我国矿山环境地质问题类型划分研究
武 强
(中国矿业大学, 北京 100083)
摘要:根据矿种类型、矿山开发阶段和矿山存在问题性质的不同, 提出了我国矿山环境地质问题类型的3种划分方案。依据矿种所进行的矿山环境地质问题类型划分方案, 虽然较为详细具体, 但有些问题是相互重复的; 依据矿山开发阶段所进行的划分方案, 虽然刻画了矿山开发演变整个历史过程中所面临的不同问题, 但较为宏观简单; 依据矿山自身存在问题的性质的划分方案较为适用。文章最后系统分析了依据问题性质而划分的矿山环境地质问题各类型的特征。关键词:矿山地质环境; 类型划分; 矿种; 矿山开发;
中图分类号:P64114; T D167;X 14 文献标识码:A 文章编号:100023665(2003) 05201072 矿产资源是国民经济、社会发展和人民生活的重要物质基础。据有关资料, 我国95%左右的一次性能源、80%以上的工业原料、大部分农业生产资料和的饮用水均取自于矿产资源。迄今, 的矿种数量达到182种。整的矿山仅, , 已建1812万个, 遍布全
[1国2000多个县() 丰富、矿种比较齐全的少数国家之一,20多种矿产探
[2]
明储量居世界前列。
矿山环境地质问题类型划分是环境地质学和矿床水文地质学理论的重要组成部分, 是现代环境地质学的一个重要研究课题。对众多复杂的矿山环境地质问题实施科学的分类研究, 不仅使现代环境地质学在理论基础上得以进一步完善和发展, 更重要的是可有效地指导矿山地质环境调查、评估评价、预测预报和保护
[3]
与复坑治理等工作。
1. 3, 虽然较为详细具体, 但有些问题相互重复; 依据矿山开发阶段的划分方案虽然刻画了矿山在整个开发演变历史过程中所面临的不同问题, 但较为宏观、简单; 依据矿山自身存在问题的性质的划分方案较为适用、可行。下面就依据问题性质所划分的“三废”、地面变形、矿山排(突) 水、供水、生态环保三者之间的矛盾、沙漠化和水土流失等问题, 对其环境地质特征作一剖[4]
析。2. 1 “三废”问题
矿山环境地质的“三废”问题包括固相废弃物、液相废弃物和气相废弃物。
(1) 固相废弃物 固相废弃物堆积是矿山地质环境面临的一个主要问题, 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。固相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; 在我国固相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) 液相废弃物 矿山液相废弃物一般是指在矿山勘探、开采、采后和洗选过程中所产生的废水。如按污染水所含的污染物性质来划分, 液相废弃物可划分为无机无毒水、无机有毒水、有机无毒水和有机有毒水4大类型。无机无毒液相废弃物主要包括酸性水、高硬度水、高混浊水和含氮磷的富营养化水等; 无机有毒液相废弃物主要包括重金属污染水(汞、镉、铅、锌、
1 矿山环境地质问题类型划分方案
划分依据不同, 矿山环境地质问题类型划分方案
就不同。下面介绍3类划分方案。1. 1 依据矿山存在问题性质的分类(不考虑工业灾害问题) 表1。112 依据矿种类型的分类表2。
收稿日期:2003203218; 修订日期:2003206226
基金项目:教育部跨世纪优秀人才基金(2001-3) 和教育部青
年骨干教师基金(2000-65) 资助
作者简介:武强(19592) , 男, 教授, 博导, 从事水文地质、环境地
质研究。
表1 依据矿山存在问题性质的分类方案
T able 1 Classification table b ased on the problem natures existed in mines
煤矸石的占地、边坡、
淋滤污染、风化扬尘和自燃问题粉煤灰的占地、边坡、淋滤污染和风化扬尘问题
固相废弃物
排水场的占地、边坡、淋滤污染和风化扬尘问题废石渣的占地、边坡、淋滤污染和风化扬尘问题尾矿库的占地、边坡、淋滤污染和风化扬尘问题
铀矿废弃物的放射性、占地、边坡、淋滤污染和风化扬尘问题
酸性水
无机无毒水
高硬度水高混浊水放射性污染水
重金属污染水(汞、镉、铅、锌、铬等)
无机有毒水氢化物污染水
三废”问题液相废弃物
含有机氯物污染水
煤及矸石自燃产生废气问题沙漠化导致的扬尘问题采场或排土场的风化扬尘问题
气相废弃物
天然气自燃问题煤层气自燃问题
二氧化碳气田的大气污染问题富含黄铁矿成份的铁矿废石自燃问题井下粉尘问题冒落式沉陷
矿山环境
地质问题
开采沉陷沉陷式沉陷
地堑式沉陷
地面沉降岩溶塌陷
地面变形边坡稳定
泥石流崩塌地裂缝
地形地貌景观破坏
岩溶矿床
矿山排(突) 水、供水、生态环保三者之间的矛盾
华北型煤田底板岩溶突水矽卡岩型矿床周边充水
西北采煤保水问题
沙漠化
