矿区环境与土地复垦--第2章采矿对环境影响

1、第一节第一节 环境的基本概念环境的基本概念第二节第二节 采矿工业对环境的影响采矿工业对环境的影响 第三节第三节 开采沉陷对环境影响的评价开采沉陷对环境影响的评价一、环境的定义一、环境的定义 二、环境问题二、环境问题三、生态学基础三、生态学基础 环境是指影响人类生存和发展的各种天然的和经环境是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然要素总和，包括大气、水、海洋、过人工改造的自然要素总和，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村

2、等。 我国目前根据环境的要素和环境的功能分为自然环我国目前根据环境的要素和环境的功能分为自然环境和社会环境境和社会环境. 自然环境是指环绕着人群的空间可以直接、间接自然环境是指环绕着人群的空间可以直接、间接影响到人类生活、生产的一切自然形成的物质、能量影响到人类生活、生产的一切自然形成的物质、能量的总体，是人类赖以生存的物质基础。的总体，是人类赖以生存的物质基础。 社会环境是指在自然环境的基础上，人类通过长社会环境是指在自然环境的基础上，人类通过长期有意识的社会劳动，加工和改造了的自然物质、创期有意识的社会劳动，加工和改造了的自然物质、创造的物质生产体系、积累的物质文化等所形成的体系。造的物质

3、生产体系、积累的物质文化等所形成的体系。n环境问题是指由于人类活动作用于人周围的环环境问题是指由于人类活动作用于人周围的环境所引起的环境质量变化境所引起的环境质量变化, ,以及这种变化反过以及这种变化反过来影响人类生产、生活的问题。来影响人类生产、生活的问题。n目前环境问题的特征目前环境问题的特征 全球性、广域性：如全球气候变暖、酸雨、全球性、广域性：如全球气候变暖、酸雨、沙漠化等沙漠化等 生态质量的破坏：如生物多样性的锐减生态质量的破坏：如生物多样性的锐减 突发性环境污染事件的发生：如光化学烟雾突发性环境污染事件的发生：如光化学烟雾n生态学是研究生物与其环境之间相互关系及作用机理生态学是研究

4、生物与其环境之间相互关系及作用机理的科学。的科学。n生态系统是生物群落与其非生物环境之间的相互作用、生态系统是生物群落与其非生物环境之间的相互作用、相互依存的综合体。相互依存的综合体。n生态系统的组成：生产者、分解者、消费者以及非生生态系统的组成：生产者、分解者、消费者以及非生物因素。物因素。n生态系统的结构：构成生态系统的各种成分以及它们生态系统的结构：构成生态系统的各种成分以及它们的空间配置。的空间配置。n生态系统的功能：能量流动、物质循环、信息联系。生态系统的功能：能量流动、物质循环、信息联系。n生态平衡是指在一定时期内，生态系统内部的生产、生态平衡是指在一定时期内，生态系统内部的生产、

5、消费和分解之间保持一种相对的平衡状态，即能量流消费和分解之间保持一种相对的平衡状态，即能量流动和物质循环较长时间保持稳定。动和物质循环较长时间保持稳定。 连接连接返回返回 太阳 生产者 消费者 土壤养分库 分解者 n生态系统失衡的标志：结构上缺失，功能上物质循环受阻、生态系统失衡的标志：结构上缺失，功能上物质循环受阻、能量流动停滞能量流动停滞 n生态系统失衡的原因生态系统失衡的原因 自然因素：由于自然灾害造成的生态失衡，如地震，自然因素：由于自然灾害造成的生态失衡，如地震，集中降雨，泥石流，火山爆发等集中降雨，泥石流，火山爆发等 人为因素：对非生物环境造成破坏，如人类活动对环人为因素：对非生物

6、环境造成破坏，如人类活动对环境造成的污染破坏了生物赖以生存的环境等；对生物的破境造成的污染破坏了生物赖以生存的环境等；对生物的破坏：乱砍乱伐对植物造成缺乏，数量减少，导致生物多样坏：乱砍乱伐对植物造成缺乏，数量减少，导致生物多样性的破坏。生态入侵即由于在某种生态条件下，之前不存性的破坏。生态入侵即由于在某种生态条件下，之前不存在某物，后来引入某种特别适宜该地区的生物，其加速增在某物，后来引入某种特别适宜该地区的生物，其加速增长影响和人们的正常生活及加剧对环境的压力。对信息传长影响和人们的正常生活及加剧对环境的压力。对信息传递的破坏：动植物，动物与动物，植物与植物间存在信息递的破坏：动植物，动物

