開采活動與礦山環(huán)境問題相關(guān)性

朱 樂 劉福海 郭 鵬

（1.石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院研究生院，河北 石家莊 050031；2.遼寧省第六地質(zhì)大隊，遼寧 普蘭店 116200；3.中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院，河北 保定 071000）

開采活動與礦山環(huán)境問題相關(guān)性

朱 樂1劉福海2郭 鵬3

（1.石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院研究生院，河北 石家莊 050031；2.遼寧省第六地質(zhì)大隊，遼寧 普蘭店 116200；3.中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院，河北 保定 071000）

人類在開發(fā)利用礦產(chǎn)資源的過程中，不可避免地對環(huán)境造成各種破壞性影響，這種影響是長期而復(fù)雜的。在長期的采礦過程中，由于一直采取高污染、高消耗的粗放型開采模式，忽視對礦山環(huán)境恢復(fù)的立法保護(hù)，使得我國礦山生態(tài)環(huán)境惡化。通過研究礦山環(huán)境問題的成因，為解決礦山環(huán)境問題技術(shù)方法做指導(dǎo)。

礦山環(huán)境問題；開采活動；成因分析

礦山環(huán)境問題是伴隨礦山開采活動和礦山地質(zhì)環(huán)境變化而產(chǎn)生的，其形成很大程度上起因于人類活動影響，即取決于礦山開采活動的強度與頻度。礦山環(huán)境問題的產(chǎn)生和發(fā)展都與礦山開采活動有著某種關(guān)聯(lián)，它們之間存在著特定的因果關(guān)系，礦山開采活動的方式、強度以及對環(huán)境擾動的程度制約了礦山環(huán)境問題的嚴(yán)重程度。

1 開采活動與巖土體動態(tài)平衡相關(guān)性

礦產(chǎn)資源開采的過程也是對礦山環(huán)境的改造過程。礦體及構(gòu)成其賦存環(huán)境的周圍巖土體首當(dāng)其沖受到開采活動擾動，并產(chǎn)生變形和位移，當(dāng)位移積累到一定程度，超過巖土體強度極限，便會打破巖土體本身的平衡狀態(tài)，由此產(chǎn)生各種礦山環(huán)境問題。

礦山開采引起巖土體擾動，進(jìn)而誘發(fā)的礦山環(huán)境問題主要是開采沉陷、地裂縫、崩塌、山體開裂、滑坡、堆載體邊坡失穩(wěn)等。而巖土體擾動的主要形式有：開采過程中巖土體開挖、爆破、運移、堆載等活動。

1.1 開挖

是采礦中最常見的一種工程活動，但是，這一看似平常的活動，卻是多種礦山環(huán)境問題發(fā)生的根源。露天礦坑開挖、礦區(qū)道路開挖、地下井巷開挖，無一例外會打破巖土體平衡狀態(tài)，由此引發(fā)巖土體局部變形，隨著開挖活動繼續(xù)，變形擴(kuò)展和加劇，量變到質(zhì)變，最終導(dǎo)致巖土體動態(tài)失衡。

1.2 爆破

是礦山開采過程中普遍應(yīng)用的一種開采手段。應(yīng)用爆破技術(shù)可以有效地開鑿巷道、剝離圍巖、打通礦井，因而它起到了加速開采過程的積極作用。與此同時，爆破震動對于巖體內(nèi)部的原始應(yīng)力狀態(tài)的改變也是不可忽視的。由于爆破震動在巖體內(nèi)產(chǎn)生微裂隙，引起應(yīng)力釋放，往往會降低巖體強度，這種影響積累到一定程度也會導(dǎo)致巖質(zhì)邊坡、地下洞室圍巖動態(tài)失衡。

1.3 運移

開挖或爆破形成的破碎巖體一般都被運移至排土場集中堆放。將這部分巖土體移開，露采坑壁巖體便失去支撐，產(chǎn)生向臨空面卸荷，巖體內(nèi)產(chǎn)生卸荷裂隙，任其繼續(xù)發(fā)展，邊坡可能以崩滑形式產(chǎn)生破壞；井工開采過程中將開采出的礦體和剝離巖體運移之后，形成了地下采空區(qū)，采空區(qū)頂板開始變形一局部拉裂一頂板冒落的過程，最終形成地表塌陷盆地。

1.4 堆載

開采過程中剝離的巖石、廢棄礦石、選礦形成的廢礦渣、尾礦等固體廢棄物每時每刻都在產(chǎn)生，對于固體廢棄物的合理處置是礦山環(huán)境管理面臨的嚴(yán)峻問題之一。選擇適宜的地形作為排土場、尾礦場，將采礦過程中產(chǎn)生的固體廢棄物集中堆載是目前被普遍采用的權(quán)宜之計。伴隨采礦過程，堆積體體積增大、邊坡坡高和坡腳都在不斷改變，結(jié)果可能在荷載作用下產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)。當(dāng)坡高大于60米時，臨界坡角約為30°；當(dāng)坡角大于45°時，為保持堆積體邊坡穩(wěn)定需將坡高控制在50米以下。

綜上，開采過程中的開挖、爆破、運移、堆載各個環(huán)節(jié)都潛伏著巖土體被擾動，進(jìn)而發(fā)展到失衡破壞的危險。這是產(chǎn)生礦山環(huán)境問題最普遍的原因之一。

2 開采活動與水動力條件變化相關(guān)性

構(gòu)成礦山生態(tài)環(huán)境的主體是礦體、圍巖、覆蓋層、水體、生物體。礦山開采對于礦區(qū)環(huán)境的改造首先表現(xiàn)為巖土體動態(tài)平衡被打破；緊隨其后的便是水動力條件被改造。水動力條件變化可能導(dǎo)致的礦山環(huán)境問題有四類，即：地面變形問題、礦水災(zāi)害、水土流失和土地沙化、閉坑礦山問題。