西北干旱半干旱矿山沙漠化问题油田沙漠化问题
水土流失问题
表2 依据矿种类型的分类方案
T able 2 Classification table b ased on mine types
表3 依据矿山开发阶段的分类方案
T able 3 Classification table b ased on mine
developing stages 新建矿山
对矿山地质环境作出预测评估和保护与复垦治理规划
占地
边坡稳定
矸石山的五大效应淋滤污染
自燃风化扬尘
采场、排场风化扬尘
露天开采
采场、排土场边坡稳定区域地下水位下降回填二次污染采场逆温效应
占地边坡稳定
矸石山的五大效应淋滤污染
煤矿风化扬尘
自燃
地下采矿诱发地震泥石流
矿坑排水诱发的地面岩溶塌陷井下粉尘
冒落式
井工开采开采沉陷沉陷式
地堑式
地裂缝
矿井排水诱发排、供、占地
边坡稳定
淋滤污染四大效应问题
风化扬尘
矽卡岩型矿床周边充水问题开采沉陷地面岩溶塌陷
金属矿
崩塌问题
地裂缝(山体开裂) 泥石流问题边坡稳定问题洗、选矿废水引起水环境重金属和氢化物、氟化物污染问题
富含黄铁矿成份的铁矿废石自燃问题
占地
废石渣堆积和尾矿库边坡稳定
淋滤污染四大效应
风化扬尘
开采沉陷
地裂缝(山体开裂)
非金属矿地下水均衡失调
废水排放对土壤、水环境污染边坡稳定问题泥石流
地面岩溶塌陷崩塌
土壤、水环境有机污染地面沉降
石油、天然气地裂缝
土地沙漠化
自燃造成的大气污染问题山岩裸露
山体自然景观破坏边坡稳定问题
建材矿
崩塌泥石流风化扬尘
矿山环境生产矿山[见矿山环境地质问题分类地质问题
地下水串层污染问题
闭坑矿山水位上升诱发负效应问题
威胁相邻生产矿山安全
铬等) 、氰化物污染水和氟化物污染水等; 有机无毒液相废弃物主要包括含碳水化合物或脂肪污染水; 有机有毒液相废弃物主要包括含多氯联苯或有机氯污染水等。如按污染水类型来划分, 、重金属污染水[5]
(3 根据气相废弃物的类型, 可将
、矸石、富含黄铁矿成份的铁矿废石自燃产生的废气、沙漠化导致的扬尘、采场或排土场的风化扬尘、井下粉尘、天然气或煤层气自燃以及二氧化碳气田产生的废气等。气相废弃物对大气环境质量的影响主要包括总悬浮颗粒(TSP ) 、硫氧化物、碳氧化物、氮氧化物和碳氢化合物等。212 地面变形问题
(1) 开采沉陷 煤等有用矿产资源被采出后, 开
矿山环境地质问题
采区域周围岩体的原始地应力平衡遭到破坏, 随着开采工程活动进行, 地应力将重新分布并达到新的平衡。在此过程中, 矿体周围岩层或地表将经历一个连续移动、变形和非连续破坏(开裂、冒落等) 的复杂过程。这种现象称之为“开采沉陷”。开采沉陷可划分为冒落式、沉陷式和地堑式三种类型。煤炭是重要的层状有用矿物, 它的井工开采必然会引起岩层或地表的下沉, 导致大量土地的沉陷, 我们将这种现象称之为“采煤沉陷”, 形成的沉陷区(土地) 称之为
[6]
“采煤沉陷区(土地) ”。
开采沉陷作为一种外生地质灾害, 破坏耕地, 损坏地面建筑物, 给工农业生产带来严重威胁, 并严重影响着生态环境, 产生了十分突出的社会经济矛盾。更严重的是它不仅表现为近期的经济损失与危害, 由此引起地貌改造和地质作用过程所导致的环境问题将影响到子孙后代, 目前已成为环境工程学和环境岩土工程学研究的重要课题。
(2) 地面岩溶塌陷 在覆盖型岩溶表面, 一般多
分布有岩溶空间, 加之现代地下水的不断溶蚀, 常形成不同规模被水或部分松散物充填的排水前相对平衡稳定的隐含空隙。在这些地区的矿产资源开发中, 对威胁矿山安全生产的岩溶充水含水层一般均需疏排水, 将其地下水位疏降到安全开采标高以下, 以确保矿井安全生产, 达到消除水患威胁的目的。岩溶充水含水层地下水位的大幅度下降, 使得覆盖型岩溶地区上覆的松散含水层与其岩溶充水含水层的地下水位差逐渐拉大, 松散含水层地下水将补给下伏低水压的岩溶含水层, 同时松散含水层中一些细颗粒物质也随补给速度的逐渐增大, 而运移至下伏含水层的隐含空隙中。久而久之, 随着这种潜蚀作用的不断增强, 隐含空隙将逐渐向地面发育扩大, 当空隙发育到地表时, 就产生了地面岩溶塌陷, 这就是岩溶塌陷机理的潜蚀说。当然, 地面岩溶塌陷机理十分复杂, 其形成还有其它的成因假说, 如真空吸蚀说、重力说冲暴说等。
(3) 地面沉降 油、卤水、, 气、资源开采过程中, 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。
(4) 边坡 矿山环境地质的边坡问题除了固体废弃物堆积边坡外, 还包括露天采坑边坡、排土(岩) 场边坡、尾矿库边坡和矿山边坡。
关于边坡问题研究, 有些学者认为只要堆积的边坡或者人工开挖边坡的角度越小, 稳定性就越好。但这势必又造成对土地资源的浪费, 也直接影响到矿井
[7]
