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讲矿山环境地质问题研究

第16讲矿山环境地质问题研究

矿产资源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础，据有关资料我国95％左右的一次能源、80％以上的工业原料、大部分农业生产资料和1／3的饮用水都取自于矿产资源。

长期以来，由于矿产资源的不合理开发利用，引发了各种各样的矿山环境地质问题。

今后随着社会经济及科学技术水平的飞速发展，对矿产资源的需求和消耗日益增加，大范围、高强度的矿业活动，将使矿山地质环境的演变愈来愈烈，引发的环境地质问题也日益突出。

、

第一节我国矿山环境地质问题分类

我国因采矿引起的矿山环境地质问题较多，类型较为复杂，合理划分矿山环境地质问题类型，归纳总结不同类型矿山环境地质问题特征，是深入研究我国矿山地质环境现状及发展变化趋势的关键。

关于我国矿山环境地质问题分类，有许多专家和学者从不同角度进行了研究。

比如：

中国矿业大学武强教授依据矿类、矿山环境问题性质和矿山开发阶段分别提出了三套分类方案。

西安地质矿产研究所徐友宁研究员将矿业活动导致的环境地质问题结果作为分类的主要依据，把矿山环境地质问题分为资源毁损、地质灾害和环境污染三大类。

根据全国矿山地质环境调查数据统计分析，矿业活动引发的环境地质问题主要有：

滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地面沉降和地裂缝等地质灾害，占用破坏土地资源，水均衡破坏，土地沙化和水土流失等。

其中分布广、影响大、最突出的是矿山地质灾害，其次是矿山占用破坏土地植被等资源损坏问题。

全国主要矿山环境地质问题分布见图5—1。

根据矿山环境地质问题的表现形式和影响结果，将矿山环境地质问题归为四大类：

一是矿山地质灾害，二是矿区土地植被等资源的占用或破坏，三是矿区水资源破坏，四是矿区水土环境污染。

具体分类方案见表5—1。

表5—1矿山环境地质问题类型划分表

类型划分

表现形式

影响结果

矿山地质灾害

矿山开发过程中岩土体天然应力----应变状态的改变，引发崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷（岩溶塌陷）、地面沉降（采空沉陷）、地裂缝

造成经济损失和人员伤亡，使矿山建设和开采复杂化，增加了工作量，降低了开采效率

矿区土地、植被等资源的占用或破坏

占压和破坏土地、破坏地表植被、破坏地质遗迹、破坏地形地貌景观、破坏建筑及交通等基础设施

森林、草地、耕地范围减少，野生动物栖息条件恶化，农作物减产，林业产量下降

矿区水资源破坏

破坏了矿区地表水和地下水系统

区域的水文和水文地质条件破坏，地下水和地表

水原有平衡被打破，水资源量减少

矿区水土环境污染

地表水污染、地下水污染、土壤污染等

水体和土壤遭受有害物质污染，土壤质量恶化

（一）矿山地质灾害

矿业开发强烈影响和改变着矿区地质环境条件，引发地质灾害。

根据地质灾害成因，可分为：

井工开采、露天开采、矿坑疏干排水引发的崩塌、滑坡、地面塌陷（开采沉陷、岩溶塌陷）、地裂缝、不稳定边坡等；固体废弃物堆积引起的崩塌、泥（渣）石流、不稳定边坡和尾矿库溃坝、尾矿坝开裂等。

矿山地质灾害往往给工农业生产带来严重威胁，并严重影响着生态环境，造成人员财产损失和资源破坏。

（二）矿山开发占用、破坏土地（植被）等资源

1．土地植被资源的占用和破坏

矿业活动对土地（植被）资源的影响和破坏，包括改变土地利用现状、地貌景观破坏，以及水土流失、土地沙化等。

地下开采矿山对土地资源的影响主要表现为采空区地面塌陷、地裂缝破坏土地；固体废弃物堆放占用或毁损土地；滑坡、崩塌、泥石流对土地（植被）的破坏。

露采矿山主要是采矿场、排土场对土地（植被）的占用和破坏。

矿业开发占用破坏土地是难以避免的。

一方面无论开采什么矿种，其采矿场、废石（土）、尾矿等固体废弃物都要压占破坏土地资源，另一方面无论井下开采和露天开采都不同程度地要改变或破坏当地的地质环境，形成采空区或高陡边坡，进一步发展使土地资源破坏。

