矿山开发中的环境地质问题的研究 灰岩类矿产开发中的环境地质问题
由于矿山开发的客观要求，再加上许多技术和人为因素的影响，致使矿山在开发和利用过程中对水土环境产生了重大的影响和破坏作用。据不完全统计，1990年底，因开采煤炭造成的土地塌陷面积达30万km2,1993年底达40万km2左右，到去年年底统计土地塌陷面积已达近60万km2，预计今后每年还将以4～5%的速度递增，到2020年土地塌陷面积将达近120万km2。另外煤矸石压占土地和露天矿开采对土地的破坏也相当严重。我国的水资源在地区上分布很不平衡，北方水资源相当贫乏，而煤矿又主要集中在北方，这种煤炭开发的布局与水资源分配的矛盾，使本已缺水的北方更是雪上加霜。据261对矿井调查，1998年矿井总排水量为13.1亿m3，平均吨煤排水量约4.0m3。尤其是煤炭工业建设向西部战略的转移，更面临着严重的水资源短缺问题，从而制约着我国煤炭工业的持续、稳定、协调发展。因此矿山开发水土环境地质问题的研究非常重要，其研究趋势表现为如下方面。
一、煤炭开发对水环境的影响及其保护技术
1.煤炭开发对水环境的影响
煤炭开发将对水环境产生极大的影响，主要表现在如下几个方面：
（1）地下水补排关系发生变化。这种变化几乎在所有矿区都有发生，而且十分明显，例如平顶山矿区在采矿前是地下水补给地表水，平顶山山前有泉水出露达40多处，湛河长年流水，而随着煤炭的开采，地下水位不断下降，地表水补给地下水，泉水消失，河水经常发生断流。含水层之间的补给关系也发生了变化，如在采矿前石炭系与寒武灰岩之间有一层10多米厚的铝土泥岩，使二者之间无水力联系；而采矿过程中铝土泥岩局部地段遭到破坏，使二者彼此连通，形成了寒武灰岩含水层向石炭系含水层补给的关系。对于排泄而言，开采前地下水以泉水和河水形式排泄，而开采后则以矿坑疏干排水和人工开采形式排泄等等。
（2）地下水流态发生改变。这种变化表现为层流向紊流的变化，而且随着矿井疏排水的时空变化而程度不同。一般情况下，距疏水巷道越近水流状态变化越大，反之则水流状态变化越小；同样疏排水初期水流状态变化大，而随着疏排水的延续和流量的稳定，水流状态变化越来越小。判断水流状态发生改变的标准是区域内雷诺系数增大的情况，当雷诺系数大于100时，则地下水流态成为紊流区。
（3）地下水动态的改变。这种变化有两个方面的表现，一方面是微观动态变化，其变化规律和未开采条件下相似，受降雨及微观地下水潮汐的影响，只不过叠加了趋势变化而已；另一方面是宏观趋势性动态变化，其变化规律是水位不断下降，水量逐渐减小并趋于平稳。
（4）水—岩作用环境变化。在煤矿巷道中，新鲜岩石暴露于通风环境下，致使原来的还原环境改变为氧化环境，Eh值升高。若煤中硫含量和岩石中和能力达到一定的比值，则会形成酸性水，pH值降低。这样Eh值和pH值的变化就会引起水—岩作用环境变化。
2.矿山开发引起的环境问题
（1）水资源枯竭。由于采矿引起水环境变化，使供水系统大量报废，水源地不能使用，这种情况已达到了相当严重的程度。全国统配煤矿矿区供水情况调查结果综合表，表明有86%的矿山城市出现缺水现象。
（2）水体受到严重污染。水环境的变化导致岩石淋蚀作用加强，水中有毒有害成分增加。据统计，30条500km以上的河流中，有18条受到煤矿开采的污染。如四川的金沙江、辽宁的太子河、山东的汶河、河北的滏阳河等。煤矿范围内的河流更是严重，几乎所有河流都受到污染。水中含有较多的有机和无机悬浮固体物质。pH值很低，
3.水环境保护技术
煤炭开发对水环境影响的四个方面中，补排关系、流态和动态变化三个方面是由含水层结构破坏和水循环规律变化引起的，而水—岩作用环境变化是由水化学相平衡变化造成的。水环境保护技术则从产生这些影响的原因入手，阻止煤炭开发对水环境产生的副面影响。
（1）防止或减轻含水层结构的破坏。煤矿开采使围岩变形和移动。在采空区上覆岩层直至地面，出现冒落带、弯曲带和裂缝带。岩层移动发展到的层位的含水层结构受到破坏，隔水层—含水层相对关系发生变化，蓄水构造受到破坏，地下水赋存条件发生改变，降低了地下水的调蓄能力，地下水位大幅度下降，水流态和动态也发生了十分明显的变化。
含水层结构的突然破坏，一般发生在采用不适当的采煤方法情况下。为防止或减轻含水层结构的破坏，应采取下列措施：①尽量采用充填采煤和条带式开采方法，同时适当减小第一、二层的开采厚度，并要求顶板一次暴露面积不能过大；②顶板岩层坚硬不易冒落时，应采用人工放顶；③调查老窑采空区，废巷和岩溶等地质开采资料，防止因疏干老窑积水及岩溶含水层水位，造成含水层结构的突然破坏。
（2）利用水循环规律的变化。为了煤矿开采的需要，增加了外供水及矿坑调节。同时采煤过程中含水层结构发生了破坏，致使水循环规律和水量平衡条件发生很大变化，从而改变了矿区水环境条件，以迟久监等人对山西煤矿开采前后水循环规律的对比为例，可得出以下结论：采煤条件下流域地表水汇流条件不断改变，渗漏补给增加；地下水的补给径流和排泄条件变异，地面径流、基流和潜流中各有一部分或全部转为矿坑水；地下水的运动由采煤前的以横向运动为主，变为以垂向运动为主，地下水由以前的基流和潜流排泄为主，变为以矿坑排水为主的方式排泄。
