矿山地质环境问题及调查技术方法

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1、矿山地质环境问题及调查技术方法1 矿山地质环境与矿山环境地质矿山地质环境(mine geological environment)是指曾经开采、正在开采或准备开采的矿山及其邻近地区的岩石圈表层与大气圈、水圈、生物圈组分之间不断进行物质交换和能量流动的一个相对独立的环境系统。这个系统是以岩石圈为依托，矿产资源开发为主导，不断改变着地球表面岩石圈自然环境平衡的地质环境。矿山地质环境包括采矿活动直接影响到的地下环境、地表环境及间接影响到的地表之上的大气环境等三个部分。矿山环境地质(mine environmental geology)主要运用环境地质学的有关理论、方法，研究矿产资源开发过程中， 自然

2、地质作用和人为地质作用与地质环境之间的相互影响与制约关系，以及由此产生、引发和加剧的矿山环境地质问题，主要研究矿区自然地质作用和人类矿业活动及其相互作用对地质环境的影响，研究矿山环境地质问题的类型、产生和诱发因素及其形成机理；研究它们的发展趋势、危害程度，并做出预测评估。从而在合理开发利用矿产资源的同时，采取有效措施减轻矿山开发对地质环境的影响与破坏，促进矿业的可持续性发展。1.2 矿山环境地质与地质环境之间的关系原生地质环境是自然地质作用形成发展的结果，人类活动亦称人为地质作用对原生地质环境作用并且与原生地质环境发生相互作用，导致原生地质环境发生变化，变化后的地质环境称之为次生地质环境。对应

3、的人类矿业开发区的地质环境称之为矿山地质作用(剥蚀、搬运作用、弃土堆渣的堆积作用、塑造人工地貌、改表地应力平衡、污染改表地球化学场等)，矿业活动产生的环境问题称之为矿山环境地质问题。矿山环境地质研究的主要对象是人类赖以生存与发展的局部地质环境， 即矿业活动场所及周边的地质环境。而矿山地质环境随矿业活动时间、强度而变化，是一个复杂的、动态的变化系统。良好的地质环境有利于矿业的正常生产，脆弱的或恶化的地质环境必将影响和制约矿山正常生产。2 矿山环境地质问题指矿产资源开发过程中，由采、选、冶等矿业活动导致矿区及其邻近地区地质环境的改变、破坏及污染等环境问题。随着现代社会经济及科学技术的飞速发展，对矿

4、产资源的需求和消耗日益增加，大范围、高强度的矿业活动日益成为改变矿区地质环境的最主要的外在作用力，是导致矿区环境地质问题日益严重频繁发生的重要因素。地质环境影响了自然环境的诸多要素，如气候、土壤、水文、地貌、植被等，因而，矿山环境地质问题是矿区生态环境中的主要问题。2.1 矿山废气由于废气、粉尘及废渣的排放引起大气污染和酸雨，以硫化工和煤炭最严重。特别是煤炭采矿行业中工业废气排放量多为烟尘、二氧化硫、氮氧化合物和一氧化碳，矿山地区大气环境受到不同程度污染。2.2 矿山废水矿山建设和生产过程中的矿坑排水；洗矿过程中加人有机和无机药剂而形成的尾矿水；露天矿、排矿堆、尾矿及矸石堆受雨水淋滤、渗透溶解

5、矿物中可溶成分的废水，矿区其它工业和医疗、生活废水等。这些受污染的废水，大部分未经处理，排放后又直接或间接地污染了地表水、地下水和周围农田、土地，并进一步污染了农作物，有害成分经挥发也污染空气。2.3 矿业废渣它一般包括煤矸石、粉煤灰、剥离废弃物、废石(渣)、尾矿库和含放射性物质等固相废料。这些固体废弃物堆积一般具有占地、边坡稳定、淋滤污染、风化扬尘污染四大环境效应。但铀矿等废弃物除四大环境效应外，还具有放射性污染效应；在我国固体废弃物堆积中具有典型代表性意义的煤矸石山还具有自燃环境效应。2.4 岩溶塌陷及采空区塌陷岩溶塌陷是岩溶充水矿床疏排地下水所引起的。塌陷不仅出现在煤炭矿山而且也出现在有

