柳克松

(中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015)

前言

礦產(chǎn)資源是經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們物質(zhì)生活提供了保障[1]，同時也造成了土地資源的破壞。本文以國家級綠色礦山—鞍山金和礦業(yè)有限公司臺上山鐵礦(以下簡稱臺上山鐵礦)為例，介紹該礦在露天生產(chǎn)與土地復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)中嘗試的技術(shù)與方法以及取得的成績。

1 礦山概況

臺上山鐵礦位于鞍山市南15km處，是一座現(xiàn)代化采選聯(lián)合企業(yè)。根據(jù)《遼政辦發(fā)(2007)7號》文件精神，以鞍山金和礦業(yè)有限公司臺上山鐵礦為主體，整合附近大崗子采場及李氏房小學(xué)鐵礦，整合后仍稱臺上山鐵礦，礦區(qū)面積142.0389hm2。礦山目前有在職職工1066人，中、高級技術(shù)管理人員25人，企業(yè)管理機(jī)構(gòu)健全，是一支管理經(jīng)驗(yàn)豐富、技術(shù)實(shí)力雄厚、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)的礦山企業(yè)。

鞍山金和礦業(yè)有限公司臺上山鐵礦為生產(chǎn)礦山，已露天開采多年，該礦位于遼寧省鞍山市千山區(qū)湯崗子鎮(zhèn)。礦區(qū)面積142.0389hm2，礦區(qū)用地規(guī)模273.8890hm2；開采方式先期為露天開采，生產(chǎn)規(guī)模為240萬t·a-1，露天結(jié)束后進(jìn)入地下開采，生產(chǎn)規(guī)模為40萬t·a-1；開采標(biāo)高為200～-350m，礦山總體服務(wù)年限為20a，其中,露天開采服務(wù)年限為6.5a，地下開采服務(wù)年限為13.5a?，F(xiàn)狀土地?fù)p毀單元包括露天采場、排巖場、選礦廠、干選車間、尾礦壓濾車間、尾礦庫、運(yùn)輸?shù)缆?、取土場、儲礦場等9個，未來轉(zhuǎn)地下開采，擬損毀土地單元井口、沉陷區(qū)等。

2 開采方式

礦山目前正在進(jìn)行露天開采，形成了一定規(guī)模的露天采坑。臺上山鐵礦上部礦體埋藏淺，礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，開采技術(shù)條件較好。上部礦體露天方式開采剝采比不大，礦石回采率高，損失貧化小，所以上部礦體繼續(xù)采用露天方式開采。

根據(jù)礦體的賦存條件，-165m以上露天開采，露天開采結(jié)束后，采用地下開采方式回收露天掛幫礦體和-165m以下礦體。

2.1 露天采礦工藝

礦山目前生產(chǎn)執(zhí)行的臺階高度是15m。本次設(shè)計(jì)推薦生產(chǎn)臺階高度為15m，終了并段后為30m，確定上、下盤及端幫邊坡角為47°，風(fēng)化巖石上下盤及端幫邊坡角為42°，第四系巖層邊坡角為35°。

本礦山采場為深凹的露天礦。根據(jù)臺上山鐵礦的開采現(xiàn)狀，礦山規(guī)模、露天采場尺寸、高差等生產(chǎn)技術(shù)條件，以及礦山地形、礦床地質(zhì)等自然地質(zhì)條件，排土場及其選礦場地的位置特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)臺上山鐵礦的礦、巖運(yùn)輸系統(tǒng)仍采用公路開拓汽車運(yùn)輸方式。礦山道路系統(tǒng)設(shè)2個總出入溝，第1個在露天采礦場西北60m標(biāo)高處，采出礦石由自卸汽車直接運(yùn)往選礦廠；第2個設(shè)在采場西南側(cè)的70m標(biāo)高處的總出入溝，由自卸汽車運(yùn)往排巖場。臺上山鐵礦采場道路系統(tǒng)采用螺旋、折返布線方式通達(dá)露天坑底。

