矿产资源开发与地质环境

矿产资源开发与地质环境第1页/共86页第五章矿产资源开发与地质环境第一节矿产资源及其特性第二节矿产资源开发对地质环境的影响第三节矿山地质环境治理第2页/共86页第一节矿产资源及其特性一、矿产资源的概念及其特征资源(resource)是指维持生命和生活所必需的和经常利用的物质。可更新资源(renewableresource)指通过比较迅速的自然循环作用或人为作用能为人类反复利用的各种自然资源，如空气、淡水、生物产物（食物、木材）等。不可更新资源(non-renewableresource)是指在人类开发利用后，在现阶段不可能再生的自然资源，如煤炭、石油等矿产资源。第3页/共86页广义的矿产资源指在内外力地质作用下，元素、化合物、矿物和岩石相对富集，人类开采后能得到有用商品的物质形态和数量。狭义的矿产资源是指自然界产出的物质在地壳中富集成具有开采价值或潜在经济价值的形态和数量。能源资源：矿物燃料和核燃料；原料资源：有金属矿产和非金属矿产第4页/共86页矿产资源的特征不均匀性有限性相对性生态性第5页/共86页第6页/共86页第7页/共86页第8页/共86页第9页/共86页第10页/共86页第11页/共86页（一）矿产的种类与成因1.矿产资源的种类(l）金属矿产：金属矿产指能够作为工业上提取金属原料的有用矿物资料。黑色金属矿产、有色金属矿产、贵金属矿产、稀有金属矿产(2）能源矿产：又称矿物燃料，包括煤、泥炭、石油、天然气、铀矿等。(3）非金属矿产：指那些除能源矿产、金属矿产外，能够提取有用非金属元素、化合物或能直接利用的岩石和矿物集合体。二、矿产资源的供给与需求第12页/共86页（一）矿产的种类及成因2.矿产的成因

矿产的成因与地质循环密切相关，并受构造作用、地球化学循环以及水循环等作用的影响。矿产的形成作用一般包括：岩浆作用、变质作用、沉积作用、生物作用和风化作用等。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境5.1矿产资源及其特性第13页/共86页矿产资源的供求状况储量不均生产技术与能力有限第14页/共86页第15页/共86页第16页/共86页第17页/共86页第18页/共86页第19页/共86页国家人口（万）煤炭总消费量(万吨)煤炭总消费量排名人均煤炭消耗（吨/人)人均煤耗排名澳大利亚2026511192.521哈萨克斯952捷克10241940171.893美国300535672621.894中国台湾23043950121.715波兰3854583771.516韩国4885547981.127中国香港694754261.098加拿大33103498131.069丹麦545552321.0110中国13145711913510.9115印度1095352377130.2235第20页/共86页第二节矿产资源开发对地质环境的影响勘察→采掘→冶炼→加工→使用→废弃第21页/共86页第22页/共86页第23页/共86页二、露天开采对地质环境的影响土地资源的占用和破坏露天矿边坡失稳破坏水土流失第24页/共86页二、露天开采对地质环境的影响（一）土地资源的占用和破坏

目前，世界上年产15×104t以上矿石的矿山大约有一半是露天开采，矿石产量的75%左右来自露天开采。如中国山西的平朔煤矿等。中国重点金属矿山，约有90%为露天开采，每年剥离岩土约为(2.2~2.6)×108t，露天矿坑及堆土场侵占大量农田。

《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第25页/共86页山西朔州平朔安太堡露天煤矿矿坑《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第26页/共86页据初步统计，截止2006年全国矿业开发占用和损坏的土地面积为154.5万公顷，其中尾矿堆放91.5万公顷，露天采坑23.0万公顷，采矿塌陷33.0万公顷。第27页/共86页

边坡的稳定性：边坡一般是指具有倾斜坡面的土体或岩体，由于坡表面倾斜，在坡体本身重力及其他外力作用下、整个坡体有从高处向低处滑动的趋势，同时，由于坡体土(岩)自身具有一定的强度和人为的工程措施，它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。一般来说，如果边坡土(岩)体内部其一个面上的滑动力超过了土(岩)体抵抗滑动的能力，边坡将产生滑动，即失去稳定；如果滑动力小于抵抗力．则认为边坡是稳定的。（二）露天矿边坡失稳破坏第28页/共86页边坡失稳防治原则：

以预防为主，综合整治。在边坡开挖和采矿过程中，应及时排除地表水、深降强排地下水，减少爆破次数、降低爆破强度，合理确定不同深度岩体的边坡角，适时修正边坡轮廓，提高边坡稳定性等。对大型采矿边坡，还需构筑抗滑挡土墙、抗滑桩、灌注水泥砂浆及减载、排水等工程措施。第29页/共86页二、露天开采对地质环境的影响（三）水土流失

水土流失(waterandsoilloss)是指“在水力、重力、风力等外营力作用下，水土资源和土地生产力的破坏和损失，包括土地表层侵蚀和水土损失，亦称水土损失。”－－(《中国水利百科全书－第一卷》

