礦山土地復墾與生態修復示范工程的技術探討
---以鞍山金和礦業有限公司臺上山鐵礦為例

柳克松

(中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015)

前言

礦產資源是經濟、社會發展的重要物質基礎，為國家經濟建設和人們物質生活提供了保障[1]，同時也造成了土地資源的破壞。本文以國家級綠色礦山—鞍山金和礦業有限公司臺上山鐵礦(以下簡稱臺上山鐵礦)為例，介紹該礦在露天生產與土地復墾和生態修復中嘗試的技術與方法以及取得的成績。

1 礦山概況

臺上山鐵礦位于鞍山市南15km處，是一座現代化采選聯合企業。根據《遼政辦發(2007)7號》文件精神，以鞍山金和礦業有限公司臺上山鐵礦為主體，整合附近大崗子采場及李氏房小學鐵礦，整合后仍稱臺上山鐵礦，礦區面積142.0389hm2。礦山目前有在職職工1066人，中、高級技術管理人員25人，企業管理機構健全，是一支管理經驗豐富、技術實力雄厚、經濟指標先進的礦山企業。

鞍山金和礦業有限公司臺上山鐵礦為生產礦山，已露天開采多年，該礦位于遼寧省鞍山市千山區湯崗子鎮。礦區面積142.0389hm2，礦區用地規模273.8890hm2；開采方式先期為露天開采，生產規模為240萬t·a-1，露天結束后進入地下開采，生產規模為40萬t·a-1；開采標高為200～-350m，礦山總體服務年限為20a，其中,露天開采服務年限為6.5a，地下開采服務年限為13.5a。現狀土地損毀單元包括露天采場、排巖場、選礦廠、干選車間、尾礦壓濾車間、尾礦庫、運輸道路、取土場、儲礦場等9個，未來轉地下開采，擬損毀土地單元井口、沉陷區等。

2 開采方式

礦山目前正在進行露天開采，形成了一定規模的露天采坑。臺上山鐵礦上部礦體埋藏淺，礦區水文地質條件簡單，開采技術條件較好。上部礦體露天方式開采剝采比不大，礦石回采率高，損失貧化小，所以上部礦體繼續采用露天方式開采。

根據礦體的賦存條件，-165m以上露天開采，露天開采結束后，采用地下開采方式回收露天掛幫礦體和-165m以下礦體。

2.1 露天采礦工藝

礦山目前生產執行的臺階高度是15m。本次設計推薦生產臺階高度為15m，終了并段后為30m，確定上、下盤及端幫邊坡角為47°，風化巖石上下盤及端幫邊坡角為42°，第四系巖層邊坡角為35°。

本礦山采場為深凹的露天礦。根據臺上山鐵礦的開采現狀，礦山規模、露天采場尺寸、高差等生產技術條件，以及礦山地形、礦床地質等自然地質條件，排土場及其選礦場地的位置特點，本次設計臺上山鐵礦的礦、巖運輸系統仍采用公路開拓汽車運輸方式。礦山道路系統設2個總出入溝，第1個在露天采礦場西北60m標高處，采出礦石由自卸汽車直接運往選礦廠；第2個設在采場西南側的70m標高處的總出入溝，由自卸汽車運往排巖場。臺上山鐵礦采場道路系統采用螺旋、折返布線方式通達露天坑底。

本礦山采用水平分層緩幫開采方法，采用縱采方式進行采場礦巖的采剝。

2.2 地下開采工藝

根據礦巖的物理力學性質、礦體厚度、傾角及選用的采礦方法等資料，結合類似礦山確定的錯動角為：下盤，60°～62°或礦體傾角中的較小值；上盤，60°；端部，65°。地表第四系覆蓋層的錯動角為40°～45°。

本次地下開采設計最低開采標高為-315m。臺上山鐵礦地下開采的礦床開拓系統采用斜坡道開拓。主斜坡道必須布置在錯動界線外。

3 土地利用現狀

依據鞍山市自然資源局千山區分局提供的項目區1∶10000的標準土地利用現狀圖，項目區面積為273.8890hm2，其中礦區范圍內面積為142.0389hm2，礦區范圍外面積為131.8501hm2。土地利用類型為旱地3.2869hm2，占項目區面積的1.20%，果園64.7155hm2，占項目區面積的23.63%，有林地94.4762hm2，占項目區面積的34.49%，建制鎮0.0521hm2，占項目區面積的0.02%，村莊用地2.3225hm2，占項目區面積的0.85%，采礦用地106.5022hm2，占項目區面積的38.89%，坑塘水面2.5336hm2，占項目區面積的0.93%。

4 土地損毀與評估

由于臺上山鐵礦建成的年代已久，各種基礎設施已經十分完善。臺上山鐵礦土地破壞方式主要表現方式為挖損、壓占和沉陷。其中，已有露天采場對土地的挖損；已有排巖場對土地的壓占；已有工業場地對土地的壓占；已有尾礦庫庫區及尾礦干堆對土地的壓占；已有儲礦場對土地的壓占；已有取土場對土地的壓占；已有運輸道路對土地的壓占；擬建露天采場對土地的挖損；擬建井口場地對土地的挖損；擬建排巖場對土地的壓占；擬建尾礦庫庫區對土地的壓占；沉陷區對土地的沉陷。

