浅述矿产资源开发对地质环境的影响及问题的防治

【摘要】因矿产开发引起的地质灾害种类繁多，按成灾与时间的关系，可分为突发性矿山地质灾害，如矿坑突水、瓦斯爆炸、岩爆等；和缓发性矿山地质灾害，如采空区的地面变形、诱发地震、环境污...

摘要：本文就笔者在湖南省邵东县多年水工环地质工作经验，分析了因矿产开采引起的地质灾害和所造成的环境问题，阐述对地质环境问题的防治，以及矿业开发与生态环境保护协调发展应重视的方面。

关键词：矿产资源开发；地质环境；地质灾害；防治

前言

我国存在着许多以自然资源开采为主、资源型产业在经济中占主导地位的资源型县市。邵东县矿山众多，共有各类矿山111个，其中生产矿山74个，关停矿山37个（片）已控明资源储量的矿种14个，烟煤、石膏、铅锌、石灰岩为该县优势矿产。矿业开发为邵东县带来了丰富的矿产资源，为国家建设作出了重大的贡献。同时矿山建设对生态环境产生了一定的负面影响，在创造物质文明的同时又在破坏人类赖以生存的环境。矿产资源的开发利用，对自然环境的破坏造成了大量矿山地质环境问题。长期以来，矿山企业选用的采矿方法其目的是为了追求最大的经济效益，而忽视了采矿方法不当可能造成的工程地质灾害和环境污染。采矿方法、灾害与环境污染控制分散在不同领域，相互脱节，造成大量因采矿方法选择不合理引发的地质灾害与环境污染。开采不仅耗费过量的土地资源，而且开采后毁坏的土地，既破坏原有的自然生态系统，又难以直接使其成为进一步服务于社会某种经济目的的用地。由于长期的超强度开发如牛马司矿业有限公司三个矿井、邵东县兴隆煤矿、湖南万安达集团昭阳有限责任公司砂石煤矿等国有重点老矿区大部分进入衰老期，生产能力萎缩，生态环境破坏严重，开采难度提高，开采成本上升；同时，矿区开采深度加大，地质构造更为复杂。由于地下资源采空，且上覆岩层软弱，工程地质条件差，造成地面沉陷、塌陷、出现房屋开裂，垮陷，地面变形及河床塌陷、河水倒灌、矿井和农田下沉变形为碟形水泽洼地等地质灾害；同时，造成地下流体渗流场变化，并引发地表水漏失，地下水资源枯竭类工程灾害；由此引发地面生态环境的严重破坏。地表沉陷造成水系破坏，且矿山废弃物堆置场更严重污染水系和周围环境；当矿山位于城市、河流或交通干线附近时，采矿地的破坏性发展将成为干扰城市和区域经济规划和实施的主要障碍之一。如邵东县石膏矿地面变形灾害的影响范围达3.52,城区及规划建设区座落在煤和石膏矿床之上，而且已形成了七个沉陷区，潜在的地面变形隐患，将可能导致更多的城区地面设施被破坏。这些由于资源开发诱发的工程灾害和环境污染，如果不给予高度重视并加以解决，必将进一步扩大灾害范围、进一步恶化环境，威胁邵东县城区和人民生命财产安全，成为社会不稳定因素，同时造成巨大的经济损失，将严重影响着邵东县经济与城市发展，对当地居民生命财产及日常生活产生了严重影响。矿山地质环境问题是一个复杂的综合性问题。它涉及矿山、地质、环境等诸多方面，研究矿山地质环境问题就是要实行矿山地质环境保护与生态恢复治理工作及矿山土地复垦、矿产资源开发利用方式的根本转变，从源头、全过程实施矿山环境有效保护，防治地质灾害，合理开发矿产资源，建设“绿色矿山”，把矿产资源开发对环境的破坏降到最低限度，实现资源开发与生态环境保护协调发展。

1、矿产开发引起的地质灾害

因矿产开发引起的地质灾害种类繁多，按成灾与时间的关系，可分为突发性矿山地质灾害，如矿坑突水、瓦斯爆炸、岩爆等；和缓发性矿山地质灾害，如采空区的地面变形、诱发地震、环境污染等。按灾害的空间分布和成因关系分类，主要有岩土体变形灾害，如地面沉降、开裂、塌陷、边坡失稳、滑坡与岩崩、坑内岩爆、诱发地震、场库失稳；地下水位改变引起的灾害，如矿坑突水涌水、溃沙涌泥、“三废”物质对环境污染；矿体内因引起的灾害，如瓦斯爆炸和矿坑火灾、地热等。

