某地下礦山開采對(duì)土壤環(huán)境影響研究*

王 瑋 徐慶榮 李書欽3

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

我國鐵礦資源已探明儲(chǔ)量居世界第三位，近30 a來，我國的鐵礦石產(chǎn)量也一直穩(wěn)居世界前列［1-2］。大量的鐵礦石從地下被開采出來用于經(jīng)濟(jì)建設(shè)，但是開采過程中也對(duì)生態(tài)環(huán)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(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，研究地下開采對(duì)環(huán)境的影響具有重要的科學(xué)和實(shí)用價(jià)值［3-5］。

本研究以安慶地區(qū)某銅（鐵）礦床為研究對(duì)象，對(duì)其開采過程對(duì)土壤造成的環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)判，為該礦區(qū)環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作提供參考。

1 調(diào)查內(nèi)容和結(jié)果

1.1 土壤評(píng)價(jià)等級(jí)與評(píng)價(jià)范圍

該銅（鐵）礦所在區(qū)域年平均降水量為1 349.4 mm，年平均蒸發(fā)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(xiàng)目所在區(qū)域土壤不易發(fā)生鹽化、堿化、酸化等生態(tài)影響。此外根據(jù)調(diào)查，該礦開采至今已有近30 a的歷史，礦區(qū)周邊土壤也未出現(xiàn)鹽化、堿化、酸化現(xiàn)象，因此本研究屬污染影響型項(xiàng)目。

技改工程開采礦種為銅、鐵礦屬金屬礦，根據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則土壤環(huán)境（試行）》（HJ 964—2018）附錄A土壤環(huán)境影響評(píng)價(jià)項(xiàng)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(guī)模小；項(xiàng)目周邊存在耕地和居民區(qū)，這些均對(duì)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(píng)價(jià)工作等級(jí)確定為I級(jí)。

本研究土壤環(huán)境評(píng)價(jià)范圍為采選工業(yè)場地、西風(fēng)井工業(yè)場地向外1 km范圍，總面積約8.5 km2。

1.2 土壤環(huán)境影響分析

1.2.1 建設(shè)期土壤環(huán)境影響分析

1.2.1.1 廢水土壤環(huán)境影響分析

該項(xiàng)目建設(shè)期間，項(xiàng)目的施工人員日常生活污水和地下礦井產(chǎn)生的礦井涌水為廢水主要來源。建設(shè)施工過程中，施工營地不另設(shè)，而是依托該地下礦山既有的辦公生活區(qū)，施工期生活污水經(jīng)處理達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920—2020）標(biāo)準(zhǔn)后，用于各工業(yè)場地的揚(yáng)塵抑止和廠區(qū)里的綠化帶建設(shè)，不進(jìn)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(jìn)行，井下巷道、斜坡道施工階段的涌水首先經(jīng)沉淀池進(jìn)行初步沉淀處理，然后將上清液通過井下排水系統(tǒng)泵送至地表的萬噸級(jí)水池進(jìn)行二次沉淀，二次沉淀處理后的礦井涌水泵入廠區(qū)高位水池中，作為生產(chǎn)用水循環(huán)利用，不進(jìn)行廢水外排。

因此，礦區(qū)施工期廢水全部回用、不外排，不會(huì)對(duì)礦區(qū)土壤造成污染。

1.2.1.2 廢氣土壤環(huán)境影響分析

建設(shè)期廢氣的主要來源為由施工揚(yáng)塵和現(xiàn)場各類機(jī)械排放的尾氣，其中施工揚(yáng)塵對(duì)環(huán)境的影響最為明顯。由于本項(xiàng)目為接替資源開采項(xiàng)目，主要生產(chǎn)設(shè)施均依托現(xiàn)有，基建期地表工程量很少，僅為基建期廢石堆棚和生活區(qū)地埋式生活污水處理設(shè)施的建設(shè)，土方開挖量較少，且可內(nèi)部實(shí)現(xiàn)平衡，施工期起塵量很小。因此，本項(xiàng)目施工期產(chǎn)生的揚(yáng)塵不會(huì)對(duì)土壤環(huán)境造成影響。

