矿山地质环境影响和土地损毁预测评估研究

陈 彦

（山东省地质矿产勘查开发局 第六地质大队，山东 威海 264200）

针对矿山地质环境影响和土地损毁评估及其治理技术，在农田治理方面，国内外学者进行了很多研究，目前，矿山及时充填开采形成的采空区，能够消除采空塌陷及伴生地裂缝发生的隐患，但为了更好地保护矿区内的基本农田，矿山应预留风险储备资金[1-3]。通过监测资料，一旦出现由矿山开采造成的裂缝和塌陷等土地损毁情况将及时查明损毁原因，由矿山企业立即制定专门的治理恢复方案和适合现状的治理保护措施，及时实施复垦，恢复原地类，使复垦率达100%，保证矿区内基本农田面积不减小、质量不降低、产能不减少、环境不恶化。矿山应严格控制采矿活动范围，避免占用损坏除矿山建设范围以外的土地资源，不得违法改变或占用土地利用总体规划的基本农田，保证基本农田不受矿山开采活动而损毁、减少农田面积[4-6]。矿山开采时合理规划通矿运输道路，避开基本农田保护区，运输车辆严格按照运输路线行驶，并对运输矿石进行挂网掩盖，避免矿山掉落，影响到基本农田土壤质量。矿山制定一系列的惩罚措施，明令禁止在生产建设中人为实施挖损、掩埋等影响破坏基本农田和附属的水利灌溉设施等工程，严禁公用车辆、私人车辆、矿山人员等破坏基本农田和现有水利灌溉设施等，保护基本农田的产能不受影响。矿山开展动态巡查，定期对基本农田保护区进行监测，及时发现、纠正非法占用基本农田行为，保护好矿区内基本农田的耕作环境不遭到破坏。

1 地形地貌

研究区矿区中部地势平缓，为河谷平原地形。东、西两侧稍高，为丘岗地形，沟谷发育、基岩裸露。矿区地形地貌概况如图1所示。

图1 矿区工业场地及周边地形地貌概况Fig.1 General situation of industrial site in mining area and surrounding topography

（1）植被。研究区内人工林主要以松树、杨树为主。研究区内主要农作物为小麦、玉米、花生、大豆等，经济林主要种植苹果、梨、干果等。研究区耕地按照每年单季作物计算，年产值为7 500元/hm2，经济林产值为15 000元/hm2。

（2）土壤。棕壤土多处于花岗岩、片麻岩等酸性岩和非石灰性页岩等岩石组成的区域，成土母质是以上各种岩石风化物的坡积、洪积物或厚层红色黏质土。这种土壤具有明显的黏化作用，较强的淋溶作用，主要特点为土层深厚、土壤肥沃，表层质地一般为轻壤或中壤，颜色因长年耕作和施肥，一般为暗棕色或灰棕色。矿区及其周围主要的土壤亚类为酸性粗骨土，土种主要为麻石土种，土壤pH值为6.3～6.8，质地为砂壤土，土壤厚度一般在40 cm左右。麻石土，属酸性粗骨土亚类酸石碴土土属。该土种土层较薄，质地粗，砾石含量多，保水保肥性能差，农耕地多种植甘薯、花生，一年一熟部分适合种植小麦、玉米、大豆等，果树种植也有一定面积，以苹果为主，林地分布较多，多以有林地和灌木林地为主。土壤情况如图2所示。

图2 矿区棕壤土Fig.2 Mining brown loam

2 矿山地质环境影响评估

2.1 评估范围与级别确定

2.1.1 评估范围

根据《矿山地质环境保护与恢复治理编制规范》（DZ/T 0223—2011）的有关要求，划定评估区范围如图3所示。

图3 划定评估区范围Fig.3 Delineate the scope of the assessment area

本次评估区范围主要包括矿区建设及生产开采活动对地质环境的影响范围和尾矿库2个方面。评估范围东至矿区拟扩东边界，西至Ⅱ号尾矿库，北至矿区拟扩边界最北端与南周家村西北162.6 m高地一线，南到矿区拟扩边界最南端与小尹格庄村北分水岭一线，评估区面积11.373 km2。

