矿山土地复垦与生态修复示范工程的技术探讨<br/>---以鞍山金和矿业有限公司台上山铁矿为例

矿山土地复垦与生态修复示范工程的技术探讨
---以鞍山金和矿业有限公司台上山铁矿为例

2022-04-06柳克松

农业与技术 2022年6期

柳克松

(中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳 110015)

前言

矿产资源是经济、社会发展的重要物质基础，为国家经济建设和人们物质生活提供了保障[1]，同时也造成了土地资源的破坏。本文以国家级绿色矿山—鞍山金和矿业有限公司台上山铁矿(以下简称台上山铁矿)为例，介绍该矿在露天生产与土地复垦和生态修复中尝试的技术与方法以及取得的成绩。

1 矿山概况

台上山铁矿位于鞍山市南15km处，是一座现代化采选联合企业。根据《辽政办发(2007)7号》文件精神，以鞍山金和矿业有限公司台上山铁矿为主体，整合附近大岗子采场及李氏房小学铁矿，整合后仍称台上山铁矿，矿区面积142.0389hm2。矿山目前有在职职工1066人，中、高级技术管理人员25人，企业管理机构健全，是一支管理经验丰富、技术实力雄厚、经济指标先进的矿山企业。

鞍山金和矿业有限公司台上山铁矿为生产矿山，已露天开采多年，该矿位于辽宁省鞍山市千山区汤岗子镇。矿区面积142.0389hm2，矿区用地规模273.8890hm2；开采方式先期为露天开采，生产规模为240万t·a-1，露天结束后进入地下开采，生产规模为40万t·a-1；开采标高为200～-350m，矿山总体服务年限为20a，其中,露天开采服务年限为6.5a，地下开采服务年限为13.5a。现状土地损毁单元包括露天采场、排岩场、选矿厂、干选车间、尾矿压滤车间、尾矿库、运输道路、取土场、储矿场等9个，未来转地下开采，拟损毁土地单元井口、沉陷区等。

2 开采方式

矿山目前正在进行露天开采，形成了一定规模的露天采坑。台上山铁矿上部矿体埋藏浅，矿区水文地质条件简单，开采技术条件较好。上部矿体露天方式开采剥采比不大，矿石回采率高，损失贫化小，所以上部矿体继续采用露天方式开采。

根据矿体的赋存条件，-165m以上露天开采，露天开采结束后，采用地下开采方式回收露天挂帮矿体和-165m以下矿体。

2.1 露天采矿工艺

矿山目前生产执行的台阶高度是15m。本次设计推荐生产台阶高度为15m，终了并段后为30m，确定上、下盘及端帮边坡角为47°，风化岩石上下盘及端帮边坡角为42°，第四系岩层边坡角为35°。

本矿山采场为深凹的露天矿。根据台上山铁矿的开采现状，矿山规模、露天采场尺寸、高差等生产技术条件，以及矿山地形、矿床地质等自然地质条件，排土场及其选矿场地的位置特点，本次设计台上山铁矿的矿、岩运输系统仍采用公路开拓汽车运输方式。矿山道路系统设2个总出入沟，第1个在露天采矿场西北60m标高处，采出矿石由自卸汽车直接运往选矿厂；第2个设在采场西南侧的70m标高处的总出入沟，由自卸汽车运往排岩场。台上山铁矿采场道路系统采用螺旋、折返布线方式通达露天坑底。

本矿山采用水平分层缓帮开采方法，采用纵采方式进行采场矿岩的采剥。

2.2 地下开采工艺

根据矿岩的物理力学性质、矿体厚度、倾角及选用的采矿方法等资料，结合类似矿山确定的错动角为：下盘，60°～62°或矿体倾角中的较小值；上盘，60°；端部，65°。地表第四系覆盖层的错动角为40°～45°。

本次地下开采设计最低开采标高为-315m。台上山铁矿地下开采的矿床开拓系统采用斜坡道开拓。主斜坡道必须布置在错动界线外。

3 土地利用现状

依据鞍山市自然资源局千山区分局提供的项目区1∶10000的标准土地利用现状图，项目区面积为273.8890hm2，其中矿区范围内面积为142.0389hm2，矿区范围外面积为131.8501hm2。土地利用类型为旱地3.2869hm2，占项目区面积的1.20%，果园64.7155hm2，占项目区面积的23.63%，有林地94.4762hm2，占项目区面积的34.49%，建制镇0.0521hm2，占项目区面积的0.02%，村庄用地2.3225hm2，占项目区面积的0.85%，采矿用地106.5022hm2，占项目区面积的38.89%，坑塘水面2.5336hm2，占项目区面积的0.93%。