本礦山采用水平分層緩幫開采方法，采用縱采方式進(jìn)行采場礦巖的采剝。

2.2 地下開采工藝

根據(jù)礦巖的物理力學(xué)性質(zhì)、礦體厚度、傾角及選用的采礦方法等資料，結(jié)合類似礦山確定的錯動角為：下盤，60°～62°或礦體傾角中的較小值；上盤，60°；端部，65°。地表第四系覆蓋層的錯動角為40°～45°。

本次地下開采設(shè)計(jì)最低開采標(biāo)高為-315m。臺上山鐵礦地下開采的礦床開拓系統(tǒng)采用斜坡道開拓。主斜坡道必須布置在錯動界線外。

3 土地利用現(xiàn)狀

依據(jù)鞍山市自然資源局千山區(qū)分局提供的項(xiàng)目區(qū)1∶10000的標(biāo)準(zhǔn)土地利用現(xiàn)狀圖，項(xiàng)目區(qū)面積為273.8890hm2，其中礦區(qū)范圍內(nèi)面積為142.0389hm2，礦區(qū)范圍外面積為131.8501hm2。土地利用類型為旱地3.2869hm2，占項(xiàng)目區(qū)面積的1.20%，果園64.7155hm2，占項(xiàng)目區(qū)面積的23.63%，有林地94.4762hm2，占項(xiàng)目區(qū)面積的34.49%，建制鎮(zhèn)0.0521hm2，占項(xiàng)目區(qū)面積的0.02%，村莊用地2.3225hm2，占項(xiàng)目區(qū)面積的0.85%，采礦用地106.5022hm2，占項(xiàng)目區(qū)面積的38.89%，坑塘水面2.5336hm2，占項(xiàng)目區(qū)面積的0.93%。

4 土地?fù)p毀與評估

由于臺上山鐵礦建成的年代已久，各種基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)十分完善。臺上山鐵礦土地破壞方式主要表現(xiàn)方式為挖損、壓占和沉陷。其中，已有露天采場對土地的挖損；已有排巖場對土地的壓占；已有工業(yè)場地對土地的壓占；已有尾礦庫庫區(qū)及尾礦干堆對土地的壓占；已有儲礦場對土地的壓占；已有取土場對土地的壓占；已有運(yùn)輸?shù)缆穼ν恋氐膲赫迹粩M建露天采場對土地的挖損；擬建井口場地對土地的挖損；擬建排巖場對土地的壓占；擬建尾礦庫庫區(qū)對土地的壓占；沉陷區(qū)對土地的沉陷。

通過對礦區(qū)現(xiàn)場勘測以及對礦區(qū)開采計(jì)劃的預(yù)測，本項(xiàng)目共損毀土地面積268.1645hm2，依據(jù)鞍山市國土資源局千山區(qū)分局提供的1∶10000土地利用現(xiàn)狀圖，可以看出損毀土地中旱地3.1563hm2，占復(fù)墾區(qū)總面積的1.18%；果園63.6743hm2，占復(fù)墾區(qū)總面積的23.74%；有林地90.8608hm2，占復(fù)墾區(qū)總面積的33.88%；采礦用地105.7445hm2，占復(fù)墾區(qū)總面積的39.43%；農(nóng)村宅基地2.1950hm2，占復(fù)墾區(qū)總面積的0.82%；坑塘水面2.5336hm2，占復(fù)墾區(qū)總面積的0.94%。項(xiàng)目區(qū)以挖損形式損毀土地面積為62.8165hm2，以壓占形式損毀土地面積為205.3480hm2，而沉陷區(qū)以交保證金的形式進(jìn)行落實(shí)復(fù)墾責(zé)任。

