矿山主要地质环境问题的类型
1.矿山地质灾害问题
山地由于山高坡陡,采矿工程改变了地形地貌,破坏了山体的完整性和岩土体力学平衡,加之爆破、工程机械的扰动作用,在重力作用和暴雨等因素作用下,导致山体局部变形、断裂、脱离母体,产生崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。常见的与采矿有关的地质灾害有崩塌、地裂缝和危岩、边坡失稳、滑坡、地面塌陷等。
(1)崩塌。
悬崖陡坡上被直立裂缝分割的岩土体突然脱离母体向下崩落的现象称为崩塌。在陡坡脚剥土挖洞,使岩土体根部空虚,很容易引发崩塌。湖北远安盐池河磷矿崩塌是一个典型实例。当时,该矿在三面临空的陡崖下开采磷矿数十万吨,形成大面积的地下采空区,致使上覆山体中的裂缝不断扩大,最后在暴雨和井下爆破的激发下发生体积达上百万立方米的大规模崩塌。
(2)地裂缝和危岩。
地裂缝和危岩的发生机制与崩塌相似,只不过受损山体尚未脱离母体,而成为危岩。鄂西地区的含矿地层均为灰质页岩或泥页岩,其工程地质性质相对软弱,而其上覆地层多为厚层状石灰岩或粗砂岩,工程地质性质相对坚硬。由于溪谷等的强烈切割作用,工程地质性质相对坚硬的岩类往往形成悬崖陡壁,临空耸立于含矿的工程地质性质相对软弱的岩类之上。在悬崖陡壁下开矿,几乎是鄂西地区的普遍现象。在这种地质环境条件下开矿,常会导致山体斜坡稳定性破坏,很多情况下会引起山体开裂,甚至引发山崩、滑坡和地面塌陷,对矿区及崖脚村舍或附近交通安全构成很大威胁,有的甚至造成严重伤亡事故。其中,长江三峡链子崖危岩最为著名,链子崖山脚因挖煤形成地下采空区,使上覆山体出现数条裂缝,裂缝宽数厘米至数米,深数十米至百余米,危岩耸然临空,威胁长江航道安全,国家不得不花重金予以整治控制。
(3)边坡失稳。
边坡失稳可分两种情况:一是露天开采破坏了边坡的自然平衡,造成边坡局部崩滑;另一种情况是在临空高陡边坡下洞采矿层,破坏了斜坡原有的应力平衡状态,使山体前缘下沉,山体开裂,直至产生大规模的崩塌滑坡。
(4)滑坡。
斜坡上的岩土体沿一定的软弱面向下滑动的现象称为滑坡。由于煤矿等含矿层多属软弱工程地质岩类,其上覆岩层往往是坚硬工程地质岩类,因此在山坡坡脚开挖、切坡会诱发滑坡。
(5)地面塌陷。
地面塌陷指地表岩土体向下陷落形成塌陷坑洞的现象,因采矿造成采空塌陷的现象非常普遍。岩溶区主要由碳酸盐岩组成,沉积厚度大,地貌组合类型较复杂,主要在地表形成漏斗、洼地、落水洞等,地下则以溶洞为主,地面塌陷是岩溶地区普遍存在的地质环境问题。在岩溶地区进行矿产资源开发,矿坑排水或突水常引发塌陷事故。凡处于覆盖型岩溶地区的矿区,在排水疏干过程中,几乎都不可避免地会引发塌陷。广西许多矿山位于岩溶地区,矿山地质和水文地质条件很复杂,采矿时对地下水必须进行疏干排水,甚至要深降强排,由此引发了一系列地质环境问题。一是矿井突水事故时有发生;二是由于疏干排水,在许多岩溶充水矿区会引起地面塌陷,严重影响地面建筑、交通运输安全及农田耕作与灌溉;三是某些矿山由于排水,疏干了附近的地表水和浅层地下水,致使水田变成旱地。
(6)地面变形。
由于采矿放顶、矿坑疏干或长期抽排地下水,以及降水、加荷等原因,常造成矿区地面下沉、开裂等。
(7)采场冒顶。
在矿山开采中,采场冒顶事故是事故发生率最高的灾害之一,包括岩层脱落、块体冒落、不良地层塌落以及由于采矿和地质结构引起的各种垮塌。特别是稳定性差的难采矿体及软弱夹层,易发生较大规模的塌落。
(8)深部岩爆。