从水环境保护的角度出发，我们必须依据这些水循环特点在矿下设计“净水疏排巷道”及“疏排”结合孔，并配套设计供水系统，实现“排供结合”或“疏供结合”，解决水资源枯竭问题。
（3）保护水化学相平衡。水—岩作用环境的变化是由水化学相平衡变化引起的，以Fe的Pe-pH水化学相平衡为例，反映了不同Pe和pH条件下水—岩作用的平衡关系。其它金属离子也有类似的水化学平衡。因此水化学相平衡的变化，势必引起水—岩作用环境和方向的变化，导致水中金属离子的动态变化。
水化学相平衡的决定因素是Pe和pH，因此，要深入分析各种水化学相平衡的动态变化条件，设计保护水化学相平稳的参数，实现矿坑水的污染“源区”控制，根据不同的条件采取不同的控制方法，同时实现矿井水的综合利用。
实现矿井水的综合利用的技术比较成熟的有：①混凝沉淀法；②电渗析法；③中和法。有待进一步研究与开发的技术有：①两段接触生物氧化净化技术；②地学—生态工程学技术；③洗水闭路循环技术；④沙地净化工艺。
二、煤炭开发对土地环境的影响及其保护
1.井工开采对土地的影响
（1）地表塌陷。我国煤炭产量95%以上为井工开采，产生的地表塌陷成为对土地环境影响的主要形式。根据矿区地形、地貌、自然环境及地质、采矿条件的不同，地表塌陷对土地环境的影响可分为三类：①丘陵山地塌陷地。开采后地形、地貌无明显变化，基本不积水，对土地环境影响较小，个别地区引起山体滑移等环境工程地质问题；②中、低潜水位平原塌陷地。因地下水位较深，开采塌陷后地面有小部分常年积水，缓坡地发生季节性积水，从而造成水土流失和盐渍化。这类矿区大多分布在黄河以北的大部分平原矿区。③高潜水位平原塌陷地。由于地下潜水位高，地表大部分常年积水，造成耕地绝产，坡地大部分发生季节性积水，从而使地表农田水利设施遭受严重损坏。这类矿区大部分位于黄淮海平原的中东部。
（2）煤矸石压占土地、影响生态环境。煤矸石是煤矿排放量最大的固体废物，煤矸石废弃堆积对环境的影响主要是：占用大量土地，影响生态、破坏景观；煤矸石自燃污染大气，矸石山还会发生爆喷崩塌，阻塞交通；矸石山淋溶水中使水量呈现较强酸性或含有有害有毒元素，污染周围土壤和水体，危害农作物和鱼类生长。
2.露天开采对土地的影响
（1）挖损剥离土地。露天矿对土地环境的影响的表现形式最直接的是对矿区煤层上方的表土和岩层剥离，因此，对矿区地形地貌和整个生态环境的破坏最大。如抚顺露天矿、元宝山露天矿、阜新露天矿等二十多个北方著名露天矿平均采万吨煤要挖损土地0.10～0.16km2。1949～1989年，我国露天矿挖损土地总面积达9600km2,1990～1998年我国露天矿以每年1200km2的速度增长，即去年底整个挖损土地面积已达21600km2。2000年以后每年还将以8～9%的速度增加，至2020年每年将挖损土地3600km2。
（2）排土场压占土地。根据二十多个北方著名露天矿调查估算，每采万吨煤排土场压占土地0.10～0.22km2。1949～1989年全国露天煤矿排土场压占土地约8000km2;1990～1998年，每年以1000km2的压占地增加，去年底已压占18000km2;2000年后每年仍将以8～9%速度增加，到2020年将达到3000km2。
3.煤炭开发的土地环境保护
（1）开采技术措施。开采技术措施是指从土地环境保护的角度出发，以采煤和环境保护并重为原则，通过合理设计开采方法来达到防止矿山地表土地环境破坏的目的。这种技术有：①留设保护煤柱；②充填法管理顶板；③条带式开采；④消除开采边界的影响；⑤协调开采等等。这些技术在“三下”采煤研究中有详细的论述和要求，由于篇幅所限，本文不再赘述。
（2）土地复垦技术。矿区土地复垦不强求恢复到塌陷前原来的状态，而是依据各矿区具体条件，本着因地制宜与经济、环境、社会效益相统一的原则，宜农则农，宜林则林，宜建则建，并可开发为娱乐场所。按复垦后的土地用途可以分为建筑复垦、农业复垦、林业复垦、渔业复垦、草地复垦、娱乐园地复垦及生态农业复垦7类。具体技术详见矿山土地复垦研究现状与趋势。
三、矿山的地热灾害
1.矿井热害的现状
矿山的地热灾害主要表现为矿井热害。解放前我国矿井由于开采的深度有限，各类矿井很少出现矿井热害；解放后，我国采矿事业迅猛发展，新矿井大量兴建，老矿井逐渐向深部延伸，一些矿井逐渐受到地下热水和地热的威胁。随着开采深度增加，井下温度逐渐升高，湿度加大，严重影响作业人员的身体健康和工作效率，从而构成矿井热害。我国矿井热害的治理与研究工作始于50年代。随着煤炭系统出现热害的矿井的增多，煤炭工业部于1975年至1978年曾召开过五次矿井地温研究及降温工作技术座谈会，交流测温和降温技术。在国外早已出现矿井热害问题，秘鲁、南非、日本、美国、赞比亚、墨西哥、尼加拉瓜、前捷克斯洛伐克、前苏联及前联邦德国都存在矿井热害问题，并进行了不同程度的研究与治理工作。