5 土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)的實(shí)踐

鞍山金和礦業(yè)有限公司十分重視環(huán)境保護(hù)工作，環(huán)境保護(hù)組織機(jī)構(gòu)健全，措施到位，環(huán)保設(shè)施運(yùn)行齊全，企業(yè)嚴(yán)格按照“誰損毀、誰復(fù)墾”的原則，堅(jiān)持邊開采邊復(fù)墾，改善生態(tài)環(huán)境[2]。企業(yè)在2012—2018年，對臺上山鐵礦礦區(qū)內(nèi)破壞場地采取土地平整、修建擋土墻和排水溝、表土回覆等工程，生態(tài)修復(fù)工程累計(jì)投資將近8000萬元，采取一系列切實(shí)有效措施。對礦山的生活區(qū)，辦公樓周圍及選礦廠區(qū)、尾礦庫壩體、運(yùn)輸公路兩側(cè)等場地進(jìn)行了復(fù)墾及綠化，并對北部廢棄排巖場進(jìn)行治理，礦區(qū)環(huán)境得到了明顯的改善。臺上山鐵礦于2016年榮獲國土資源部頒發(fā)的遼寧省“青山工程”示范基地之一。鞍山金和礦業(yè)有限公司臺上山鐵礦于2015年獲得原國土資源部頒發(fā)的國家級綠色礦山建設(shè)單位。

5.1 礦山地質(zhì)環(huán)境治理

臺上山鐵礦在整個礦山環(huán)境治理過程中，以還林、還草、復(fù)墾綠化為手段，以防塵、防污染、改善和保護(hù)生態(tài)環(huán)境為目的，實(shí)現(xiàn)控制侵蝕、凈化空氣、凈化土壤，達(dá)到青山、綠水、藍(lán)天優(yōu)美的自然生態(tài)環(huán)境。企業(yè)在礦山環(huán)境治理已累計(jì)投資將近2000萬元。

在已有地質(zhì)環(huán)境治理基礎(chǔ)上，對廠區(qū)門衛(wèi)至加油站運(yùn)輸公路兩側(cè)，修建排水溝750m，栽各類灌木約1800株，喬木約120株，廠房周圍及道路兩側(cè)補(bǔ)鋪草坪約1000m2。

干選車間地質(zhì)環(huán)境治理，對干選車間周圍3.85萬m2進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境治理，栽植各種灌木、喬木約20000株，草坪約1000m2。

對露天采場穿孔作業(yè)，將干式穿孔作業(yè)改為濕式作業(yè)，抑制粉塵飄散。

對汽車運(yùn)輸公路產(chǎn)生的揚(yáng)塵，用5臺灑水車24h不間斷進(jìn)行灑水作業(yè)，冬季加鹽水，防止二次揚(yáng)塵。

委托鞍山市職業(yè)防治醫(yī)院編制對臺上山鐵礦、尾礦庫、選礦廠職業(yè)病現(xiàn)狀評價報告。

5.2 土地復(fù)墾

臺上山鐵礦根據(jù)礦山生產(chǎn)情況對部分場地進(jìn)行植被恢復(fù)，截至2018年底，礦山復(fù)墾土地面積為67.6447hm2，累計(jì)投入復(fù)墾資金將近6000萬元，礦山企業(yè)2012—2018年間土地復(fù)墾情況如下。

鞍山金和礦業(yè)有限公司臺上山鐵礦根據(jù)土地復(fù)墾工程的安排，已在道路兩側(cè)種植路樹、鋪草坪，并對東部排巖場頂部317～270m標(biāo)高廢棄場地進(jìn)行土地復(fù)墾，東部排巖場復(fù)墾面積11.5422hm2，運(yùn)輸?shù)缆窂?fù)墾面積為3.7557hm2。植樹綠化9.93萬m2，目前場地內(nèi)地表植被恢復(fù)情況較好。

礦山企業(yè)積極貫徹省政府開展“青山工程”活動，對礦山北部廢棄排巖場進(jìn)行復(fù)墾，土地復(fù)墾面積29.1741hm2，進(jìn)行平整、覆土后，栽植各種灌木41萬株。

對尾礦庫180m標(biāo)高以下壩體進(jìn)行復(fù)墾，進(jìn)行整平覆蓋土層，種植刺槐等樹木10萬多株，土地復(fù)墾面積為13.6264hm2。

對選礦廠和尾礦壓濾車間空余場地已進(jìn)行復(fù)墾及綠化，其中選礦廠土地復(fù)墾面積5.9009hm2，尾礦壓濾車間復(fù)墾面積1.9118hm2，栽植刺槐等樹木。