开采的产量。因此, 在对边坡稳定性研究时, 必须考虑到人工开挖的土(石) 、煤及其矸石占地小, 要求边坡具有较大的角度, 但又不会导致滑坍, 这就使得研究边坡问题转化为研究边坡角和边坡的稳定性问题。正确地确定在一定条件下的边坡角大小, 使工程
[8]
建设符合安全、经济合理原则, 是十分必要的。
(5) 地裂缝 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。在沉陷盆地外边缘区产生的拉张裂缝也是呈规律分布, 一般呈直线或弧线型分布在采空区边界上, 大致与工作面相互平行, 而在工作面两端也可能产生拉张地裂隙, 裂隙方向大致与工作面方向垂直。由大型煤矿开
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。而中小煤矿开采引起的地裂缝规模较小, 在地表分布规模也并不很明显, 特别是小型煤矿开采, 任其顶板自由跨落, 在地表常出现串珠状小陷坑, 从地面上看裂缝并没有完全贯通, 这就是小型煤矿不规则采煤在地表造成破坏的表现, 这种地表裂缝一般为中小型裂缝。丘陵山区的金属、非金属或建材矿山不合理开发也极易造成地面裂缝或山体开裂。
(6) 崩塌 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。另外在矿常发生。, 长江西陵峡链子崖) , , 也与小规模开采崖下二叠; 崩塌也可在地下井巷中出现, 如、山体开裂和崩塌等。
(7) 泥石流 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。矿山泥石流形成除与开山采矿、废石矿渣堆放等采矿工程活动有关外, 地形、地质、水文、气象条件和人为滥砍山林等也是其重要影响因素。2. 3
矿山排(突) 水、供水、生态环保三者之间矛盾
(1) 岩溶充水矿床 岩溶充水矿床的排水、供水、生态环保三者之间的矛盾问题主要包括两大类型, 即华北型煤田的底板突(涌) 水诱发的矛盾和矽
[9]
卡岩型矿床周边充水诱发的矛盾。矿井水既是威胁矿山安全生产的一个重要隐患和一个污染水源, 但同时也是十分宝贵的自然资源。合理开发利用矿井水并使其资源化研究, 从可持续发展和大系统理论出发, 把矿区的排水、供水和生态环境保护作为一个整体进行研究, 建立统一的科学模式———排、供、生态环保三位一体优化结合, 在整体生态环境脆弱和水资源缺乏的我国是十分重要。
所谓三位一体优化结合总的技术思路是既考虑排水子系统的疏降效果和安全运营, 又考虑供水子系统的供水需求和生态环保子系统的质量要求; 其技术手段是通过各类集水建筑物运营, 控制矿区各充水含水
层地下水水位, 使其不仅保证矿山安全生产和生态环境质量, 而且确保矿区及其周围地区的供水需求, 这是管理模型的水力要素部分; 同时根据不同供水用户的需求, 通过比较不同供水目标的经济效益, 自动优化设计具体供水方案, 这是管理模型的经济要素部分。三位一体结合的优化管理模型, 将从经济和水力两个方面对系统控制的可行性和可靠性作出评价预测。
(2) 西北采煤保水 我国西北榆神府煤田煤炭资源丰富, 煤层厚, 煤质好, 煤层赋存的突出特点是埋藏浅, 在东部的神北、新民、东胜矿区, 埋深在10～100m 不等, 最下部煤层埋深也仅300m 。在中部的榆神、金麻等矿区, 埋深为30～500m 。其余地区埋深为150～600m 。目前及今后相当长时期内, 主要开采煤层的埋深均在100m 左右。
水层———萨拉乌苏组(Q 3) 和烧变岩(J 2) , 它们均上覆于浅部主采煤层间距只有10～, 含水层底部, , 迫含水层疏干, 造成植被枯死, 土地沙化, 水土流失, 使当地生态环境趋于恶化。因此, 如何实现既采煤又保水, 达到煤、水资源科学合理的共同开发, 成为煤、水双资源矿井, 是值得研究的重要问题。2. 4 沙漠化问题我国矿区沙漠化问题主要可划分为两大类, 即西北干旱半干旱区煤矿山沙漠化问题和油田沙漠化问题。矿区土地沙漠化致灾因子可划分为自然和人为两类。自然因子主要包括:地貌类型(地形) 、潜水位埋深、降雨量大小(不同年度) 、土壤类型(表土成分) 和风力(起沙风次数Π年) 等; 而人为因子包括:矿山开发面积和植被覆盖面积等。2. 5 水土流失问题
水土流失可划分为水力侵蚀和风力侵蚀两类。水力侵蚀的主要致灾因子包括:矿山开发面积、土地抗蚀能力、暴雨强度(具有侵蚀力次数Π年) 、地貌类型、地形坡度、植被覆盖率(面积) 、水土保持管理水平、沟壑密度和土地利用类型等; 风力侵蚀的主要
致灾因子包括:矿山开发面积、土地抗蚀能力、地貌类型、植被覆盖率(面积) 、水土保持管理水平、风力强度和土地利用类型等。
3 结语
(1) 矿山环境地质问题分类研究, 不仅在基础理