1.1地面塌陷及沉降开裂

地面塌陷、沉降开裂大多因矿井强烈疏干排水引起，少数是由地下矿层和岩石被大规模采空后，顶板岩石产生变形破坏后依次向下垮塌所致。如牛马司矿区兴隆煤矿因煤矿开采强烈疏干排水形成的塌陷面积达4.54公顷，造成2片农田下沉被水淹没无法耕作，采空区地面变形造成18栋房屋开裂，防治难度较大，严重制约当地经济的可持续发展。

1.2采矿场边坡失稳、滑坡、泥石流

该灾害多发生在露天采矿场，主要原因是不合理开采，如采剥失调、边坡角度过陡应力失衡而产生滑坡、松散矿石和尾矿大量堆积加之雨淋滤水作用使采矿场失稳，矿坝溃决，从而形成泥石流，造成河道淤塞、建筑物开裂等，给矿区居民生命财产带来巨大危害，同时也给环境造成巨大破坏和污染。

1.3坑内岩崩

主要是因井下开采未及时支护和回填而发生。

1.4坑内岩爆

坑内岩爆又称矿山冲击，这是因矿坑周边和顶底板围岩，在受到强大的地壳应力作用而被强烈压缩，一旦因采掘挖空出现自由面，即有可能产生岩石地应力的骤然释放，导致岩石大量破裂成碎块，并向坑内大量喷射、爆散，给矿山带来危害和灾难。

1.5诱发地震

因采矿及强排水，以及岩爆、煤层瓦斯爆炸等灾害引起的冲击地震和陷落地震。采矿往往需辅之以爆破、开掘井巷等，当岩体(山体)受到突然冲击，土石崩落、地层滑动或陷落，矿井坍塌、洞穴发育地段发生塌陷等，均可引起冲击地震；在采空区范围内，如有断裂通过，沿断裂形成的应力突然释放，产生大量的能，也可能导致地震；而在矿区，也可因上述冲击地震而产生的传递作用，沿构造方向发生地震迁移，造成更大范围的地震灾害；此外，强排水采矿，造成矿层顶板陷落，岩洞塌陷也可引发地震。该类地震，属小震级的地震，但震源浅、危害大，可导致井下和地表的严重破环。

1.6矿坑涌(突)水、溃沙涌泥

矿坑涌(突)水、溃沙涌泥常相伴而生，是最常见的矿山灾害，这种地质灾害多发生在涌水量大的岩溶类型矿区，尤其是水文地质条件复杂大水岩溶型煤矿区频繁发生，引发的灾情表现为突发性强、常不易预测、涌水量大，且含大量泥沙，危害性大。如牛马司矿业有限公司水井头煤矿，因矿坑突水，造成桐木江部分地段河床漏水改道及桐湖桥西端河床塌洞矿井突水、共投入治理资金531万元。其成因是在生产过程中常因对矿坑涌水量估计不足，采掘过程中打穿老窿，贯穿透水断层或含水层，骤遇蓄水溶洞或暗河，导致地下水或地面水大量涌入，造成井巷被淹或堵塞、人员伤亡等灾难。

2、矿产开发中的地质环境问题

2.1 瓦斯爆炸和矿坑火灾

瓦斯爆炸和矿坑火灾这种灾害最常见于煤矿。由于通风不良，使瓦斯积聚发生爆炸，造成井下作业人员伤亡，矿井被毁;矿坑火灾除见于煤矿外，也见于一些硫化矿床。因硫化物氧化生热，在热量聚积到一定程度时则发生自燃，引发矿山火灾。矿山火灾的危害极大，而且还严重损耗地下矿产资源，如邵东县原金华煤矿，原煤自燃，其资源损耗量十分巨大，地表见农作物和树木死亡，环境严重恶化。

2.2矿业荒漠化问题

矿业荒漠化土地的形成和迅速扩大，也成为许多矿区的环境问题之一。特别是一些露天开采矿区，开采时要进行大量的表土剥离，因而对地表植被与地貌景观造成严重破坏，形成土地荒芜、岩石、乱石遍地的矿业荒漠化，加上因矿产开发产生的“三废”对土地和植被造成的不良影响，更使土地严重破坏。

2.3 水环境的污染

在采掘、洗选、冶炼过程中，多金属硫化物与大气接触，发生氧化作用，同时使共生的有毒有害元素活化、迁移并进人水体，污染地表和地下水环境。在牛马司矿区及邵东高桥铅锌矿尾矿库淋滤水，使溪流受到矿坑废水洗选废水的严重污染，进而导致原来靠溪水灌溉的良田受到污染，以至绝收。

