施

該類型廢棄地，植被立地條件較差，土地復(fù)墾不宜進(jìn)行化學(xué)改良。長期或大量使用石灰等化學(xué)物質(zhì)會(huì)引起土壤板結(jié)，還會(huì)引起土壤中鈣、鎂、鉀等元素的平衡失調(diào)。

一般復(fù)墾工程措施為土地整理+覆土+植被恢復(fù)，其關(guān)鍵在于尋找土源和確定覆土的厚度與方式。首先對(duì)礦區(qū)進(jìn)行土地整治，整理為梯田或塊狀土地。通過整地、降低坡度、設(shè)置排水溝等措施，減少水土流失。然后根據(jù)擬損毀土地的表土資源量確定覆土方式，一般表土資源量不足以整體覆土，常采用穴狀覆土等覆土方式。最后因地制宜地選擇植被進(jìn)行復(fù)綠。復(fù)墾植物優(yōu)先選擇耐旱、耐貧瘠、根系生長迅速的物種，比如禾草和豆科植物，具有頑強(qiáng)的生命力并耐貧瘠，能有效改善土壤的微域環(huán)境，促進(jìn)其他植被的生長[10]。同時(shí)，植被群落構(gòu)建時(shí)應(yīng)貫徹喬、灌、草復(fù)層混交思想，以增加物種多樣性和系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)[5]。

該類廢棄地植被恢復(fù)一般應(yīng)提前開展可墾性實(shí)驗(yàn)。目前江西贛州部分地區(qū)，歷史堆浸池工藝破壞的廢棄地已開展可墾性實(shí)驗(yàn)，可以借鑒。主要有土地整理、土地整理+植被恢復(fù)、植被恢復(fù)、土地開發(fā)等四類，如表4，選擇植被主要為竹柳、油桐、石楠、馬尾松、彎葉畫眉草等，可以看出土地整理+植被恢復(fù)是比較好的土地復(fù)墾措施。

表4 不同復(fù)墾措施對(duì)比

5 結(jié) 論

可以看出，離子型稀土礦土地復(fù)墾方案主要包括擬損毀土地和已損毀土地兩大部分復(fù)墾方案的編制。擬損毀土地方面，應(yīng)結(jié)合原地浸礦工藝特點(diǎn)，考慮采場母液滲漏對(duì)植物根系和地下水的影響，重視采場集排水工程的修建；同時(shí)采場存在滑坡風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)增加風(fēng)險(xiǎn)金的提取。已損毀土地復(fù)墾方案編制時(shí)，應(yīng)結(jié)合礦區(qū)堆浸池工藝廢棄地破壞現(xiàn)狀，重視已損毀土地?fù)p毀特點(diǎn)、程度、面積、立地條件等調(diào)查；其復(fù)墾工程措施開展時(shí)，首先確保擬損毀土地土源的剝離、堆存；其次根據(jù)土量確定已損毀土地覆土和整地方式；最后要求企業(yè)開展可墾性實(shí)驗(yàn)，保障廢棄地復(fù)墾。

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(責(zé)任編輯 羅主平)

Land Reclamation Plan of an Ionic Rare-earth Mine in Southern China

Ju Liping Zhu Yibin Li Qing

(BeijingGeneralResearchInstituteofMining&Metallurgy，Beijing100160，China)

In order to better conduct the land reclamation plan of ionic rare-earth mine in Southern China，characteristics of land destruction was introduced based on the land reclamation plan on compiling regulation.Taking an ionic rare-earth mine as a case，the land destruction of this type of mine was introduced，and the design characteristics in reclamation time sequence，overburden stripping and stockpiling，in-situ leaching mining stope drainage engineering，risk fee，etc were summarized，comparison between different reclamation method was conducted.It can be concluded that ionic rare-earth reclamation includes two areas:land that will be destroyed and that have already been destroyed.For land that will be destroyed，influence of leaching solution leaking on plant roots and groundwater was considered combined with in-situ leaching characteristics，and water collecting and drainage system and extracting risk fund should be emphasized; For land that have already been destroyed，investigation on characteristics，degree，size and site condition of land being damaged should be made，combining with the current situation of abandoned mining area.

Ionic rare-earth mine，In-situ leaching mining method，Land reclamation

2015-05-21

國土資源部公益性行業(yè)科研項(xiàng)目(編號(hào)：201211045)。

鞠麗萍(1986—)，女，工程師，碩士。

X5，X45

A

1001-1250(2015)-09-161-05