岩爆是高地应力条件下地下洞室开挖过程中,开挖卸荷导致围岩洞壁产生应力分异作用,储存于岩体中的弹性应变能突然释放,因而产生爆裂松脱、剥落(离)、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。
2.矿山环境污染问题(https://www.daowen.com)
采、选、冶等矿业活动破坏植被、耕地,改变生物赖以生存的空气、水、土壤条件,造成生态系统破坏、生态平衡失调。矿业活动作用于环境的主要方式有如下几种。
(1)固体废弃物占用土地并污染环境。
采矿会产生大量废石,一般矿山剥采比为40%~200%,如铝土矿,每采1t矿石要产生数吨至十数吨废石。废石堆积成为尾矿库,如果不能妥善处理废石,在一定时空环境下将成为一个稳定的地下水污染源。废弃矿坑、矿渣会污染土壤水或浅层地下水。土壤水下渗,若与某含水层形成水力联系,会进入含水层,污染浅层地下水。浅层地下水若与深层地下水发生水力联系,则会进一步污染深层地下水。为防止地面沉降而进行的人工回灌活动也可能污染深层地下水。
废矿在长期氧化、风蚀、溶滤过程中,各种有毒矿物成分或有害物质(有些矿山的矿石成分中没有或只有微量的有毒矿物,则属例外)随水转入地表水体、地下水体和土壤,造成地表水体、地下水体及土壤长期不断的化学污染。
(2)矿山废水污染环境。
矿山废水包括矿坑水、选矿废水、冶炼废水和废渣淋滤水,水中含有汞、镉、铬、镍、铅等重金属离子,氰化物、硫化物、磷酸盐等化合物,苯胺、硝基苯等有机药剂残留物,细菌、病毒等。矿山污水超标排放,会污染农田、河流、湖泊、地下水,使农作物减产、鱼虾死亡。开矿作业用水量远远小于选矿作业用水量,但不论是采矿还是选矿若不注意废水处理,都会造成严重的后果。
(3)废气污染环境。
矿石冶炼产生的废气、粉尘排入空气中,会降低空气质量,造成空气污染。矿山废气主要有害成分有二氧化硫、氮氧化物、氯化氢、氟化物、硫酸雾及固体悬浮物等,会使植物叶片退绿、生斑、脱落,农作物生长减缓,抗病虫害能力降低。在矿山开采中,氧化、风蚀作用可使废石堆场、尾矿库成为一个周期性的尘暴源。此外,矿石破碎、筛分和选矿等工序产生的粉尘等也较多;运输时也会形成大量扬尘。
3.矿山景观环境破坏问题
采矿破坏景观环境的问题普遍存在,例如剥土挖树、采石烧灰会损伤自然景观,破坏地质遗迹,废石、尾矿等固体废弃物的堆放会侵占耕地、河谷、河床,改变地形地貌,破坏植被、耕地,导致绿地面积缩减,引起水土流失,扰动野生动物栖息地,破坏地表水及地下水的水平衡系统;运输、爆破会干扰名胜观光等。
矿山开采引起生态破坏主要发生在以下三个过程中:①开采活动会对土地直接造成破坏,如露天开采会直接毁坏地表土层和植被,地下开采会导致地层塌陷,从而引起土地和植被的破坏;②矿山开采过程中的废弃物(如尾矿、矸石等)需要大面积的堆置场,从而导致对土地的过量占用和对堆置场原有生态系统的破坏;③矿山废弃物中的酸性、碱性或重金属成分,通过径流和大气飘尘,会破坏周围的土地、水域和大气,其污染影响面远远超过废弃物堆置场区域。
上述三个过程导致采矿地在生态系统层次上存在三种生态破坏类型:景观型破坏,表现为采矿活动对采矿地地貌的影响;环境质量型破坏,表现为采矿活动对所在地区土质、水质甚至大气质量的影响;生物型破坏,表现为采矿活动对原有生物群落的严重干扰。
