矿山地质环境治理的基本原则

矿山地质环境治理的基本原则

完成人：薛嵩，聂元，郭宏飞，谢俊

摘要：

矿山在开采资源的同时,不仅有诱发崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等突变性地质灾害的可能,而且有诱发地面沉降、土壤荒漠化、水环境恶化、生态环境恶化等缓变性地质灾害的可能性。因此，必须做好从勘查、设计、开采到闭坑四个阶段的环境保护和综合治理。关键词：地质灾害; 矿山地质环境; 矿山环境治理.

一.概况

我国是一个矿业大国,煤炭、钢铁、有色金属等产量均排于世界前列。随着工业的不断发展,矿产资源的需求和消耗越来越大,而采掘业的发展使矿产资源的开发力度、广度和深度也越来越大。目前品位较富、埋藏较浅,易采易选、交通方便的矿床已优先开采。矿床开采的趋势趋于深部复杂地层。矿山在开采资源的同时,不仅有诱发崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等突变性地质灾害的可能,而且有诱发地面沉降、土壤荒漠化、水环境恶化、生态环境恶化等缓变性地质灾害的可能性。

二.矿山地质环境治理原则

1 以人为本、防灾减灾

所有的地质灾害,直接或间接的对矿山职工和矿区居民的生命财产安全构成威胁,因此矿山环境治理首先要保证矿区免遭矿山开发诱发的各种地质灾害的危害,达到防灾减灾的目的。 2 因害设防、综合治理

针对矿山地质环境破坏的特点、方式、分布及危害程度,抓住重点和关键环节,因地制宜、因害设防,采取拦、排、护、整、填、植等方面的综合治理措施对矿山环境进行治理。

3 注重效益、分期实施

矿山地质环境治理工程应遵循生态社会效益优先的同时,争取最大的经济效益。区别不同的矿山地质环境问题,采取不同的治理措施。同时根据资金情况、矿山地质环境问题 的危害大小、轻重缓急,分期、分阶段进行治理。 4 工程措施与生物措施相结合

矿山环境治理只有将工程措施与生物措施紧密结合,才能达到矿山环境治理的最终目标。各种工程措施只要配置合理,就能根治地质灾害。但其缺点是投资过大,而生物措施恰好弥补工程措施的缺点,其投资较小,能改善小气候的特点,使其广泛应用于矿山环境治理中。

三.矿山地址环境具体治理措施

1 地下采空区和矿山疏干排水导致地面沉陷、形成地裂缝,影响地面的农田和建筑物。采空区是地下固体矿床开采后的空间及其围岩失稳而产生位移、开裂、破碎垮落,上覆岩层整体下沉、弯曲并引起的地表变形和破坏,在地面上常可见到圆形塌陷坑及平行于地下开采巷道的地裂缝。由于疏干排放地下水,改变了地下水流的自然渗流、径流条件,水浮力消失,水的潜蚀作用使充填物流失,形成空洞,在真空吸蚀力和重力作用下也可造成塌陷。对采空区的治理主要是为了预防与控制地

表残余沉陷的发生。

此类方法可细分为4 种:

(1) 全部充填采空区支撑覆岩,以彻底消除地基沉陷隐患。充填法可分: 干石充填法、尾砂充填法、胶结充填法、注浆充填、水力充填和风力充填等。其中,以注浆法应用最广泛、效果最好;

(2) 局部支撑覆岩或地面构筑物,减小采空区空间跨度,防止顶板垮落。常用的方法有注浆柱、井下砌墩柱和大直径钻孔桩柱或直接采用桩基法等;

(3) 注浆加固和强化采空区围岩结构,充填采动覆岩断裂带和弯曲带岩土体离层、裂缝,使之形成一个刚度大、整体性好的岩板结构,有效抵抗老采空区塌陷向上发展,使地表只产生相对均衡的沉陷,以保证地表构筑物的安全;

(4) 采取措施。释放老采空区的沉降潜力法,在采空区地表未利用前,采取强制措施加速老采空区活化和覆岩沉陷过程,消除对地表安全有较大威胁的地下空洞。在沉陷基本稳定后再开发利用地表土地。常用方法有崩落法、堆载预压法、高能强夯法和水诱导沉降法等。

