某地下礦山開采對土壤環境影響研究*

王 瑋 徐慶榮 李書欽3

（1．中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2．國家環境保護礦山固體廢物處理與處置工程技術中心）

我國鐵礦資源已探明儲量居世界第三位，近30 a來，我國的鐵礦石產量也一直穩居世界前列［1-2］。大量的鐵礦石從地下被開采出來用于經濟建設，但是開采過程中也對生態環境造成了各種各樣的影響，一些影響甚至危及了人民群眾的身體健康和生命安全。因此，在保障我國的資源安全和經濟發展的同時，研究地下開采對環境的影響具有重要的科學和實用價值［3-5］。

本研究以安慶地區某銅（鐵）礦床為研究對象，對其開采過程對土壤造成的環境影響進行評判，為該礦區環境影響評價工作提供參考。

1 調查內容和結果

1.1 土壤評價等級與評價范圍

該銅（鐵）礦所在區域年平均降水量為1 349.4 mm，年平均蒸發量為888.7 mm，干燥度為0.66（＜1.8），地下水水位埋深＞2.0 m，土壤pH為7.94～8.15，項目所在區域土壤不易發生鹽化、堿化、酸化等生態影響。此外根據調查，該礦開采至今已有近30 a的歷史，礦區周邊土壤也未出現鹽化、堿化、酸化現象，因此本研究屬污染影響型項目。

技改工程開采礦種為銅、鐵礦屬金屬礦，根據《環境影響評價技術導則土壤環境（試行）》（HJ 964—2018）附錄A土壤環境影響評價項目類別，本研究類別屬I類；本次技改工程不新增占地，占地規模??；項目周邊存在耕地和居民區，這些均對土壤污染較為敏感；因此本研究將該銅（鐵）礦地下開采的污染影響型評價工作等級確定為I級。

本研究土壤環境評價范圍為采選工業場地、西風井工業場地向外1 km范圍，總面積約8.5 km2。

1.2 土壤環境影響分析

1.2.1 建設期土壤環境影響分析

1.2.1.1 廢水土壤環境影響分析

該項目建設期間，項目的施工人員日常生活污水和地下礦井產生的礦井涌水為廢水主要來源。建設施工過程中，施工營地不另設，而是依托該地下礦山既有的辦公生活區，施工期生活污水經處理達到《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T 18920—2020）標準后，用于各工業場地的揚塵抑止和廠區里的綠化帶建設，不進行污水外排。

井下涌水沉淀池（水倉）與井下巷道、斜坡道施工同步進行，井下巷道、斜坡道施工階段的涌水首先經沉淀池進行初步沉淀處理，然后將上清液通過井下排水系統泵送至地表的萬噸級水池進行二次沉淀，二次沉淀處理后的礦井涌水泵入廠區高位水池中，作為生產用水循環利用，不進行廢水外排。

因此，礦區施工期廢水全部回用、不外排，不會對礦區土壤造成污染。

1.2.1.2 廢氣土壤環境影響分析

建設期廢氣的主要來源為由施工揚塵和現場各類機械排放的尾氣，其中施工揚塵對環境的影響最為明顯。由于本項目為接替資源開采項目，主要生產設施均依托現有，基建期地表工程量很少，僅為基建期廢石堆棚和生活區地埋式生活污水處理設施的建設，土方開挖量較少，且可內部實現平衡，施工期起塵量很小。因此，本項目施工期產生的揚塵不會對土壤環境造成影響。

1.2.1.3 固廢環境影響分析

本項目施工期固廢來源以土地平整和施工產生的土石方以及井下巷道開拓產生的廢石為主，項目施工期地表土石方產生量很小并可實現平衡；井巷開鑿過程中產生的廢石送廢石堆棚臨時堆存后，全部作為建材外售，廢石堆棚采用封閉堆棚并安裝有噴淋裝置，堆場底部進行硬化處理；采取上述措施后可有效較少廢石堆存過程中揚塵的產生和避免雨季廢石堆棚淋溶水的產生。因此施工期產生的廢石不會對本項目所在地塊的土壤環境造成污染。

1.2.2 營運期土壤環境影響分析

根據現場調查結果，在對比背景值和評價標準的基礎上，對該地塊土壤的受污染情況進行評估，分析場地及周邊土壤的主要污染源。項目區土壤環境污染源及特征因子等情況見表1。

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根據現狀監測結果，項目采選工業場地的土壤各污染物項目均滿足《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 36600—2018）中關于第二類用地的各項要求，采選工業場地附近的居住用地土壤環境質量均滿足該標準中關于第一類用地的相關要求；采選工業場地周邊農田、林地土壤環境質量均滿足《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618—2018）中風險篩選值標準要求，說明區域的土壤具備良好的居住、農用等利用條件，土壤污染風險低。

由于項目現有工程早期未對礦區土壤背景值進行檢測，也缺少前期環評對礦區土壤的檢測數據，難以分析采礦以來礦區土壤環境質量的變化趨勢。但為了預防礦區及周邊土壤環境受采礦活動影響，評價要求項目加強對礦區、工業場地及周邊敏感區域土壤跟蹤監測調查。

2 土壤環境影響預測與評價

2.1 營運期土壤環境影響分析

本次評價采用《環境影響評價技術導則土壤環境（試行）》（HJ 964—2018）中附錄E土壤環境影響預測方法，預測西風井工業場地和采選工業場地選廠碎礦系統含重金屬粉塵通過自然沉降進入周邊土壤的量值，由于西風井工業場地和采選工業場地土壤評價范圍部分重合，本次預測按保守情況考慮，同時考慮西風井和工業場地污染源對各預測點的增量值。