1.2.1.3 固廢環(huán)境影響分析

本項(xiàng)目施工期固廢來源以土地平整和施工產(chǎn)生的土石方以及井下巷道開拓產(chǎn)生的廢石為主，項(xiàng)目施工期地表土石方產(chǎn)生量很小并可實(shí)現(xiàn)平衡；井巷開鑿過程中產(chǎn)生的廢石送廢石堆棚臨時(shí)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(jìn)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(yáng)塵的產(chǎn)生和避免雨季廢石堆棚淋溶水的產(chǎn)生。因此施工期產(chǎn)生的廢石不會(huì)對(duì)本項(xiàng)目所在地塊的土壤環(huán)境造成污染。

1.2.2 營運(yùn)期土壤環(huán)境影響分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，在對(duì)比背景值和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對(duì)該地塊土壤的受污染情況進(jìn)行評(píng)估，分析場地及周邊土壤的主要污染源。項(xiàng)目區(qū)土壤環(huán)境污染源及特征因子等情況見表1。

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根據(jù)現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果，項(xiàng)目采選工業(yè)場地的土壤各污染物項(xiàng)目均滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 36600—2018）中關(guān)于第二類用地的各項(xiàng)要求，采選工業(yè)場地附近的居住用地土壤環(huán)境質(zhì)量均滿足該標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于第一類用地的相關(guān)要求；采選工業(yè)場地周邊農(nóng)田、林地土壤環(huán)境質(zhì)量均滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）中風(fēng)險(xiǎn)篩選值標(biāo)準(zhǔn)要求，說明區(qū)域的土壤具備良好的居住、農(nóng)用等利用條件，土壤污染風(fēng)險(xiǎn)低。

由于項(xiàng)目現(xiàn)有工程早期未對(duì)礦區(qū)土壤背景值進(jìn)行檢測，也缺少前期環(huán)評(píng)對(duì)礦區(qū)土壤的檢測數(shù)據(jù)，難以分析采礦以來礦區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢。但為了預(yù)防礦區(qū)及周邊土壤環(huán)境受采礦活動(dòng)影響，評(píng)價(jià)要求項(xiàng)目加強(qiáng)對(duì)礦區(qū)、工業(yè)場地及周邊敏感區(qū)域土壤跟蹤監(jiān)測調(diào)查。

2 土壤環(huán)境影響預(yù)測與評(píng)價(jià)

2.1 營運(yùn)期土壤環(huán)境影響分析

本次評(píng)價(jià)采用《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則土壤環(huán)境（試行）》（HJ 964—2018）中附錄E土壤環(huán)境影響預(yù)測方法，預(yù)測西風(fēng)井工業(yè)場地和采選工業(yè)場地選廠碎礦系統(tǒng)含重金屬粉塵通過自然沉降進(jìn)入周邊土壤的量值，由于西風(fēng)井工業(yè)場地和采選工業(yè)場地土壤評(píng)價(jià)范圍部分重合，本次預(yù)測按保守情況考慮，同時(shí)考慮西風(fēng)井和工業(yè)場地污染源對(duì)各預(yù)測點(diǎn)的增量值。

2.1.1 單位質(zhì)量土壤中物質(zhì)的增量

單位質(zhì)量土壤中某種物質(zhì)的增量使用下式計(jì)算：

式中，ΔS為單位質(zhì)量表層土壤中某種物質(zhì)的增量，g/kg；IS為表層土壤單年中某種物質(zhì)的輸入量，g/a；LS為表層土壤單年中某種物質(zhì)經(jīng)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(zhì)經(jīng)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(yù)測評(píng)價(jià)范圍，西風(fēng)井、采選工業(yè)場地總的評(píng)價(jià)范圍約8.5 km2；D為表層土壤深度，一般取0.2 m；n為持續(xù)年份，服務(wù)年限8.5 a。

根據(jù)企業(yè)提供的資料，項(xiàng)目礦石中銅、鎳、鉛的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.64%、0.005 7%、0.002 95%，西風(fēng)井和采選工業(yè)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(jīng)計(jì)算，西風(fēng)井、采選工業(yè)場地單位質(zhì)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(zhì)量土壤中物質(zhì)預(yù)測值

采用下式計(jì)算單位質(zhì)量土壤中某種物質(zhì)預(yù)測值：

式中，Sb為單位質(zhì)量土壤中某種物質(zhì)的現(xiàn)狀值。

本項(xiàng)目實(shí)施后，評(píng)價(jià)范圍內(nèi)各點(diǎn)位表層土壤中銅、鎳、鉛預(yù)測結(jié)果見表2。

?