废石堆、尾矿坝如果设置不当或管理不严，会造成严重的泥石流、滑坡等事故，导致更大范围的土地破坏以及生命财产的损失。

《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第30页/共86页2008年9月8日上午8时许,山西临汾市襄汾县的陶寺乡塔山矿区因暴雨发生泥石流,宽约600米,长约3公里的泥石流将下游的一个农贸集市和两个村子的部分房子冲垮,造成下游塔儿山铁矿尾矿库发生溃坝，造成300多人伤亡。第31页/共86页第32页/共86页松江流域板石沟铁矿露天开采现场水土流失第33页/共86页三、地下采矿对地质环境的影响《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境

据初步统计，2006年全国因矿业活动引发地质灾害190起，造成人员伤亡18人，造成直接经济损失11465万元，主要分布在贵州、湖南、内蒙古、河南、山西、重庆、辽宁等省（区、市）。第34页/共86页三、地下采矿对地质环境的影响（一）采空区地面变形

矿区地面变形：采用井下开采的矿山，由于采空区上覆岩土体冒落而在地表发生大面积变形破坏并伴随地表水和浅层地下水漏失的现象和过程。分为地面塌陷和地裂缝。

《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第35页/共86页晋陕蒙接壤地带

山体塌陷第36页/共86页

据初步统计，中国因采矿引起的地面塌陷已超过180处，累计塌陷面积达1150km2。中国发生采矿塌陷灾害的城市近40个，造成严重破坏的25个。第37页/共86页第38页/共86页三、地下采矿对地质环境的影响（二）破坏水文地质环境井巷开掘，使地下水的赋存状态发生变化；矿床疏干排水改变了地下水的天然径流和排泄条件，同时导致地下水资源的巨大浪费，使区域地下水水位大幅度下降，造成矿区水文地质环境的恶化。矿床开采对岩体原始应力场的影响的深度，露天开采时可达500-700m,地下开采时可达1500-2500m。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第39页/共86页1.矿井突水许多矿床上覆和下伏地层为含水层，特别是石炭二迭纪煤系地层，不仅煤系内部有含水性强的地层，下伏巨厚奥陶纪灰岩，含水丰富，使煤层受到来自下部灰岩地下水高水压的威胁，在构造破碎带和隔水层薄的地方发生突水，严重威胁着矿井和矿工的生命安全。据统计，中国主要煤矿区，因突水全淹矿井已达58次之多，造成经济损失27亿元。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第40页/共86页2.海水入侵（沿海地区）沿海地区，因疏干排水，海水入侵，破坏当地的淡水资源，影响生活供水和生态环境。3.区域地下水位下降对进入井巷内的地下水或威胁井巷安全的地下水进行疏干排水，从而使矿区附近的浅层地下水被疏干，造成区域地下水水位下降，生态环境恶化，造成矿区附近水源短缺，影响人民群众日生活和经济发展。山西省因采煤造成18个县缺水，20多万人吃水困难，2万公顷水浇地变成旱地。开滦范各庄矿突水后，以突水点为中心的10余公里范围内，水位下降了20～30m。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第41页/共86页三、地下采矿对地质环境的影响（三）矿区山体开裂破坏

崩塌(又称崩落、垮塌或塌方)是从较陡斜坡上的岩、土体在重力作用下突然脱离山体崩落、滚动，堆积在坡脚(或沟谷)的地质现象。

高陡临空地形地貌部位，由于山崖或山脚的采矿活动，常造成上覆山体开裂变形，甚至发生崩塌灾害。

中国湖北盐池河磷矿山体崩塌、四川鸡冠岭山崩，以及长江西陵峡链子崖山体开裂等均与山脚采矿活动有关。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第42页/共86页2009年6月5日15时许，重庆市武隆县铁矿乡鸡尾山一采矿区发生山体垮塌，上百万方山石涌进山谷，导致一个采石场及6个居民户被掩埋。

滑坡是由于地质构造面的作用，上部岩体沿该结构面滑动；崩塌是由于地下采空区承受力不足而发生地表现陷落。

破坏机制为：原有裂隙规模扩大并由闭合发展为张开状态，或产生新的裂隙，继而产生倾斜变形、膨胀，局部出现滑移，最后出现崩塌。第43页/共86页第44页/共86页三、地下采矿对地质环境的影响（四）采矿诱发地震与岩暴

采矿诱发地震是指开采地下固体、液体矿产过程中出现的地震。按成因分为诱发构造型矿震、诱发塌陷型矿震及掌子面岩爆、煤爆诱发矿震等三类。

1.诱发构造型矿震是因采矿导致断层的复活和弹性能量的提前释放造成的地震。进一步分为采矿直接引起矿震和抽水采矿诱发矿震两类。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第45页/共86页