2.矿井热害的分类法
（1）中国科学院地质研究所地热室对矿区地温类型的划分。1981年，中国科学院地质研究所地热室编著出版了《矿山地热概论》一书，对矿区地温类型进行了划分。该书以我国东部若干矿区实际资料为基础，从矿区地热研究、热害防治的目的出发，对已知矿区划分为六个类型。即基底抬高型、基底坳陷型、深大断裂型、地下水活动强烈型、深循环热水型和硫化物氧化型。
（2）阎如燧的矿床地温类型划分。1981年阎如燧在《水文地质工程地质》期刊1981年第三期发表的”试谈矿床地温工作中的几个问题”一文中，对矿床地温进行了划分。他的划分原则是：既能充分反映地温的赋存状态和成因方面的明确概念，又便于探求不同地温类型在勘探方法上和降温措施方面的主要特点，不考虑开采方法。据此原则，结合一些实际资料，把矿床地温类型划分为热水、岩温、混合三个类型。
（3）王锐的矿床地温类型划分。1999年，王锐编著的《矿井热害勘探预测与治理》一书中，以地温的赋存状态、深部热源向地壳上部导热的载体的性质和人为因素造成的矿井热害为划分原则，将矿井热害类型划分为：正常地热增温型、地热异常型（包括岩温地热异常亚型和热水地热异常亚型）和碳、硫化物氧化热型。
3.矿床普查勘探时对矿井热害的预测评价
近年来，由于具有热害的矿井增多，在进行固体矿床普查勘探时，对矿床地温条件的调查研究已与地质、水文地质与工程地质同样重要。1991年由国家技术监督局发布的，由国家矿产储量管理局组织编写的中华人民共和国国家标准GB12719—91《矿区水文地质工程地质勘探规范》对地温的调查研究工作提出了要求，但不够具体和全面。王锐在他的《矿井热害勘探预测与治理》一书中，根据各种矿产在勘察时对地温工作调查研究的实例，提出了各勘察阶段对地温工作的布置和要求，并对矿产普查勘探时矿产地温调查研究应注意的一些技术方法问题进行了研究。
4.矿井热害治理措施
当前各国对矿井热害的防治措施都在进行试验和研究，研究的主要内容有：通风降温，隔绝热源防止热量扩散，机械制冷空调降温、减湿降温和增湿降温等。
（1）通风降温。对通风降温的研究集中于开拓系统和通风系统的优化、加大通风量和加强通风管理。
（2）隔离热源。隔离热源的方法有：超前中段疏干含水层（带）、加强坑道内热水管理、采用全充填采空区隔断热源和采用隔热材料隔热。
（3）机械制冷井下空调。巴西、南非、前联邦德国、比利时、印度、美国、日本都早已使用此方法。我国在矿井中使用机械制冷空调降温是从60年代初开始的。
（4）减湿降温和增湿降温。据日本资料，在高温矿井中，湿度降低1.7%，等于气温降低0.7℃，当井下湿度较高时，减湿措施是有效的。增湿降温是在相对湿度小于20%～30%时，向进风流中喷水，使空气的含水量增加，利用水的汽化吸热，使空气温度降低。
5.矿井地热的综合利用
它包括矿井地下热水的综合利用和矿井地热的综合利用。
矿井地下热水在工业上的利用，目前尚未开展。主要是由于新建矿区远离工业区，不易利用；老矿区的管理体制和排水工程已经形成，不便改建。在生活用水方面，湖南郴州铀矿1979年7月开始在坑口建热水供水系统，在经济和管理上都取得良好效果。
矿井地热的利用主要是利用废旧巷道和采空区（应有一定长度）作为冬季矿井的进风道，提高进风温度，防止井筒和巷道的冰冻。
四、矿山的塌陷灾害
1.矿山塌陷的基本特征
在矿山开采过程中，大量的矿石和钎石被从地下开采出来，所形成的地下空间迟早要由上面和周围的岩石来填补，在地面上往往形成普遍而严重的矿山塌陷灾害。按其形态可分为两大类：第一类是漏斗状塌陷坑和台阶状断裂，这类塌陷危害严重，可突然发生，对地面造成猝不及防的损害，但破坏范围较小；第二类是地面形成平缓的塌陷盆地，主要为开采深部急倾斜煤层或开采深度与煤层开采厚度之比大于20的缓倾斜煤层所引起，形成过程缓慢，从开始下沉到最终稳定需1～3年的时间。
本世纪以来，世界各国都先后投入了大量的资金和技术力量开展矿山塌陷的研究。俄罗斯、波兰、德国、澳大利亚、英国、加拿大、美国等，对矿山塌陷的理论和”三下”开采（即建筑下开采、水下开采、铁路下开采）都进行了深入的研究，并取得了一定的成果。50年代起，在我国的一些主要矿区，如淮南、开滦、抚顺、阜新、峰峰、大同、鹤岗、阳泉、本溪等地，先后建立了地表观测站，开展了对矿山开采沉陷的观测研究工作。40多年来，我国不仅积累了上千条观测线的实测资料，并由此对矿山塌陷的基本规律有了进一步认识，而且还提出了具有我国特色的观测方法。