论上进一步补充和完善了现代环境地质学, 而且在实践应用中可有效指导矿山地质环境调查、评价预测和保护与复坑治理等工作, 具有重要的理论指导意义和实用价值。
(2) 矿山环境地质问题分类的依据主要包括:矿种、。
(3) , ; 依, 但较为宏观和简单; 。参考文献:
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[3] 武强1华北型煤田矿床水文地质类型划分及其在
突水灾害中的意义[J]1中国地质灾害与防治学报, 1992, (2) :95-961
[4] 武强、董东林、傅耀军1西北煤矿山地质环境的
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69-711
[5] 《环境科学》编委会1环境科学[M ]1北京:
科学出版社, 19841
[6] 何国清1矿山开采沉陷学[M]1徐州:中国矿
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[7] 孙广忠1岩体结构力学[M]1北京:科学出版
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[8] 滑坡文集编委会1滑坡文集(第四集) [M]1北
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1水文地质工程地质, 2003, 30(1) :96-991
Study of classification of geologic environmental
problems in mines in China
Wu Qiang
(Beijing Campus , China Univer sity o f Mining and Technology , Beijing 100083, China )
Abstract :According to mine types , mine developing stages and different problems which the mines face , three kinds of classification schemes for geologic environmental problems in mines in China are put forward in this pa 2per. Although the scheme according to the mine types covers the problems in detail , s ome geologic environmen 2tal problems are discussed repeatedly. The one on the basis of mine developing stages , although the various problems which the mines face in the whole mining history it classifi 2cation scheme in the light of problem natures existing in the is , of each kind of geologic environmental problems in mines , problem na 2tures , are analyzed systematically in this paper.
K ey w ords :geologic ; ; mine developing
编辑:吴霞芬
975万群众期盼清泉水
在川东渝西及滇中滇西地区, 广泛分布着在侏罗纪、白垩纪干热气温条件下形成的以泥岩和泥质粉
2
砂岩为主的红色岩层, 总面积29155万km , 涉及163个县(市、区) ,5459万人口, 其中常年缺水的人口达97515万多人。这片红层地区, 由于地质及水文、气候等多种因素的影响, 区内水土涵养条件差, 旱灾频繁, 水资源短缺, 严重制约了社会经济的发展和生态环境的改善。
四川省中东部的红层丘陵区,1998年干旱持续了30天以上, 部分地区因春、夏连旱, 延续干旱时间竟达一年之久, 许多中、小水库相继干涸
, 大、中型水库蓄水下降到死库容水位以下, 溪沟、河流枯竭。重庆市荣昌县红层地区的铜鼓镇有个高山村, 干旱时节水井干枯田头干裂, 村民要走1个多小时到2km 以外的山下找水, 外村人视他们为偷水, 甚至发生过打架斗殴事件。当地流传着一句民谣:有女不嫁铜鼓山, 红苕好吃水难担, 要想吃顿白米饭, 等到腊月三十天。云南省中部红层地区, 广大山区群众长期被生活饮用水缺乏所困, 溪沟水、田塘水成为当地一部分农民长期赖以生存的生活饮用水源, 卫生条件及水质极差。贵州省的赤水和匀水两县, 红层分布广泛, 区内交通不甚方便, 水资源匮乏, 旱灾频繁发生, 人畜饮用水困难, 给当地人民的脱贫致富造成极大的困难, 已成为该区社会经济发展的严重障碍。