7、与动物，植物与植物间存在信息传递，人为地放射一些物质，对其传递进行干扰，导致生传递，人为地放射一些物质，对其传递进行干扰，导致生态失衡态失衡 n以人为中心的生态系统，系统的产生、存在、发展以人为中心的生态系统，系统的产生、存在、发展和消亡都是按人的意愿进行的。和消亡都是按人的意愿进行的。n是一个开放型系统，与自然是一个开放型系统，与自然经济经济社会复合系统社会复合系统息息有关。既受自然生态规律的支配，又受社会经息息有关。既受自然生态规律的支配，又受社会经济规律的支配。济规律的支配。n系统中的生物群落改变，主要表现在：生产者数量系统中的生物群落改变，主要表现在：生产者数量减少，生物性生产下降；有

8、相当数量的家养动物和减少，生物性生产下降；有相当数量的家养动物和一定数量的野生走兽及飞禽，但主要的消费者是人。一定数量的野生走兽及飞禽，但主要的消费者是人。n特殊的能量流动和物质循环，主要表现在：能流与特殊的能量流动和物质循环，主要表现在：能流与物流是开放式的；需要大量的辅助能源和辅助物质物流是开放式的；需要大量的辅助能源和辅助物质。 n采矿工业对环境采矿工业对环境的影响包括开采的影响包括开采沉陷影响、露天沉陷影响、露天开采影响和固体开采影响和固体废弃物影响三个废弃物影响三个方面。方面。n露天开采影响露天开采影响 从景观生态角度从景观生态角度露露天天开开采采影影响响从从圈圈层层角角度度n井工开

9、采影响井工开采影响重点重点: :开采沉陷的影响开采沉陷的影响n开采沉陷对景观的破坏开采沉陷对景观的破坏n开采沉陷对生物的影响开采沉陷对生物的影响n开采沉陷对地质的影响开采沉陷对地质的影响 n地下开采后，受采动影响的地表从原有标高向下沉降，最终在采地下开采后，受采动影响的地表从原有标高向下沉降，最终在采空区上方形成一个比采空区大得多的地表下沉盆地。空区上方形成一个比采空区大得多的地表下沉盆地。 n在山区和丘陵地区，由于开采沉陷引起的地表起伏与原有的地表在山区和丘陵地区，由于开采沉陷引起的地表起伏与原有的地表自然起伏相比很小，一般说来，对地形、地貌的影响不大。但在自然起伏相比很小，一般说来，对地形

10、、地貌的影响不大。但在地势较平坦的地区，开采沉陷通常对地形、地貌产生明显的影响，地势较平坦的地区，开采沉陷通常对地形、地貌产生明显的影响，特别是当采出的矿层厚度较大时，将使原有的平原地貌变为一种特别是当采出的矿层厚度较大时，将使原有的平原地貌变为一种特殊的丘陵地貌。特殊的丘陵地貌。n矿区地形、地貌的变化，影响植被的生长发育，破坏自然景观。矿区地形、地貌的变化，影响植被的生长发育，破坏自然景观。n随着煤矿地下开采范围的扩大，排到地面堆积起来的随着煤矿地下开采范围的扩大，排到地面堆积起来的矸石越来越多而形成矸石山。矸石越来越多而形成矸石山。n矸石山是矿区主要的污染源之一。矸石山是矿区主要的污染源之

11、一。n据不完全统计，每年仍在以据不完全统计，每年仍在以2 2亿吨的速度递增，约占全亿吨的速度递增，约占全国工业废渣排放量的国工业废渣排放量的1/4,1/4,居全国所有工业部门之首。居全国所有工业部门之首。目前全国煤矸石的总积存量已达目前全国煤矸石的总积存量已达4040亿亿t t以上，形成矸石以上，形成矸石山山15001500多座，其中有多座，其中有200200多座自燃，矸石山几乎成为我多座自燃，矸石山几乎成为我国煤矿的国煤矿的“标志标志”。 n地表大面积、平缓、均匀的下沉和水平移动，一般对建筑物影响不大。n地表倾斜使采动影响范围内的建(构)筑物产生歪斜，特别是水塔、烟囱、高压线铁塔等底面积小而

