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1、矿产资源开发与环境地质,环境地质学分论若干地质环境问题的论述,1 概述,人类从地表和地表深处开采出大量的矿石和围岩，改变和破坏了地球表面和岩石圈的自然平衡，使地质环境不断地改变和恶化，给生产建设和人民生活带来了很大的危害，称之为矿山环境地质问题。,锡矿山,废弃矿山污染土地,河南省汝阳县(尾矿库建在河中央，重金属污染）,河南省汝阳县(尾矿）,内蒙古扎赉诺尔煤矿是一个具有102 年建矿史的老矿,20城市600万吨铬渣污染数十年，将影响几代人,在河南省义马市区4公里处的铬渣场，图中黄色物质十分醒目，它便是铬渣遇水后产生的剧毒物质“六价铬”。这处数十万吨的铬渣已封存26年。 在上世纪50年代至八九十年
2、代，在化工企业带来红火利润的同时，也留下了600多万吨的工业废料铬渣，成堆存放在上海、苏州、广州、郑州等20多个城市周边。 铬渣中含有致癌物铬酸钙和剧毒物六价铬。这些铬渣堆大多没有防雨、防渗措施，经过几十年的雨水冲淋、渗透，正一天天地成为持久损害地下水和农田的污染源。,1.1 矿山的地下型环境地质问题,塌陷 矿震 瓦斯突出和爆炸 突水,（1）岩溶塌陷 在地下矿产开采中，由于矿坑的强疏排水及矿坑的突水、涌水等，使许多矿区产生了岩溶塌陷，从而造成建筑物裂缝倒塌、良田废弃、道路中断、村庄搬迁及矿产活动停止等。 据调查，华北、华东平原地区，每采万吨煤炭要塌陷土地3亩。目前每年约塌陷10万亩地，预计到2
3、000年，每年要塌陷18万亩。开滦煤矿塌陷的土地已达13万亩，徐州煤矿达8万亩，淮北煤矿5.7万亩，预计淮北煤矿今后还要塌陷12万亩，许多村庄可能出现农田全部塌完，变成无地可耕、无处迁村的局面。山西省统配煤矿的43对矿井，有29个矿井因采煤发生地面塌陷、裂缝、变形、面积37万亩。,一、塌陷,（2）采空区塌陷 采空区是由认为挖掘或天然地质运动在地表下产生的空洞。 地下采空区隐伏性强，空间分布规律性差，以及采空区顶板冒落塌陷难以预测，如何对这些特征进行量化评判，一直是工程技术人员评价采空区潜在危害性、合理确定采空区处置对策的技术难题。,我国有许多矿山地质和水文地质条件很复杂，采矿时对地下水必须进行
4、疏干排水，甚至要深降强排，由此而出现了一系列的地质环境问题，给矿山生产带来许多灾害。 首先是矿井突水事故不断发生。我国许多矿床的上覆和下伏地层为含水丰富的石灰岩，特别是北方石炭二叠纪煤系地层，不仅煤系内部有含水性强的地层，其下伏为巨厚的奥陶纪灰岩，这些矿床随着开采的延伸，地下水经深降强排，产生了巨大的水头差，使煤层受到来自下部灰岩地下水高水压（2060公斤）的威胁，在一些构造破碎带和隔水薄层的地段发生突水事故，严重地威胁着矿井和职工的生命安全。,二、水均衡系统破坏,第二，由于疏干排水，在许多岩溶充水矿区，引起地面塌陷，严重影响地面建筑、交通、农业，并使得大气降水、地表水渗入能力加强。 第三，在
5、我国沿海地区的有些矿区（如复州湾粘土矿、金州湾石棉矿等），因蔬干排水形成海水入侵，其入侵范围现仍在不断扩大，破坏了当地淡水资源，影响了植物生长。第四，某些矿山由于排水，疏干了附近的地表水，浅层地下水长期得不到补充恢复，影响植物生长，甚至形成土地石化和沙化，破坏生态。,二、水均衡系统破坏,三、瓦斯突出和爆炸瓦斯突出和爆炸是我国矿山生产建设中的重要地质灾害之一，仅煤矿的煤层和瓦斯突出，每年即发生1000次以上，突出强度有的大1000吨以上，强度与频率均居世界之首。瓦斯突出造成的恶性灾害，其损失是惊人的。,矿震可分为诱发构造型矿震、诱发塌陷型矿震及掌子面上的岩爆、煤爆诱发矿震等。,四、矿震,诱发构造