對露天采場北幫頂部土質(zhì)邊坡進(jìn)行植被恢復(fù)，復(fù)墾面積為7.6345hm2。

對排巖場其它地段，服役到期后，逐漸復(fù)墾。

5.3 邊坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測與防護(hù)措施

做好邊坡地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測工作，對生產(chǎn)安全具有重要的意義，既是地質(zhì)災(zāi)害防治決策的重要基礎(chǔ)，又是地質(zhì)災(zāi)害的組成部分[3]。預(yù)測工作既要說明地質(zhì)前景，又要說明地質(zhì)災(zāi)害的結(jié)局。

5.3.1 邊坡地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測依據(jù)

邊坡質(zhì)特征，組成邊坡巖體特性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件；邊坡要素，臨空面暴露面積，結(jié)構(gòu)面與臨空面組合關(guān)系；采礦、排巖、筑壩工藝條件；生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)；類比工程地質(zhì)條件相似的鞍鋼各露天礦邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)。

5.3.2 地質(zhì)災(zāi)害工程地質(zhì)分區(qū)預(yù)測及防護(hù)措施

圖10為從位移場計(jì)算出的I型裂紋緊湊拉伸試樣4的J積分隨時間的演化數(shù)據(jù)關(guān)系，由圖可見J積分在初始加載時緩慢增加，約20s后開始快速增大，88s時達(dá)到臨界載荷23kN，此時J積分約293.4kJ/m2，記為JiDic，即為光學(xué)方法測量得到的實(shí)際起裂斷裂韌度，低于標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21143的計(jì)算值。

本項(xiàng)目地質(zhì)災(zāi)害工程具體見表1。

表1 地質(zhì)災(zāi)害工程信息表

6 礦山生態(tài)修復(fù)生物和化學(xué)措施

根據(jù)土地復(fù)墾工程實(shí)施范圍內(nèi)各部分主體工程布局、土地?fù)p毀類型采取不同的施工工藝。將工程復(fù)墾與生物化學(xué)復(fù)墾(主要是指種植工程和土壤改良工程)密切結(jié)合，保證工程技術(shù)措施滿足生物措施的要求，生物措施保障工程技術(shù)措施更具有長效性，生物復(fù)墾最終目標(biāo)是通過植被重建的方式改良、熟化土壤。

6.1 生物措施

6.1.1 項(xiàng)目區(qū)植被建設(shè)基本原則

認(rèn)真貫徹“因地制宜”的原則，根據(jù)不同地段立地條件、土壤結(jié)構(gòu)、地形地貌和水土流失情況等因素，進(jìn)行土地復(fù)墾。

以建立項(xiàng)目區(qū)人工生態(tài)系統(tǒng)為復(fù)墾目標(biāo)，在工程復(fù)墾的基礎(chǔ)上，進(jìn)行土地復(fù)墾因地制宜，做到適樹種樹、適草種草，能復(fù)墾為耕地的優(yōu)先復(fù)墾為耕地。

把項(xiàng)目區(qū)水土流失與項(xiàng)目區(qū)環(huán)境綠化、美化相結(jié)合。

6.1.2 項(xiàng)目區(qū)植物種的選擇

適宜的種植物種的選擇是生態(tài)重建的關(guān)鍵，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的地理位置和當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，總結(jié)出復(fù)墾工程需要的植物應(yīng)當(dāng)具有以下特征。

具有抗旱、抗寒、抗貧瘠、抗病蟲害等優(yōu)良特性；生長、繁殖能力強(qiáng)，最好能具有固氮能力，提高土壤中氮元素含量，要求實(shí)現(xiàn)短期內(nèi)大面積覆蓋；根系發(fā)達(dá)，萌芽能力強(qiáng)，能夠有效地固結(jié)土壤，防止水土流失，這在復(fù)墾工程的早期階段尤其重要；播種、栽植容易，成活率高；所選草本植物要求具有越冬能力，以節(jié)約成本。

依據(jù)上述原則，對項(xiàng)目區(qū)植被調(diào)查并征求了當(dāng)?shù)孛癖娨庖?，最終確定了適宜本方案復(fù)墾工程的植物為刺槐。