矿山塌陷的研究涉及相当宽的科研领域，需要测量、采矿、力学、电子计算机、建筑、地质等许多学科的知识。近二三十年来，这些学科的成果特别是计算机方面的新成果不断被引进到矿山塌陷的研究中来，使矿山塌陷的研究得到了飞速发展。目前，矿山塌陷已成为一门独立的边缘学科，但和国民经济的发展及现代化建设的需求相比，目前的矿山塌陷的研究还很不够，有待在理论研究、科学试验、应用技术开发和模拟、测试技术研究上做更多的工作。
2.矿山塌陷的成因机制
关于矿山塌陷的成因机制，至今尚未形成公认的通用的理论。下面是几个比较流行的假说。
（1）拱形冒落论和压力拱假说。拱形冒落论是俄罗斯M.M.普罗托吉亚科夫于1907年提出的；德国人哈元和吉列策尔于1928年提出了压力拱假说，补充说明了拱形冒落的假说。
该假说借用了巷道顶板的成拱作用，认为采掘时在地下的岩层中形成了空间，引起覆岩冒落，直到形成一个近似拱形的顶。但是在顶板和底版之间形成的压力拱，将随着工作面的不断推进而加大，直到拱顶到达地面为止。此假说基本上符合坚硬且结构简单的覆岩地层，但实际上只适用于解释掘进坑道和跨度较小的采空区的塌陷，却很难解释大面积采空区中覆岩破坏和冒落的实际情况。
（2）悬臂梁（板）冒落论和冒落岩块碎涨充填论。悬臂梁（板）冒落论由德国的舒尔茨和施托克提出。它将工作面和采空区上方的顶板看成梁或板，初次冒落后，一端固定在前方的岩石上，只发生弯曲而不折断，当悬臂梁（板）的长度悬伸很大时，便发生周期性的折断，造成周期性的冒压。悬臂梁（板）冒落论符合大面积回采所引起的顶板冒落情况。
冒落岩块碎涨充填论认为，冒落的岩块可以自然地碎涨，充填采空区的空间，因而限制了顶板冒落的发展，趋向于稳定。
实际上，这两个理论可以互相配合，解释长臂式采矿工作和大面积覆岩破坏的情况。
（3）冒落岩块铰结论。由俄罗斯的库兹涅佐夫提出，主张工作面上覆的岩层塌陷落时，其上部的规则移动带的岩石块互相保持一定的联系，绞合成多环节的铰链，在采空区上方规则地下沉。
（4）砌体梁平衡说。我国学者发展了冒落岩块铰结论，提出了砌体梁平衡说，主张在工作面区，断裂带的影响比较大。断裂带破碎之后的岩块，形状如同砖石结构的砌体，所形成的平衡结构称为”砌体梁”实际上是一种拱的结构。开采之后，上覆断裂带的岩层分为三个区：即矿壁支撑区、离层区和重新支撑区。每层的结构是靠各个破裂岩块之间，由于水平挤压力所引起的摩擦力来保持平衡的。
3.矿山塌陷灾害的评价
（1）矿山开采引起的地表塌陷形式。矿山开采引起的地表移动塌陷形式有：塌陷盆地、裂缝和台阶、塌陷坑三种形式。
受到采动影响的区域，地表的标高下降，在采空区的上方形成面积远大于采空区的沉陷区域，称为地表塌陷盆地或地表移动盆地。
由地下开采所产生的裂缝主要产生于塌陷盆地的外边缘，其宽度为几毫米至几十厘米，深度可达几至几十米，甚至有的与采空区相通。裂缝两侧有时产生落差，形成台阶甚至类似地堑式的张开裂口和环形的破坏堑沟。
在开采急倾斜煤层、浅部的倾斜煤层或采深很小或采厚很大的情况下，用房柱式采煤或硐室式水力采煤时，由于采厚不均匀，造成覆岩破坏的高度不一致，也会在地表上产生塌陷坑及漏斗陷坑。
（2）地表塌陷范围预测。
① 充分采动塌陷范围。充分采动塌陷范围用充分采动角Φ来确定。充分采动角是在地表塌陷盆地的主断面上，移动地表塌陷盆地平底的边缘，在地表水平线上的投影点，与煤层在采空区一侧的夹角。对斜煤层而言，下山方面的充分采动角以Φ1表示，上山方面的充分采动角以Φ2表示，走向方向上的充分采动角以Φ3表示。
② 地表塌陷边界的确定。通常将塌陷盆地的边界分为三类：塌陷盆地的最外边界、塌陷盆地的危险移动边界和塌陷盆地的裂缝界线。
4.矿山塌陷灾害的防治
纪万斌在他主编的《塌陷学概论》一书中，以塌陷幅度形式为依据，以地表塌陷地形单元为标志，以地质灾害程度为尺度，对矿山塌陷区进行了全面的归纳与类型划分，共分为两类六型，其中一类包括沉陷区、塌陷区和严重塌陷区；二类包括悬垂岩、土层崩塌区及崩塌危及区、露采边坡崩塌区及崩塌危及区、钎石山、废石堆崩塌区及崩塌危及区。
矿山塌陷灾害防治是一项极为复杂的系统工程，涉及的因素和方面很多。因此，结合矿区的矿产蕴藏和地质情况，制定合理的开采方案和防治方案是非常重要的。采取预防为主的方针，进行综合治理，保证重点，而不是仓促应付，才能使有限的人力物力发挥更大的效益。应解决好重灾城镇的搬迁重建和居民的生活困难，并做到土地复用，还田于民。
矿山塌陷灾害的发展是不断扩大的，因此治理工作也应当考虑到后期的沉降和变形；井上治理和井下开采协调进行，才能收到事半功倍的效果。
纪万斌在1994年总结了塌陷区和严重塌陷区的综合治理方案，包括以下几项措施：
（1）井工减塌技术措施，包括充填采矿法、条带采矿法、房柱采矿法和覆岩破碎带。
（2）裂带注浆法。
（3）土地复用，还田于民。方法有：改旱田为水田，井上、井下疏、排水—降低潜水位高度，挖深垫浅或围盆造田，发展塌陷区”立体型”生态农业和钎石、废石回填、复土造田。
（4）村镇迁建。可利用废石回填，强夯加固，人造迁建地基，设计抗变形建筑物。
金属类矿产开发中的环境地质问题~