红层地区群众, 饱受缺水煎熬, 他们长期饮用污染严重的地表水, 致使肝炎、痢疾等疾病发病率高, 严重影响着身体健康。为寻找清洁卫生的水源, 提高缺水地区人们生活饮用水的质量, 向红层要水, 是水文地质工作者义不容辞的职责。
摘自《中国地质调查局网》
我国矿山环境地质问题类型划分研究
武 强
(中国矿业大学, 北京 100083)
摘要:根据矿种类型、矿山开发阶段和矿山存在问题性质的不同, 提出了我国矿山环境地质问题类型的3种划分方案。依据矿种所进行的矿山环境地质问题类型划分方案, 虽然较为详细具体, 但有些问题是相互重复的; 依据矿山开发阶段所进行的划分方案, 虽然刻画了矿山开发演变整个历史过程中所面临的不同问题, 但较为宏观简单; 依据矿山自身存在问题的性质的划分方案较为适用。文章最后系统分析了依据问题性质而划分的矿山环境地质问题各类型的特征。关键词:矿山地质环境; 类型划分; 矿种; 矿山开发;
中图分类号:P64114; T D167;X 14 文献标识码:A 文章编号:100023665(2003) 05201072 矿产资源是国民经济、社会发展和人民生活的重要物质基础。据有关资料, 我国95%左右的一次性能源、80%以上的工业原料、大部分农业生产资料和的饮用水均取自于矿产资源。迄今, 的矿种数量达到182种。整的矿山仅, , 已建1812万个, 遍布全
[1国2000多个县() 丰富、矿种比较齐全的少数国家之一,20多种矿产探
[2]
明储量居世界前列。
矿山环境地质问题类型划分是环境地质学和矿床水文地质学理论的重要组成部分, 是现代环境地质学的一个重要研究课题。对众多复杂的矿山环境地质问题实施科学的分类研究, 不仅使现代环境地质学在理论基础上得以进一步完善和发展, 更重要的是可有效地指导矿山地质环境调查、评估评价、预测预报和保护
[3]
与复坑治理等工作。
1. 3, 虽然较为详细具体, 但有些问题相互重复; 依据矿山开发阶段的划分方案虽然刻画了矿山在整个开发演变历史过程中所面临的不同问题, 但较为宏观、简单; 依据矿山自身存在问题的性质的划分方案较为适用、可行。下面就依据问题性质所划分的“三废”、地面变形、矿山排(突) 水、供水、生态环保三者之间的矛盾、沙漠化和水土流失等问题, 对其环境地质特征作一剖[4]
析。2. 1 “三废”问题
矿山环境地质的“三废”问题包括固相废弃物、液相废弃物和气相废弃物。
(1) 固相废弃物 固相废弃物堆积是矿山地质环境面临的一个主要问题, 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。固相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; 在我国固相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) 液相废弃物 矿山液相废弃物一般是指在矿山勘探、开采、采后和洗选过程中所产生的废水。如按污染水所含的污染物性质来划分, 液相废弃物可划分为无机无毒水、无机有毒水、有机无毒水和有机有毒水4大类型。无机无毒液相废弃物主要包括酸性水、高硬度水、高混浊水和含氮磷的富营养化水等; 无机有毒液相废弃物主要包括重金属污染水(汞、镉、铅、锌、
1 矿山环境地质问题类型划分方案
划分依据不同, 矿山环境地质问题类型划分方案
就不同。下面介绍3类划分方案。1. 1 依据矿山存在问题性质的分类(不考虑工业灾害问题) 表1。112 依据矿种类型的分类表2。
收稿日期:2003203218; 修订日期:2003206226
基金项目:教育部跨世纪优秀人才基金(2001-3) 和教育部青
年骨干教师基金(2000-65) 资助
作者简介:武强(19592) , 男, 教授, 博导, 从事水文地质、环境地
质研究。
表1 依据矿山存在问题性质的分类方案
T able 1 Classification table b ased on the problem natures existed in mines
煤矸石的占地、边坡、
淋滤污染、风化扬尘和自燃问题粉煤灰的占地、边坡、淋滤污染和风化扬尘问题
固相废弃物
排水场的占地、边坡、淋滤污染和风化扬尘问题废石渣的占地、边坡、淋滤污染和风化扬尘问题尾矿库的占地、边坡、淋滤污染和风化扬尘问题
铀矿废弃物的放射性、占地、边坡、淋滤污染和风化扬尘问题
酸性水
无机无毒水
高硬度水高混浊水放射性污染水
重金属污染水(汞、镉、铅、锌、铬等)
无机有毒水氢化物污染水
三废”问题液相废弃物
含有机氯物污染水
煤及矸石自燃产生废气问题沙漠化导致的扬尘问题采场或排土场的风化扬尘问题