2.4 矿业废渣污染

矿业废渣在矿区堆积如山，成为矿业环境问题的重要隐患。因为矿渣及矸石中含有大量在现实技术条件下无法利用的矿物，长期堆放会引发一系列环境问题，如矿渣的氧化分解会释放出大量有毒、有害元素，在雨水的淋滤下，污染地表水体、地下水及土地更严重的是，有些地方对矿山废渣的排放和堆存缺乏有效的管理，有的直接排入河道，有的堆积于田边路旁，任其随意扩散污染环境。矿山废渣中普遍富含硫化物，在地表条件下，氧化分解释放出二氧化硫污染空气。特别是煤矸石，平均含硫8％～12％，含碳15％～20％，因缓慢氧化、温度升高而自燃，产生大量的SO2、H2S、CO、CO2、NOx等有毒有害气体。废渣中的硫化物以硫酸的形式脱离废渣，形成具有很强的腐蚀性和溶解能力的酸性溶液，它可以将废渣中所含的各种重金属及其伴生的稀散元素大部溶解，使废渣的酸度和毒性不断增加。当其渗入土壤、流入水体，便成了重要的污染源。

2.5 元素污染和生态环境破坏

矿山开采利用过程对矿区土壤环境的影响十分严重，但不易引起重视。金属矿床的采、选、冶过程向土壤环境中大量释放重金属，多金属硫化物矿废石堆中重金属Cu、Pb、Zn、Ni、Fe等大量垂向迁移，形成的次生矿物在下部土壤中大量储集； Pb、Zn矿床尾矿中的重金属Pb、Zn、Ag、As在短时间内向下部土壤迁移可达50cm；开采的铅锌矿床中相当多的Hg、Pb、Zn等进入了土壤，土壤表面含Pb超常；金属冶炼厂和选矿厂土壤中还形成了大量重金属次生矿物；金属矿床开采导致矿区周围土壤中常量元素与重金属元素相伴产生土壤污染，土壤显示明显的常量元素和重金属的地球化学分带，经地表淋滤，在土壤深部富集。常量元素也可单独富集，造成土壤不同程度的次生盐碱化。煤矿开采过程引起的污染也很严重。金属矿山开采尾矿的地球化学污染也不可忽视。此类生态环境破坏不易直接观察，但对人体健康和农作物生长的影响严重，长时间作用可造成地方性疾病。矿山开采和选冶过程对邵东县矿山地质环境造成严重环境污染和生态环境破坏需要进一步加强研究。

3、矿山地质环境问题的防治

矿山地质环境问题的防治是个系统工程，不仅是矿山采、选、冶的事，也关系到矿山建设之前的地质勘探工作的全面性和准确性，实行预防为主、避让与治理相结合的方针，按照以防为主、防治结合、全面规划、综合治理的原则进行。

(1)矿山建设前的地质勘探工作质量好坏是决定矿山地质灾害发生的一个前提条件。

矿床地质勘探工作的成果是矿山设计的基本依据，质量好坏是决定矿山地质灾害发生的一个前提条件。地质勘探工作不仅要查明资源储量、矿床的地质构造条件，还要查明矿床周围的地质环境、生态环境和水文地质条件。矿床地质勘探报告的评定审查，必须根据规范要求，严格进行。

(2)矿山采、选、冶设计和生产要立足于长远，把环境保护放在首位，力争可持续发展。

①开采过程中，严禁不按科学办事和不按规章制度办事、滥采乱挖、吃富弃贫、过量开采。

②采、选、冶过程中的三废治理，对废气治理，要着重改进窑炉的生产工艺，在回收和处理污染上狠下工夫；对废水处理，要改革工艺，更新设备，减少废水和污染物的排放，提高水的重复利用率。对废渣处理，要着眼于综合利用，变废为宝。例如，煤矸石既可用作建筑材料，又可用于筑路，还可用于回填采空区。

(3)采空区和岩溶塌陷区要及时回填

首要任务是将采空区土地及废渣堆放场地进行土地复垦，不仅可以防止坍塌和废石流的发生，而且还可绿化环境，保护矿山地质环境。

(4)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防治。

(5)应用高新科学技术，加强矿山生态环境与地质环境动态监测与信息化管理是避免人员伤亡和减少经济损失的重要环节。例如，应用地震监测仪对矿震的监测，应用地面物探和遥感测定技术对煤层自燃范围和边界的确定，应用卫星遥感资料对矿山地质灾害的评估，都取得了成功经验。

4、结束语

建立系统的评价和管理方法体系，包括治理规划和管理模式的建立、信息系统建设、基本调查方法、测试技术方法、图件编制方法、实时监测预报方法，以及综合评价预测方法等。同时，加强管理，制止不科学的或非法的矿业活动和工程活动，预防地质环境和生态灾害。通过采取切实有效措施，控制矿区不良地质生态环境的恶化。