馬鞍山筆架山礦區生態環境綜合治理模式研究*

李書欽 華紹廣 陳 俊3

（1．中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2．國家金屬礦山固體廢物處理與處置工程技術研究中心）

露天礦山開采是嚴重的生態環境人工干擾過程，露天礦山特別是含硫礦床的開采，因大量含硫固體廢物排棄在排土場和尾礦庫，形成酸性排土場及尾礦庫，一般植物難以生長，加之地形地貌的變遷，引起嚴重的水土流失。礦山閉坑后排水系統停止工作，外加截排水系統不完善，造成大量礦坑酸水聚集，易導致影響區水土環境受到污染，威脅著周圍居民的生產生活與身體健康［1-7］。

本文以位于長江流域的馬鞍山筆架山礦區為例，針對筆架山礦區所存在的土地損毀、生態破壞、環境污染等問題，對生態環境問題成因進行了調查分析，研究了礦區生態環境綜合治理模式，有效解決了礦區突出的生態環境問題，為長江經濟帶同類礦山生態環境治理提供了借鑒。

1 礦區生態環境現狀

1.1 礦區簡介

馬鞍山筆架山礦區位于安徽省馬鞍山市花山區東部，距市區（秀山新區）直線距離約4 km，行政隸屬馬鞍山市花山區濮塘鎮管轄。礦區中心地理坐標E118°37′33″，N31°41′51″，礦區面積69.2萬m2，開采礦種為綠松石，化學分子式為CuAl6［PO4］（OH）8·4H2O，是一種含水銅鋁磷酸鹽礦物。筆架山綠松石礦體賦存于浸染狀貧磁鐵礦（黃鐵礦）體頂部氧化帶中的高嶺石化蝕變巖段中，呈脈狀與黃鐵礦、石英、高嶺石共生產出，為高含硫礦床［8］。筆架山綠松石按顏色可劃分為綠色和藍色系列，主要化學成分見表1［9］。

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筆架山礦區現有1個露天采場、1座排土場和1個尾礦庫，2015年筆架山綠松石礦因馬鞍山礦山整合停產至今。

1.2 生態環境治理問題的提出

筆架山礦區生態環境問題由來已久，長期露天開采過程中產生了嚴重的生態環境問題，礦區周圍土地和植被遭到大面積破壞，產生的含硫廢石、尾礦長期自然堆存，導致淋溶及滲透出的酸性廢水無組織排放，造成影響區水土環境污染。

（1）礦區區位敏感。根據《采石風景名勝區總體規劃（2003—2020）》，礦區位于采石風景名勝區（濮塘片區）規劃范圍內，規劃為礦業跡地恢復區。

（2）土地損毀嚴重。筆架山礦區現有1個露天采場、1座排土場和1個尾礦庫，礦區土地損毀總面積達51.50 hm2，其中筆架山綠松礦為凹陷露天開采，封閉圈+65 m，現狀最低標高+20 m，封閉圈以下采坑深約45 m，礦坑上口面積9 hm2，下口面積3 hm2，總容積約300萬m3。

（3）礦坑酸性廢水聚集。筆架山礦2015年停產以來，礦坑匯集了大量的淋溶水，形成了一個大的積水坑，經過長時間的富集，水體顏色暗紅，pH值約為2.85，呈酸性污染水質。礦區排土場pH值2.44～7.32，平均4.80；尾礦庫pH值2.52～6.62，平均4.04；露天采坑pH值2.54～6.58，平均4.46。排土場滲濾液pH值2.90，尾礦庫滲濾液pH值3.43，露天礦坑積水pH值2.85，下游影響區水塘pH值3.89。

（4）排土場與尾礦庫生態破壞、水土流失嚴重。筆架山露天采坑產生的大量含硫固體廢物排棄在排土場和尾礦庫，形成酸性排土場及尾礦庫，一般植物難以生長，加之地形地貌變遷，引起了嚴重的水土流失；同時由于排土場、尾礦庫未實現雨污分流，截污設施不完善，酸性淋溶水進入影響區，造成影響區水土環境污染。

2 生態環境綜合治理模式設計

針對筆架山礦區存在的區位敏感、土地損毀、礦坑酸性廢水積存、水土流失和水土污染等問題，治理采取“統籌規劃，分步實施”的方式，持續實施筆架山礦區生態環境治理修復，第一步完成礦區突出生態環境問題治理，第二步完成筆架山露天礦坑回填復墾，徹底解決礦區生態環境問題。

2.1 礦區突出生態環境問題的治理工程設計

采用“源頭防控、末端治理”相結合的方式實施礦區生態環境綜合治理工程，開展礦坑酸性廢水處理工程、露天礦坑封閉圈以上廢棄地生態恢復工程、排土場及尾礦庫原位污染風險管控及生態修復工程、水土環境修復工程，解決礦區突出生態環境問題。

2.1.1 礦坑酸水廢水治理

針對目前露天礦坑積存的大量酸性廢水，首先要開展礦坑酸性廢水治理工程。

（1）截排水工程。設計在采礦坑周圍修建截排水系統，從源頭減少礦坑酸性廢水增量，截排水溝采用混凝土結構，矩形斷面，其中礦坑東側截排水溝匯水排入排土場下游，采場西側截排水溝匯水排往礦區西部集水池。

（2）礦坑酸性廢水抽排處理工程。筆架山露天礦坑內積存有約90萬m3酸性廢水，對區域環境及地下水具有較大的環境風險，有必要采取措施降低環境風險。為了徹底解決該處酸性廢水的環境問題，處置目標為將酸性廢水從礦坑中抽出，經水處理站處理達標后外排至周邊可接納水體。