采矿过程及矿山废弃物的堆积对矿区及周围的植被均产生严重破坏，造成地表裸露，土质松软，导致水土流失增加。

矿产开发占用破坏大量土地，不仅加剧土地资源短缺矛盾，而且导致土地的经济和生态效益的严重下降。

2．矿业活动对其他资源的破坏

在矿山开采过程中，特别是露天开采，还破坏了许多景观资源、地质遗迹等，尤其是沿路开采的许多小的建材矿山，对景观资源破坏非常严重。

如大同龙门石窟因煤炭粉尘污染，佛像毁坏，风化剥蚀非常严重。

地下开采而引起的地面沉降等不但破坏了土地资源，而且还破坏了大量建筑和道路等基础设施，在平原区尤为严重。

有些矿区位于名胜古迹之下，地下的开采沉陷也直接或间接威胁着名胜古迹。

（三）矿业开发破坏水资源

矿业活动对水资源的破坏包括水资源浪费、区域水均衡破坏、水环境变化。

地下开采对水资源、水环境影响最大，矿山在建矿、采矿过程中的强制性抽排地下水，以及采空区上部塌陷开裂使地下水、地表水渗漏，严重破坏了水资源的均衡和补径排条件，导致矿区及周围地下水位下降、泉流量下降甚至干枯，地表水流量减少或断流。

在某些地方地下水下降数十米甚至上百米，形成了大面积疏干漏斗，造成泉水干枯、水资源枯竭以及污水人渗等，破坏了矿区的生态平衡。

引起矿区水源破坏，供水紧张，植被枯死和灌溉困难等一系列生态环境问题。

矿业开发对水均衡的破坏在各类矿区不同程度存在，尤其是煤矿区破坏更为突出。

统计分析表明，全国矿山矿坑水年产出量达42．9亿m3，其中煤矿达31．3亿m3，除少部分综合利用外大部分就地排放，造成水资源大量流失；集中采煤区的地面塌陷还引起地表水和浅层地下水漏失，使原本缺水的环境变得更加干旱，使水土流失加剧，土地荒漠化。

（四）矿区水土环境污染

采矿形成的矿坑水、选矿废水等多就近向沟谷、河流排放，以及采矿废石、煤矸石、尾矿渣等堆放不当，构成了矿区水体和土壤的污染源。

矿区内水体污染包括矿区地表水污染和地下水污染。

最为常见的是在矿山开采过程中，将大量矿坑水和采选废水直接排放到矿区周边的河流、沟渠或池塘，使矿区地表水体受到污染；由于河流变成了矿山废水的排泄通道，使得河道两侧浅层地下水受到不同程度的污染。

此外，含有害化学元素的废渣，因降雨浸润，污染地表水、地下水和耕地，造成地方病源。

废石、尾砂及粉尘的长期堆放，在空气、水、温度等风化作用下，进行了风化分解，促使很多有害元素的化合物进入地表及地下水中，尤其尾矿渣受风化作用后形成浓度较高的污染物，进入矿区周围的水体和土壤，造成水土环境污染。

我国每年因采矿产生的废水约占全国工业废水排放总量的5％左右，大量未经处理的废水排放导致地表水、地下水污染严重，加剧了矿区工农业生产用水和人居饮水的矛盾。

第二节我国矿山主要环境地质问题及其危害

一、矿山地质灾害

随着矿产资源开发强度、规模愈来愈大，采矿活动已成为矿区最主要的外部作用应力，其强度远远超过了矿区自然地质作用过程及结果，强烈地改变和破坏了矿区原有的地应力平衡，地应力在重新调整过程中，引发了不同类型、不同规模的地质灾害，危害极大。

（一）矿山地质灾害类型、规模及危害

矿山采掘活动强烈改变了矿区的地质环境，因而导致各种灾害发生，主要包括：

地面变形灾害（地面塌陷、沉降、裂缝、崩塌、滑坡等），岩土体斜坡失稳（主要是包括由废渣、废石引起的滑坡、崩塌、泥石流），矿井灾害（瓦斯爆炸、矿井突水、煤层自燃、冒顶）等，矿井灾害不在本次研究考虑之列。