12、高度很大的构筑物，受倾斜变形的危害更大。n地表下凹使建筑物基础的中央部分悬空，如果建筑物的跨度大，则在自重力作用下，建筑物从其底部开始断裂而导致破坏；地表上凸使建筑物基础两端悬空，建筑物愈大，面积愈大，则由于基础弯曲而产生的破坏愈严重。 n地表的水平变形通常对建筑物危害最大。n开采沉陷也会影响电力通讯系统。n n矿区地下开采引起土地的大面积塌陷，影响植物的生长发育，甚至造成绿色植物的大幅度减少。 n(1)高潜水位的平原矿区。 n(2)低潜水位的平原矿区。n(3)丘陵矿区。n(4)山区矿区。凤阳县某矿区n由于开采沉陷使矿区的自然景观发生剧变，影响绿色植物的生长发育，改变了动物的栖息环境。n水体和

13、土壤中微生物的正常生长繁殖，要求pH值不超过一定范围，有毒物质的浓度不能超过细菌所能忍受的极限。n除土地塌陷对生物产生影响外，排到地面的矿井水也会对其产生影响。(南桐镇石桥村刘家坝采空区形成地表塌陷) n1使岩层和地表移动、变形n2引起滑坡和泥石流n3加剧岩石的风化和剥蚀峨眉山市毁林采矿峨眉山市毁林采矿 泥石流冲上泥石流冲上103103省道省道 云南富宁大面积地表塌陷云南富宁大面积地表塌陷 n矿区固体废弃物是指矿物开采及其加工利用过程中产生的矿区固体废弃物是指矿物开采及其加工利用过程中产生的固固态及泥态态及泥态物质。物质。n按矿区固体废弃物的产生的原因：采矿废弃物按矿区固体废弃物的产生的原因：

14、采矿废弃物( (采矿矸石采矿矸石) )、选矿废弃物选矿废弃物( (洗选矸石洗选矸石) )和煤矿坑口电石废弃物和煤矿坑口电石废弃物( (粉煤灰粉煤灰) )。 n矸石露天堆积，易于风化破碎，产生的粉尘随风飘扬，对空气造成污染。n矸石山燃烧时排放大量有害、有毒气体，燃烧产生的灰渣引起空气中颗粒物含量增加 。n矸石山经雨水、雪水等的浸淋产生的淋溶水中含有酸性物质、有害的重金属离子、溶解的盐类以及悬浮未溶解的颗粒状污染物。n野生动物和牲畜摄入被矸石中的有害、有毒物质污染了的食物后，会影响其正常的生长和繁殖机能，以致产生疾病而死亡。 n粉煤灰是煤燃烧排放出的一种粘土类火山灰质材料。狭义地讲，它是指锅炉燃烧

15、时，烟气中带出的粉状残留物。广义地讲，它还包括锅炉底部排出的炉渣川。由于绝大部分(约90%)粉煤灰由发电厂的燃煤锅炉产生。n电厂粉煤灰品种有三类：干灰、湿灰和炉底渣。这些粉煤灰的化学成份相似，主要是SiO2、Al2O3、 Fe2O3等，但物理性状差异较大，致使利用价值也有差异。 1、侵占土地 据统计，每万吨粉煤灰渣需堆场45亩，至2000年底，我国粉煤灰渣堆存量高达12. 5亿吨，需要堆场5062. 5万亩（3. 334. 17万平方公里）。2、污染水体 排灰方式多为湿排。湿排使飞灰中的有害成分溶入冲灰的水中，这将污染地表水和地下水。 3、污染大气 粉煤灰的水含量低颗粒细，风吹容易飞扬，处理不