西北地区金属矿产主要有金、铅锌、铜镍、钼、汞锑、铁、稀土、稀有金属及稀土金属等，主要矿山位于秦岭山地、祁连山、天山、阿尔泰山、大青山等地。西北地区著名的金属矿山有陕西的金堆城钼矿、潼关金矿、凤县铅硐山铅锌矿、太白双王金矿、略阳铁矿、略阳煎茶岭镍矿、旬阳汞锑矿等；甘肃的金川铜镍矿、白银铜矿、厂坝铅锌矿、镜铁山铁矿等；青海的锡铁山铅锌矿；新疆的克拉通克铜镍矿、哈密亚满苏铁矿等；内蒙古的白云鄂博铁稀土矿等。
金属矿山开发中的主要环境地质问题包括了矿产资源破坏与浪费、土地压占与植被破坏、“三废”对环境的污染，以及山地矿山的滑坡、崩塌、泥石流、尾矿库溃坝等地质灾害。
3.4.3.1 矿产资源的破坏与浪费
矿产资源的破坏与浪费突出表现为中小矿山企业无序开采和掠夺式开发，以及企业普遍存在的共生伴生组分利用率低等问题。
西北地区大多数矿床都属于多组分共生伴生矿，但多数矿山采选并没有综合回收利用，或因技术原因利用率很低，从而造成资源的严重浪费。如甘肃辉铜山铜矿，伴生砷，属大型矿床，由于该矿在采铜时不回收砷，导致砷矿资源被浪费。甘肃塔儿沟钨矿伴生铍2583t，铋、砷已提交储量，由于该矿采富弃贫，只取黑钨矿，伴生矿没有合理利用。青海察尔汗钾肥厂从卤水中只提取钾盐，伴生的钠、镁、锂等多种伴生组分未利用。
陕西金堆城钼矿同全国的其他矿山一样，在珍惜资源和合理利用资源方面存在问题。根据1972年北京冶金设计研究总院提供的设计，按钼矿的边界品位0.03%及最小工业品位0.06%圈定矿体，1993年保有储量为28432.60×104t，平均品位0.118%。随着国际市场经济形势的变化，1993年该矿根据中国有色金属工业总公司批复的精神，将品位指标从0.03%～0.06%提高到0.06%～0.08%，并重新圈定了矿体边界，新矿量为22169.83×104t，品位0.132%。两者矿量相差了6262.77×104t，占小北露天矿总储量的18%，而这些矿作为贫矿堆积在贫矿场，随着时间的推移其物理化学性质都会发生变化，给以后二次回收利用这些资源带来了困难。另据计算，金堆城钼矿回收率为83.5%，低于国际水平达7个百分点，按1998年19000t钼精矿计算，年损耗钼矿资源量近33×104t。资源浪费结果必将加剧资源枯竭，按金堆城目前的开采规模，小北露天矿的服务年限比设计的50年将缩短10年以上。
3.4.3.2 土地压占与植被破坏
金属矿产开发多集中于秦岭和其他山地地区，植被相对发育，金属矿山采矿废渣堆放、尾矿库占压、露天采矿场剥采及外排土场以及采空区塌陷等对土地植被压占破坏相对较为严重。
陕西小秦岭潼关黄金产区，矿区为石质山地，土层薄，植被覆盖率较高，年侵蚀量10.11×104t，侵蚀模数573.8t/km2·a，属轻度侵蚀区。自20世纪70年代大规模开发以来，采金者蜂拥而至，分布在矿区的采矿坑口达2000多个，排放的矿山废石和尾矿渣达800×104m3，压占土地、植被面积超过200ha。由于长期乱砍滥伐，致使浅山峪口5km内的林木大部分被砍光，大量土地、植被的破坏，加剧了水土流失，从1982年到1990年矿区土壤侵蚀模数由760.7t/km2·a 增加到3448.7t/km2·a，平均年增加侵蚀量24.4×104t。金堆城钼矿露天剥采造成的植被毁损、外排压占土地植被约2km2。
3.4.3.3 崩塌、滑坡、泥石流地质灾害
山地金属矿山具备诱发崩塌、滑坡、泥石流三类地质灾害的自然条件和人为因素，因而是崩塌、滑坡、泥石流灾害的高发区。采矿大量废石沿山坡、沟谷堆放，缺乏拦渣、护坡、导水及生物等工程技术措施，斜坡面上废渣处于不稳定状态，在采空区塌陷或山体开裂时易诱发滑坡。大暴雨诱发产生滑坡和泥石流地质灾害，造成矿区停产，危及人民生命财产安全。
图3-4 陕西潼关县东桐峪泥石流沟示意图
(据陕西省潼关县地质灾害调查与区划报告)
潼关金矿区位于小秦岭山脉，沟谷纵横地形陡峻，海拔 700～2100m，相对高差 900m，自东向西发育7条南北向“V”字型沟谷(图 3-4)，河床比降大，平均9.41%～15.20%。由于历史原因，同一矿体不同高度、不同地段有不同的企业在开采，形成所谓“楼上楼”采矿，在狭长的沟谷中，至今“楼上楼”不合理的矿业布局仍随处可见，类似的情况也存在于在陕西凤县银硐梁铅锌矿区，采矿废石直接堆放在坑道口的山坡上，这些大小不一、结构松散的废石沿坡面超高堆放，构成泥石流物源，无拦渣、排水设施，汇水面积大，潜在泥石流地质灾害隐患严重。1994年7月11日与河南灵宝交接的潼关西峪河道中堆积的大量采矿废石和尾矿渣混合物在强降雨的作用下，形成了特大型地质灾害泥石流，所到之处矿区设施被毁，工棚民房倒塌，300多亩农田被冲毁，交通、电力、通讯中断，造成51人死亡、上百人失踪，直接经济损失上千万元。1996年8月，东桐峪暴发泥石流，冲毁桥梁、淹没农田，再一次造成了严重的经济损失和社会影响。