2.1.2 评估级别确定

（1）矿区重要程度分级的确定。根据《矿山地质环境保护与恢复治理方案编制规范》（DZ/T 0223—2011），进行矿区重要程度分级：①评估区范围内南周家村等常住人口在500人以上，判断级别为重要区；②评估区内东侧有X204，北侧有S306，均属二级公路，除此之外，矿区周边有矿山联络路和镇级公路，再无重要建筑设施，判断级别为较重要区；③评估区周边矿山企业众多，无各级自然保护区及旅游景区（点），判断级别为重要区；④无蓄水工程，无重要、较重要水源地，判断级别为一般区；⑤矿山现破坏土地主要为独立工矿用地，判断级别为一般区。综上所述，矿区重要程度分级为重要区。

（2）矿山地质环境条件复杂程度。①现矿山矿坑涌水量一般为2 465～3 236 m3/d，深部矿体开采预测正常涌水量为4 237 m3/d，得出矿山水文地质条件中等；②控矿断裂招平断裂纵贯全区，断裂带下盘蚀变带为隔水岩层，导水性差；③现状条件下，矿山地质环境问题主要有固体废弃物堆放、破坏土地资源、地形地貌景观等，造成了一定的视觉污染。矿山开采对地表的采动影响较轻，至今未见由矿山开采导致的地质灾害的发生。综上所述，确定该矿山地质环境条件复杂程度为中等。

（3）评估级别。矿山地质环境影响评估分级见表1。

表1 矿山地质环境影响评估分级Tab.1 Mine geological environmental impact assessment grading

确定本次矿山地质环境影响评估级别为一级。

2.2 矿山地质灾害现状分析与预测

2.2.1 矿山地质灾害危险性现状评估

评估区地处微弱切割剥蚀丘陵区，丘陵地貌，地面标高一般+120～+180 m，地形起伏不大，地形坡度一般3°～10°，评估区无废石场、表土堆场等堆积物排放设置。

（1）矿部办公区、工业场地地质灾害现状分析。自矿山建矿以来，以矿山为依托，矿山已建设了办公生活区、工业场地、金精矿库等基础地面设施。选取矿部（CJ06）、北风井（CJ04）、南风井（CJ13）3个工业场地具代表性的监测点2012—2018年数据进行分析（图4），地表沉降累计距离最大为3 mm，观测点的变化值都在沉降观测规范规定允许误差范围以内，视为无沉降变化。

图4 监测点沉降量变化曲线Fig.4 Settlement change curve of monitoring points

（2）尾矿库地质灾害现状分析（图5）。大尹格庄金矿存在Ⅰ号尾矿库和Ⅱ号尾矿库：①Ⅰ号尾矿库。2006年，大尹格庄金矿针对Ⅰ号尾矿库进行了综合治理，Ⅰ号尾矿库已复垦治理完成，矿山地质灾害影响程度较轻。②Ⅱ号尾矿库。Ⅱ号尾矿库为现用尾矿库，是依Ⅰ号尾矿库为坝体向西南方向扩建的尾矿库，在2012年达到+170 m统一水平标高后，对Ⅱ号尾矿库范围进行了扩容加高处理。该地区地质灾害不发育，矿山地质灾害影响程度较轻。

图5 尾矿库地质灾害现状Fig.5 Disaster status of geological hazards in tailings ponds

（3）矿山道路、尾矿输送管线地质灾害现状分析。①矿山道路。大尹格庄金矿矿区道路是矿方出资，沿原来的村镇道路修建，已使用多年。矿山道路总长度2 037 m，宽度8 m，水泥路面，道路可连接矿部主工业场地、南风井工业场地、县级道路等。②尾矿输送管线。矿山的尾矿输送管线长度890 m，采用高空架设和地埋的方式，不会破坏当地的地质环境。

（4）地质灾害现状评估。现状条件下发生地质灾害的可能性小，不能影响到区域内的人员及财产安全，确定地质灾害影响程度现状评估为较轻。地质灾害影响程度现状评估分区如图6所示。

图6 地质灾害影响程度现状评估分区Fig.6 Assessment division of status quo of impact degree of geological disasters