16、好易产生扬尘。 4、放射性危害在粉煤灰中的这些放射性元素的含量要比原煤中高出25倍 粉煤灰是电厂产生的工业废物，具有呆滞性、不可稀释性和长期潜在的危害性，从其产生运输、到贮存及处置的各个环节，都会给环境带来很多有害影响。返回返回n为了分析、预测开采沉陷对环境的影响和正确选择环境保护与治理措施，首先必须对开采沉陷引起的地表移动变形值、地表移动持续的时间和下沉速度、开采沉陷的范围、冒落带和导水裂隙带的高度以及地表的非连续变形等进行预测。 一、开采沉陷的预测（一）地表移动变形预计（二）地表移动持续时间和下沉速度预测（三）开采沉陷范围预测（四）冒落带和导水裂隙带高度的预测（五）地表非连续变形的预测二、

17、开采沉陷对环境影响的评价n为了预测开采沉陷对采动影响范围内的地表及其上附着物的破坏程度，需要预计地表下沉盆地内的下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形值。n目前，我国常用的地表移动变形预计方法有概率积分法、典型曲线法和负指数函数法等。n地表点移动的初始期、活跃期、衰退期、移动持续时间及其最大下沉速度可用下列公式计算： 系数K1、K2、K3、K4、q均与地质采矿条件有关，由矿区的实测资料确定，当评价地区为新开发建设矿区或开采沉陷的实测资料不足时，也可采用类比法确定。 1.地表最大塌陷深度、积水深度和塌陷体积预测 地表最大塌陷深度即是地表最大下沉值Wmax，其计算公式为 式中 m开采厚度，m；式中H

18、潜一一地下潜水位的标高，m； H地地表塌陷前的标高，m。 当计算出hmax0时，说明塌陷后无潜水出露地表，不积水。塌陷区地表最大积水深度hmax可按下式估算： 地表塌陷体积V可利用下沉系数来估算：式中 V采空区的体积，m3。2地表塌陷面积预测 地下开采引起地表塌陷的面积S，可用万吨塌陷率或塌陷面积与开采面积的比率来预测，即或式中d万吨塌陷率，亩/万t； Q开采矿产总量，万t； P塌陷面积与开采面积的比率；S地下开采面积，m2。 参数d和P的大小与地质采矿条件有关，各矿区之间的差异较大。据对部分矿区的调查结果，P的数值一般为1.2，d的数值为1.54.5。在我国东部平原煤矿区，万吨塌陷率可用下式

19、计算：式中n影响系数，其值为1.11.3； K采区或水平回采率；m采厚，m； 煤的容重，tm3； 煤层的倾角。当采空区的形状近似为矩形时，因地表下沉盆地近似为椭圆形，此时塌陷面积可用下式计算：式中H1开采上边界的深度，m； H2开采下边界的深度，m； H平均开采深度，m； l走向开采长度，m； L倾向开采长度，m； 煤层的倾角；0、0、0分别为走向、下山和上山边界角。 此外，地表塌陷面积还可直接根据预计的地表下沉等值线图，采用面积量算方法从图上量得。n地下煤层开采后，采空区上覆岩层中的冒落带和导水裂隙带的高度与煤层倾角、覆岩性质和分层开采厚度有关。水平及倾斜煤层（倾角为054）开采时冒落带和导

20、水裂隙带高度的计算公式列入表2-3中，急斜煤层（倾角为5590）开采时冒落带和导水裂隙带高度的计算公式列入表2-4中。注：计算公式中号项为中误差，EM为累计厚度(单层采厚不超过13m，累计采厚不超过15 m。 注：计算公式中“”号项为中 误差，M为采厚，h为阶 段垂高。n 地表非连续变形通常是指地表出现裂缝、台阶状塌陷盆地和塌陷坑。n开采缓斜煤层时，在地表移动盆地的外边沿区可能出现裂缝。n在开采急斜煤层条件下，当采深与采厚的比值较大时，地表可能出现一种台阶状平底塌陷盆地。n地表塌陷坑通常出现在开采急斜煤层条件下，当开采埋藏深度不大的厚及特厚煤层或近距煤层群时，大多出现在煤层露头上方的地表。n开

21、采沉陷对环境影响的评价属于专项评价，它是矿区开发对环境影响评价的重要组成部分。n主要任务是：分析和评定开采沉陷对土地及其上附着物的破坏程度，针对破坏情况提出防护和治理的措施。 （1）根据国家的有关规定以及建设项目的初步设计，制定环境影响的评价大纲。（2）利用已有的开采沉陷资料建立开采沉陷的预测模型根据预测模型和采矿工程的初步设计，进行开采沉陷预测。（3）通过对自然环境和社会经济环境的调查与分析，依照有关的环境标准，进行开采沉陷对环境影响的分项评价和综合评价。（4）邀请采矿、测绘、环境保护和土地管理等有关方面的专家和群众代表，就开采沉陷对环境影响的保护措施在技术、经济上的可行性与合理性进行论证。