4 土地损毁与评估

由于台上山铁矿建成的年代已久，各种基础设施已经十分完善。台上山铁矿土地破坏方式主要表现方式为挖损、压占和沉陷。其中，已有露天采场对土地的挖损；已有排岩场对土地的压占；已有工业场地对土地的压占；已有尾矿库库区及尾矿干堆对土地的压占；已有储矿场对土地的压占；已有取土场对土地的压占；已有运输道路对土地的压占；拟建露天采场对土地的挖损；拟建井口场地对土地的挖损；拟建排岩场对土地的压占；拟建尾矿库库区对土地的压占；沉陷区对土地的沉陷。

通过对矿区现场勘测以及对矿区开采计划的预测，本项目共损毁土地面积268.1645hm2，依据鞍山市国土资源局千山区分局提供的1∶10000土地利用现状图，可以看出损毁土地中旱地3.1563hm2，占复垦区总面积的1.18%；果园63.6743hm2，占复垦区总面积的23.74%；有林地90.8608hm2，占复垦区总面积的33.88%；采矿用地105.7445hm2，占复垦区总面积的39.43%；农村宅基地2.1950hm2，占复垦区总面积的0.82%；坑塘水面2.5336hm2，占复垦区总面积的0.94%。项目区以挖损形式损毁土地面积为62.8165hm2，以压占形式损毁土地面积为205.3480hm2，而沉陷区以交保证金的形式进行落实复垦责任。

5 土地复垦与生态修复的实践

鞍山金和矿业有限公司十分重视环境保护工作，环境保护组织机构健全，措施到位，环保设施运行齐全，企业严格按照“谁损毁、谁复垦”的原则，坚持边开采边复垦，改善生态环境[2]。企业在2012—2018年，对台上山铁矿矿区内破坏场地采取土地平整、修建挡土墙和排水沟、表土回覆等工程，生态修复工程累计投资将近8000万元，采取一系列切实有效措施。对矿山的生活区，办公楼周围及选矿厂区、尾矿库坝体、运输公路两侧等场地进行了复垦及绿化，并对北部废弃排岩场进行治理，矿区环境得到了明显的改善。台上山铁矿于2016年荣获国土资源部颁发的辽宁省“青山工程”示范基地之一。鞍山金和矿业有限公司台上山铁矿于2015年获得原国土资源部颁发的国家级绿色矿山建设单位。

5.1 矿山地质环境治理

台上山铁矿在整个矿山环境治理过程中，以还林、还草、复垦绿化为手段，以防尘、防污染、改善和保护生态环境为目的，实现控制侵蚀、净化空气、净化土壤，达到青山、绿水、蓝天优美的自然生态环境。企业在矿山环境治理已累计投资将近2000万元。

在已有地质环境治理基础上，对厂区门卫至加油站运输公路两侧，修建排水沟750m，栽各类灌木约1800株，乔木约120株，厂房周围及道路两侧补铺草坪约1000m2。

干选车间地质环境治理，对干选车间周围3.85万m2进行地质环境治理，栽植各种灌木、乔木约20000株，草坪约1000m2。

对露天采场穿孔作业，将干式穿孔作业改为湿式作业，抑制粉尘飘散。

对汽车运输公路产生的扬尘，用5台洒水车24h不间断进行洒水作业，冬季加盐水，防止二次扬尘。

委托鞍山市职业防治医院编制对台上山铁矿、尾矿库、选矿厂职业病现状评价报告。

5.2 土地复垦

台上山铁矿根据矿山生产情况对部分场地进行植被恢复，截至2018年底，矿山复垦土地面积为67.6447hm2，累计投入复垦资金将近6000万元，矿山企业2012—2018年间土地复垦情况如下。

鞍山金和矿业有限公司台上山铁矿根据土地复垦工程的安排，已在道路两侧种植路树、铺草坪，并对东部排岩场顶部317～270m标高废弃场地进行土地复垦，东部排岩场复垦面积11.5422hm2，运输道路复垦面积为3.7557hm2。植树绿化9.93万m2，目前场地内地表植被恢复情况较好。

矿山企业积极贯彻省政府开展“青山工程”活动，对矿山北部废弃排岩场进行复垦，土地复垦面积29.1741hm2，进行平整、覆土后，栽植各种灌木41万株。

对尾矿库180m标高以下坝体进行复垦，进行整平覆盖土层，种植刺槐等树木10万多株，土地复垦面积为13.6264hm2。

对选矿厂和尾矿压滤车间空余场地已进行复垦及绿化，其中选矿厂土地复垦面积5.9009hm2，尾矿压滤车间复垦面积1.9118hm2，栽植刺槐等树木。

对露天采场北帮顶部土质边坡进行植被恢复，复垦面积为7.6345hm2。

对排岩场其它地段，服役到期后，逐渐复垦。

5.3 边坡地质灾害预测与防护措施

做好边坡地质灾害的预测工作，对生产安全具有重要的意义，既是地质灾害防治决策的重要基础，又是地质灾害的组成部分[3]。预测工作既要说明地质前景，又要说明地质灾害的结局。