2.2.2 矿山地质灾害危险性预测评估

根据矿山的开采规划，预测评估时分为近期和中远期，其中近期为2022—2023年，中远期为2024—2039年。

矿山地质灾害中远期预测评估（2024—2039年）：①采空塌陷预测评价。矿山自下向上开采，中远期将开采至-900 m中段，深厚比均大于100，深部开采产生采空塌陷的可能性很小。矿山现已全部采用上向水平分层尾砂充填采矿法开采，矿山严格按照开发利用方案要求的方法，规范采矿，及时充填，可有效防止采空塌陷和岩体移动，根据以往矿山自身充填经验，加上充填工艺的成熟，深部开采进一步降低了发生地质灾害的可能性，预测矿山不会因采矿活动引发采空塌陷。②可能的岩移范围预测。依据开采规划，圈定了受开采影响至开采至-900 m中段的采动影响范围，即地表变形监测范围，经计算矿山中远期开拓中段充分采动后，预测采动影响范围面积为475.22 hm2，比矿体分布范围略大。

2.3 矿区含水层破坏现状分析与预测

2.3.1 矿区含水层破坏现状分析

（1）地下水位影响现状。①浅层含水层破坏和影响现状。矿山自投产以来，在矿区及周边布设了完善的水位水质监测点，现选取具代表意义的地下水监测点，进行统计情况为：大尹格庄村东侧长期监测点（SG05）含水层为第四系和风化裂隙混合水，井深12.36 m，基点标高+134.12 m，位于矿山开采平面投影范围内，紧挨矿部主竖井排水位置，具有很好的代表性。通过近3年来水位监测数据对比，水井水位埋深在1.66～4.25 m，月变幅0.45～1.78，常年水位受气候、矿山开采等影响变化不大。②基岩含水层破坏和影响现状。在大尹格庄村南，矿山曾施工ZK116钻孔（SG06），钻孔深度408.29 m，基点标高+132.26 m，钻孔穿透中间隔水带，矿山保留为长期观测孔用于监测深部开采对含水层的影响。监测点位于矿山开采平面投影范围内，紧挨矿部主竖井排水位置，具有很好的代表性。通过近3年来水位监测数据对比，水井水位埋深在1.56～5.55 m，月变幅0.36～2.60，常年水位受气候、矿山开采等影响变化不大。

（2）对矿区含水层结构的破坏的现状分析。①矿区水文地质边界条件。大尹格庄金矿矿床埋藏于北北东―北东向的构造断裂带下盘，矿山在下盘开拓巷道，开采断裂带下部的矿体。构造断裂带在区域上具有连续性、隔水性等特点，可作为水文地质边界，与断裂带倾向相反的方向（南西向）含水层为构造作用形成的构造裂隙含水层，再往西南方向为很完整中生代晚侏罗世含斑中粗粒二长花岗岩（J3LηγLc）岩体，具有良好的隔水性，可作为水文地质边界。在假想的模型下，矿体赋存的下盘构造裂隙含水层距地表10～50 m，可能会形成沿矿体走向发育的、很狭窄的含水层影响范围。但其没有考虑在矿山实际开采中，由于矿体紧挨隔水层，隔水层的厚度不均匀，有挖穿隔水带，使上盘的构造裂隙水进入矿坑的可能，加之矿体充水含水层本身具有不均匀性，矿体充水来源更多来源于充填水、地下不同水体、导水断层导水等，只能作为矿区含水层破坏范围的一个参考。在圈定含水影响破坏范围时，根据井下出水情况、井巷开拓揭露含水层情况、断层的导水性质及对地表等影响程度等做出相应的修正。另外，依据矿山水文地质条件及矿坑排水资料，矿坑排水量与大气降水具有高度的相关性，矿体充水补给来源主要为大气降雨。还有部分疏干充填巷道、导水断裂、裂隙带等径流到矿体的地下水，这也增加评价矿山开采对整个含水层破坏的复杂性和难度。②矿山对含水层结构的破坏情况。综上，根据矿山坑道系统展布特点、地层走向、地层岩性及成矿构造带分布、主要地表水系分布，对该含水层的影响范围根据采场分布范围，利用大井法公式来计算含水层的影响半径。经计算，目前矿山产生的基岩裂隙含水层影响半径为483 m，综合划定影响面积约310.10 hm2。