6.1.3 項(xiàng)目區(qū)植被恢復(fù)

礦山生產(chǎn)對原地表植被的損毀來說是毀滅性的，為了恢復(fù)礦山生態(tài)環(huán)境，對于被損毀了自然植被的土地，應(yīng)采用恢復(fù)植被法恢復(fù)其自然地貌。

6.2 理化措施

本項(xiàng)目在土地復(fù)墾中采取的化學(xué)措施是土壤改良。土壤改良與培肥應(yīng)著重從其水、肥、氣、熱4大肥力要素的改良，采取相應(yīng)的措施。工業(yè)場地和排巖場地表的土壤肥力低下，不利于樹木的生長，因此，本方案中采用施肥法(施用農(nóng)家肥)和客土法進(jìn)行土壤改良。

6.2.1 客土

對土層較薄或無耕作層的地塊通過客土增加有效土層厚度，達(dá)到改良質(zhì)地、改善耕性、提高土壤肥力的目的。

6.2.2 施肥

土壤施肥是土壤改良的重要措施之一。由于復(fù)墾土壤是新構(gòu)造土，復(fù)墾土壤的培肥就是提高復(fù)墾土地生產(chǎn)力的關(guān)鍵問題。復(fù)墾土地上應(yīng)在植被建立的過程中進(jìn)行人為輔助(如施肥)，只有這樣植被才有足夠的力量去自己克服肥力消失后的環(huán)境壓力。本方案中按照旱地、園地45t·hm-2的用量，林地30t·hm-2的用量施用有機(jī)肥進(jìn)行土壤改良。

7 礦區(qū)土地復(fù)墾效益分析

臺上山鐵礦土地復(fù)墾方案實(shí)施后，將有效地治理因礦產(chǎn)開采造成的土地?fù)p毀，遏制生態(tài)環(huán)境的日趨惡化，盡量恢復(fù)因礦山開采而損毀的植被，減少水土流失和防止其繼續(xù)擴(kuò)大、改善項(xiàng)目區(qū)及其周邊地區(qū)的生產(chǎn)和生活環(huán)境，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

土地復(fù)墾及環(huán)境治理效益包括經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益3個方面。

7.1 經(jīng)濟(jì)效益

臺上山鐵礦土地復(fù)墾恢復(fù)有林地157.8349hm2，樹種選擇刺槐，栽種373510株，刺槐一般40a成材，按照保存率80%計(jì)算，每株刺槐成材可以創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益為100元，刺槐創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益約2988.08萬元。

7.2 社會效益

土地復(fù)墾的投入將使項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)行產(chǎn)生的不利環(huán)境影響得到有效控制，保護(hù)礦區(qū)環(huán)境資源，對于維護(hù)和改善礦區(qū)環(huán)境質(zhì)量起到良好作用。通過土地復(fù)墾治理，改善礦區(qū)工人的作業(yè)環(huán)境，防治水土流失的危害。綠化工程的實(shí)施，將使礦區(qū)環(huán)境得到綠化美化，改善礦區(qū)的生活工作環(huán)境和自然生態(tài)環(huán)境。所以，土地復(fù)墾是關(guān)系國計(jì)民生的大事，不僅對發(fā)展生產(chǎn)和礦產(chǎn)事業(yè)有重要意義，而且對全社會的安定團(tuán)結(jié)和穩(wěn)定發(fā)展也有重要意義，將是保證礦區(qū)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，因而具有重要的社會效益。

7.3 生態(tài)效益

隨著復(fù)墾工程的實(shí)施以及配套環(huán)保措施的完善，隨著旱地、園地、有林地和坑塘水面的恢復(fù)以及修筑排水溝、擋土墻等工程措施，能夠有效防止礦區(qū)的水土流失和滑坡等災(zāi)害。植被的恢復(fù)還可涵養(yǎng)水源、凈化空氣、消除噪音、防止水土流失。并對保護(hù)生物多樣性、改善生態(tài)環(huán)境有很大作用。