陕西凤县铅铜山铅锌矿是1985年建设的大型国有矿山，目前已采出矿石量170×104t，随着采矿区的不断加大，上盘围岩随之崩落垮塌，地表形成了东西两侧两个塌陷坑，形成北高南低高差悬殊的侵蚀构造地貌。1999年10月8日和16日的连日降雨，造成两次较大的山体滑坡，其规模为50000m3，滑冲距离近1000m，导致4个采矿中段不同程度停产，直接经济损失30万元，并使1590矿硐和1515坑口塌落淹没。采矿上盘崩落区顶部存在12条地裂缝，最大走向达1000m，裂缝宽近2m，构成了潜在的崩塌体，预测有70000m3的土石量，成为威胁采矿场、排渣场安全生产的最大因素。
3.4.3.4 地面塌陷和地裂缝
金属矿山的地面塌陷、地裂缝虽然没有煤矿那么普遍和严重，但是矿体厚大的金属矿山也存在较为明显的地面塌陷、地裂缝地质灾害。如陕西略阳阁老岭铁矿地面塌陷中心位置随着采矿发生推移导致通风矿井开裂废弃，山体开裂。在潼关金矿、凤县铅锌矿、成县厂坝铅锌矿等大多数金属矿山，随地下采空区不断加大，地表均出现了不同程度的地裂缝和山体开裂。2001年陕西凤县某矿山因采空区塌陷造成了5人失踪死亡的中型地质灾害事故。采空塌陷不仅诱发滑坡、崩塌等地质灾害，还严重地威胁矿山企业的正常生产。地下采矿引发危及地面村民居住安全的危险，加剧了矿山与当地居民的矛盾，上访事件不断增加。因此，加强金属矿山采空区诱发的地裂缝和潜在塌陷区范围预测及防范工作十分重要。2001年，甘肃西和县邓家山六巷铅锌矿地面突然发生塌陷，形成直径约十几米的塌陷坑，导致2人失踪。内蒙古乌兰察布盟四子王旗白乃庙铜矿区，1996年地面塌陷形成南北宽70余米、东西长200余米、深20～50m和宽50m、长100余米、深50余米的两个大塌陷坑。1998年7月中旬西202 采场塌陷巷道长约20余米，造成直接经济损失38万元，间接损失3000万～4000万元。
3.4.3.5 尾矿库溃坝
矿山尾矿库多建在山谷中，拦沟筑坝而成，多数中小型矿山的尾矿库依山傍河修建，部分尾矿库建设并不符合规定要求，或由于尾矿库超期服役、暴雨等因素往往造成坝基不稳形成溃坝、坍塌等，造成尾砂淹没农田、冲毁道路，同时造成严重环境污染。秦岭山中的陕西凤县铅锌矿区、旬阳汞锑铅锌矿区、潼关金矿区、甘肃成县厂坝矿区等矿山在这方面存在众多严重问题。如陕西凤县一个选矿厂日选矿50 t的尾矿库，建在嘉陵江源头的安河河道中间，水泥砌成的四面围挡墙，仅能阻挡年平均洪水，一旦大暴雨引发洪水则将漫库或冲垮挡墙，含有铅、锌、汞以及选矿药剂的尾矿砂将污染嘉陵江。在另一处铅锌小选矿厂，尾矿库依山沿河而建，先后于2000年及2001年两次被洪水冲垮，数十立方米的铅锌尾矿渣被带入嘉陵江。自2001年，清澈的河水在数十余米长的溃坝缺口中回旋后又进入嘉陵江。陕西潼关金矿区7条主要峪道均是金矿开采区，沟谷狭窄，部分尾矿库沿河而建，使河道进一步变窄，遇到特大暴雨，河水猛涨，有可能出现洪水漫坝或冲毁坝体事故。一旦发生溃坝、坍塌事故，将使库内大量尾矿砂与洪水一起倾泄而下，造成下游河道堵塞，房屋被毁，生态环境受到严重破坏。2001年马口金矿尾矿库溃坝就造成了农田污染。
尾矿坝溃坝造成的灾害和环境污染十分严重。如1987年陕西金堆城钼业公司栗西尾矿库排洪隧洞塌陷，造成136×104m3尾矿及尾矿水泄漏，污染了陕豫两省16个县市的水源，矿山直接经济损失3200多万元。2000年12月甘肃成县天子山尾矿库溃坝造成近2×104m3的尾矿砂泻入东河。
3.4.3.6 水土污染
选矿尾矿浆中重金属以及矿石冶炼烟尘中重金属对水体、土壤的污染非常严重。污染源主要是选矿排放的尾矿废水，其次是固体废弃物淋溶水、矿坑水等。其中金矿、汞矿、铅锌矿、砷矿选矿对环境污染最为严重。矿石浮选排放的废水中含有选矿工艺过程中添加的选矿药剂、未选出的金属元素、共生伴生的重金属和矿石微粒等。氰化法提金排放的废水中含有剧毒物质氰化物，混汞法提金排放出的废水中含汞量较高。含有重金属、氰化物、石油类、酸性矿井水等有毒有害物质的选矿液，未经达标处理排放流入河流、湖泊都会造成水体的严重污染，危害水生生物。这些污染的水若被人、畜饮用，轻则影响健康，重则危害生命。若用以灌溉农田，将导致减产、绝产，使有毒有害物质潜入农作物，通过食物链危害人类健康。
矿山矿坑水、选矿尾矿浆无序排放造成严重污染的矿区主要有陕西潼关金矿区、凤县铅锌矿区、略阳铁矿区、旬阳铅锌汞锑矿区；甘肃成县厂坝铅锌矿区、西和县邓家山铅锌矿区等。
陕西潼关金矿区是水土环境污染的典型区之一。20世纪80年代中后期，潼关金矿区蜂拥而上的乡镇及个体采矿者，形成了大规模的无序开发情景，高峰时共有采矿坑口2410个，年废石排放量607×104t，混汞碾1410 台，尾矿水排放量12690t/d，氰化池2650台。混汞碾废水直接排放造成矿区源头水中铅污染超标2.4～113倍，水中悬浮物超标62～2143倍(表3-9)。