（3）矿区含水层破坏现状评估结果。根据《矿山地质环境保护与恢复治理方案编制规范》（DZ/T 0223—2011），基岩裂隙含水层影响范围影响程度为较严重，其他区域较轻，含水层破坏影响程度现状评估分区如图7所示。

图7 含水层破坏影响程度现状评估分区Fig.7 Current situation assessment division of aquifer damage impact degree

2.3.2 矿区含水层破坏预测分析

（1）矿坑涌水量预测分析。矿山积累了大量排水资料，此次选用水文地质比拟法经验公式对近期-736 m中段、中远期的-900 m中段进行预测。预测结果见表2。

表2 矿坑排水量预测结果Tab.2 Mine drainage forecast results

（2）中远期（2024—2039年）对含水层破坏的影响预测评估。①浅层地下水含水层。矿山开采主要是基岩裂隙含水层的破坏影响，对地表影响很小，其水位和当地降水、蒸发和灌溉有很大的关系，与地下矿山开采关系不大，预测中远期周边地下水位变化不大，不会影响周边居民用水。②矿山开采。根据矿山开采计划，矿山中远期将开采至-900 m中段，造成区域基岩裂隙含水层水位持续下降，预测正常涌水量为4 237 m3/d，持续开采仍会扩大矿山开采对基岩裂隙含水层的破坏影响范围，预测中远期含水层影响半径为493 m，面积约为600.20 hm2。矿山开采多对突水点进行封堵，一定程度上减少了对含水层的破坏，预测矿山开采与近期（5年）变化不大，对构造裂隙水呈半疏干状态，对含水层结构破坏的影响较严重。

（3）对地下水水质影响。矿山生产多年，现状条件下未对地下水水质造成影响。根据现状监测数据显示，矿山生产和生活均达标排放，选矿厂和尾矿库用水都能做到循环使用。办公生活区、工业场地地面做了硬化处理，选矿厂和相关尾矿库建设过程中也按要求做好了防渗处理。预测矿山正常运营情况下，近期（5年）和中远期对地下水水质的影响较轻。

（4）含水层破坏预测评估结果。综上所述，在形成基岩裂隙含水层破坏影响区域影响程度评估为较严重，其他区域较轻。和近期评估结果相同。

2.4 矿区水土环境污染现状分析与预测

矿山开采多年，已建立完整的水土质量监测体系，此次选取2016—2018年的尾矿库监测点、井下涌水监测点、厂区总排污口水质监测、此次土壤监测点及以往报告等对比资料进行了统计分析。本次选取的监测点均是按照两案合并前部署的监测点，化验机构均具备相应的资质要求，对本次评价提供了可靠的依据。

2.4.1 矿区水环境污染现状分析与预测

（1）水环境污染现状分析。①矿坑水水质。矿坑水水质主要为矿山开采过程中井下湿式凿岩、井下钻机、防尘等作业过程产生的生产废水和矿床涌水，根据矿山最近的矿坑排水水质监测结果（按照《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017）分析，水质质量指标均能达到为国家Ⅰ—Ⅲ类水标准，对比以往矿床涌水水质与本底值对比可知，指标差别不大，开采过程中污染变化不明显。现矿坑水基本满足生产生活用水，均不外排，对周围水环境污染影响程度较轻。②选矿废水。矿山在选矿中需要用水，其中球磨机的磨矿废水随着矿浆一起进入选矿流程；选矿流程中选矿废水少部分随着精矿外排，精矿经过陶瓷过滤后，过滤的精矿废水回用流程不外排，大部分选矿废水随着尾矿进入尾矿库，选矿废水不外排；而尾矿库的废水主要由水泵通过回水管道输送至洗选矿厂循环使用，不外排。根据矿山近期尾矿库附近水质监测结果（表3），尾矿库上下游水质差别不大，均能达到国家Ⅲ类水标准，对比以往尾矿库上下游水质可知，指标差别不大，开采过程中污染变化不明显。③生活污水。矿山生活污水处理站建在矿部办公区西南侧，采用地埋式一体化处理设施处理，处理后的出水返回选厂循环水池，用于选矿生产，不外排，对地下水环境污染影响较小。

