馬鞍山筆架山礦區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合治理模式研究*

李書欽 華紹廣 陳 俊3

（1．中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2．國(guó)家金屬礦山固體廢物處理與處置工程技術(shù)研究中心）

露天礦山開采是嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境人工干擾過程，露天礦山特別是含硫礦床的開采，因大量含硫固體廢物排棄在排土場(chǎng)和尾礦庫，形成酸性排土場(chǎng)及尾礦庫，一般植物難以生長(zhǎng)，加之地形地貌的變遷，引起嚴(yán)重的水土流失。礦山閉坑后排水系統(tǒng)停止工作，外加截排水系統(tǒng)不完善，造成大量礦坑酸水聚集，易導(dǎo)致影響區(qū)水土環(huán)境受到污染，威脅著周圍居民的生產(chǎn)生活與身體健康［1-7］。

本文以位于長(zhǎng)江流域的馬鞍山筆架山礦區(qū)為例，針對(duì)筆架山礦區(qū)所存在的土地?fù)p毀、生態(tài)破壞、環(huán)境污染等問題，對(duì)生態(tài)環(huán)境問題成因進(jìn)行了調(diào)查分析，研究了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合治理模式，有效解決了礦區(qū)突出的生態(tài)環(huán)境問題，為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶同類礦山生態(tài)環(huán)境治理提供了借鑒。

1 礦區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

1.1 礦區(qū)簡(jiǎn)介

馬鞍山筆架山礦區(qū)位于安徽省馬鞍山市花山區(qū)東部，距市區(qū)（秀山新區(qū)）直線距離約4 km，行政隸屬馬鞍山市花山區(qū)濮塘鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)中心地理坐標(biāo)E118°37′33″，N31°41′51″，礦區(qū)面積69.2萬m2，開采礦種為綠松石，化學(xué)分子式為CuAl6［PO4］（OH）8·4H2O，是一種含水銅鋁磷酸鹽礦物。筆架山綠松石礦體賦存于浸染狀貧磁鐵礦（黃鐵礦）體頂部氧化帶中的高嶺石化蝕變巖段中，呈脈狀與黃鐵礦、石英、高嶺石共生產(chǎn)出，為高含硫礦床［8］。筆架山綠松石按顏色可劃分為綠色和藍(lán)色系列，主要化學(xué)成分見表1［9］。

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筆架山礦區(qū)現(xiàn)有1個(gè)露天采場(chǎng)、1座排土場(chǎng)和1個(gè)尾礦庫，2015年筆架山綠松石礦因馬鞍山礦山整合停產(chǎn)至今。

1.2 生態(tài)環(huán)境治理問題的提出

筆架山礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題由來已久，長(zhǎng)期露天開采過程中產(chǎn)生了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，礦區(qū)周圍土地和植被遭到大面積破壞，產(chǎn)生的含硫廢石、尾礦長(zhǎng)期自然堆存，導(dǎo)致淋溶及滲透出的酸性廢水無組織排放，造成影響區(qū)水土環(huán)境污染。

（1）礦區(qū)區(qū)位敏感。根據(jù)《采石風(fēng)景名勝區(qū)總體規(guī)劃（2003—2020）》，礦區(qū)位于采石風(fēng)景名勝區(qū)（濮塘片區(qū)）規(guī)劃范圍內(nèi)，規(guī)劃為礦業(yè)跡地恢復(fù)區(qū)。

（2）土地?fù)p毀嚴(yán)重。筆架山礦區(qū)現(xiàn)有1個(gè)露天采場(chǎng)、1座排土場(chǎng)和1個(gè)尾礦庫，礦區(qū)土地?fù)p毀總面積達(dá)51.50 hm2，其中筆架山綠松礦為凹陷露天開采，封閉圈+65 m，現(xiàn)狀最低標(biāo)高+20 m，封閉圈以下采坑深約45 m，礦坑上口面積9 hm2，下口面積3 hm2，總?cè)莘e約300萬m3。

（3）礦坑酸性廢水聚集。筆架山礦2015年停產(chǎn)以來，礦坑匯集了大量的淋溶水，形成了一個(gè)大的積水坑，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的富集，水體顏色暗紅，pH值約為2.85，呈酸性污染水質(zhì)。礦區(qū)排土場(chǎng)pH值2.44～7.32，平均4.80；尾礦庫pH值2.52～6.62，平均4.04；露天采坑pH值2.54～6.58，平均4.46。排土場(chǎng)滲濾液pH值2.90，尾礦庫滲濾液pH值3.43，露天礦坑積水pH值2.85，下游影響區(qū)水塘pH值3.89。

（4）排土場(chǎng)與尾礦庫生態(tài)破壞、水土流失嚴(yán)重。筆架山露天采坑產(chǎn)生的大量含硫固體廢物排棄在排土場(chǎng)和尾礦庫，形成酸性排土場(chǎng)及尾礦庫，一般植物難以生長(zhǎng)，加之地形地貌變遷，引起了嚴(yán)重的水土流失；同時(shí)由于排土場(chǎng)、尾礦庫未實(shí)現(xiàn)雨污分流，截污設(shè)施不完善，酸性淋溶水進(jìn)入影響區(qū)，造成影響區(qū)水土環(huán)境污染。