据全国矿山地质环境摸底调查数据初步统计，截至2005年底，全国矿山共引发地质灾害12000多处，死亡4251人，造成直接经济损失161．6亿元。

其中因地下开采引发地面塌陷4500多处、地裂缝3000多处；采空、开挖、不合理堆渣诱发滑坡1200多处；废渣堆放处置不当引发泥石流680多处；开山炸石、矿山修路、建房形成了大量峭壁悬崖，诱发崩塌1000多处。

各省（区、市）矿山地质灾害数量、类型、经济损失及人员伤亡情况详见表5-2和表5-3。

表5—2全国矿山地质灾害类型统计表单位：

处

省（区、市）

崩塌

滑坡

泥石流

地面塌陷

地面沉降

地裂缝

矿坑突水

其他

合计

河南

16

15

32

50

472

323

72

O

980

吉林

O

0

1

31

69

4

1

O

106

安徽

2

19

l

55

5

11

24

0

117

北京

6

12

5

69

8

28

O

0

128

福建

11

35

11

46

4

6

8

O

12l

甘肃

25

34

57

30

12

63

8

0

229

广东

11

10

5

49

4

6

3

O

88

广西

137

42

81

85

26

32

36

O

439

贵州

50

59

11

97

52

147

30

0

446

海南

79

4

3

1

1

1

2

O

91

河北

10

12

5

93

39

88

45

O

292

黑龙江

2

1

0

237

O

6

5

0

251

湖北

36

31

4

93

4

45

0

O

213

湖南

214

192

94

840

205

312

121

0

1978

江苏

39

53

5

63

0

1

29

0

190

江西

20

48

14

112

O

14

20

0

228

续表

省（区、市）

崩塌

滑坡

泥石流

地面塌陷

地面沉降

地裂缝

矿坑突水

其他

合计

辽宁

2

4

O

5

12

5

0

0

28

内蒙古

8

12

10

243

75

126

8

l

483

宁夏

11

15

11

44

0

41

12

3

137

青海

13

24

20

57

2

30

7

O

153

山东

6

4

0

239

76

44

39

O

408

山西

22

79

11

802

49

1165

44

17

2189

陕西

43

111

78

299

0

132

20

2

685

上海

O

O

0

O

0

O

0

O

0

四川

91

118

63

116

20

77

38

O

523

天津

4

4

O

O

O

O

O

0

8

西藏

4

O

1

6

O

1

O

0

12

新疆

62

65

66

479

8

93

24

13

810

云南

56

168

83

168

2

177

38

10

702

浙江

13

17

6

49

2

5

4

O

96

重庆

84

69

4

31

8

36

15

1

248

合计

1077

1257

682

4489

1155

3019

653

47

12379

注：

统计数据以调查年为准。

表5—3全国矿山地质灾害损失（分省）统计表

序号

省（区、市）

灾害数量／处

直接经济损失／万元

死亡人数／人

1

河南

980

38006.69

319

2

吉林

106

2193.05

0

3

安徽

117

32617.6

15

4

北京

128

7011

5

5

福建

121

2327.37

58

6

甘肃

229

7653.4_4

24

7

广东

88

1472.09

17

8

广西

439

21979.24

595

9

贵州

446

137219.5

126

10

海南

91

1062.26

8

11

河北

292

6113.2

136

12

黑龙江

251

15817.6

15

13

湖北

213

6775.49

7

14

湖南

1978

130439.4

273

15

江苏

190

81114.25

81

16

江西

228

11682.86

137

17

辽宁

28

3476.09

0

18

内蒙古

483

26031.58

23

19

宁夏

137

6530.62

107

20

青海

153

4201.13

111

21

山东

408

66851.64

72

22

山西

2189

868741

127

23

陕西

685

62992.95

225

续表

序号

省（区、市）

灾害数量／处

直接经济损失／万元

死亡人数／人

24

上海

O

O

0

25

四川

523

24682.39

335

26

天津

8

106

4

27

西藏

12

0

0

28

新疆

810

8219.01

202

29

云南

702

28838.04

1194

30

浙江

96

3854.51

9

31

重庆

248

8273.2l

26

合计

12379

l616283

4251

注：

统计数据以调查年为准。

目前我国矿山地质灾害发生数量较多的省份（区、市）为河南、湖南、内蒙古、山西、陕西、四川、新疆、云南等，尤以湖南、山西最为严重，分别达到1978处和2189处（图5—2）。