5.3.1 边坡地质灾害的预测依据

边坡质特征，组成边坡岩体特性、地质构造、水文地质条件；边坡要素，临空面暴露面积，结构面与临空面组合关系；采矿、排岩、筑坝工艺条件；生产实践验证边坡稳定性状态；类比工程地质条件相似的鞍钢各露天矿边坡稳定性状态。

5.3.2 地质灾害工程地质分区预测及防护措施

图10为从位移场计算出的I型裂纹紧凑拉伸试样4的J积分随时间的演化数据关系，由图可见J积分在初始加载时缓慢增加，约20s后开始快速增大，88s时达到临界载荷23kN，此时J积分约293.4kJ/m2，记为JiDic，即为光学方法测量得到的实际起裂断裂韧度，低于标准GB/T 21143的计算值。

本项目地质灾害工程具体见表1。

表1 地质灾害工程信息表

6 矿山生态修复生物和化学措施

根据土地复垦工程实施范围内各部分主体工程布局、土地损毁类型采取不同的施工工艺。将工程复垦与生物化学复垦(主要是指种植工程和土壤改良工程)密切结合，保证工程技术措施满足生物措施的要求，生物措施保障工程技术措施更具有长效性，生物复垦最终目标是通过植被重建的方式改良、熟化土壤。

6.1 生物措施

6.1.1 项目区植被建设基本原则

认真贯彻“因地制宜”的原则，根据不同地段立地条件、土壤结构、地形地貌和水土流失情况等因素，进行土地复垦。

以建立项目区人工生态系统为复垦目标，在工程复垦的基础上，进行土地复垦因地制宜，做到适树种树、适草种草，能复垦为耕地的优先复垦为耕地。

把项目区水土流失与项目区环境绿化、美化相结合。

6.1.2 项目区植物种的选择

适宜的种植物种的选择是生态重建的关键，根据项目区的地理位置和当地的气候条件，总结出复垦工程需要的植物应当具有以下特征。

具有抗旱、抗寒、抗贫瘠、抗病虫害等优良特性；生长、繁殖能力强，最好能具有固氮能力，提高土壤中氮元素含量，要求实现短期内大面积覆盖；根系发达，萌芽能力强，能够有效地固结土壤，防止水土流失，这在复垦工程的早期阶段尤其重要；播种、栽植容易，成活率高；所选草本植物要求具有越冬能力，以节约成本。

依据上述原则，对项目区植被调查并征求了当地民众意见，最终确定了适宜本方案复垦工程的植物为刺槐。

6.1.3 项目区植被恢复

矿山生产对原地表植被的损毁来说是毁灭性的，为了恢复矿山生态环境，对于被损毁了自然植被的土地，应采用恢复植被法恢复其自然地貌。

6.2 理化措施

本项目在土地复垦中采取的化学措施是土壤改良。土壤改良与培肥应着重从其水、肥、气、热4大肥力要素的改良，采取相应的措施。工业场地和排岩场地表的土壤肥力低下，不利于树木的生长，因此，本方案中采用施肥法(施用农家肥)和客土法进行土壤改良。

6.2.1 客土

对土层较薄或无耕作层的地块通过客土增加有效土层厚度，达到改良质地、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。由于复垦土壤是新构造土，复垦土壤的培肥就是提高复垦土地生产力的关键问题。复垦土地上应在植被建立的过程中进行人为辅助(如施肥)，只有这样植被才有足够的力量去自己克服肥力消失后的环境压力。本方案中按照旱地、园地45t·hm-2的用量，林地30t·hm-2的用量施用有机肥进行土壤改良。

7 矿区土地复垦效益分析

台上山铁矿土地复垦方案实施后，将有效地治理因矿产开采造成的土地损毁，遏制生态环境的日趋恶化，尽量恢复因矿山开采而损毁的植被，减少水土流失和防止其继续扩大、改善项目区及其周边地区的生产和生活环境，促进区域经济的可持续发展。

土地复垦及环境治理效益包括经济效益、社会效益和生态效益3个方面。

7.1 经济效益

台上山铁矿土地复垦恢复有林地157.8349hm2，树种选择刺槐，栽种373510株，刺槐一般40a成材，按照保存率80%计算，每株刺槐成材可以创造直接经济效益为100元，刺槐创造直接经济效益约2988.08万元。

7.2 社会效益

土地复垦的投入将使项目建设运行产生的不利环境影响得到有效控制，保护矿区环境资源，对于维护和改善矿区环境质量起到良好作用。通过土地复垦治理，改善矿区工人的作业环境，防治水土流失的危害。绿化工程的实施，将使矿区环境得到绿化美化，改善矿区的生活工作环境和自然生态环境。所以，土地复垦是关系国计民生的大事，不仅对发展生产和矿产事业有重要意义，而且对全社会的安定团结和稳定发展也有重要意义，将是保证矿区区域可持续发展的重要组成部分，因而具有重要的社会效益。