2 生態(tài)環(huán)境綜合治理模式設(shè)計(jì)

針對(duì)筆架山礦區(qū)存在的區(qū)位敏感、土地?fù)p毀、礦坑酸性廢水積存、水土流失和水土污染等問題，治理采取“統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實(shí)施”的方式，持續(xù)實(shí)施筆架山礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理修復(fù)，第一步完成礦區(qū)突出生態(tài)環(huán)境問題治理，第二步完成筆架山露天礦坑回填復(fù)墾，徹底解決礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題。

2.1 礦區(qū)突出生態(tài)環(huán)境問題的治理工程設(shè)計(jì)

采用“源頭防控、末端治理”相結(jié)合的方式實(shí)施礦區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合治理工程，開展礦坑酸性廢水處理工程、露天礦坑封閉圈以上廢棄地生態(tài)恢復(fù)工程、排土場(chǎng)及尾礦庫原位污染風(fēng)險(xiǎn)管控及生態(tài)修復(fù)工程、水土環(huán)境修復(fù)工程，解決礦區(qū)突出生態(tài)環(huán)境問題。

2.1.1 礦坑酸水廢水治理

針對(duì)目前露天礦坑積存的大量酸性廢水，首先要開展礦坑酸性廢水治理工程。

（1）截排水工程。設(shè)計(jì)在采礦坑周圍修建截排水系統(tǒng)，從源頭減少礦坑酸性廢水增量，截排水溝采用混凝土結(jié)構(gòu)，矩形斷面，其中礦坑?xùn)|側(cè)截排水溝匯水排入排土場(chǎng)下游，采場(chǎng)西側(cè)截排水溝匯水排往礦區(qū)西部集水池。

（2）礦坑酸性廢水抽排處理工程。筆架山露天礦坑內(nèi)積存有約90萬m3酸性廢水，對(duì)區(qū)域環(huán)境及地下水具有較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，有必要采取措施降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。為了徹底解決該處酸性廢水的環(huán)境問題，處置目標(biāo)為將酸性廢水從礦坑中抽出，經(jīng)水處理站處理達(dá)標(biāo)后外排至周邊可接納水體。

設(shè)計(jì)水處理站采用高濃度泥漿工藝（HDS），設(shè)計(jì)處理能力2 400 m3/d，出水標(biāo)準(zhǔn)按《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行，其中pH=6～9，各元素含量見表2。

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2.1.2 露天礦坑封閉圈以上礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)

由于封閉圈以下露天礦坑第二階段將繼續(xù)回填并進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，因此第一階段將首先對(duì)封閉圈以上礦山廢棄地進(jìn)行治理恢復(fù)。

（1）高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)恢復(fù)。根據(jù)筆架山礦區(qū)邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果，及各區(qū)域的現(xiàn)狀，將治理區(qū)按平面位置關(guān)系分區(qū)進(jìn)行治理，其中+80～+95 m標(biāo)高邊坡巖土高嶺土化較為嚴(yán)重，采用“修坡+錨桿固定+鋼筋混凝土框格梁+框架內(nèi)噴播植草復(fù)綠”的綜合治理措施；+95 m標(biāo)高以上邊坡巖性較好，采用“危巖清理+清坡+掛網(wǎng)+客土噴播復(fù)綠”的綜合治理措施。

（2）周邊廢棄地生態(tài)恢復(fù)。對(duì)于坡度小于1∶1.5的露天礦坑周邊廢棄地，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整后，回覆厚度不小于0.5 m客土后栽植夾竹桃等灌木進(jìn)行綠化。在場(chǎng)地平整時(shí)形成2%的反坡，將坡面及平臺(tái)匯水匯至邊坡坡腳設(shè)置的排水溝，防止坡面及平臺(tái)匯水順坡流動(dòng)。

2.1.3 排土場(chǎng)、尾礦庫原位污染風(fēng)險(xiǎn)管控及生態(tài)修復(fù)

筆架山礦排土場(chǎng)、尾礦庫現(xiàn)狀基本處于裸露狀態(tài)，這些區(qū)域的廢石土除pH外其余指標(biāo)均滿足第Ⅰ類一般工業(yè)固廢標(biāo)準(zhǔn)，但具有含硫高，且夾雜綠松石等含銅礦物，在降水淋溶作用下易產(chǎn)生酸性廢水。設(shè)計(jì)對(duì)排土場(chǎng)、尾礦庫進(jìn)行原位污染風(fēng)險(xiǎn)控制及生態(tài)修復(fù)，通過土地整治、土壤重構(gòu)、植被恢復(fù)工程恢復(fù)排土場(chǎng)、尾礦庫區(qū)域生態(tài)；通過滲濾液截滲導(dǎo)排系統(tǒng)（水平防滲+垂直防滲+滲濾液導(dǎo)排）、雨水截排水工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)“雨污分流”，從源頭控制造成礦區(qū)環(huán)境污染的酸性滲濾液?jiǎn)栴}，同步實(shí)施監(jiān)測(cè)管護(hù)工程對(duì)復(fù)墾植被進(jìn)行管護(hù)，對(duì)污染防治效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（1）土地整治。設(shè)計(jì)對(duì)排土場(chǎng)和尾礦庫邊坡進(jìn)行修整，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整，整治后排土場(chǎng)邊坡坡度控制在1∶1.5以下，尾礦庫邊坡控制在1∶2以下。

