马鞍山笔架山矿区生态环境综合治理模式研究*

李书钦 华绍广 陈 俊3

（1．中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；2．国家金属矿山固体废物处理与处置工程技术研究中心）

露天矿山开采是严重的生态环境人工干扰过程，露天矿山特别是含硫矿床的开采，因大量含硫固体废物排弃在排土场和尾矿库，形成酸性排土场及尾矿库，一般植物难以生长，加之地形地貌的变迁，引起严重的水土流失。矿山闭坑后排水系统停止工作，外加截排水系统不完善，造成大量矿坑酸水聚集，易导致影响区水土环境受到污染，威胁着周围居民的生产生活与身体健康［1-7］。

本文以位于长江流域的马鞍山笔架山矿区为例，针对笔架山矿区所存在的土地损毁、生态破坏、环境污染等问题，对生态环境问题成因进行了调查分析，研究了矿区生态环境综合治理模式，有效解决了矿区突出的生态环境问题，为长江经济带同类矿山生态环境治理提供了借鉴。

1 矿区生态环境现状

1.1 矿区简介

马鞍山笔架山矿区位于安徽省马鞍山市花山区东部，距市区（秀山新区）直线距离约4 km，行政隶属马鞍山市花山区濮塘镇管辖。矿区中心地理坐标E118°37′33″，N31°41′51″，矿区面积69.2万m2，开采矿种为绿松石，化学分子式为CuAl6［PO4］（OH）8·4H2O，是一种含水铜铝磷酸盐矿物。笔架山绿松石矿体赋存于浸染状贫磁铁矿（黄铁矿）体顶部氧化带中的高岭石化蚀变岩段中，呈脉状与黄铁矿、石英、高岭石共生产出，为高含硫矿床［8］。笔架山绿松石按颜色可划分为绿色和蓝色系列，主要化学成分见表1［9］。

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笔架山矿区现有1个露天采场、1座排土场和1个尾矿库，2015年笔架山绿松石矿因马鞍山矿山整合停产至今。

1.2 生态环境治理问题的提出

笔架山矿区生态环境问题由来已久，长期露天开采过程中产生了严重的生态环境问题，矿区周围土地和植被遭到大面积破坏，产生的含硫废石、尾矿长期自然堆存，导致淋溶及渗透出的酸性废水无组织排放，造成影响区水土环境污染。

（1）矿区区位敏感。根据《采石风景名胜区总体规划（2003—2020）》，矿区位于采石风景名胜区（濮塘片区）规划范围内，规划为矿业迹地恢复区。

（2）土地损毁严重。笔架山矿区现有1个露天采场、1座排土场和1个尾矿库，矿区土地损毁总面积达51.50 hm2，其中笔架山绿松矿为凹陷露天开采，封闭圈+65 m，现状最低标高+20 m，封闭圈以下采坑深约45 m，矿坑上口面积9 hm2，下口面积3 hm2，总容积约300万m3。

（3）矿坑酸性废水聚集。笔架山矿2015年停产以来，矿坑汇集了大量的淋溶水，形成了一个大的积水坑，经过长时间的富集，水体颜色暗红，pH值约为2.85，呈酸性污染水质。矿区排土场pH值2.44～7.32，平均4.80；尾矿库pH值2.52～6.62，平均4.04；露天采坑pH值2.54～6.58，平均4.46。排土场渗滤液pH值2.90，尾矿库渗滤液pH值3.43，露天矿坑积水pH值2.85，下游影响区水塘pH值3.89。

（4）排土场与尾矿库生态破坏、水土流失严重。笔架山露天采坑产生的大量含硫固体废物排弃在排土场和尾矿库，形成酸性排土场及尾矿库，一般植物难以生长，加之地形地貌变迁，引起了严重的水土流失；同时由于排土场、尾矿库未实现雨污分流，截污设施不完善，酸性淋溶水进入影响区，造成影响区水土环境污染。

2 生态环境综合治理模式设计

针对笔架山矿区存在的区位敏感、土地损毁、矿坑酸性废水积存、水土流失和水土污染等问题，治理采取“统筹规划，分步实施”的方式，持续实施笔架山矿区生态环境治理修复，第一步完成矿区突出生态环境问题治理，第二步完成笔架山露天矿坑回填复垦，彻底解决矿区生态环境问题。

2.1 矿区突出生态环境问题的治理工程设计

采用“源头防控、末端治理”相结合的方式实施矿区生态环境综合治理工程，开展矿坑酸性废水处理工程、露天矿坑封闭圈以上废弃地生态恢复工程、排土场及尾矿库原位污染风险管控及生态修复工程、水土环境修复工程，解决矿区突出生态环境问题。

2.1.1 矿坑酸水废水治理

针对目前露天矿坑积存的大量酸性废水，首先要开展矿坑酸性废水治理工程。

（1）截排水工程。设计在采矿坑周围修建截排水系统，从源头减少矿坑酸性废水增量，截排水沟采用混凝土结构，矩形断面，其中矿坑东侧截排水沟汇水排入排土场下游，采场西侧截排水沟汇水排往矿区西部集水池。

（2）矿坑酸性废水抽排处理工程。笔架山露天矿坑内积存有约90万m3酸性废水，对区域环境及地下水具有较大的环境风险，有必要采取措施降低环境风险。为了彻底解决该处酸性废水的环境问题，处置目标为将酸性废水从矿坑中抽出，经水处理站处理达标后外排至周边可接纳水体。