2.1 地下水水位變化

大部分露天開采和井工開采的礦山，在開采前都會采取疏降排水措施，并且排水貫穿了整個開采過程。由此形成了地下水大幅度的水位下降，這種水位大幅度下降使水頭壓力降低，使地表或巖溶地區(qū)覆蓋層土體產(chǎn)生次固結(jié)沉降。并可能導(dǎo)致地面沉降、巖溶地表塌陷，以及沉降盆地周邊伴生地裂縫等地面變形問題。因開采過程中疏干排水，當(dāng)?shù)叵滤幻黠@低于海平面時還可能形成海水入侵。

與上述過程相反，當(dāng)?shù)V山開采完畢，停止礦坑排水后，地下水位便逐漸回升。對于具有若干年開采歷史的礦山而言，這種地下水位抬升對于環(huán)境的影響也是難于適應(yīng)和接受的。閉坑礦山地下水位將明顯高于周圍地下水位，將會由此引發(fā)一系列閉坑礦山水環(huán)境效應(yīng)問題，其中較為突出的是閉坑礦山串層污染和閉坑礦山對相鄰礦山的突水威脅。

2.2 水位變化強度

礦山疏排水往往在短期內(nèi)完成較大水位降深，抽水強度很大。由于許多礦床上覆和下伏地層為富水巖層，隨著開采的延深，地下水位驟降和深降強排，產(chǎn)生了巨大的水頭差，使開采層受到來自相鄰含水層地下水高水壓的威脅，在一些構(gòu)造破碎帶和隔水層薄的地段造成突水災(zāi)害。

2.3 地表與地下水水力聯(lián)系

礦山開采對于水環(huán)境的改造也改變了地下水與地表水的水力聯(lián)系。開采過程將地下不同水文地質(zhì)單元溝通，使地下水與地表水的水力聯(lián)系得到改善。這種改變的直接后果是，閉坑礦山地下水位抬升直接反饋到地表水，在地勢低洼處溢出地表，形成沼澤化，并導(dǎo)致礦坑酸性廢水直接對地表水污染。

2.4 地表水徑流條件變化

開采過程中對地下水疏降排水，使地下水降落漏斗快速形成，含水層逐漸疏干，其結(jié)果不但影響地下水系統(tǒng)，還可能間接影響到地表水系統(tǒng)，當(dāng)?shù)乇硭c地下水連通性較好時，會引起地表水枯竭，由此導(dǎo)致土地沙化和荒漠化災(zāi)害發(fā)生。

3 開采過程對污染擴(kuò)散過程分析

污染源擴(kuò)散導(dǎo)致的礦山環(huán)境問題主要包括大氣污染、水體污染和巖土體污染。

3.1 污染源產(chǎn)生

礦山開采過程中，采礦、選礦、冶煉等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都可能形成污染源。采礦過程中產(chǎn)生大量成分復(fù)雜的廢礦石，其構(gòu)成固體廢棄物主要來源；選礦產(chǎn)生尾礦漿、含重金屬成分的廢渣以及酸性廢石，都是重要污染源；采礦過程中會形成大量礦坑廢水，選冶過程中也會產(chǎn)生大量廢液，都成為重要的液體污染源；采礦過程中形成粉塵、冶煉形成煙塵廢氣、煤礦排放的瓦斯、煤層及煤矸石自燃形成的有害氣體等是主要氣體污染源。

3.2 污染擴(kuò)散

導(dǎo)致周邊巖土體及水體污染的主要途徑有以下幾種：

（1）滲透淋濾——采礦過程中形成的各種固體廢棄物堆載，其中污染成分通過滲透淋濾方式造成土壤和地下水污染；

（2）廢液排放——未經(jīng)達(dá)標(biāo)處置的礦山廢水排放，將污染成分?jǐn)U散到開采空間周圍的地表及地下水體，并在水動力作用下進(jìn)一步擴(kuò)散和向外傳播。

3.3 相關(guān)采礦活動

與污染源產(chǎn)生和擴(kuò)散相關(guān)的采礦活動幾乎涵蓋了礦山開采的每一個主要環(huán)節(jié)。其中貢獻(xiàn)較大的當(dāng)屬選礦和冶煉過程。

固體廢棄物的來源包括：采礦剝離的巖土體、選礦形成的和尾礦砂(粉)以及冶煉產(chǎn)生的廢礦渣等。其中采礦剝離的巖土體屬于固體廢棄物中污染成分較低的，而其他則屬于污染成分較高的。富含重金屬成分的酸性廢液主要產(chǎn)生在選礦和冶煉工序之后。可見，選冶環(huán)節(jié)是污染源擴(kuò)散的主要環(huán)節(jié)，因此，也成為污染控制的重要對象。

4 綜合因素制約的環(huán)境問題成因分析

以上討論將巖土體動態(tài)平衡、水流動態(tài)均衡以及污染源擴(kuò)散作為諸多礦山環(huán)境問題產(chǎn)生的原因，從礦山開采活動中追究打破平衡的元兇，從而得出礦山開采活動與礦山環(huán)境問題之間的因果關(guān)系。這種因果關(guān)系反映為采礦活動是導(dǎo)致礦山環(huán)境問題的主要矛盾，從嚴(yán)格的意義上講，礦山環(huán)境問題多數(shù)情況下是由于若干因素共同制約的。

鄧麗麗］