孔東蓮,郭孟霞,潘玉娟

(北京水保生態(tài)工程咨詢有限公司，北京 100055)

1 金屬礦項(xiàng)目特點(diǎn)

1.1 選址和開采方式具有唯一性

金屬礦一般是根據(jù)地下是否有可開發(fā)利用價(jià)值的礦藏來選址(相關(guān)法律法規(guī)禁止開采的范圍不包括在內(nèi))，沒有選址的比選方案。開采方式主要根據(jù)礦床地質(zhì)賦存條件、生產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)效益來確定，礦床埋藏較淺則采用露天開采，埋藏較深則采用地下開采。

1.2 剝離巖土(廢石)量大

金屬礦露天開采工程在開采過程中礦石上部的巖土均須全部剝離排棄，除了在基建期大量開挖，在生產(chǎn)運(yùn)行期也要持續(xù)不斷開挖。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)冶金露天礦每年排棄廢石量約5億t[1]。通過對(duì)收集到的2000年以來水利部批復(fù)的55個(gè)金屬礦項(xiàng)目水土保持方案和水土保持設(shè)施驗(yàn)收資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得知其中的露天礦生產(chǎn)期年排土量最大的達(dá)1 575萬(wàn)m3，平均為1 000萬(wàn)m3。由此可見，露天金屬礦在開采過程中產(chǎn)生了大量的廢石。

1.3 排棄尾礦量巨大

受技術(shù)條件的限制，目前國(guó)內(nèi)在開采加工金屬礦產(chǎn)資源過程中，有用礦物的回收率比較低，綜合利用水平也較差，導(dǎo)致產(chǎn)生的尾礦量比較大。一般而言，在黑色金屬礦山中，尾礦量要占到入選礦石量的 50% ～80% ；有色金屬礦山中，有用礦物的回收率僅為50%～60% ，伴生有色金屬回收率也只有40% 左右，尾礦量占入選礦石量的 70% ～95% ；黃金、鉬、鉭、鈮等稀有金屬礦山中，尾礦量更是占到 99% 以上[2]，尾礦量巨大。所收集資料中，年最大排尾礦量9 775萬(wàn)m3，平均為979萬(wàn)m3，可見金屬礦在開采過程中要排放大量的尾礦。

1.4 形成大范圍采空區(qū)

地下開采在礦區(qū)范圍內(nèi)采掘地下資源，形成大量采空區(qū)，進(jìn)而引發(fā)地面的沉降、塌陷，一般塌陷區(qū)面積是礦區(qū)范圍的110%～120%[3]。地表塌陷極易造成地下水位下降、土壤干化、生態(tài)環(huán)境變化等，降低土地的水土保持功能，影響當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)生活。

1.5 存在巨大的安全與生態(tài)隱患

尾礦的大量堆存，存在著巨大的安全與生態(tài)隱患。一方面，由于尾礦的大量堆存，占用了大量的土地資源，堆存的尾礦還易產(chǎn)生次生危害[2]；同時(shí)，尾礦的堆存也容易產(chǎn)生大量的揚(yáng)塵，污染礦山及周邊的生態(tài)環(huán)境；此外，尾礦的堆存還會(huì)破壞礦山的環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)，尤其在黃金及有色金屬礦山，在尾礦堆放過程中有些重金屬元素會(huì)隨著噴淋水或雨水，流入到江河湖泊中或滲透到土壤中，造成重金屬污染。

2 水土流失特點(diǎn)

2.1 造成的水土流失面廣量大

金屬礦尤其是露天金屬礦在基建過程及生產(chǎn)過程中將會(huì)產(chǎn)生大量的廢石棄渣及尾礦，須設(shè)置專門的廢石場(chǎng)和尾礦庫(kù)進(jìn)行堆存。隨著金屬礦工程建成投產(chǎn)，剝離礦山面積增加，排土棄渣量增大，擾動(dòng)的土地和植被面積持續(xù)增大，產(chǎn)生水土流失的面積也逐年增加。金屬礦露天開采工程是各行業(yè)中單項(xiàng)工程土石方挖填量、地表擾動(dòng)強(qiáng)度和面積最大的行業(yè)。例如，首鋼水廠鐵礦是首鋼總公司的主要原料基地，自1968年建成投產(chǎn)至今，累計(jì)采出礦石量3.50億t，累計(jì)剝巖量達(dá)到10.31億 t；包鋼公司白云鄂博鐵礦西礦采選工程(1 000萬(wàn)t/a)建設(shè)期擾動(dòng)地表面積達(dá)2 060.96 hm2；陜西大西溝鐵礦工程在施工期間可能造成的水土流失面積為219.174 hm2，可能產(chǎn)生的土壤流失量為21.34萬(wàn)t，新增土壤流失量20.01萬(wàn)t，生產(chǎn)運(yùn)行期的前7年可能產(chǎn)生的土壤流失量為10.67萬(wàn)t，新增土壤流失量7.57萬(wàn)t。