6、色金属、黑色金属、化工及核工业矿山。从地理方面看，几乎遍布南方各省，尤以湘、粤、鄂、桂、赣诸省居多。采空区塌陷对土地资源的破坏，在采矿中占有重要地位，主要由地下开采造成的。而我国的矿山开采中，以地下开采为主。据1200家国有大中型矿山调查，地下开采占68.89，塌陷区占地面积为84201.4 km2，占矿山开发破坏土地面积的39.57 。2.5 地裂缝、地表下沉及矿震由于矿床开采规模各异，从而产生的采空区规模也就各不相同，平原区的大型采空区一般相对是比较规则的，地表变形也是逐渐变化的。由大型矿山开采引起的地裂隙规模比较大，地面的延伸长，裂缝宽，影响范围大，一般称为巨型或大型地裂缝。采矿所诱发的

7、地震。出现在我国许多矿山，成为矿山主要环境问题之一。一般地说，液相矿产资源包括石油、卤水、热水和地下水等，气相矿产资源包括天然气、煤层气和二氧化碳气田等。在对液相或气相矿产资源开采过程中，由于液相或气相压力不断降低，根据力学平衡原理，赋存液相或气相矿产资源的多孔介质有效应力将必然增大，使地层固结压缩，导致地应力重新分布，从而造成地面沉降。2.6 土地侵占、土地沙化和土壤污染采矿工业侵占和破坏土地，包括采矿活动所占用的土地(如厂房、工业广场、堆矿场)；为采矿服务的交通设施；采矿生产过程中堆放的大量固体废物所占用的土地。据统计，我国采矿工业侵占和破坏的土地面积已达200多km2。我国重点金属矿山，

8、约90是露天开采，每年剥离岩土约2.4亿吨，露天矿坑及堆土场侵占大量土地。矿业活动，特别是露天开采，大量破坏了植被和山坡土体，产生的废石、废渣等松散物质极易促使矿山地区水土流失。由于三废排放使矿区周围土壤受到不同程度污染。2.7 破坏水均衡系统，并引起水体污染由于疏干排水及废水废渣的排放，使水环境发生变异甚至恶化。如破坏了地表水、地下水均衡系统，造成大面积疏干漏斗、泉水干枯、水资源逐步枯竭、河水断流、地表水入渗或经塌陷灌入地下，影响了矿山地区的生态环境。沿海地区的一些矿山因疏干漏斗不断发展，当其边界达到海水面时，易引起海水入侵现象。矿山附近地表水体常作为废水、废渣的排放场所。由此遭受污染。地下

9、水的污染一般局限于矿山附近，为废水及废渣、尾矿堆经雨淋下渗或被污染的地表水下渗所致。2.8 崩塌、滑坡、泥石流采矿活动及堆放的废渣因受地形、气候条件及人为因素的影响，发生崩塌、滑坡、泥石流等。在采矿过程中，由于矿体本身性质恶劣或必要撑砌条件跟不上，很易诱发崩塌。另外在矿区由提升到地表的废矿矸石堆积引起的崩塌问题也时常发生。与矿山开采有关的泥石流，除矿床开采之前即以天然状态形成的以外，主要是由于采矿产生的废石矿渣不合理堆放(即人类工程活动)而引起的，特别在丘陵山区地带的矿山开发过程中，极易发生泥石流问题。2.9 矿山环境引起的纠纷日益增多采矿引起的一系列矿山环境地质问题，不仅严重影响和制约着经济

10、的发展，也引发了一系列社会问题和矛盾，因矿山环境引起的纠纷大部分得不到妥善解决，形成了新的社会不安定因素。3 矿山环境地质问题特点矿山环境地质问题是在矿业活动中直接产生、引发或加剧的环境问题，是矿业活动对地质环境的影响超过了矿山地质环境容量而出现的对矿业正常生产和人居生态环境构成威胁的地质现象。是矿区自然地质作用和人类矿业活动地质作用的共同结果。但矿山环境地质问题与一般的环境地质问题最突出区别在于采矿活动是环境地质问题产生的主导作用和激发因素，其范围主要限于采矿及其加工区。3.1 复杂性、多因性和复发性矿山环境地质问题的类型和表现形式、严重程度、直接结果，不但与矿区地质地形条件、水文、气象、植