表3-9 1992年7条峪道10个混汞碾尾矿水监测平均值 单位：mg/L
从1995年矿区内7条源头水功能区水质监测结果与单因子评价(表3-10)可看出，7条河中铅超标37～959倍，汞超标0.2～31倍，5条河流镉超标1～66倍，石油类最大超标102倍，河流均受到了严重污染。
表3-10 潼关县7条河水质监测及超标倍数 单位：mg/L
续表
资料来源：潼关县黄金产区环境治理“九五”计划和2010年远景规划(潼关县人民政府)。
2002年8月西安地质矿产研究所环境影响评价室对潼关蒿岔峪金矿矿坑水监测结果(表3-11)表明，矿坑水未经处理直接排放，废水中Pb超标19.15倍，SS超标87倍。
表3-11 潼关金矿区蒿岔峪矿坑废水监测结果及超标倍数 单位：mg/L
蒿岔峪河流三个断面的河水监测结果表明，沟口以上河段Pb、Hg、Fe分别超过Ⅰ类水标准282～345倍、17～59倍和10.7～15.6倍；下游河段Pb、Hg分别超过Ⅳ类水标准25.8倍和0.7倍(表3-12)。蒿岔峪河水质已遭受严重污染，主要污染物为Pb、Hg，属重金属污染，其原因是蒿岔峪河上游选矿厂废水排入造成的。
表3-12 潼关金矿区蒿岔峪河水质监测结果 单位：mg/L
另据西峪河李家金矿第三采选矿厂上下游河流水质监测(表3-13)结果，西峪河水中重金属Pb、Cd、Hg分别超标879～1151、8～11和23.2～42倍，地表水环境已受到严重污染。
表3-13 潼关金矿区西峪河水质监测结果 单位：mg/L
从调查监测结果看，陕西潼关金矿从1995年开发到2002年，区内7条河流基本成了矿坑废水、选厂尾矿浆排放地，重金属Hg、Pb、Cd、Cr严重超标，致使河水不能灌溉，水生生物灭绝。当地土壤和小麦中金属元素普遍高于地区背景值。采用汞板、蒸汞提金，致使区域大气汞浓度全部超标，最大超标38倍。导致河流污染的根源在于大部分乡镇个体企业选矿废水、矿坑水的直排、偷排和事故排放，使区内的7条河流始终处于严重超标污染状态。
陕西柞水银硐子银铅矿所在的东房沟重金属污染明显。银硐子银铅矿矿山下游lkm处(HS-003)Pb 含量较对照点(HS-001)高出2 l 倍，比马耳峡污染点(下游1km处)高出l倍。地区及周边土壤Pb超过背景值近70倍，Cd超出近8倍。
甘肃成县厂坝矿区是另一个矿区环境污染严重的典型区。在2km长的东河两岸共有大小20余家乡镇个体铅锌选矿厂，尾矿浆直排、偷排现象普遍，依山傍河的尾矿库内的尾矿砂高出坝面造成溢流、溃坝现象普遍，东河河道中沉积了厚厚的灰色尾矿砂，使东河水质严重下降，水体生物平衡系统已经完全破坏。据西北矿业研究院2001年10月编制的《厂坝铅锌矿二期工程环境影响专题评价》报告，东河水质4个断面地面水监测数据如表3-14。
表3-14 甘肃成县厂坝矿区东河地面水质监测结果统计 单位：mg/L
从表3-14可以看出，矿区柒家沟地表水主要来源于上游厂坝尾矿库、废石场的淋滤水、民采矿坑地表溢流水和泉水，为常年溪流，铅超标1倍。而柒家沟断面位于东河主河道，该断面上游2km范围内分布着国有厂坝矿山选厂、乡镇及个体大小数十家选矿厂及铅锌矿石堆场，因而存在众多污染源，断面铅、锌超标44.66倍和1.04倍。毕家庄断面位于厂坝矿区下游直线距离约10km处，铅、锌两种元素超标最为严重，分别为65.6 和5.53倍。
以厂坝铅锌矿区开发之前东河底泥数据为对照标准，经过20余年开发，东河底泥中铅、锌、镉的监测值沉积累计倍数分别为25.7～4.4、188.5～5.7、540.1～23.7，河底中的污染物变得越来越严重(表3-15)。
表3-15 甘肃成县厂坝铅锌矿区东河底泥重金属监测结果 单位：10-6mg/L
汉江旬阳段是饮用水水源地二级保护区，水质可以达到人畜直接饮用的标准，正因为水质好，而被选为南水北调中线调水工程的水源，汉江旬阳段下游约300km处的丹江口水库，是南水北调工程中线调水工程的取水点。2001年7月前，旬阳县城沿江而下的40多千米长的汉江两岸共有7 家选矿厂，用沙包、石块垒成的高2m左右的简易“尾矿池坝”，尾矿废水经过简单沉淀后，散发着刺鼻异味的黑色污水就顺着山沟直接流进了汉江，灰黑色的污水形成了长长的污染带。2001年7月中央电视台《焦点访谈》栏目对此进行了曝光。2002年项目组对此进行了追踪调查，在汉白公路一侧能明显看到大部分选矿厂已被拆除，但是，汉江南岸还有个别选矿厂及铅锌小冶炼企业仍在生产，废水仍在污染汉江。
黄金选冶过程中采用氰化堆浸技术工艺，如果废水处理不合格就排放将对矿区水土环境造成严重污染。氰化物属于剧毒物质，一般人平均吸入氰酸50mg或误食氰化钠120mg就会中毒死亡。水体中CN-浓度≥(0.05～1)mg/L时，就能导致鱼类死亡。根据对陕西凤县四方金矿采用的氰化堆浸工艺进行监测，尾矿浆未经处理直接排入八卦河，将使河水中CN-增高到44.674mg/L，超标893.5倍。尤其是在一些偏远经济落后的地区，企业的环保观念淡薄，过度追求短期经济效益，致使采金过程中含有剧毒的氰化废渣、废水直接排放，造成矿区河流、草场、植被以及农作物污染，潜在危害严重。内蒙古李清地银业有限公司(银矿)尾液渗漏造成水中氰达414.85mg/L，超标424倍；锌为140mg/L，超标28倍；铜为3.669mg/L，超标1.223倍。若遇雨季，这些污染物将对周围环境造成严重污染。