表3 尾矿库水质监测现状Tab.3 Current status of water quality monitoring in tailings ponds

（2）水环境污染预测分析。中远期（2024—2039年）矿山生产条件未发生较大改变，矿区周边水环境与近期基本一致，因此中远期矿山生产活动对地下水环境污染预测评估为较轻。

2.4.2 矿区土壤环境污染现状分析与预测

（1）土壤环境污染现状分析。①土壤质量评价方法。根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618—2018）对研究土壤环境污染现状进行分析。②土壤质量结果分析。近期矿山对尾矿库外衍射300 m范围进行了取样分析，每100 m为1段，共3段次，取样24个进行了对比分析。矿山高度重视矿山开采中易引发的土壤环境污染问题，在开采过程中，严格控制对土地资源的利用，加强地表废水排放管理，按时监测分析，土壤环境质量得到了保持，现状条件下矿山开采对土壤环境污染较轻。

（2）土壤环境污染预测分析。中远期（2024—2039年）土壤环境污染预测矿山在生产过程中的固体废弃物得到有效利用，不会对环境造成危害，对土壤污染较轻。

3 矿山土地损毁预测与评估

3.1 土地损毁环节与时序

（1）损毁环节。在生产过程中，对土地造成损毁的方式有压占、占用以及塌陷风险（地表错动）。具体分析如下：①压占损毁主要是指尾矿库对地面造成的压占损毁，因尾砂的堆放，造成土地原有功能的丧失。②占用主要是工业场地对地表的使用，所涉及的矿部、北风井、玉甲风井、南风井等工业场地以及运输道路等为永久占用。③矿山采用上向水平分层尾砂充填采矿法，此种采矿方法的应用，使得地表到目前为止未出现塌陷情况，形成地表塌陷的可能性很小，但地下开采仍存在塌陷风险，因此划定地表错动范围作为塌陷风险预防区域。④矿山至今未进行任何表土的收集，矿山已于当地建筑公司签订合作协议，后期复垦所需表土可直接从建筑公司施工时剥离土拉取，不需客土。

（2）损毁时序。矿山损毁土地的损毁时序，可划分为基建期和生产期2个阶段。矿山继续开采造成地下采空区，可能存在塌陷风险，矿山开采至今未出现土地损毁情况，此次划定地表错动范围作为塌陷风险预防区域。大尹格庄金矿土地损毁环节与时序表见表4。

表4 大尹格庄金矿土地损毁环节与时序Tab.4 Links and sequences of land destruction in Dayingezhuang Gold Mine

3.2 已损毁各类土地现状

（1）已压占利用土地现状。①工业场地。大尹格庄金矿工业场地已压占利用土地面积共计16.62 hm2。②尾矿输送管线。矿山修建的尾矿库输送管线长度890 m，压占利用土地共计0.05 hm2。临近尾矿库的位置沿沟渠采用架空铺设，架空长度178 m，约每隔10 m设一座架柱，每座架柱均施工于沟渠砌面上，剩余管线全部顺着农田道路一侧掩埋至地表以下，对土地资源损毁均为轻度，影响程度为较轻。③矿山道路。矿山已建设有厂区通向乡镇道路黄水路的矿山道路，总长度2 037 m，宽度8 m，水泥路面，总用地面积为1.63 hm2。

矿山压占利用土地现状评价见表5。

表5 已压占利用土地利用现状统计Tab.5 Statistics on status of land use that has been occupied

（2）已损毁已复垦土地现状。①Ⅰ号尾矿库。为大尹格庄金矿最早使用的尾矿库，于2001年闭库，面积3.28 hm2，矿山已完成了复垦工作，矿山管护至今。Ⅰ号尾矿库所压占土地区域原有的地形地貌、植被被彻底损毁，形成裸露的砂质松散地表，土地彻底丧失了原有生产力，并改变了原地形地貌，对土地资源损毁均为重度，对土地资源影响程度为严重。②Ⅱ号尾矿库。为Ⅰ号尾矿库的二期尾矿库，尾矿库整体坝标高+190 m，总库容993.83万m3，现堆积至标高+175 m，实际有效库容748.98万m3，按照年入尾矿量43.98万m3计算，预计可服务年限为17年，可满足矿山服务年限内的尾矿堆积服务，目前矿山没有增设尾矿库的计划。矿区尾矿库损毁现状如图8所示。