山西省因地面塌陷已造成500多人伤亡。

黑龙江省也是受地面塌陷影响较为严重的省份，如七台河矿区从1958年开始开发，在不到50年的时间里，市区部分地段下沉2．5～6．5m；鸡西矿区经过80多年开采，已形成地表采煤沉陷区193km2；鹤岗矿区有63．73km2的沉陷区，其中最深的地方下沉了30m，在地面上造成长6m多的裂缝，而且目前仍以每年1．3m的速度下沉。

图5—2各省（区、市）矿山地质灾害发生数量柱状图

另据调查结果统计，我国矿山地质灾害以地面塌陷为主，共有地面塌陷4489处，占矿山地质灾害发生总数的36％；地裂缝次之，共有地裂缝3019处，占矿山地质灾害发生总数的24％；滑坡1257处，占10％；地面沉降1155处，占9％；崩塌1077处，占9％；发生泥石流与矿坑突水分别为682次和653次，分别占6％和5％（图5—3）。

图5—3不同类型矿山地质灾害数量比例饼图（单位：

处）

矿山地质灾害发生规模以小型为主，共有10475次，占总数的85％；中型次之，发生1137次占总数的9％；大型最少，共767次，占总数的6％（图5—4；表5—4）。

图5—4矿山地质灾害规模比例饼图（单位：

处）

表5—4全国矿山地质灾害规模统计表单位：

处

灾害规模

地裂缝

地面塌陷

滑坡

崩塌

泥石流

地面沉降

矿坑突水

其他

合计

大型

96

298

69

30

64

77

131

2

767

中型

196

412

171

62

107

75

114

0

1137

小型

2727

3779

1017

985

5ll

1003

408

45

10475

总计

3019

4489

1257

1077

682

1155

653

47

12379

注：

统计数据以调查年为准。

受地域分布和不同的开采方式等因素影响，不同种类矿山发生地质灾害的数量差别较大，全国能源类矿山发生地质灾害8600多处，占矿山地质灾害的70％，金属类矿山约1700处，占矿山地质灾害总数的14％，非金属类矿山2000多处，占矿山地质灾害的16％。

煤矿以地面塌陷、地裂缝、滑坡、矿坑突水为主，金属矿山以泥石流、地面塌陷为主，非金属矿山以泥石流、滑坡、崩塌为主（图5—5；表5—5）。

图5—5不同矿类矿山地质灾害发生数量比例饼图（单位：

处）

表5—5全国不同种类矿山地质灾害统计表单位：

处

灾种

能源

黑色金属

有色金属

贵重金属

稀有稀土

冶金辅助原料非金属

化工原料非金属

特种非金属

建材其及其他非金属

合计

崩塌

321

59

80

49

12

7

42

100

407

1077

滑坡

525

81

150

61

20

4

41

12

363

1257

泥石流

146

43

103

109

7

7

12

5

250

682

地面塌陷

3405

211

277

129

4

70

98

4

291

4489

地面沉降

1007

31

27

12

O

3

13

0

62

1155

地裂缝

2658

77

71

43

5

7

57

0

101

3019

矿坑突水

516

14

51

20

0

5

47

653

其他

35

l

2

3

O

0

O

O

6

47

合计

8613

517

761

426

48

98

268

121

1527

12379

注：

统计数据以调查年为准

（63-92页空缺）

固体废物中年产出量以金属矿山最多，达8．04亿t，非金属矿山2．78亿t，能源矿山5．9l亿t；累积积存量中金属矿山为113．89亿t，非金属矿山20．4亿t，能源矿山85．32亿t（图5—29至图5—31）。

图5—29三大类矿山固体废弃物年产出量比例饼图（单位：

亿t）

图5—30三大类矿山固体废弃物累积积存量比例图

图5—31不同矿类固体废弃物年产出及积存量柱状图

废渣污染以潼关金矿区较为典型。

据西安地质矿产研究所“陕西潼关金矿区环境地质问题专题调查”项目资料，潼关金矿区历史累积的采矿废石、尾矿渣堆随意堆放已造成严重的环境污染。

对600多件河流及底泥、农田土壤、村民井水、人体食物链（谷物、果蔬、家禽）样品进行了分析测试，结果表明：

河流及其底泥中Hg、Pb、cd、As、cu、zn重金属超标严重。

山区水源地已丧失了水源的功能，山外河水已成为黑灰色的矿浆水，失去农用灌溉功能，部分村民饮用井水已遭受Cr、Hg、Ph等污染，严重地危及矿区人民健康安全及黄河水质安全。