2.1.1 單位質量土壤中物質的增量

單位質量土壤中某種物質的增量使用下式計算：

式中，ΔS為單位質量表層土壤中某種物質的增量，g/kg；IS為表層土壤單年中某種物質的輸入量，g/a；LS為表層土壤單年中某種物質經淋溶排出的量，考慮最不利影響，取值0；RS為表層土壤單年中某種物質經徑流排出的量，考慮最不利影響，取值0；ρb為土壤容重，取1 400 kg/m3；A為預測評價范圍，西風井、采選工業場地總的評價范圍約8.5 km2；D為表層土壤深度，一般取0.2 m；n為持續年份，服務年限8.5 a。

根據企業提供的資料，項目礦石中銅、鎳、鉛的平均質量分數分別為0.64%、0.005 7%、0.002 95%，西風井和采選工業場地每年外排的粉塵量為9.773 t/a，則土壤銅、鎳、鉛輸入量分別為62 547.2，557.061，287.035 g/a。

經計算，西風井、采選工業場地單位質量表層土壤中銅、鎳、鉛的增量分別為0.223 4，0.002，0.001 mg/kg。

2.1.2 單位質量土壤中物質預測值

采用下式計算單位質量土壤中某種物質預測值：

式中，Sb為單位質量土壤中某種物質的現狀值。

本項目實施后，評價范圍內各點位表層土壤中銅、鎳、鉛預測結果見表2。

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經預測，技改工程實施后采選及西風井工業場地評價范圍各預測點表層土壤中銅的預測值均滿足相應土壤環境質量標準中風險篩選值要求，說明本項目土壤環境影響是可接受的。

2.2 垂直入滲土壤環境影響分析

項目選廠各沉淀池在非正常狀況，即沉淀池防滲層破損的情況下，污染物可能透過防滲層下滲，進而對土壤環境造成污染。本次技改工程項目主要考慮選廠萬噸級水池損壞引起垂直入滲對周邊土壤環境的影響。

2.2.1 預測模式

本評價采用《環境影響評價技術導則土壤環境（試行）》（HJ 964—2018）附錄E的預測方法二（一維非飽和溶質運移模型預測方法），并采用HYDRUS-1D軟件進行預測。一維非飽和溶質垂向運移控制方程如下。

式中，c為污染物濃度，mg/L；D為彌散系數，m2/d；q為滲流速率，m/d；z為沿z軸的距離，m；t為時間變量，d；θ為土壤含水率，%。

2.2.2 污染物滲入量

基于《給水排水構筑物工程施工及驗收規范》（GB 50141—2008）第5.1.3條的相關規定，本項目中萬噸級水池的滲水量確定為不超過2 L/（m2·d）。萬噸級水池基底面積為4 500 m2，單日最大泄漏量Qmax=9 000 L/d，根據現有萬噸水質監測結果，廢水中有毒有害物質總鎳、總鉻最大濃度分別為0.070和0.21 mg/L（即0.000 07和0.000 21 mg/cm3）。

2.2.3 邊界條件

（1）水流模型邊界。上邊界定為大氣邊界，下邊界為潛水含水層自由水面，選為自由排水邊界。

（2）溶質運移模型。上邊界定為濃度通量邊界，下邊界定為零濃度梯度邊界。

2.2.4 預測結果

本次模型中沒有考慮污染物自身降解、滯留等作用，本次預測上邊界選擇大氣邊界條件時，污染物滲入量概化為降水量，不考慮蒸發。本次預測選取4個觀測點（深度分別為N1:20 cm、N2:50 cm、N3:80 cm、N4:120 cm），以預測污染物在土壤中的濃度隨時間的變化；同時，設置以100 d為時間間隔，預測剖面上不同時間污染物濃度隨深度的變化，預測土壤深度取1.2 m。預測結果如圖1所示。

由圖1可知，表土在較短時間內即可達到飽和濃度，0～100 d里，污染物持續下滲，100 d時污染物開始進入地下水飽水帶，隨后包氣帶最下面的污染物濃度快速上升，至335 d左右，包氣帶達到飽和吸附狀態，下邊界總鎳、總鉻污染物濃度分別達到0.000 07和0.000 21 mg/cm3，此時以飽和濃度源源不斷進入地下水。

3 結 論

（1）根據現狀監測結果，項目采選工業場地的土壤各污染物項目均滿足相關標準（GB 36600—2018）中第二類用地的限值要求；采選工業場地周邊農田、林地土壤環境質量均滿足農用地相關標準（GB 15618—2018）表1中的限值要求。因此，該區域土壤環境無明顯受污染情況，土壤污染風險低。

（2）考慮大氣沉降情況下，根據預測，采選工業場地及西風井工業場地評價范圍各預測點表層土壤中銅的預測值均滿足相應土壤環境質量標準中風險篩選值要求，說明本項目土壤環境影響是可接受的。

N1—20 cm；N2—50 cm；N3—80 cm；N4—120 cm；T0—0 d；T1—10 d；T2—50 d；T3—100 d；T4—200 d；T5—500 d

（3）考慮萬噸級水池防滲措施失效而引發非正常狀況的垂直入滲情況下，在達到飽和狀態時，下邊界總鎳、總鉻污染物濃度分別達到0.000 07和0.000 21 mg/cm3，此時污染物會以該濃度持續進入地下水。故技改項目應作好防滲處理和周邊土壤跟蹤監測，發生污染泄露后應及時采取措施，控制污染物的擴散。