图8 矿区尾矿库损毁现状Fig.8 Current status of damage to tailings ponds in mining areas

目前整体占地面积60.02 hm2，坝体由东侧主坝、北侧主坝、西侧副坝与南侧副坝组成，矿山均已复垦完成，投影面积18.41 hm2，表面积20.91 hm2。矿山在坝坡覆土撒播高羊茅、白羊草、羊胡子草、狗尾草等固土草本植被，覆盖率达到80%，目前复垦效果较好。坝坡表面排水系统可以满足排水需求，本方案不需补充设计，现坝坡处于正常的管护期。

（3）已损毁未复垦土地现状。二号尾矿库四面坝坡已筑建复垦完成，尾矿库目前处于使用状态，形成滩面占地面积41.61 hm2，现堆积至标高+175 m，设计堆积终了至标高+190 m，堆存满足现矿山剩余服务年限内需求，面积将不再增加或另设。矿山已损毁未已复垦土地现状见表6。

表6 已损毁未复垦土地现状统计Tab.6 Statistics on status of damaged and unreclaimed land

3.3 已损毁土地现状评价结果

矿山开采对土地资源破坏现状分区如图9所示。

图9 矿山开采对土地资源破坏现状分区Fig.9 Status quo zoning of damage to land resources by mining

3.4 拟损毁土地预测与评估

（1）已压占利用土地预测与评估。大尹格庄金矿属于已建项目，项目基建基本完毕，矿区不再兴建工业广场及附属设施。土地占用破坏主要为尾矿管线、矿山道路、4个矿区工业广场等对土地占用等。占用区拟损毁近期和中远期预测评估结果与现状比较没有变化。

（2）尾矿库损毁土地预测与评估。①Ⅰ号尾矿库。为大尹格庄金矿最早使用的尾矿库，于2001年闭库，面积3.28 hm2，闭库后矿山完成了复垦工作，现处于管护阶段，矿山不在区域进行生产建设，至开采终了不再发生损毁。②Ⅱ号尾矿库。为Ⅰ号尾矿库的二期尾矿库，目前整体占地面积60.02 hm2，四周坝体均已建成并复垦完成，矿山已进行正常的管护。尾矿现堆积至标高+175 m，实际有效库容748.98万m3，按照年入尾矿量43.98万m3计算，堆存至坝高标高+190 m时，预计可服务年限为17年，可满足矿山服务年限内的尾矿堆积服务。目前矿山没有增设或扩建尾矿库的计划，至开采终了不再增加损毁面积。综上，尾矿库拟损毁近期和中远期预测评估结果与现状比较没有变化。

（3）地表塌陷风险分析。根据上述开采工艺流程和地质灾害预测结果分析，采用尾矿胶结充填，不会引起地面塌陷，发生地面沉陷的地质环境条件不充分。大尹格庄金矿开采到目前为止地表未出现塌陷情况。以后为深部开采，由于固体矿床的赋存特性以及上覆岩层的硬度较高，且矿脉开采具有狭长特点，所以采动后的范围属非充分采动，形成地表塌陷的可能性很小。鉴于此，本方案将在“矿山地质灾害危险性预测评估”章节中圈定的受开采影响的采动影响范围，面积为475.22 hm2，破坏土地资源地质环境影响程度为较轻。

4 结语

矿山地质环境保护与土地复垦工作是一项投资大、长期收益的工程，其经济效益也是显著的，主要体现在通过对工业场地的综合治理与复垦，不仅使矿山地质环境得到保护和恢复，减少了矿山地质环境问题所造成的损失，恢复了土地原有功能和生态功能，而且工程完工后可恢复和平整林地，增加了林地面积，提高了土地的利用效率，可增加当地矿山和村民收入，经济效益良好。