第三节我国矿山环境地质问题的主要特征

矿山环境地质问题与人类采矿活动和矿区地质背景条件密切相关，采矿活动是其产生的主导作用和诱发因素，其作用范围主要限于采矿区、加工区及其附近影响区。

它既具有一般环境地质问题的共有特性，又具有独特性。

一、矿山环境地质问题特征概述

1．矿山环境地质问题类型的多样性

矿山环境地质问题类型众多，表现形式多样。

矿山建设的工业场地、矿道掘进采掘矿石、露天矿表土剥离、弃土排渣等改变了矿区原有的地形地貌景观，产生地质遗迹破坏、土地植被占压与破坏、水资源衰减等环境地质问题；矿区采掘活动改变了原有的地应力平衡，诱发地面塌陷、地裂缝、滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害；矿山“三废”排放造成的水、土、大气环境污染，危及矿区及其影响区居民健康。

2．矿山环境地质问题的复杂性

矿山环境地质问题的主要诱发因素是采矿活动，与矿产类型、开发方式密切相关，与矿区的地质背景、气象、水文和植被等自然因素也有一定的关系。

矿种及开发方式不同，矿山环境地质问题特征明显不同。

煤矿的地面塌陷、地裂缝、煤矸石自燃等问题突出，金矿的矿石选冶产生的环境污染问题突出，非金属矿山造成的地表景观破坏严重。

井工开采的地面塌陷、地裂缝、矿坑突水等问题突出，露天开采的边坡崩塌、滑坡、采坑外围的地裂缝及塌陷、地表景观破坏等问题严重。

3．矿山环境地质问题的多因性和复发性

某一类矿山环境地质问题往往是采矿、选矿等多种活动过程共同作用的结果，其诱发因素众多。

例如土地资源的占压与破坏可以是采矿废渣、选矿尾矿、冶炼废渣的占压，还可能是露天开采剥离导致的农田被毁，或因滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝等造成土地功能改变与土地质量的下降。

另外，某些环境地质问题还具有多次原地复发的特点。

4．矿山环境地质问题的地域性

矿山环境地质问题的类型、严重程度与矿山所处的自然地理环境密切相关。

不同地质环境背景区矿山环境地质问题特征不同，具有明显的地域性。

例如崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害主要发生在丘陵山区，地面塌陷、地裂缝等地质灾害主要发生在平原地区。

5．矿山环境地质问题危害的集中性与严重性

矿山环境地质问题主要发生在矿山生产现场及其周边影响范围之内，直接威胁采矿作业场、工矿设施和周边居民的生命财产安全。

矿山环境问题不仅造成直接和间接的经济损失，而且破坏人居生态环境，而较大规模的地质灾害和环境污染事件往往会造成严重的社会后果。

矿山环境污染危害人体健康的滞后性和累积性更为深远，以至于矿山闭坑后相当长的时期内影响仍会存在。

6．矿山环境地质问题的群发性与共生性

矿山环境地质问题往往不是孤立发生或存在的，具有群发性和共生性。

往往一种矿山环境地质问题的结果是另一种矿山环境地质问题的诱发因素。

例如井采矿山，随着采空面积不断扩大，将产生顶板垮落，上覆岩层（土层）出现冒落带、裂隙带和弯曲变形带。

裂隙带和弯曲变形带波及地面时，就会诱发地面坍塌和地裂缝。

如在山区，会导致山体开裂诱发崩塌、滑坡等地质灾害。

矿山弃土废渣的排放会产生土地占压，环境污染等环境地质问题，同时还可能诱发渣石堆崩塌、滑动、矿渣流、泥石流等地质灾害。

由于诱发条件类似，某几种矿山环境地质问题往往具有共生性，如崩塌、滑坡和泥石流往往是共生的，地面塌陷和地裂缝也多是共生的。

二、矿产资源集中开采区矿山环境地质问题特征

其分布规律与矿产资源的空间分布特点有关。

1．东北煤炭、能源和铁矿基地

计划经济时期建设的国有矿山，在矿产资源开发方面为国家作出了巨大贡献，但也引起了非常严重的矿山地质环境问题，造成的地质灾害随时对当地人民生命财产构成严重威胁，重点调查了煤矿、铁矿、石油等矿业基地问题严重的老矿山、资源枯竭型矿山、闭坑矿山或矿城，以及大兴安岭地区的金矿矿山的环境地质问题。

主要