通過對礦區現場勘測以及對礦區開采計劃的預測，本項目共損毀土地面積268.1645hm2，依據鞍山市國土資源局千山區分局提供的1∶10000土地利用現狀圖，可以看出損毀土地中旱地3.1563hm2，占復墾區總面積的1.18%；果園63.6743hm2，占復墾區總面積的23.74%；有林地90.8608hm2，占復墾區總面積的33.88%；采礦用地105.7445hm2，占復墾區總面積的39.43%；農村宅基地2.1950hm2，占復墾區總面積的0.82%；坑塘水面2.5336hm2，占復墾區總面積的0.94%。項目區以挖損形式損毀土地面積為62.8165hm2，以壓占形式損毀土地面積為205.3480hm2，而沉陷區以交保證金的形式進行落實復墾責任。

5 土地復墾與生態修復的實踐

鞍山金和礦業有限公司十分重視環境保護工作，環境保護組織機構健全，措施到位，環保設施運行齊全，企業嚴格按照“誰損毀、誰復墾”的原則，堅持邊開采邊復墾，改善生態環境[2]。企業在2012—2018年，對臺上山鐵礦礦區內破壞場地采取土地平整、修建擋土墻和排水溝、表土回覆等工程，生態修復工程累計投資將近8000萬元，采取一系列切實有效措施。對礦山的生活區，辦公樓周圍及選礦廠區、尾礦庫壩體、運輸公路兩側等場地進行了復墾及綠化，并對北部廢棄排巖場進行治理，礦區環境得到了明顯的改善。臺上山鐵礦于2016年榮獲國土資源部頒發的遼寧省“青山工程”示范基地之一。鞍山金和礦業有限公司臺上山鐵礦于2015年獲得原國土資源部頒發的國家級綠色礦山建設單位。

5.1 礦山地質環境治理

臺上山鐵礦在整個礦山環境治理過程中，以還林、還草、復墾綠化為手段，以防塵、防污染、改善和保護生態環境為目的，實現控制侵蝕、凈化空氣、凈化土壤，達到青山、綠水、藍天優美的自然生態環境。企業在礦山環境治理已累計投資將近2000萬元。

在已有地質環境治理基礎上，對廠區門衛至加油站運輸公路兩側，修建排水溝750m，栽各類灌木約1800株，喬木約120株，廠房周圍及道路兩側補鋪草坪約1000m2。

干選車間地質環境治理，對干選車間周圍3.85萬m2進行地質環境治理，栽植各種灌木、喬木約20000株，草坪約1000m2。

對露天采場穿孔作業，將干式穿孔作業改為濕式作業，抑制粉塵飄散。

對汽車運輸公路產生的揚塵，用5臺灑水車24h不間斷進行灑水作業，冬季加鹽水，防止二次揚塵。

委托鞍山市職業防治醫院編制對臺上山鐵礦、尾礦庫、選礦廠職業病現狀評價報告。

5.2 土地復墾

臺上山鐵礦根據礦山生產情況對部分場地進行植被恢復，截至2018年底，礦山復墾土地面積為67.6447hm2，累計投入復墾資金將近6000萬元，礦山企業2012—2018年間土地復墾情況如下。

鞍山金和礦業有限公司臺上山鐵礦根據土地復墾工程的安排，已在道路兩側種植路樹、鋪草坪，并對東部排巖場頂部317～270m標高廢棄場地進行土地復墾，東部排巖場復墾面積11.5422hm2，運輸道路復墾面積為3.7557hm2。植樹綠化9.93萬m2，目前場地內地表植被恢復情況較好。

礦山企業積極貫徹省政府開展“青山工程”活動，對礦山北部廢棄排巖場進行復墾，土地復墾面積29.1741hm2，進行平整、覆土后，栽植各種灌木41萬株。

對尾礦庫180m標高以下壩體進行復墾，進行整平覆蓋土層，種植刺槐等樹木10萬多株，土地復墾面積為13.6264hm2。

對選礦廠和尾礦壓濾車間空余場地已進行復墾及綠化，其中選礦廠土地復墾面積5.9009hm2，尾礦壓濾車間復墾面積1.9118hm2，栽植刺槐等樹木。

對露天采場北幫頂部土質邊坡進行植被恢復，復墾面積為7.6345hm2。

對排巖場其它地段，服役到期后，逐漸復墾。

5.3 邊坡地質災害預測與防護措施

做好邊坡地質災害的預測工作，對生產安全具有重要的意義，既是地質災害防治決策的重要基礎，又是地質災害的組成部分[3]。預測工作既要說明地質前景，又要說明地質災害的結局。

5.3.1 邊坡地質災害的預測依據

邊坡質特征，組成邊坡巖體特性、地質構造、水文地質條件；邊坡要素，臨空面暴露面積，結構面與臨空面組合關系；采礦、排巖、筑壩工藝條件；生產實踐驗證邊坡穩定性狀態；類比工程地質條件相似的鞍鋼各露天礦邊坡穩定性狀態。