地形地貌发生改变,植被、水土状态也会受影响。要获取矿产资源,一般需剥离大量地表土,还要在地面兴建许多建筑物和构筑物。这样,就必须在矿山开采前期进行大量的土方工程,而我国的矿山又大都处于山地丘陵区,因此在一个矿山达产之前,常常需要把山谷丘陵夷为平地,把平地掘成露天矿坑,把连续边坡挖成梯形平台边坡或台阶式立体面,或者由于整座山体是由矿石组成的,矿山的开采就是对整座山的挖掘。这必然造成对矿山开采区域内地形地貌极大程度的破坏,影响区域内植被面积及类型比例,甚至导致局部地区的气候、地面水土状态发生变化,影响居民的生产、生活。
露天采矿剥离出的新岩面及沿坡地建设厂房开挖的台阶立面,往往与环境背景色调反差很大,十分显眼,尤其是以天空和茂密植被为背景时,景观破坏更为严重。矿山地面工程造成的植被破坏和土壤侵蚀也不容忽视,失去地表保护层容易引发水土流失,地处山区的矿山常因此出现泥石流和滑坡事故。地下开采造成的地面塌陷不仅威胁建筑物和农田,也破坏了环境景观。如有色金属矿山无论是露采还是坑采都会产生大量废石,废石的堆置将引起严重的景色干扰。即使是开采时考虑到了废石回填的矿山,在井巷工程建设和开采前期仍有相当数量的废石无法利用;而且废石破碎和充填搅拌站大都污染较严重,与环境景观不协调。大多数有色金属矿石的品位较低,选矿后的尾砂量很大,随生产时间的延长,尾矿坝陆续加高,加上库内存蓄的废水及杂乱的漂浮物,使尾矿库成为一个长期的景观干扰源。当尾矿库选址不恰当时,将造成更为严重的后果。
矿山尾矿库溢流水、废石堆场经雨水淋溶形成的浊流,常常使河流出现颜色杂乱的污染带,加之高大烟囱及车间天窗排出的烟气弥漫缭绕,这都扩大了景观干扰范围。特别是有色金属矿物特有的颜色及矿山较大的产尘量,使矿山的地面建筑物和固定设备呈现与其所处理的矿物相同的颜色,给人以灰头垢面之感,形成颜色干扰,加重了景观破坏。
尾矿库、矸石山占用土地,并产生尘土污染。所有矿山开采都伴随着尾矿和矸石的堆放,而这种矿山特有的固体废弃物往往被就地堆放,不仅占用大量的可耕地,而且经常尘土飞扬,污染大气。这些扬尘往往含一定量的有害元素,例如铅、镉、砷等,当它们随风飘扬并降落到矿区附近的土地上时,可造成矿区土地大面积的重金属污染。此外,有些尾矿、矸石甚至被堆放在河流两岸或河漫滩,严重堵塞河道,影响泄洪、排污能力,并污染地表水系。
采矿对环境的影响还有土壤沙化及水土流失。该种类型岩土环境负效应是指因矿山开挖、排水而引起的地下水源干涸、地表植被退化,导致地面植物不再有固土作用,且采矿放顶会直接引发地表变形、干裂。当遇到暴雨时,形成地表片流,不断地冲蚀原营养成分较高的地表土,从而造成地表土的贫瘠化、荒芜化。井巷开掘、矿床排水疏干所形成的降压漏斗的水力影响半径有时可达数十千米,可能造成区域性的水文环境破坏。
另外,疏干碳酸盐围岩含水层时,其岩溶和溶洞存在地面塌陷、下沉的隐患;而当塌陷区或井巷与地表贮水体存在水力联系时,则会酿成淹没矿井的重大事故;当岩层疏干影响的设计计划不周时,还可能导致露天边坡、台阶的滑动和变形,从而导致灾害性的后果。矿山开采后,将会产出大量的废石和尾砂(露天开采1t矿石需剥离5~10 t的覆盖岩土),堆存这些废石和尾砂将占用大量的地表面积。地下开采时,虽然地面下沉通常是在受控状态下和圈定的范围内发生的,不致造成人身安全和建筑物破坏事故,但下沉区内的土地却会受到严重破坏。而位置及安全状况都无从查考的废弃老矿洞也存在地表塌陷的可能,对人民的人身安全和财产安全都存在严重的潜在威胁。另外,尾矿坝或废石堆场设置不当或管理不严,会造成严重的滑坡或泥石流事故,使大面积的土地受到破坏、水体受到污染,且危及人身和财产安全。