11、被等区域环境条件有关，而且与矿床工业类型、开发方式、开发规模、经济活动特征等密切相关。3.2 地域性特点矿山地质环境问题的类型、严重程度与矿山所处的自然地理环境密切相关。不同的自然地理环境区往往是某些自然的环境地质问题的频发区。即在该区内的矿业开发会加剧这些环境地质问题发生和发展。因而，这类矿区环境地质问题的危害性就更大，其矿山环境地质问题的地域性特点十分明显。如山地地区是滑坡、崩塌、泥石流、水土流失主要发生地，山地矿山开发必然会加重上述环境地质问题频发与危害程度，除此以外，还会产生尾矿库溃坝和河流污染等矿山特有的环境地质问题。3.3 危害集中性与严重性由于矿山环境地质问题主要是矿业开发直接产

12、生、诱发和加剧的结果，因此，矿山环境地质问题主要发生于矿山生产现场以及影响到的地区，范围有限，直接威胁采矿作业现场生产、工矿设施和周边居民的生命财产安全。矿山环境地质问题不仅造成直接和间接的经济损失，破坏人居生态环境，重大地质灾害和环境公害往往造成严重的社会后果。3.4 群发性与共生性矿山环境地质问题往往不是孤立发生或存在的，而是存在着矿山环境地质问题链。前一种矿山环境地质问题的结果常常是后一种矿山环境地质问题的诱发因素。3.5 防治的紧迫性矿山环境地质问题直接危害矿山正常生产生活，影响着周边地区的环境安全。不断恶化的矿山环境地质问题给地区社会经济发展造成了广泛而深刻的影响。频发的地质灾害摧毁

13、了工矿设施、造成了人员伤亡。长期严重的环境污染导致致癌、致畸性和致病变作用，严重危害居民的健康。由此引发了矿地纠纷、经济索赔及其它严重的社会问题从而阻碍了矿山的正常生产和地区的可持续性发展。因此。减少矿业开发带来的负面影响是矿山地质环境保护刻不容缓的任务。4 矿山环境地质调查技术方法矿山环境调查就是根据不同的任务，按照经济技术合理的原则，运用各种技术方法，揭示矿山环境基本状况和背景条件，为国民经济发展规划制定提供科学依据。4.1 调查基本原则（1）调查与遥感技术(RS)相结合原则遥感技术具有视野开阔、信息量大、时段长等特点，是区域环境地质调查最有效的手段之一，尤其对调查土地沙漠化、水土流失、矿

14、山泥石流、固体废弃物堆积、开采沉陷、植被发育和地表水资源等具有显著的效果。（2）区域展开、重点突破原则由于研究区矿山环境地质条件、建设规模及矿山环境地质问题存在有较大差异，因而调查工作要按区域展开、重点突破的原则开展，对于矿山环境问题比较突出的地区，应优先进行拉网式地全面、宏观的区域调查；在此基础上，对所发现的有代表性的典型矿山环境问题应进行详细的解剖调查研究，重点突破，以便更好指导区域矿山环境的调查工作。（3）调查与科研相结合原则针对矿山环境地质调查中的难点和带有普遍意义的典型问题，设立专项研究课题作为技术支撑，进行多学科联合攻关和创新性研究，以保证项目的顺利实施，提高调查成果的质量档次及高

