某地下矿山开采对土壤环境影响研究*

2022-01-17徐庆荣李书钦3

现代矿业 2021年12期

王玮徐庆荣李书钦3

（1．中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；2．国家环境保护矿山固体废物处理与处置工程技术中心）

我国铁矿资源已探明储量居世界第三位，近30 a来，我国的铁矿石产量也一直稳居世界前列［1-2］。大量的铁矿石从地下被开采出来用于经济建设，但是开采过程中也对生态环境造成了各种各样的影响，一些影响甚至危及了人民群众的身体健康和生命安全。因此，在保障我国的资源安全和经济发展的同时，研究地下开采对环境的影响具有重要的科学和实用价值［3-5］。

本研究以安庆地区某铜（铁）矿床为研究对象，对其开采过程对土壤造成的环境影响进行评判，为该矿区环境影响评价工作提供参考。

1 调查内容和结果

1.1 土壤评价等级与评价范围

该铜（铁）矿所在区域年平均降水量为1 349.4 mm，年平均蒸发量为888.7 mm，干燥度为0.66（＜1.8），地下水水位埋深＞2.0 m，土壤pH为7.94～8.15，项目所在区域土壤不易发生盐化、碱化、酸化等生态影响。此外根据调查，该矿开采至今已有近30 a的历史，矿区周边土壤也未出现盐化、碱化、酸化现象，因此本研究属污染影响型项目。

技改工程开采矿种为铜、铁矿属金属矿，根据《环境影响评价技术导则土壤环境（试行）》（HJ 964—2018）附录A土壤环境影响评价项目类别，本研究类别属I类；本次技改工程不新增占地，占地规模小；项目周边存在耕地和居民区，这些均对土壤污染较为敏感；因此本研究将该铜（铁）矿地下开采的污染影响型评价工作等级确定为I级。

本研究土壤环境评价范围为采选工业场地、西风井工业场地向外1 km范围，总面积约8.5 km2。

1.2 土壤环境影响分析

1.2.1 建设期土壤环境影响分析

1.2.1.1 废水土壤环境影响分析

该项目建设期间，项目的施工人员日常生活污水和地下矿井产生的矿井涌水为废水主要来源。建设施工过程中，施工营地不另设，而是依托该地下矿山既有的办公生活区，施工期生活污水经处理达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920—2020）标准后，用于各工业场地的扬尘抑止和厂区里的绿化带建设，不进行污水外排。

井下涌水沉淀池（水仓）与井下巷道、斜坡道施工同步进行，井下巷道、斜坡道施工阶段的涌水首先经沉淀池进行初步沉淀处理，然后将上清液通过井下排水系统泵送至地表的万吨级水池进行二次沉淀，二次沉淀处理后的矿井涌水泵入厂区高位水池中，作为生产用水循环利用，不进行废水外排。

因此，矿区施工期废水全部回用、不外排，不会对矿区土壤造成污染。

1.2.1.2 废气土壤环境影响分析

建设期废气的主要来源为由施工扬尘和现场各类机械排放的尾气，其中施工扬尘对环境的影响最为明显。由于本项目为接替资源开采项目，主要生产设施均依托现有，基建期地表工程量很少，仅为基建期废石堆棚和生活区地埋式生活污水处理设施的建设，土方开挖量较少，且可内部实现平衡，施工期起尘量很小。因此，本项目施工期产生的扬尘不会对土壤环境造成影响。

1.2.1.3 固废环境影响分析

本项目施工期固废来源以土地平整和施工产生的土石方以及井下巷道开拓产生的废石为主，项目施工期地表土石方产生量很小并可实现平衡；井巷开凿过程中产生的废石送废石堆棚临时堆存后，全部作为建材外售，废石堆棚采用封闭堆棚并安装有喷淋装置，堆场底部进行硬化处理；采取上述措施后可有效较少废石堆存过程中扬尘的产生和避免雨季废石堆棚淋溶水的产生。因此施工期产生的废石不会对本项目所在地块的土壤环境造成污染。

1.2.2 营运期土壤环境影响分析

根据现场调查结果，在对比背景值和评价标准的基础上，对该地块土壤的受污染情况进行评估，分析场地及周边土壤的主要污染源。项目区土壤环境污染源及特征因子等情况见表1。

根据现状监测结果，项目采选工业场地的土壤各污染物项目均满足《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 36600—2018）中关于第二类用地的各项要求，采选工业场地附近的居住用地土壤环境质量均满足该标准中关于第一类用地的相关要求；采选工业场地周边农田、林地土壤环境质量均满足《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618—2018）中风险筛选值标准要求，说明区域的土壤具备良好的居住、农用等利用条件，土壤污染风险低。