22、（5）在技术、经济论证通过之后，编写开采沉陷环境影响评价报告书，并上报主管部门审批备案。 （1）前言 （2）矿区（井）开发概况 （3）矿区（井）周围地区的环境状况 （4）矿区开采沉陷环境影响现状及其处理 （5）开采沉陷预测 （6）开采沉陷对环境影响的分项评价 （7）开采沉陷对环境影响的综合评价 （8）与开采沉陷有关的环境保护措施及其技术经济论证 （9）结沦n开采沉陷的环境影响因子有：建(构)筑物、工程管网、水体、公路、铁路、土地、电力通讯系统、滑坡、地形、地质、水文、气象、植被、大气质量、野生动物等。1建(构)筑物和工程管网2水体3公路、铁路4土地5电力通讯系统6山体滑波n开采沉陷对建(构)筑

23、物和工程管网的影响程度，可根据预计的地表移动变形值、建(构)筑物和工程管网的结构特征及其允许变形值来评定。n砖石结构建筑物的破坏等级可从表2-5确定，工业构筑物和工程管网的地表允许极限变形值分别列入表2-6和表2-7。n建筑物的影响评价常常是针对建筑群(如整个村庄)，而不是针对个别建筑物进行的。n开采沉陷对水体的影响主要与导水裂隙带的高度、地层结构、水体类型和所采矿层的位置等因素有关。n地下采煤对水体的影响范围可根据覆岩破坏的高度、破坏的形态和水体的位置来确定。水体破坏的程度和矿井出现溃水的可能性，可由煤层顶板至水体底面的距离Hd与安全煤(岩)柱的厚度Hs来估计。n Hs = H1+H保 (2

24、13)n为预计矿井(或采区、工作面)的涌水量，首先要确定充水条件。式中 Q、Q0分别为预计矿井和已知矿井的涌水量，m3； F、F0分别为预计矿井和已知矿井的开采面积，m S预计矿井的开采水平深度，m； S0已知矿井的开采水平深度，m； m、n与地下水流态有关的根指数，其值可用最小二乘法确定。n开采沉陷对公路的影响程度主要是根据沉陷稳定后其坡度的变化、路面出现裂缝的情况以及对其平整性的影响情况来评定。n为评价对铁路的影响程度，除了要预计位于采动影响范围内的铁路线上的地表移动变形值外，还要预测铁路路基出现突然下沉和非连续变形的可能性，路基的最大下沉量和最大下沉速度，移动变形持续时间，线路方向和坡度

25、的变化，轨缝变化，曲线段的正矢变化和轨距变化，线路爬行和涨轨的可能性，两条钢轨水平的变化等。1)地表沉陷对土地的影响评价n地表沉陷可引起土地侵蚀和水土流失，因为地表下沉盆地内的地表倾斜使地形坡度改变，而坡度是决定径流冲刷能力的基本因素之一。n据某地区的实测结果，得到地面坡度与沟蚀量之间的关系为n Qs = 0.0644+0.48 T 式中Qs土地的沟蚀量，（kg/亩）； T地面坡度，（）。n根据沉陷稳定后地面坡度的大小，可将地面沉陷对耕地侵蚀程度的影响划分为六个等级(表2-10)。n地表沉陷容易引起土壤的盐碱化和沼泽化。n地表沉陷可能改变土壤的湿度，使农作物的产量下降。矸石山对土地的影响主要是指对土地的占用以及出现滑坡事故。它对土地的占用可用其容积（Vc ）、占地面积和堆置高度来描述。 式中Vd计划的排矸量，m3； 1富余系数，一般为1.021.05； 2岩土松散系数，一般为1.31.6； 3岩土下沉系数， 矸石山滑坡的可能性与其边帮角的大小有关，当边帮角接近或小于岩土的自然安息角时，一般不会出现滑坡事故。n开采沉陷对电力通讯系统的影响程度，主要是根据电杆歪斜的程度、线路的