經(jīng)預(yù)測，技改工程實(shí)施后采選及西風(fēng)井工業(yè)場地評(píng)價(jià)范圍各預(yù)測點(diǎn)表層土壤中銅的預(yù)測值均滿足相應(yīng)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)險(xiǎn)篩選值要求，說明本項(xiàng)目土壤環(huán)境影響是可接受的。

2.2 垂直入滲土壤環(huán)境影響分析

項(xiàng)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(jìn)而對(duì)土壤環(huán)境造成污染。本次技改工程項(xiàng)目主要考慮選廠萬噸級(jí)水池?fù)p壞引起垂直入滲對(duì)周邊土壤環(huán)境的影響。

2.2.1 預(yù)測模式

本評(píng)價(jià)采用《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則土壤環(huán)境（試行）》（HJ 964—2018）附錄E的預(yù)測方法二（一維非飽和溶質(zhì)運(yùn)移模型預(yù)測方法），并采用HYDRUS-1D軟件進(jìn)行預(yù)測。一維非飽和溶質(zhì)垂向運(yùn)移控制方程如下。

式中，c為污染物濃度，mg/L；D為彌散系數(shù)，m2/d；q為滲流速率，m/d；z為沿z軸的距離，m；t為時(shí)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(gòu)筑物工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50141—2008）第5.1.3條的相關(guān)規(guī)定，本項(xiàng)目中萬噸級(jí)水池的滲水量確定為不超過2 L/（m2·d）。萬噸級(jí)水池基底面積為4 500 m2，單日最大泄漏量Qmax=9 000 L/d，根據(jù)現(xiàn)有萬噸水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，廢水中有毒有害物質(zhì)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(zhì)運(yùn)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(yù)測結(jié)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(yù)測上邊界選擇大氣邊界條件時(shí)，污染物滲入量概化為降水量，不考慮蒸發(fā)。本次預(yù)測選取4個(gè)觀測點(diǎn)（深度分別為N1:20 cm、N2:50 cm、N3:80 cm、N4:120 cm），以預(yù)測污染物在土壤中的濃度隨時(shí)間的變化；同時(shí)，設(shè)置以100 d為時(shí)間間隔，預(yù)測剖面上不同時(shí)間污染物濃度隨深度的變化，預(yù)測土壤深度取1.2 m。預(yù)測結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，表土在較短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到飽和濃度，0～100 d里，污染物持續(xù)下滲，100 d時(shí)污染物開始進(jìn)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(dá)到飽和吸附狀態(tài)，下邊界總鎳、總鉻污染物濃度分別達(dá)到0.000 07和0.000 21 mg/cm3，此時(shí)以飽和濃度源源不斷進(jìn)入地下水。

3 結(jié) 論

（1）根據(jù)現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果，項(xiàng)目采選工業(yè)場地的土壤各污染物項(xiàng)目均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GB 36600—2018）中第二類用地的限值要求；采選工業(yè)場地周邊農(nóng)田、林地土壤環(huán)境質(zhì)量均滿足農(nóng)用地相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—2018）表1中的限值要求。因此，該區(qū)域土壤環(huán)境無明顯受污染情況，土壤污染風(fēng)險(xiǎn)低。

（2）考慮大氣沉降情況下，根據(jù)預(yù)測，采選工業(yè)場地及西風(fēng)井工業(yè)場地評(píng)價(jià)范圍各預(yù)測點(diǎn)表層土壤中銅的預(yù)測值均滿足相應(yīng)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)險(xiǎn)篩選值要求，說明本項(xiàng)目土壤環(huán)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(jí)水池防滲措施失效而引發(fā)非正常狀況的垂直入滲情況下，在達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，下邊界總鎳、總鉻污染物濃度分別達(dá)到0.000 07和0.000 21 mg/cm3，此時(shí)污染物會(huì)以該濃度持續(xù)進(jìn)入地下水。故技改項(xiàng)目應(yīng)作好防滲處理和周邊土壤跟蹤監(jiān)測，發(fā)生污染泄露后應(yīng)及時(shí)采取措施，控制污染物的擴(kuò)散。