2.2 產(chǎn)生水土流失時(shí)間長(zhǎng)

金屬礦通常為采、選一體化的生產(chǎn)建設(shè)類項(xiàng)目，不同于其他類型的建設(shè)項(xiàng)目，水土流失不僅發(fā)生在建設(shè)期，在試運(yùn)行期和運(yùn)行期仍會(huì)產(chǎn)生大量的水土流失。金屬礦的露天采場(chǎng)、排土場(chǎng)(廢石場(chǎng))和尾礦庫(kù)均有持續(xù)排棄和破壞的特點(diǎn)，開挖面松散，堆積體裸露時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。金屬礦在開采過程中露天采場(chǎng)不斷持續(xù)推進(jìn)，排土場(chǎng)和尾礦庫(kù)持續(xù)增高堆放，水土流失防護(hù)措施難以及時(shí)布設(shè)，而且金屬礦的服務(wù)年限相對(duì)較長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大型金屬礦排土場(chǎng)和尾礦庫(kù)使用年限最少為3年，最長(zhǎng)達(dá)60年，平均服務(wù)年限為21.3年，由此可見金屬礦水土流失時(shí)間較其他行業(yè)的更長(zhǎng)。

2.3 易誘發(fā)劇烈的水蝕、風(fēng)蝕和重力侵蝕

金屬礦開采活動(dòng)在地面和地下大幅度地?cái)_動(dòng)表土和巖層, 使地面植被和土壤受到嚴(yán)重破壞, 地面變得松散、裸露, 新的地貌取代了原有的地貌形態(tài), 地面坡度的變化和松散物的增加使得侵蝕加劇，誘發(fā)性的水土流失普遍發(fā)生。在山區(qū)、丘陵區(qū)、風(fēng)沙區(qū)的采礦活動(dòng)一般分布在溝岸、河岸或山坡上, 開挖、爆破、剝離、堆墊等極易導(dǎo)致山坡、岸坡失穩(wěn)[4], 誘發(fā)嚴(yán)重的水蝕和重力侵蝕。尤其是大量金屬礦巖土和尾礦表面松散，堆積體不穩(wěn)定和抗蝕力極差，在降雨條件下易產(chǎn)生水土流失，造成滑坡、泥石流，極端情況下發(fā)生潰壩，威脅下游人民群眾及公共設(shè)施安全。如山西襄汾縣新塔礦業(yè)有限公司塔兒山鐵礦，因其尾礦庫(kù)防護(hù)措施不當(dāng)，違規(guī)超量堆放等，于2008年發(fā)生了特別重大的潰壩事故，造成277人死亡、34人受傷，尾沙沖毀耕地、道路、車輛、民宅等，受災(zāi)群眾達(dá)1 047人，造成直接經(jīng)濟(jì)損失1 000余萬(wàn)元，以及無法估量的環(huán)境損失。圖1為山西襄汾潰壩事故現(xiàn)場(chǎng)。

3 水土流失防治分區(qū)與防治重點(diǎn)

3.1 水土流失防治分區(qū)

為了科學(xué)合理地布設(shè)防治措施，根據(jù)項(xiàng)目主體工程布局、施工擾動(dòng)特點(diǎn)、建設(shè)時(shí)序及時(shí)間、地形地貌特征、自然屬性和水土流失影響因子等因素進(jìn)行水土流失分區(qū)。露天開采的金屬礦通常劃分為露天采場(chǎng)區(qū)、工業(yè)場(chǎng)地區(qū)(含露天采礦工業(yè)場(chǎng)地、選礦廠和附屬設(shè)施區(qū))、排土場(chǎng)區(qū)(廢石場(chǎng))、尾礦庫(kù)區(qū)、礦內(nèi)外道路區(qū)、礦內(nèi)外管線區(qū)、供電線路區(qū)和施工生產(chǎn)生活區(qū)8個(gè)區(qū)，地下開采的金屬礦通常劃分為工業(yè)場(chǎng)地區(qū)(含地下采礦工業(yè)場(chǎng)地、選礦廠、充填站和附屬設(shè)施區(qū))、排土場(chǎng)區(qū)(廢石場(chǎng))、尾礦庫(kù)區(qū)、礦內(nèi)外道路區(qū)、礦內(nèi)外管線區(qū)、供電線路區(qū)和施工生產(chǎn)生活區(qū)7個(gè)區(qū)。無論是露天開采還是地下開采，金屬礦采礦工業(yè)場(chǎng)地、選礦廠、生活辦公區(qū)、其他輔助設(shè)施區(qū)和地下開采工程的充填站，其施工工藝、水土流失類型、水土流失主導(dǎo)因子相似，布設(shè)的水土保持措施比較相近，因此統(tǒng)一劃歸為工業(yè)場(chǎng)地區(qū)。