5.3.2 地質災害工程地質分區預測及防護措施

圖10為從位移場計算出的I型裂紋緊湊拉伸試樣4的J積分隨時間的演化數據關系，由圖可見J積分在初始加載時緩慢增加，約20s后開始快速增大，88s時達到臨界載荷23kN，此時J積分約293.4kJ/m2，記為JiDic，即為光學方法測量得到的實際起裂斷裂韌度，低于標準GB/T 21143的計算值。

本項目地質災害工程具體見表1。

表1 地質災害工程信息表

6 礦山生態修復生物和化學措施

根據土地復墾工程實施范圍內各部分主體工程布局、土地損毀類型采取不同的施工工藝。將工程復墾與生物化學復墾(主要是指種植工程和土壤改良工程)密切結合，保證工程技術措施滿足生物措施的要求，生物措施保障工程技術措施更具有長效性，生物復墾最終目標是通過植被重建的方式改良、熟化土壤。

6.1 生物措施

6.1.1 項目區植被建設基本原則

認真貫徹“因地制宜”的原則，根據不同地段立地條件、土壤結構、地形地貌和水土流失情況等因素，進行土地復墾。

以建立項目區人工生態系統為復墾目標，在工程復墾的基礎上，進行土地復墾因地制宜，做到適樹種樹、適草種草，能復墾為耕地的優先復墾為耕地。

把項目區水土流失與項目區環境綠化、美化相結合。

6.1.2 項目區植物種的選擇

適宜的種植物種的選擇是生態重建的關鍵，根據項目區的地理位置和當地的氣候條件，總結出復墾工程需要的植物應當具有以下特征。

具有抗旱、抗寒、抗貧瘠、抗病蟲害等優良特性；生長、繁殖能力強，最好能具有固氮能力，提高土壤中氮元素含量，要求實現短期內大面積覆蓋；根系發達，萌芽能力強，能夠有效地固結土壤，防止水土流失，這在復墾工程的早期階段尤其重要；播種、栽植容易，成活率高；所選草本植物要求具有越冬能力，以節約成本。

依據上述原則，對項目區植被調查并征求了當地民眾意見，最終確定了適宜本方案復墾工程的植物為刺槐。

6.1.3 項目區植被恢復

礦山生產對原地表植被的損毀來說是毀滅性的，為了恢復礦山生態環境，對于被損毀了自然植被的土地，應采用恢復植被法恢復其自然地貌。

6.2 理化措施

本項目在土地復墾中采取的化學措施是土壤改良。土壤改良與培肥應著重從其水、肥、氣、熱4大肥力要素的改良，采取相應的措施。工業場地和排巖場地表的土壤肥力低下，不利于樹木的生長，因此，本方案中采用施肥法(施用農家肥)和客土法進行土壤改良。

6.2.1 客土

對土層較薄或無耕作層的地塊通過客土增加有效土層厚度，達到改良質地、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。由于復墾土壤是新構造土，復墾土壤的培肥就是提高復墾土地生產力的關鍵問題。復墾土地上應在植被建立的過程中進行人為輔助(如施肥)，只有這樣植被才有足夠的力量去自己克服肥力消失后的環境壓力。本方案中按照旱地、園地45t·hm-2的用量，林地30t·hm-2的用量施用有機肥進行土壤改良。

7 礦區土地復墾效益分析

臺上山鐵礦土地復墾方案實施后，將有效地治理因礦產開采造成的土地損毀，遏制生態環境的日趨惡化，盡量恢復因礦山開采而損毀的植被，減少水土流失和防止其繼續擴大、改善項目區及其周邊地區的生產和生活環境，促進區域經濟的可持續發展。

土地復墾及環境治理效益包括經濟效益、社會效益和生態效益3個方面。

7.1 經濟效益

臺上山鐵礦土地復墾恢復有林地157.8349hm2，樹種選擇刺槐，栽種373510株，刺槐一般40a成材，按照保存率80%計算，每株刺槐成材可以創造直接經濟效益為100元，刺槐創造直接經濟效益約2988.08萬元。

7.2 社會效益

土地復墾的投入將使項目建設運行產生的不利環境影響得到有效控制，保護礦區環境資源，對于維護和改善礦區環境質量起到良好作用。通過土地復墾治理，改善礦區工人的作業環境，防治水土流失的危害。綠化工程的實施，將使礦區環境得到綠化美化，改善礦區的生活工作環境和自然生態環境。所以，土地復墾是關系國計民生的大事，不僅對發展生產和礦產事業有重要意義，而且對全社會的安定團結和穩定發展也有重要意義，將是保證礦區區域可持續發展的重要組成部分，因而具有重要的社會效益。

7.3 生態效益

隨著復墾工程的實施以及配套環保措施的完善，隨著旱地、園地、有林地和坑塘水面的恢復以及修筑排水溝、擋土墻等工程措施，能夠有效防止礦區的水土流失和滑坡等災害。植被的恢復還可涵養水源、凈化空氣、消除噪音、防止水土流失。并對保護生物多樣性、改善生態環境有很大作用。