15、新技术含量。（4）调查与资料收集相结合原则根据调查区以往工作程度，对区内以往所做的各项工作成果，应进行充分全面收集，对于工作程度较高的地区，更应如此，配合遥感解译，可适当减少实物工作量。（5）突出主要矿山环境问题原则水环境变化、地面变形、“三废”问题、水土流失和土地沙漠化等，是控制影响矿区的主要矿山环境问题，应抓住重点，以点带面。（6）充分利用现代高新技术和方法原则为了全面提升调查的技术水平及成果质量，应充分利用3S技术、先进的地球物理勘探方法和手段、测试技术、现代非线性数学方法以及传统有效的数学理论等(如AHP)。4.2 调查的技术手段和方法（1）遥感技术(RS)由于遥感技术能动态、周期性地

16、获取地表信息，广泛应用于各个领域。RS主要是针对大面积区域宏观解释，可形成不同比例尺所需要的航卫片解译结果。利用航、卫片进行解译，具有直观、真实、准确、实效性强等特点，可大大提高工作效率和质量。（2）全球卫星定位系统(GPS)GPS是利用导航卫星进行授时和测距的全球定位系统。由于GPS具有全天候、全球覆盖和高精度的优良性能，而且其用户设备无源工作，体积小，重量轻，耗电少，使用方便和价格低廉，因此，GPS的应用越来越广泛。在矿山环境野外调查中，可采用GPS定位仪进行矿山环境三维坐标数据的现场采集工作。（3） 地理信息系统技术(GIS)由于矿山环境的许多问题都是由多种空间域因子共同作用的结果，而G

17、IS本身又具有强大的空间分析操作功能和多源多因素信息复合叠加技术，因此GIS完全可以实现对矿山环境和生态问题进行动态模拟与评价的目的。（4）水文地质与岩土力学试验水文地质与岩土力学试验类型很多，是矿山环境调查的重要手段之一，许多调查成果的基础数据和资料，均需水文地质与岩土力学试验而获得。在矿山环境调查工作中，水文地质试验主要包括水质测试、淋滤试验、浸泡试验、土壤污染试验、溶质迁移与富集规律试验等；岩土力学试验主要包括室外原位力学试验和室内岩土物理力学性质试验等。（5）长期动态监测矿山环境的长期动态监测，对于深入认识矿区环境主控因素和相互间关系以及地质环境演变规律等，均具有重要的意义。矿山环境监

18、测的主要对象包括：地面变形、地表水、地下水、土壤、大气等；监测的主要内容包括：水质、水位、水温、径流量、泉流量、应力、应变、壤土质量和大气质量等；监测的主要任务包括：正确布设动态监测网点，规定动态监测时间和监测频率，分析动态监测数据资料，预测预报矿山环境演化规律等。（6）地球物理勘探在矿山环境调查中常用的地球物理勘探方法包括地面物探方法和地球物理测井两大类。（7）人工神经网络法(ANN)由于矿山环境问题的发生往往具有不确定性、随机性和非线性等特征，故人工神经网络是较适合的一种评价处理方法。非线性人工神经网络方法在矿山泥石流、沙漠化、水土流失等矿山环境区划评价预测中具有非常重要的意义。（8）层次

19、分析法(AHP)AHP法是一种定性与定量相结合的决策分析方法，它是一种将决策者对复杂系统的决策思维过程模型化、数量化的过程。在矿山环境问题评价中，AHP方法可对各问题的各个主控因素的影响程度做出权重量化评价。5 结语在矿产资源合理开发利用的同时，保护矿山地质环境和修复被破坏的矿山地质环境显重要，这也为新兴的应用性学科矿山环境地质学带来了前所未有的发展机遇。通过矿山地质环境调查评价、动态监测和专题研究，促进矿山环境地质学的创新与发展，达到矿产资源开发与矿山地质环境保护协调发展的目的。矿山环境地质调查是矿山环境研究中最重要的前期内容，也是矿山环境评价、保护与恢复治理和信息系统开发研制等矿山环境后续研究的基础。矿山环境地质调查的基本原则就是区域展开、重点突破、吸取前人成果、结合高新技术。3S技术、野外和室内测试试验、长观动态监测和地球物理勘探等是矿山环境调查的主要技术手段和方法。在矿山地质环境调查基础上，通过定量评价，编制矿山地质环境防治区划，对于实施矿业可持续发展具有重要作用。水工环所2010-4-29