圖1 山西襄汾潰壩事故現(xiàn)場(chǎng)

3.2 水土流失防治重點(diǎn)

結(jié)合金屬礦的特點(diǎn)和水土流失特點(diǎn)，在基建期水土流失主要發(fā)生于工業(yè)場(chǎng)地等各場(chǎng)地的平整、表土剝離和道路修建，生產(chǎn)運(yùn)行期水土流失主要發(fā)生在露天采場(chǎng)、排土場(chǎng)(廢石場(chǎng))和尾礦庫(kù)。因此，金屬礦建設(shè)期防治重點(diǎn)為工業(yè)場(chǎng)地，運(yùn)行期防治重點(diǎn)為露天采場(chǎng)、排土場(chǎng)(廢石場(chǎng))和尾礦庫(kù)。

3.2.1 露天采場(chǎng)

露天采場(chǎng)在開采過程中需要對(duì)采礦范圍內(nèi)的地表進(jìn)行開挖，將地表附著的植被、表土全部剝離，分層分臺(tái)階自上而下開采，如圖2、圖3所示。露天采場(chǎng)在剝離作業(yè)過程中，對(duì)地表破壞極其嚴(yán)重，地表破壞面積隨著采礦的向下深入而逐年擴(kuò)大，產(chǎn)生水土流失的面積也逐年增加，直到礦山開采進(jìn)入封閉圈。露天采場(chǎng)破壞面積大、開采面坡度陡、基巖裸露，造成了嚴(yán)重的水土流失，且恢復(fù)治理難，水土流失主要發(fā)生在生產(chǎn)運(yùn)行期。

圖2 黑龍江多寶山銅礦露天采場(chǎng)剝離作業(yè)

3.2.2 排土場(chǎng)(廢石場(chǎng))

排土場(chǎng)是人為形成的臺(tái)階狀巖土松散堆積體(見圖4)，其土壤結(jié)構(gòu)、植被、地貌形態(tài)和組成物質(zhì)同原地貌迥然不同，土巖體裸露時(shí)間長(zhǎng)，易造成水土流失。排土場(chǎng)邊坡受降雨影響形成的侵蝕溝，如防護(hù)不當(dāng)，在降雨條件下極易造成滑坡、泥石流等災(zāi)害，是露天礦水土流失的主要發(fā)生地(圖5)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)排土場(chǎng)占地為礦山總占地面積的 35%～50%[1]，排土場(chǎng)的容量也越來越大大。根據(jù)收集的資料，單個(gè)排土場(chǎng)最大容量為3.4億m3，平均達(dá)9 282萬(wàn)m3。金屬礦的排土量逐年持續(xù)增加，擾動(dòng)土地面積逐年增加，產(chǎn)生的水土流失量也在逐年增加，因此排土場(chǎng)是金屬礦水土流失防治的重點(diǎn)區(qū)域。

圖3 鳳城翁泉溝硼鐵礦露天采場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)

圖4 鳳城翁泉溝硼鐵礦排土場(chǎng)

圖5 畢力赫金礦區(qū)排土場(chǎng)邊坡侵蝕溝

3.2.3 尾礦庫(kù)

尾礦庫(kù)是金屬礦山采選建設(shè)項(xiàng)目工程建設(shè)內(nèi)容的重要組成部分，用以貯存金屬礦山進(jìn)行礦石選別后排出的尾礦。該類尾礦多由散離體自然沉積形成, 具有非均質(zhì)、各向異性及壩體復(fù)雜多樣性等特點(diǎn)[5]，不僅數(shù)量大，而且礦物成分復(fù)雜，部分尾礦還含有有毒物質(zhì)，植物難以生長(zhǎng)，在降雨條件下極易產(chǎn)生水土流失(圖6)；尾礦渣或以礦漿形式由選礦廠排出，或以干沙狀態(tài)排出，極易形成風(fēng)蝕(圖7)，會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染，破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)，威脅下游安全。

圖6 山東臨沂會(huì)寶嶺鐵礦尾礦庫(kù)施工現(xiàn)場(chǎng)

圖7 山東臨沂會(huì)寶嶺鐵礦尾礦庫(kù)排放現(xiàn)場(chǎng)

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)金屬礦項(xiàng)目造成水土流失量大、產(chǎn)生水土流失時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，在對(duì)金屬礦工程進(jìn)行水土流失防治中應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)和水土流失特點(diǎn)，對(duì)金屬礦工業(yè)場(chǎng)地、露天采場(chǎng)、排土場(chǎng)和尾礦庫(kù)等防治區(qū)進(jìn)行合理的水土保持措施配置，做好水土流失防治工作。

(本文中水土保持方案和水土保持設(shè)施驗(yàn)收資料收集工作由水利部水土保持監(jiān)測(cè)中心協(xié)助完成，在此深表感謝。)