气相废弃物
天然气自燃问题煤层气自燃问题
二氧化碳气田的大气污染问题富含黄铁矿成份的铁矿废石自燃问题井下粉尘问题冒落式沉陷
矿山环境
地质问题
开采沉陷沉陷式沉陷
地堑式沉陷
地面沉降岩溶塌陷
地面变形边坡稳定
泥石流崩塌地裂缝
地形地貌景观破坏
岩溶矿床
矿山排(突) 水、供水、生态环保三者之间的矛盾
华北型煤田底板岩溶突水矽卡岩型矿床周边充水
西北采煤保水问题
沙漠化
西北干旱半干旱矿山沙漠化问题油田沙漠化问题
水土流失问题
表2 依据矿种类型的分类方案
T able 2 Classification table b ased on mine types
表3 依据矿山开发阶段的分类方案
T able 3 Classification table b ased on mine
developing stages 新建矿山
对矿山地质环境作出预测评估和保护与复垦治理规划
占地
边坡稳定
矸石山的五大效应淋滤污染
自燃风化扬尘
采场、排场风化扬尘
露天开采
采场、排土场边坡稳定区域地下水位下降回填二次污染采场逆温效应
占地边坡稳定
矸石山的五大效应淋滤污染
煤矿风化扬尘
自燃
地下采矿诱发地震泥石流
矿坑排水诱发的地面岩溶塌陷井下粉尘
冒落式
井工开采开采沉陷沉陷式
地堑式
地裂缝
矿井排水诱发排、供、占地
边坡稳定
淋滤污染四大效应问题
风化扬尘
矽卡岩型矿床周边充水问题开采沉陷地面岩溶塌陷
金属矿
崩塌问题
地裂缝(山体开裂) 泥石流问题边坡稳定问题洗、选矿废水引起水环境重金属和氢化物、氟化物污染问题
富含黄铁矿成份的铁矿废石自燃问题
占地
废石渣堆积和尾矿库边坡稳定
淋滤污染四大效应
风化扬尘
开采沉陷
地裂缝(山体开裂)
非金属矿地下水均衡失调
废水排放对土壤、水环境污染边坡稳定问题泥石流
地面岩溶塌陷崩塌
土壤、水环境有机污染地面沉降
石油、天然气地裂缝
土地沙漠化
自燃造成的大气污染问题山岩裸露
山体自然景观破坏边坡稳定问题
建材矿
崩塌泥石流风化扬尘
矿山环境生产矿山[见矿山环境地质问题分类地质问题
地下水串层污染问题
闭坑矿山水位上升诱发负效应问题
威胁相邻生产矿山安全
铬等) 、氰化物污染水和氟化物污染水等; 有机无毒液相废弃物主要包括含碳水化合物或脂肪污染水; 有机有毒液相废弃物主要包括含多氯联苯或有机氯污染水等。如按污染水类型来划分, 、重金属污染水[5]
(3 根据气相废弃物的类型, 可将
、矸石、富含黄铁矿成份的铁矿废石自燃产生的废气、沙漠化导致的扬尘、采场或排土场的风化扬尘、井下粉尘、天然气或煤层气自燃以及二氧化碳气田产生的废气等。气相废弃物对大气环境质量的影响主要包括总悬浮颗粒(TSP ) 、硫氧化物、碳氧化物、氮氧化物和碳氢化合物等。212 地面变形问题
(1) 开采沉陷 煤等有用矿产资源被采出后, 开
矿山环境地质问题
采区域周围岩体的原始地应力平衡遭到破坏, 随着开采工程活动进行, 地应力将重新分布并达到新的平衡。在此过程中, 矿体周围岩层或地表将经历一个连续移动、变形和非连续破坏(开裂、冒落等) 的复杂过程。这种现象称之为“开采沉陷”。开采沉陷可划分为冒落式、沉陷式和地堑式三种类型。煤炭是重要的层状有用矿物, 它的井工开采必然会引起岩层或地表的下沉, 导致大量土地的沉陷, 我们将这种现象称之为“采煤沉陷”, 形成的沉陷区(土地) 称之为
[6]
“采煤沉陷区(土地) ”。
开采沉陷作为一种外生地质灾害, 破坏耕地, 损坏地面建筑物, 给工农业生产带来严重威胁, 并严重影响着生态环境, 产生了十分突出的社会经济矛盾。更严重的是它不仅表现为近期的经济损失与危害, 由此引起地貌改造和地质作用过程所导致的环境问题将影响到子孙后代, 目前已成为环境工程学和环境岩土工程学研究的重要课题。
(2) 地面岩溶塌陷 在覆盖型岩溶表面, 一般多
分布有岩溶空间, 加之现代地下水的不断溶蚀, 常形成不同规模被水或部分松散物充填的排水前相对平衡稳定的隐含空隙。在这些地区的矿产资源开发中, 对威胁矿山安全生产的岩溶充水含水层一般均需疏排水, 将其地下水位疏降到安全开采标高以下, 以确保矿井安全生产, 达到消除水患威胁的目的。岩溶充水含水层地下水位的大幅度下降, 使得覆盖型岩溶地区上覆的松散含水层与其岩溶充水含水层的地下水位差逐渐拉大, 松散含水层地下水将补给下伏低水压的岩溶含水层, 同时松散含水层中一些细颗粒物质也随补给速度的逐渐增大, 而运移至下伏含水层的隐含空隙中。久而久之, 随着这种潜蚀作用的不断增强, 隐含空隙将逐渐向地面发育扩大, 当空隙发育到地表时, 就产生了地面岩溶塌陷, 这就是岩溶塌陷机理的潜蚀说。当然, 地面岩溶塌陷机理十分复杂, 其形成还有其它的成因假说, 如真空吸蚀说、重力说冲暴说等。