设计水处理站采用高浓度泥浆工艺（HDS），设计处理能力2 400 m3/d，出水标准按《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级标准要求执行，其中pH=6～9，各元素含量见表2。

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2.1.2 露天矿坑封闭圈以上矿山废弃地生态恢复

由于封闭圈以下露天矿坑第二阶段将继续回填并进行生态恢复，因此第一阶段将首先对封闭圈以上矿山废弃地进行治理恢复。

（1）高陡岩质边坡生态恢复。根据笔架山矿区边坡稳定计算结果，及各区域的现状，将治理区按平面位置关系分区进行治理，其中+80～+95 m标高边坡岩土高岭土化较为严重，采用“修坡+锚杆固定+钢筋混凝土框格梁+框架内喷播植草复绿”的综合治理措施；+95 m标高以上边坡岩性较好，采用“危岩清理+清坡+挂网+客土喷播复绿”的综合治理措施。

（2）周边废弃地生态恢复。对于坡度小于1∶1.5的露天矿坑周边废弃地，对场地进行平整后，回覆厚度不小于0.5 m客土后栽植夹竹桃等灌木进行绿化。在场地平整时形成2%的反坡，将坡面及平台汇水汇至边坡坡脚设置的排水沟，防止坡面及平台汇水顺坡流动。

2.1.3 排土场、尾矿库原位污染风险管控及生态修复

笔架山矿排土场、尾矿库现状基本处于裸露状态，这些区域的废石土除pH外其余指标均满足第Ⅰ类一般工业固废标准，但具有含硫高，且夹杂绿松石等含铜矿物，在降水淋溶作用下易产生酸性废水。设计对排土场、尾矿库进行原位污染风险控制及生态修复，通过土地整治、土壤重构、植被恢复工程恢复排土场、尾矿库区域生态；通过渗滤液截渗导排系统（水平防渗+垂直防渗+渗滤液导排）、雨水截排水工程建设实现“雨污分流”，从源头控制造成矿区环境污染的酸性渗滤液问题，同步实施监测管护工程对复垦植被进行管护，对污染防治效果进行监测。

（1）土地整治。设计对排土场和尾矿库边坡进行修整，对场地进行平整，整治后排土场边坡坡度控制在1∶1.5以下，尾矿库边坡控制在1∶2以下。

（2）土壤重构（含水平防渗）。土地平整完成后在平台和边坡首先回覆不小于0.5 m压实黏土，设置水平隔离层（压实度不小于90%），然后在隔离层上部回覆不小于0.5 m满足绿化要求的客土并适当压实。

（3）植被恢复。设计平台采用马尾松、杉木与枫香、枫杨等行间混交，同时在边坡边缘栽植夹竹桃等花灌，林下撒播草籽的方式进行植被恢复。边坡采用植生毯进行绿化。

（4）渗滤液截渗导排系统（酸水源头控制）。排土场、尾矿库截排水及渗滤液收集系统不完善，未实现雨污分流，造成酸性废水进入矿区下游影响区，污染下游水环境。

（5）设计完善在补充排土场、尾矿库水平防渗，完善雨水截排系统的基础上，补充修建酸性渗滤液截渗及导排系统，实现“雨污分流”、酸性渗滤液的源头控制和有效收集。设计在排土场、尾矿库坝脚修建垂直防渗系统及渗滤液导排收集系统，包括修建截渗墙、水平排渗管及渗滤液收集盲沟、渗滤液收集池等，渗滤液导排系统设计的渗滤液输送至水处理站进行处理。本工程采用双排高压旋喷桩方式建设防渗墙，选用中钢矿院研发的全固废胶凝材料。

（6）监测管护工程。治理工程完工后进行为期3 a的污染防治效果监测，主要监测内容为渗滤液水质，每季度监测1次。对恢复植被进行为期1 a的管护，按时对复垦地区采取浇水、除虫等措施，以保证复垦植被的成活率，从而保证复垦工程达到预期效果。

2.1.4 水土环境修复工程

笔架山矿区前期渗滤液未得到有效收集处理，造成影响区水系一定程度的污染，本次整治通过笔架山矿区尾矿库和排土场渗滤液导排系统、雨水截排水系统的实施实现雨污分流，从源头阻断对下游水土环境的污染，同时对笔架山矿区下游影响区已受损水土环境进行整治修复，实现笔架山矿区生态环境整体修复。

2.2 露天矿坑回填复垦

在完成露天矿坑酸性废水抽排治理后，若不及时回填处置，将继续汇水酸化，不利于整个区域的综合整治。因此，应对矿区进行回填治理。在确保不对环境造成危害的前提下，考虑以城市基建渣土及马钢高村矿废石土为回填料对露天采坑进行回填，加速矿坑回填进度。

矿坑回填完成后对露天采坑进行复垦，按照“高于标准、融入景区”的目标实施高标准生态修复，恢复“青山绿水”。

3 结 论

本研究调查分析了笔架山矿区生态环境问题的成因，提出了“统筹规划，分步实施”的治理模式，采用“源头防控、末端治理”相结合的方式开展矿坑酸性废水处理工程、露天矿坑封闭圈以上废弃地生态恢复工程、排土场及尾矿库原位污染风险管控及生态修复工程、水土环境修复工程，解决矿区突出生态环境问题；实施笔架山露天矿坑回填复垦工程，彻底解决矿区土地损毁、红色酸水聚集、生态破坏、水土环境污染等生态环境问题，生态、社会效益显著，可为长江经济带同类矿山生态环境治理提供借鉴。