灰岩类矿产包括了水泥用灰岩、冶金用白云岩、重晶石、萤石、石棉矿以及沙石粘土类矿产。这类矿产主要为露天开采，大部分水泥灰岩、沙石位于城市周边及主干国道、铁路两侧等交通方便的地区。开采活动不仅破坏了景观、植被，裸露采坑和大量废石，还导致满目疮痍。新疆开采沙石粘土破坏地表面积41.43km2，占该区矿山破坏面积的47%，同期复垦面积 2.16km2，占其破坏面积的 5.21%。银川市西郊建筑沙石采场东西长5.5km，南北宽4.5km，共计24.75km2，截至1999年底，采沙石面积10km2，堆积废弃土石达0.25×108t。沙石场南有西夏王陵，北有镇北堡砂石场，后者距西部影视城仅200m，砂坑遍地，与旅游景观极不协调。冬春季节的西北风扬沙飞尘成为银川市大气环境污染源之一。
陕西宁强县陕南石棉矿，露天剥离面积约2km2，剥离采棉造成植被破坏，废石及选棉堆积的灰白色废渣与翠绿的四周山峰形成鲜明对比。剥离的废渣堆积高度已高出废渣拦渣坝约150m，拦渣坝坝面与其内矿渣已近于同一水平，坝面高出其下游矿山机关及职工居住地100多米。坝基的稳定性直接关系到矿山机关及职工的生命安全。矿区汇水面积大，废渣因颗粒细小，在大雨冲刷下易随水迁移，矿区存在潜在滑坡、泥石流地质灾害等隐患。
矿产资源环境问题分析与评价
答：四、全区矿产资源的开发已引发了严重的矿山地质环境问题 建材、金、煤、铁、滑石、石墨等矿产的开发对环境的破坏较为严重，目前区内主要矿山地质环境问题有露天开采对地表的破坏、采空地面塌陷、固体废料、尾矿危害，以及矿坑...
矿区地质灾害防治与环境保护对策
答：比如说,即使同类矿产,由于成矿条件和矿区地质、水文地质条件的差异,以及矿山开采阶段的不同,产生的矿区地质灾害类型、危害程度等也各具侧重性。我们进行矿区地质灾害类型、分布发育规律及危害程度调查研究,归根结底还是为了预防和减轻灾害...
矿山地质环境综合调查
答：矿山地质环境治理恢复示范。实施国务院确定的44个资源枯竭型城市矿山地质环境治理恢复示范工程,解决历史遗留的矿山地质环境问题;建立矿山地质环境治理恢复数据库。 二、部署建议 (一)矿山地质环境调查与动态监测 1.工作现状 2005年底,完成了全...
矿山地质环境问题的成因分析
答：矿业开发或多或少会对地质环境造成影响破坏,有些矿山地质环境问题的产生具有必然性,有些矿山地质环境问题的产生则与矿业行为的规范程度关系密切,总而言之,导致湖南省矿山地质环境问题产生的因素主要有采矿行为、采选冶及治理技术以及自然因素...
探究矿山地质环境评价方法
答：因此，进行矿山地质环境评价已经成为人类社会发展不可回避的现实。矿山地质环境评价主要是通过调查和评价，摸清矿山地质环境现状，查明主要环境地质问题及其危害，为合理开发矿产资源、保护矿山地质环境、整治矿山环境、恢复与重建矿山...
金属类矿产开发中的环境地质问题
答：金属矿山开发中的主要环境地质问题包括了矿产资源破坏与浪费、土地压占与植被破坏、“三废”对环境的污染,以及山地矿山的滑坡、崩塌、泥石流、尾矿库溃坝等地质灾害。 3.4.3.1 矿产资源的破坏与浪费 矿产资源的破坏与浪费突出表现为中小矿山...
卤水盐矿类开发中的环境地质问题
答：察尔汗钾盐湖开发的主要问题是共生伴生钠镁组分未利用和因老卤水排放导致的盐田钾资源的破坏，以及排放不畅导致的环境地质问题。如废卤排放问题，采卤引发的漏斗问题以及地下水污染、地表水水患等。老卤水是钾肥生产过程中，...
矿产开采引发的矿山地质环境问题
答：2002年，中国地质调查局启动了以省为单元的全国矿产地质环境调查项目，对全国矿山地质环境问题进行了摸底调查［41］。调查结果表明:截至2005年底，全国矿山共引发地质灾害12379处，其中因地下开采引发地面塌陷4489处、地裂缝3019处...
山西煤矿山地质环境调查现状与思考
答：摘要 本文通过对山西六大煤田与煤矿山环境地质问题现状的概略介绍,对目前调查中存在的问题及今后所应开展的工作,提出了几点思考。对矿山环境地质综合评价问题,笔者认为应将对各类煤矿山环境地质问题的分析从专业角度向社会经济方面延伸,并以后...
对矿山环境问题的思考
答：煤矿山地质环境问题是一个人工-自然复合的巨系统,其形成既有内生地质作用,也有外在环境的影响,尤其是人类活动的影响可以说已经对该问题的形成起着决定性的作用,煤矿山地质环境系统的失稳是由于人类活动的参与打破了系统的平衡。因此,煤矿...