由于项目现有工程早期未对矿区土壤背景值进行检测，也缺少前期环评对矿区土壤的检测数据，难以分析采矿以来矿区土壤环境质量的变化趋势。但为了预防矿区及周边土壤环境受采矿活动影响，评价要求项目加强对矿区、工业场地及周边敏感区域土壤跟踪监测调查。

2 土壤环境影响预测与评价

2.1 营运期土壤环境影响分析

本次评价采用《环境影响评价技术导则土壤环境（试行）》（HJ 964—2018）中附录E土壤环境影响预测方法，预测西风井工业场地和采选工业场地选厂碎矿系统含重金属粉尘通过自然沉降进入周边土壤的量值，由于西风井工业场地和采选工业场地土壤评价范围部分重合，本次预测按保守情况考虑，同时考虑西风井和工业场地污染源对各预测点的增量值。

2.1.1 单位质量土壤中物质的增量

单位质量土壤中某种物质的增量使用下式计算：

式中，ΔS为单位质量表层土壤中某种物质的增量，g/kg；IS为表层土壤单年中某种物质的输入量，g/a；LS为表层土壤单年中某种物质经淋溶排出的量，考虑最不利影响，取值0；RS为表层土壤单年中某种物质经径流排出的量，考虑最不利影响，取值0；ρb为土壤容重，取1 400 kg/m3；A为预测评价范围，西风井、采选工业场地总的评价范围约8.5 km2；D为表层土壤深度，一般取0.2 m；n为持续年份，服务年限8.5 a。

根据企业提供的资料，项目矿石中铜、镍、铅的平均质量分数分别为0.64%、0.005 7%、0.002 95%，西风井和采选工业场地每年外排的粉尘量为9.773 t/a，则土壤铜、镍、铅输入量分别为62 547.2，557.061，287.035 g/a。

经计算，西风井、采选工业场地单位质量表层土壤中铜、镍、铅的增量分别为0.223 4，0.002，0.001 mg/kg。

2.1.2 单位质量土壤中物质预测值

采用下式计算单位质量土壤中某种物质预测值：

式中，Sb为单位质量土壤中某种物质的现状值。

本项目实施后，评价范围内各点位表层土壤中铜、镍、铅预测结果见表2。

经预测，技改工程实施后采选及西风井工业场地评价范围各预测点表层土壤中铜的预测值均满足相应土壤环境质量标准中风险筛选值要求，说明本项目土壤环境影响是可接受的。

2.2 垂直入渗土壤环境影响分析

项目选厂各沉淀池在非正常状况，即沉淀池防渗层破损的情况下，污染物可能透过防渗层下渗，进而对土壤环境造成污染。本次技改工程项目主要考虑选厂万吨级水池损坏引起垂直入渗对周边土壤环境的影响。

2.2.1 预测模式

本评价采用《环境影响评价技术导则土壤环境（试行）》（HJ 964—2018）附录E的预测方法二（一维非饱和溶质运移模型预测方法），并采用HYDRUS-1D软件进行预测。一维非饱和溶质垂向运移控制方程如下。

式中，c为污染物浓度，mg/L；D为弥散系数，m2/d；q为渗流速率，m/d；z为沿z轴的距离，m；t为时间变量，d；θ为土壤含水率，%。

2.2.2 污染物渗入量

基于《给水排水构筑物工程施工及验收规范》（GB 50141—2008）第5.1.3条的相关规定，本项目中万吨级水池的渗水量确定为不超过2 L/（m2·d）。万吨级水池基底面积为4 500 m2，单日最大泄漏量Qmax=9 000 L/d，根据现有万吨水质监测结果，废水中有毒有害物质总镍、总铬最大浓度分别为0.070和0.21 mg/L（即0.000 07和0.000 21 mg/cm3）。

2.2.3 边界条件

（1）水流模型边界。上边界定为大气边界，下边界为潜水含水层自由水面，选为自由排水边界。

（2）溶质运移模型。上边界定为浓度通量边界，下边界定为零浓度梯度边界。

2.2.4 预测结果

本次模型中没有考虑污染物自身降解、滞留等作用，本次预测上边界选择大气边界条件时，污染物渗入量概化为降水量，不考虑蒸发。本次预测选取4个观测点（深度分别为N1:20 cm、N2:50 cm、N3:80 cm、N4:120 cm），以预测污染物在土壤中的浓度随时间的变化；同时，设置以100 d为时间间隔，预测剖面上不同时间污染物浓度随深度的变化，预测土壤深度取1.2 m。预测结果如图1所示。

由图1可知，表土在较短时间内即可达到饱和浓度，0～100 d里，污染物持续下渗，100 d时污染物开始进入地下水饱水带，随后包气带最下面的污染物浓度快速上升，至335 d左右，包气带达到饱和吸附状态，下边界总镍、总铬污染物浓度分别达到0.000 07和0.000 21 mg/cm3，此时以饱和浓度源源不断进入地下水。