（2）土壤重構(gòu)（含水平防滲）。土地平整完成后在平臺(tái)和邊坡首先回覆不小于0.5 m壓實(shí)黏土，設(shè)置水平隔離層（壓實(shí)度不小于90%），然后在隔離層上部回覆不小于0.5 m滿足綠化要求的客土并適當(dāng)壓實(shí)。

（3）植被恢復(fù)。設(shè)計(jì)平臺(tái)采用馬尾松、杉木與楓香、楓楊等行間混交，同時(shí)在邊坡邊緣栽植夾竹桃等花灌，林下撒播草籽的方式進(jìn)行植被恢復(fù)。邊坡采用植生毯進(jìn)行綠化。

（4）滲濾液截滲導(dǎo)排系統(tǒng)（酸水源頭控制）。排土場(chǎng)、尾礦庫截排水及滲濾液收集系統(tǒng)不完善，未實(shí)現(xiàn)雨污分流，造成酸性廢水進(jìn)入礦區(qū)下游影響區(qū)，污染下游水環(huán)境。

（5）設(shè)計(jì)完善在補(bǔ)充排土場(chǎng)、尾礦庫水平防滲，完善雨水截排系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充修建酸性滲濾液截滲及導(dǎo)排系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“雨污分流”、酸性滲濾液的源頭控制和有效收集。設(shè)計(jì)在排土場(chǎng)、尾礦庫壩腳修建垂直防滲系統(tǒng)及滲濾液導(dǎo)排收集系統(tǒng)，包括修建截滲墻、水平排滲管及滲濾液收集盲溝、滲濾液收集池等，滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng)設(shè)計(jì)的滲濾液輸送至水處理站進(jìn)行處理。本工程采用雙排高壓旋噴樁方式建設(shè)防滲墻，選用中鋼礦院研發(fā)的全固廢膠凝材料。

（6）監(jiān)測(cè)管護(hù)工程。治理工程完工后進(jìn)行為期3 a的污染防治效果監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容為滲濾液水質(zhì)，每季度監(jiān)測(cè)1次。對(duì)恢復(fù)植被進(jìn)行為期1 a的管護(hù)，按時(shí)對(duì)復(fù)墾地區(qū)采取澆水、除蟲等措施，以保證復(fù)墾植被的成活率，從而保證復(fù)墾工程達(dá)到預(yù)期效果。

2.1.4 水土環(huán)境修復(fù)工程

筆架山礦區(qū)前期滲濾液未得到有效收集處理，造成影響區(qū)水系一定程度的污染，本次整治通過筆架山礦區(qū)尾礦庫和排土場(chǎng)滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng)、雨水截排水系統(tǒng)的實(shí)施實(shí)現(xiàn)雨污分流，從源頭阻斷對(duì)下游水土環(huán)境的污染，同時(shí)對(duì)筆架山礦區(qū)下游影響區(qū)已受損水土環(huán)境進(jìn)行整治修復(fù)，實(shí)現(xiàn)筆架山礦區(qū)生態(tài)環(huán)境整體修復(fù)。

2.2 露天礦坑回填復(fù)墾

在完成露天礦坑酸性廢水抽排治理后，若不及時(shí)回填處置，將繼續(xù)匯水酸化，不利于整個(gè)區(qū)域的綜合整治。因此，應(yīng)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行回填治理。在確保不對(duì)環(huán)境造成危害的前提下，考慮以城市基建渣土及馬鋼高村礦廢石土為回填料對(duì)露天采坑進(jìn)行回填，加速礦坑回填進(jìn)度。

礦坑回填完成后對(duì)露天采坑進(jìn)行復(fù)墾，按照“高于標(biāo)準(zhǔn)、融入景區(qū)”的目標(biāo)實(shí)施高標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)修復(fù)，恢復(fù)“青山綠水”。

3 結(jié) 論

本研究調(diào)查分析了筆架山礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題的成因，提出了“統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實(shí)施”的治理模式，采用“源頭防控、末端治理”相結(jié)合的方式開展礦坑酸性廢水處理工程、露天礦坑封閉圈以上廢棄地生態(tài)恢復(fù)工程、排土場(chǎng)及尾礦庫原位污染風(fēng)險(xiǎn)管控及生態(tài)修復(fù)工程、水土環(huán)境修復(fù)工程，解決礦區(qū)突出生態(tài)環(huán)境問題；實(shí)施筆架山露天礦坑回填復(fù)墾工程，徹底解決礦區(qū)土地?fù)p毀、紅色酸水聚集、生態(tài)破壞、水土環(huán)境污染等生態(tài)環(huán)境問題，生態(tài)、社會(huì)效益顯著，可為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶同類礦山生態(tài)環(huán)境治理提供借鑒。