6、型矿震 受采矿影响，构造断裂发生活动所造成的矿震灾害。是由于采矿活动破坏了矿区构造活动的自然过程，使一些断裂构造发生强烈活动，积累的大量能量提前释放，引起地表振动的现象。构造型矿震可由采矿直接引起，亦可由强烈排水或抽水引起。,在深采区采矿形成的自由空间使周围岩体由原来的三向受压变成两向受压或单向受压，因此引起地应力的重新分布，在某些断裂构造带发生应力集中或形成高压异常带，当应力集中到一定程度时，发生能量突然释放，引起矿震。 2005年2月14日阜新矿业集团公司孙家湾煤矿海州立井挖煤导致地壳受力不均引发2.5级地震和瓦斯涌出，发生特大瓦斯爆炸事故，遇难人数升至210人仍有 5人失踪 。 2008
7、年7月30日9时20分许，辽宁阜新矿业集团恒大煤矿发生矿震，造成二人死亡五人被埋。,塌陷型地震由于采空区和顶板的陷落；通常震级低。 岩煤爆地压以小规模方式急剧释放的一种表现，往往出现在新开采的掌子面上。,1.2 矿山的地表型环境地质问题,一、露天开采引起的边坡失稳边坡稳定性与开挖坡度、高度及岩土体性质等因素有关。 山体开裂变形研究： 工程地质岩组 岩体结构 采矿引起地应力变化 变形对应性及其滑动破坏特征 水的作用,（1）崩塌,斜坡上的岩、土体在重力作用下突然脱离山体崩落、滚动，堆积在坡脚（或沟谷）的地质现象。 崩塌体与坡体的分离界面称为崩塌面，崩塌面往往就是倾角很大的界面，如节理、片理、劈理、
8、层面、破碎带等。,（2）滑坡,边坡岩体所在的地质环境：大气降水、风化作用、地震、矿区工程建设（边坡角、爆破或车辆震动）。 人为诱发的滑坡大致有4类： 人工开挖斜坡脚引起的滑坡 不合理剥采引起，剥采比越低，边坡角度越高 边坡加载 工业废水排放,崩塌和滑坡是露采矿山及采石场经常发生的突发性地质灾害。华东地区崩塌和滑坡影响面积达到5180.83ha,死亡人数达到158人，直接经济损失为6695.1万元。 如阜新海洲、平庄西露天、抚顺西露天、辽宁大孤山铁矿、湖北盐池河磷矿，都发生过较严重的滑坡和崩塌，少则几百立方米，多则几十万、几百万立方米，除造成运输和生产中断、附近建筑物遭受破坏外，严重地影响人民群
9、众的生命安全。,设计采用台阶开采，各级坡高、坡角和平台宽度要求基本合理。但在矿山继续开采过程中开挖斜坡，人为形成高陡边坡,使原来稳定的山坡变得不稳定，加剧了矿体围岩节理的发育程度，影响边坡的稳定性,导致局部可能形成危石；浅部土层在雨水冲刷浸润和重力作用下容易失稳。,故采场高边坡局部可能发生坠石、崩塌、滑坡等地质灾害。,二、矿区地面沉陷,包括地面下沉和地面塌陷。 1、矿区地表变形发展过程 凹地-随采空区扩大发展为凹陷盆地 其变形特征分3个区： 均匀下沉区（中间区） 移动区（危险变形区） 轻微变形区,2、矿区影响地表因素 矿层因素：埋深、矿层厚度、矿层倾角 岩性因素 地质构造因素 地下水因素 开采
10、条件因素,3、矿区地面塌陷分布特点 地面塌陷一般集中在下列部位： 浅层岩溶强烈发育地段 断裂破碎带及褶皱轴部 溶蚀洼地 覆盖层厚度较小，岩性为砂土、粉土砂砾碎石地段 硫化物矿产接触带 古河道带 地下水排泄点附近,4、减小地表变形及保证建筑物稳定的措施 减小地表变形：充填法处置顶板，及时充填；减少开采厚度或条带法开采；增大采空区宽度，使地表移动充分；控制开采速度，推进均匀。 保证建筑物稳定：建筑物场地选择地势较高地段；建筑物长轴垂直工作面推进方向；建筑物平面形状简单，以矩形为宜；基础底部位于同一标高和岩性均一的地层上，基础埋深不一时，采用台阶加强基础刚度和上部结构强度，场地选在地下水位低于基岩面
11、的地段设置在降落漏斗半径之外；避开抽水点地下水的主要补给区。,5、地面沉陷造成的危害破坏地表环境，损失标高； 损坏建筑物 破坏地下市政工程设施 矿井报废或灾难,徐州煤田经过100多年的开采,地表已形成了规模巨大的塌陷区，至2004年底，塌陷区总面积达到20744 ha，塌陷区地面下沉量一般在35 m，最大达9 m。煤矿采空塌陷区地裂缝十分发育，造成塌陷区工程设施、民房开裂损坏。 据统计，徐州地区因塌陷而搬迁的村庄有94个，共22 466户， 85 911人，搬迁工厂268个，拆迁补偿费达2.38亿元，还有30个行政村出现民房开裂，每年雨季有不少民房倒塌。 徐州煤田塌陷对农田造成巨大破坏。在贾汪