(3) 地面沉降 油、卤水、, 气、资源开采过程中, 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。
(4) 边坡 矿山环境地质的边坡问题除了固体废弃物堆积边坡外, 还包括露天采坑边坡、排土(岩) 场边坡、尾矿库边坡和矿山边坡。
关于边坡问题研究, 有些学者认为只要堆积的边坡或者人工开挖边坡的角度越小, 稳定性就越好。但这势必又造成对土地资源的浪费, 也直接影响到矿井
[7]
开采的产量。因此, 在对边坡稳定性研究时, 必须考虑到人工开挖的土(石) 、煤及其矸石占地小, 要求边坡具有较大的角度, 但又不会导致滑坍, 这就使得研究边坡问题转化为研究边坡角和边坡的稳定性问题。正确地确定在一定条件下的边坡角大小, 使工程
[8]
建设符合安全、经济合理原则, 是十分必要的。
(5) 地裂缝 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。在沉陷盆地外边缘区产生的拉张裂缝也是呈规律分布, 一般呈直线或弧线型分布在采空区边界上, 大致与工作面相互平行, 而在工作面两端也可能产生拉张地裂隙, 裂隙方向大致与工作面方向垂直。由大型煤矿开
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。而中小煤矿开采引起的地裂缝规模较小, 在地表分布规模也并不很明显, 特别是小型煤矿开采, 任其顶板自由跨落, 在地表常出现串珠状小陷坑, 从地面上看裂缝并没有完全贯通, 这就是小型煤矿不规则采煤在地表造成破坏的表现, 这种地表裂缝一般为中小型裂缝。丘陵山区的金属、非金属或建材矿山不合理开发也极易造成地面裂缝或山体开裂。
(6) 崩塌 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。另外在矿常发生。, 长江西陵峡链子崖) , , 也与小规模开采崖下二叠; 崩塌也可在地下井巷中出现, 如、山体开裂和崩塌等。
(7) 泥石流 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。矿山泥石流形成除与开山采矿、废石矿渣堆放等采矿工程活动有关外, 地形、地质、水文、气象条件和人为滥砍山林等也是其重要影响因素。2. 3
矿山排(突) 水、供水、生态环保三者之间矛盾
(1) 岩溶充水矿床 岩溶充水矿床的排水、供水、生态环保三者之间的矛盾问题主要包括两大类型, 即华北型煤田的底板突(涌) 水诱发的矛盾和矽
[9]
卡岩型矿床周边充水诱发的矛盾。矿井水既是威胁矿山安全生产的一个重要隐患和一个污染水源, 但同时也是十分宝贵的自然资源。合理开发利用矿井水并使其资源化研究, 从可持续发展和大系统理论出发, 把矿区的排水、供水和生态环境保护作为一个整体进行研究, 建立统一的科学模式———排、供、生态环保三位一体优化结合, 在整体生态环境脆弱和水资源缺乏的我国是十分重要。
所谓三位一体优化结合总的技术思路是既考虑排水子系统的疏降效果和安全运营, 又考虑供水子系统的供水需求和生态环保子系统的质量要求; 其技术手段是通过各类集水建筑物运营, 控制矿区各充水含水
层地下水水位, 使其不仅保证矿山安全生产和生态环境质量, 而且确保矿区及其周围地区的供水需求, 这是管理模型的水力要素部分; 同时根据不同供水用户的需求, 通过比较不同供水目标的经济效益, 自动优化设计具体供水方案, 这是管理模型的经济要素部分。三位一体结合的优化管理模型, 将从经济和水力两个方面对系统控制的可行性和可靠性作出评价预测。
(2) 西北采煤保水 我国西北榆神府煤田煤炭资源丰富, 煤层厚, 煤质好, 煤层赋存的突出特点是埋藏浅, 在东部的神北、新民、东胜矿区, 埋深在10～100m 不等, 最下部煤层埋深也仅300m 。在中部的榆神、金麻等矿区, 埋深为30～500m 。其余地区埋深为150～600m 。目前及今后相当长时期内, 主要开采煤层的埋深均在100m 左右。
水层———萨拉乌苏组(Q 3) 和烧变岩(J 2) , 它们均上覆于浅部主采煤层间距只有10～, 含水层底部, , 迫含水层疏干, 造成植被枯死, 土地沙化, 水土流失, 使当地生态环境趋于恶化。因此, 如何实现既采煤又保水, 达到煤、水资源科学合理的共同开发, 成为煤、水双资源矿井, 是值得研究的重要问题。2. 4 沙漠化问题我国矿区沙漠化问题主要可划分为两大类, 即西北干旱半干旱区煤矿山沙漠化问题和油田沙漠化问题。矿区土地沙漠化致灾因子可划分为自然和人为两类。自然因子主要包括:地貌类型(地形) 、潜水位埋深、降雨量大小(不同年度) 、土壤类型(表土成分) 和风力(起沙风次数Π年) 等; 而人为因子包括:矿山开发面积和植被覆盖面积等。2. 5 水土流失问题