設計水處理站采用高濃度泥漿工藝（HDS），設計處理能力2 400 m3/d，出水標準按《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）一級標準要求執行，其中pH=6～9，各元素含量見表2。

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2.1.2 露天礦坑封閉圈以上礦山廢棄地生態恢復

由于封閉圈以下露天礦坑第二階段將繼續回填并進行生態恢復，因此第一階段將首先對封閉圈以上礦山廢棄地進行治理恢復。

（1）高陡巖質邊坡生態恢復。根據筆架山礦區邊坡穩定計算結果，及各區域的現狀，將治理區按平面位置關系分區進行治理，其中+80～+95 m標高邊坡巖土高嶺土化較為嚴重，采用“修坡+錨桿固定+鋼筋混凝土框格梁+框架內噴播植草復綠”的綜合治理措施；+95 m標高以上邊坡巖性較好，采用“危巖清理+清坡+掛網+客土噴播復綠”的綜合治理措施。

（2）周邊廢棄地生態恢復。對于坡度小于1∶1.5的露天礦坑周邊廢棄地，對場地進行平整后，回覆厚度不小于0.5 m客土后栽植夾竹桃等灌木進行綠化。在場地平整時形成2%的反坡，將坡面及平臺匯水匯至邊坡坡腳設置的排水溝，防止坡面及平臺匯水順坡流動。

2.1.3 排土場、尾礦庫原位污染風險管控及生態修復

筆架山礦排土場、尾礦庫現狀基本處于裸露狀態，這些區域的廢石土除pH外其余指標均滿足第Ⅰ類一般工業固廢標準，但具有含硫高，且夾雜綠松石等含銅礦物，在降水淋溶作用下易產生酸性廢水。設計對排土場、尾礦庫進行原位污染風險控制及生態修復，通過土地整治、土壤重構、植被恢復工程恢復排土場、尾礦庫區域生態；通過滲濾液截滲導排系統（水平防滲+垂直防滲+滲濾液導排）、雨水截排水工程建設實現“雨污分流”，從源頭控制造成礦區環境污染的酸性滲濾液問題，同步實施監測管護工程對復墾植被進行管護，對污染防治效果進行監測。

（1）土地整治。設計對排土場和尾礦庫邊坡進行修整，對場地進行平整，整治后排土場邊坡坡度控制在1∶1.5以下，尾礦庫邊坡控制在1∶2以下。

（2）土壤重構（含水平防滲）。土地平整完成后在平臺和邊坡首先回覆不小于0.5 m壓實黏土，設置水平隔離層（壓實度不小于90%），然后在隔離層上部回覆不小于0.5 m滿足綠化要求的客土并適當壓實。

（3）植被恢復。設計平臺采用馬尾松、杉木與楓香、楓楊等行間混交，同時在邊坡邊緣栽植夾竹桃等花灌，林下撒播草籽的方式進行植被恢復。邊坡采用植生毯進行綠化。

（4）滲濾液截滲導排系統（酸水源頭控制）。排土場、尾礦庫截排水及滲濾液收集系統不完善，未實現雨污分流，造成酸性廢水進入礦區下游影響區，污染下游水環境。

（5）設計完善在補充排土場、尾礦庫水平防滲，完善雨水截排系統的基礎上，補充修建酸性滲濾液截滲及導排系統，實現“雨污分流”、酸性滲濾液的源頭控制和有效收集。設計在排土場、尾礦庫壩腳修建垂直防滲系統及滲濾液導排收集系統，包括修建截滲墻、水平排滲管及滲濾液收集盲溝、滲濾液收集池等，滲濾液導排系統設計的滲濾液輸送至水處理站進行處理。本工程采用雙排高壓旋噴樁方式建設防滲墻，選用中鋼礦院研發的全固廢膠凝材料。

（6）監測管護工程。治理工程完工后進行為期3 a的污染防治效果監測，主要監測內容為滲濾液水質，每季度監測1次。對恢復植被進行為期1 a的管護，按時對復墾地區采取澆水、除蟲等措施，以保證復墾植被的成活率，從而保證復墾工程達到預期效果。

2.1.4 水土環境修復工程

筆架山礦區前期滲濾液未得到有效收集處理，造成影響區水系一定程度的污染，本次整治通過筆架山礦區尾礦庫和排土場滲濾液導排系統、雨水截排水系統的實施實現雨污分流，從源頭阻斷對下游水土環境的污染，同時對筆架山礦區下游影響區已受損水土環境進行整治修復，實現筆架山礦區生態環境整體修復。

2.2 露天礦坑回填復墾

在完成露天礦坑酸性廢水抽排治理后，若不及時回填處置，將繼續匯水酸化，不利于整個區域的綜合整治。因此，應對礦區進行回填治理。在確保不對環境造成危害的前提下，考慮以城市基建渣土及馬鋼高村礦廢石土為回填料對露天采坑進行回填，加速礦坑回填進度。

礦坑回填完成后對露天采坑進行復墾，按照“高于標準、融入景區”的目標實施高標準生態修復，恢復“青山綠水”。

3 結 論

本研究調查分析了筆架山礦區生態環境問題的成因，提出了“統籌規劃，分步實施”的治理模式，采用“源頭防控、末端治理”相結合的方式開展礦坑酸性廢水處理工程、露天礦坑封閉圈以上廢棄地生態恢復工程、排土場及尾礦庫原位污染風險管控及生態修復工程、水土環境修復工程，解決礦區突出生態環境問題；實施筆架山露天礦坑回填復墾工程，徹底解決礦區土地損毀、紅色酸水聚集、生態破壞、水土環境污染等生態環境問題，生態、社會效益顯著，可為長江經濟帶同類礦山生態環境治理提供借鑒。