12、区，人均耕地由1951年的1986.67m2 降至目前的306.67 m2，不少村庄的耕地快要丧失殆尽，权台村目前人均耕地仅有16 m2。,三、矿区水灾,2005年3月31日内蒙古赤峰市喀喇沁旗王爷府镇金峰萤石矿突发突水事故。当时在地下120米深处现场作业的共有九名员工，一人被巨大水浪冲出井外生还，其余八名矿工被困井下，生死不明。,4月3日，发生突水事故的内蒙古赤峰市金峰萤石矿正在紧急排水。,例如铜陵地区因采矿形成采空区塌陷20余处，影响面积422 hm2 ，发生突水30多起； 2001年广西南丹发生矿井透水事件导致81名矿工死亡。,1.3 矿山的地上型环境地质问题,一、地貌景观破坏、耕地面积
13、减少采矿工业占用和破坏土地，包括采矿活动所占用的土地（如厂房、工业广场、碓矿场）；为采矿服务的交通（公路、铁路等）设施，采矿生产过程中堆放的大量固体废弃物所占用的土地，以及因矿山开采而产生地面裂缝、变形及地表大面积的塌陷等。,二、“三废”排放污染,1、大气污染 矿山生产过程中，由于大量使用炸药、采用柴油机作为设备的动力等，不可避免地产生大量有毒有害气体，构成矿区大气的主要污染源。生产过程中产生的大量粉尘和有毒物质，也是矿区大气污染的重要因素。此外，由于尾矿的大量堆积，扬尘对矿区及周围环境产生严重影响，大风天气还易形成沙尘暴。废气和粉尘对农业生态环境也构成一定的破坏，影响植物光合作用，以及引起土
14、壤板结。,大气污染以煤炭和硫化工矿山最为严重。 硫化工矿山废气污染,在矿山周围形成酸雨,使得土壤的酸性增强，导致大量农作物与树木青草枯死或减产。,2、矿山废水 矿山生产过程中产生的矿山废水主要有选矿废水、矿坑水、废石场淋水以及尾矿池废水等。矿山废水含有大量的重金属离子、酸碱、固体悬浮物及各种选矿药剂，个别矿山废水中还含有放射性物质，危害人体健康和其他动植物的生存。 废水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，有害元素成份经挥发也污染空气。,我国的选矿废水，年排放总量大约为36亿吨，这些废水很少有达到“工业废水排放标准”的，不少是含有许多有害金属离子和物质
15、，固体悬浮物的浓度远远超标。 我国北方岩溶地区的煤、铁矿山，每年要排矿坑水12亿吨，绝大部分都受到不同程度的污染，其中30%左右经处理使用，其他都是自然排放。 江西某多金属矿床，排放酸性矿坑水，造成河水污染，鱼虾绝迹，水草不生，25公里长河道的河水不能饮用，同时土壤物理性质变坏，造成农田污染，农作物生长受到损害。,2005年11月，广东韶关。大宝山矿山下，村民的几百亩鱼塘因被矿水污染而干枯废弃。,3、矿山固体废弃物 矿山固体废弃物的危害，突出表现在对土地的占用和破坏上。 2002年我国产生工业废弃物9. 45亿t，其中尾矿2. 65亿t，煤矸石1.3亿t，冶炼废渣1. 07亿t。 据不完全统计
16、，我国因固废堆存占地近6万hm2 ，矿山固体废弃物中含有有毒有害物质，长期堆放于露天场所极易氧化分解，使得这些有毒有害物质污染水体和土壤，渗入地下，污染地下水，危害人体健康，影响工农业生产。矿山固体废弃物的大量堆积，往往造成地质灾害，如尾砂坝坍塌、滑坡、泥石流等。此外，矿山固体废弃物长期堆放易引起扬尘污染空气。,矿山排出大量矿渣及尾矿的堆放，除了占用大量土地、严重污染水土资源及大气外，还经常发生塌方、滑坡、泥石流，尤其是一些乡镇集体和个人采矿场，在河床、公路、铁路两侧开山采矿，乱采滥挖，乱堆乱放，经常把矸石甚至矿石堆放在河床、河口、公（铁）路边等处，一遇暴雨造成水土流失，产生滑坡，泥石流，把其尾矿、矸石等冲入江河湖泊，造成水库河塘淤塞、洪水排泄不畅，甚至冲毁公路铁路，交通中断，给国民经济造成严重损失。,2008-9-日山西省临汾市襄汾县新塔矿业有限公司尾矿库“9.8”特别重大溃坝事故，造成重大人员伤亡，发生的尾矿库溃坝事故泄容量为26.8万立方米，过泥面积30.2公顷，波及下游500米左右的矿区办公楼、集贸市场和部分民宅，造成建筑毁坏，人员伤亡。遇难人数上升到262人，已确认身份234人。经反复摸排，死亡或失踪人员由此前公布的270人变更为268人。,