水土流失可划分为水力侵蚀和风力侵蚀两类。水力侵蚀的主要致灾因子包括:矿山开发面积、土地抗蚀能力、暴雨强度(具有侵蚀力次数Π年) 、地貌类型、地形坡度、植被覆盖率(面积) 、水土保持管理水平、沟壑密度和土地利用类型等; 风力侵蚀的主要
致灾因子包括:矿山开发面积、土地抗蚀能力、地貌类型、植被覆盖率(面积) 、水土保持管理水平、风力强度和土地利用类型等。
3 结语
(1) 矿山环境地质问题分类研究, 不仅在基础理
论上进一步补充和完善了现代环境地质学, 而且在实践应用中可有效指导矿山地质环境调查、评价预测和保护与复坑治理等工作, 具有重要的理论指导意义和实用价值。
(2) 矿山环境地质问题分类的依据主要包括:矿种、。
(3) , ; 依, 但较为宏观和简单; 。参考文献:
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Study of classification of geologic environmental
problems in mines in China
Wu Qiang
(Beijing Campus , China Univer sity o f Mining and Technology , Beijing 100083, China )
Abstract :According to mine types , mine developing stages and different problems which the mines face , three kinds of classification schemes for geologic environmental problems in mines in China are put forward in this pa 2per. Although the scheme according to the mine types covers the problems in detail , s ome geologic environmen 2tal problems are discussed repeatedly. The one on the basis of mine developing stages , although the various problems which the mines face in the whole mining history it classifi 2cation scheme in the light of problem natures existing in the is , of each kind of geologic environmental problems in mines , problem na 2tures , are analyzed systematically in this paper.
K ey w ords :geologic ; ; mine developing
编辑:吴霞芬
975万群众期盼清泉水
在川东渝西及滇中滇西地区, 广泛分布着在侏罗纪、白垩纪干热气温条件下形成的以泥岩和泥质粉
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砂岩为主的红色岩层, 总面积29155万km , 涉及163个县(市、区) ,5459万人口, 其中常年缺水的人口达97515万多人。这片红层地区, 由于地质及水文、气候等多种因素的影响, 区内水土涵养条件差, 旱灾频繁, 水资源短缺, 严重制约了社会经济的发展和生态环境的改善。
四川省中东部的红层丘陵区,1998年干旱持续了30天以上, 部分地区因春、夏连旱, 延续干旱时间竟达一年之久, 许多中、小水库相继干涸
, 大、中型水库蓄水下降到死库容水位以下, 溪沟、河流枯竭。重庆市荣昌县红层地区的铜鼓镇有个高山村, 干旱时节水井干枯田头干裂, 村民要走1个多小时到2km 以外的山下找水, 外村人视他们为偷水, 甚至发生过打架斗殴事件。当地流传着一句民谣:有女不嫁铜鼓山, 红苕好吃水难担, 要想吃顿白米饭, 等到腊月三十天。云南省中部红层地区, 广大山区群众长期被生活饮用水缺乏所困, 溪沟水、田塘水成为当地一部分农民长期赖以生存的生活饮用水源, 卫生条件及水质极差。贵州省的赤水和匀水两县, 红层分布广泛, 区内交通不甚方便, 水资源匮乏, 旱灾频繁发生, 人畜饮用水困难, 给当地人民的脱贫致富造成极大的困难, 已成为该区社会经济发展的严重障碍。
红层地区群众, 饱受缺水煎熬, 他们长期饮用污染严重的地表水, 致使肝炎、痢疾等疾病发病率高, 严重影响着身体健康。为寻找清洁卫生的水源, 提高缺水地区人们生活饮用水的质量, 向红层要水, 是水文地质工作者义不容辞的职责。
摘自《中国地质调查局网》