2 大量开采矿产资源,为泥石流的产生提供了大量松散固体物质。也造成了崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害现象。在矿山建设和生产过程中,由于一方面开采矿产资源形成大量的矿山废弃物,特别是私人进行的无序开采,废弃物随意堆放在山坡上。另外开采矿产资源及修筑运输道路对山坡植被造成较大的破坏,切坡不当、废矿井陷落引起的地面崩塌等因素可使沟内土量剧增,使地表径流系数大大增加,洪峰流增加,进入雨季在地表山洪冲刷下,大量松散物质在雨水浸润饱和液化后而发生的因过度充水而引起下滑,便暴发泥石流。此种泥石流称为矿山泥石流。矿山泥石流具有源地集中,松散固体物质充足,破坏和淤埋能力很强的特点。一旦暴发严重危害农田和下游居民生命财产安全。为此,对其防治首先应纳入矿山建设总体规划中,主要是合理选择好排土场,并在建设阶段列出泥石流防治工程项目,在基建和采矿过程中根据需要分期分批实施,以防止泥石流灾害;选择恰当的采矿方式并选择好排土场类型。在治理措施方面,应在整个泥石流流域内,采用蓄水、拦挡、改土、排导和造林等多种措施。上游采用蓄水和引水隧洞等措施。将上游清水水流引走,使水流与松散堆积体脱离接触,以避免泥石流的形成;并修建拦挡坝,以拦截形成泥石流体的物质来源。中游采用挡土墙或土钉墙等措施,防止泥石流体对道路农田和房屋建筑的破坏。下游采用排导工程,包括排导沟等措施,将泥石流安全地排入大河,或堆积于堆积扇下部,以保护下游地区的公路、村镇或农田的安全。边坡的维护和整治是预防崩塌和滑坡及泥石流的有效措施。首先应查明引起变形破坏的主要因素和变形破坏机制,针对不同的破坏因素采用不同的措施。如排水、削坡、边坡加固等措施。

3 废石、废土、矸石固体废弃物堆放侵占大量土地资源,污染水土体化工、黑色金属矿山中,尾矿的量要占矿石量的50% ～80%; 有色金属矿山中,尾矿量则要占到70% ～95%; 而在黄金、钼、钨、钽、铌等稀有金属矿山中尾矿量更是占到99% 以

上,几乎可以说是来多少矿石就得丢出去多少尾矿,尾矿量是十分巨大的。矿山尾矿的综合利用首先就是尾矿的资源利用、开发。尾矿作为一种原料、材料已得到一些实际利用。用作建筑材料,尾矿作为建筑材料需要非常慎重的考虑,要对尾矿的化学成分进行详细分析,看是否存在对人体健康不利的物质。利用尾矿作为矿山井下充填的材料,现在已经取得很多成功的经验,许多矿山都在应用。这使矿山的尾矿资源利用程度和开采率大大提高,减少了尾矿的堆存量,同时又将尾矿这一

资源保存在地下,以利今后重新开采、利用。利用尾矿进行造地、复垦造田,对于在含有一定有害物质的尾矿上种植作物,主要是针对不同的尾矿,采用不同的化合方式、生物分解方式等多种方式处理,消除尾矿中的有害物质,使之变有害为无害,然后进行农作物种植栽培。由于各种金属精矿的价格大幅上扬,而早期的尾矿库中尾矿金属品位都比较高,现在很多矿山都在对老尾矿库中的尾矿进行重新选矿的工作。但在挖掘库内尾矿时,一定要考虑尾矿库的整体稳定,暴雨时的排洪路径和能力,避免在挖掘过程中库区出现垮塌、垮坝、洪水漫顶等危险情况,避免造成人员伤亡和对环境大的破坏。挖掘出的尾矿经选别后的剩余尾矿要有安全的堆存地方,或者再进入原尾矿库,以减少对环境的影响。总之,尾矿的堆存和利用,对环境都会有一定的影响,因此须尽量减少对环境的影响和破坏。采用拦水坝工程、地表排水工程、边坡整理工程、覆土工程、生物工程等治理措施对废弃的尾矿库进行环境恢复治理;实施排水工程,加大库区排水能力。一些矿山特别是金属硫化物矿由于氧化分解,释放重金属离子和SO2-、Fe3+ 、Fe2+ 存在及pH 值降低大大加速了金属硫化物分解和重金属元素的沉淀。对环境造成污染的研究,酸性废水防治技术包括:碱性物质中和,湿地处理系统,铁氧化细菌隔离,显微密封技术和覆盖技术等等。首先应了解酸性废水的地球化学特点及演化机制,根据酸性废水的化学特性来选择合理的治理方法。

4、地面塌陷和废弃矿井整治

4.1．地面塌陷的整治和利用

地表下沉和塌陷是地下开采、尤其是地下采矿普遍出现的土地破坏问题。通常，地表塌陷区的边界超出地下的对应采空区的边界范围，塌陷面积大于采空区面积，体积约为采出矿石体积的６０％ ～７０％。恢复由此破坏的土地面积对保护矿山环境和利用土地资源是极为重要的。

(1)对于塌陷的水淹区域，可用作农业灌溉、发展渔业及其他养殖业，以及 改建为水陆公园。

(2)开发利用煤矸石，化害为利。在暂不能利用的情况下，用煤矸石填充塌 陷区。这样，煤矸石不需另占地面，填充的塌陷区可再种植或作其他用途，同时 减少或消除塌陷区和废石堆对环境的污染；若经周密规划，则可变荒芜之地为风 景宜人、工农业兴旺的良好场地。

(3)可以利用塌陷区作为固体废物的储存场所，特别是在煤矿区附近都建

有大型火力发电厂，可利用塌陷区来储存粉煤灰；在金属矿山中，塌陷区亦可作 为废石堆存放区。

应该注意，当地表塌陷区与地下水或地表水体相通时，不要因充填而造成水 体的污染。

4.2．废弃矿井、地面设施的整治和利用

报废矿井的地面遗留有道路、管道、建筑物以及井筒、井架等生产、生活设 施。应结合矿山地理位置、地形条件、当地经济状况等因素，进行整治和综合利 用。矿区内的铁路、公路和一些专用建筑物，常常随它们服务的矿山报废而失去 其原来的作用，应尽量使这些设施和建筑物在发展乡镇企业和振兴地区经济中 发挥作用。而那些专用的结构物，如井架等，应予拆除，使矿山面貌转变为符合 当地生态环境功能的场所。历史上遗留下来的老矿区，往往没有井筒平面布置图纸，增加了处理上的困难，这样的井筒及其他出口，必须可靠地封闭，消除危险隐患。对新近采完关闭的矿井，如果没有专门用途及可靠的安全保证，亦应密闭井筒及平峒口。应当指出，对废弃的地下矿井，应该周密地做出适当处理，以免

发生地面沉降或塌陷。同时，还应保存完整的技术资料（如井上、井下对应位置图、巷道布置、采空区大小及位置等等）。

5.土地复垦与土地治理

矿山开采占用土地问题不仅带来了严重的社会问题和经济问题。同时还破坏了自然景观,造成区域环境质量状况不断下降。采掘工业特别是露天开采,在很大程度上破坏了原来稳定的土壤和植被,使水土容易流失。隆起的排土场往往是人工泥石流的祸源,矿岩爆破时产生剧烈的冲击波和噪声,爆破和搬运过程中产生的大量粉尘;干枯的尾砂池更是人造的小沙漠,成为严重的污染源;酸性、有毒或含有各种化学成分的废水排放,污染了矿区地面、地下水体和游河道,含硫废石堆的风化自燃,排放出二氧化硫、一氧化碳等有害气体给矿区及其周围带来了大面积的破坏和人畜的伤亡。通过复垦,使被破坏了的土地可以重新得到有效的利用。在矿山建设中,由于矿山企业不同于一般加工企业那样可以任意选场地,往往要受资源埋藏条件的限制,难以避开人多地少地区和沃土良田。因此,矿产资源的开发不但占地面积要大,而且难免要破坏耕地、森林等资源。特别是露天开采,对自然环境的影响范围更大,使相当大区域的生态平衡遭到破坏,导致耕地和农业的重大损失。另一方面,大部分采掘后遗留下来的废弃地(如废石场、尾矿坝等) 通过治理与复垦,可再用于农业、林业或作其他护环境和保持自然生态平衡。土地整理和复垦。一方面使被破坏了的土地不要再增加。另一方面,对已经被破坏了的土地尽快地进行复垦造田、绿化植被、恢复生态平衡和保护自然环境,使已废弃的土地重新恢复利用,发挥出更大的社会经济效益。

四.结论

各个矿山由于矿石类型、赋存条件、开采方式、地质环境容量的不同,对矿山地质环境的破坏程度不同,因而治理方法、治理措施、治理思路应结合矿山实际情况确定。

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