采矿直接引发矿震是由于采矿使地下应力失去平衡而诱发的地震。是把冲击地压、突出、大面积顶板垮落等岩体失稳过程引起的矿区范围的震动破坏现象统称之矿震。

如辽宁省北票煤田台吉井区

2005年2月14日，阜新矿业集团公司孙家湾煤矿海州立井发生特大瓦斯爆炸事故，爆炸前发生矿震

采矿抽水也可诱发地震。抽水后，断裂面失去水压而发生卸荷作用，形成偏差应力。当偏差应力大于断面的抗剪强度时，即诱发地震。

如湖南省恩斗桥矿区《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第46页/共86页

2.诱发塌陷型地震

多起因于采空区和顶板陷落。地震波由顶板块体脱落敲击底板而产生，矿震分布范围较小，震源极浅，大多处于开采平面上。震级小但震中烈度高，在岩溶发育地区经常出现。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第47页/共86页3.岩爆岩爆又称冲击地压，是指承受强大地压的脆性煤，矿体或岩体，在其极限平衡状态受到破坏时向自由空间突然释放能量的动力现象，是一种采矿或隧道开挖活动诱发的地震。在煤矿、金属矿和各种人工隧道中均有发生。岩爆属于小规模的地应力释放现象，表现为坑壁岩石碎块或煤块等突然从围岩中弹出，并伴随巨响、气浪和震动；抛出的岩块大小不等。四川绵竹天池煤矿最大的一次将约20t的煤抛出20m以外。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第48页/共86页四、工矿废物对地质环境的污染1.选矿废水污染中国每年排放36×108t选矿废水，含有许多有害金属离子和物质，悬浮物超标。江西某含硫多金属矿床，排放pH为3的废水，造成矿区附近河水污染，鱼虾绝迹，金属离子超标，矿山下游25km长河段河水不能饮用，同时造成矿区地下水和土壤污染。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第49页/共86页

2.煤矸石污染煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）。

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煤矸石中含有大量的有机成分，同时富含金属、碱土金属和硫化物等，通过大气降水淋滤而污染环境。大量可溶性无机盐溶于水中直接进入地下水，造成矸石山周围地下水污染，主要表现为高矿化度、高硬度、硫酸盐、钠离子含量普遍高于背景值。

如辽宁抚顺煤田的煤矸石造成地下水污染p96《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第51页/共86页

五、矿产资源开发影响地质环境的主要因素（一）矿产资源开发利用阶段《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第52页/共86页（二）采矿方法露天开采：严重破坏地表景观，并占用大量土地，造成环境污染；地下采矿：地面沉降或地面塌陷等。（三）矿物特性（四）其它因素地理位置、地形、气候条件及开采规模《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第53页/共86页第三节矿山地质环境治理勘查→设计→开采→闭矿第54页/共86页矿山地质环境治理的基本原则

立法原则以法律的形式确定矿山开采者对矿区环境破坏及其治理所应承担的责任，并以法规的形式确定治理工作必须达到的环境质量标准。《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》《中华人民共和国水污染防治法》《中华人民共和国清洁生产促进法》《中华人民共和国矿产资源法》《全国生态环境保护纲要》《矿山生态环境保护与污染防治技术政策》

（适用于矿产资源开发规划与设计、矿山基建、采矿、选矿和废弃地复垦等阶段的生态环境保护与污染防治。）第55页/共86页生态风险评价原则 在实施矿山开采活动前，应当根据有关法律、矿区各类资源赋存情况、开采活动可能引起的生态破坏类型和程度，以及开采者从事开采和生态重建的技术经济能力等，进行生态风险评价。编制《环境影响评价报告书》

第56页/共86页最少量化原则 尽可能使开采所占用的土地最少，使开采过程造成的景观破坏、环境质量破坏和生物群落破坏最少，使矿山废弃物的生成量最少。第57页/共86页资源化原则其一是使受到破坏的土地、水域等，经过治理，能作为合格的自然资源再度具有生态经济价值；其二是使开采活动产生的矿山废弃物在其他的工业活动中得以利用。第58页/共86页无害化原则去毒法：以化学方法或生物方法去除废弃物中的有害成分；隔离法：以物理方法阻止废弃物中的有害成分向周围环境渗漏。第59页/共86页生态系统的恢复和重建原则

包括采矿地环境质量的恢复以及生物群落的恢复和重建。第60页/共86页第61页/共86页5.3矿山地质环境治理二、露天矿的复垦与利用

露天开采的剥离物，可边剥离边回填到采空区内，叫做内排土；也可临时堆放在矿区边界以外地面，叫做外排土。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第62页/共86页1.外排土露天采空区的恢复和利用考虑以下几个因素：对土地恢复的要求、露天矿坑的深浅、填充物料的供给、坑内有无积水或涌水等。2.内排土露天采空区的恢复和利用《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第63页/共86页三、废石堆、尾矿池复垦⑴废石堆复垦

土壤层覆盖法，坚硬或粗粒岩土－底土层－表土层。预先设计堆置方法并且布置防排水系统和通气系统（2）尾矿池复垦种植前，应设法固结表层，上覆盖山皮土，施加肥料，并创造良好的表层透气和容气的条件。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第64页/共86页1.地面塌陷的整治和利用体积约为采出矿石体积的60～70％。①对于塌陷的水淹区域，可用作农业灌溉、发展渔业及其养殖业，以及改建为水陆公园。②开发利用煤矸石，化害为利。在暂时不能利用的情况下，用煤矸石充填塌陷区。③利用塌陷区作为固体废弃物的储存场所，特别是煤矿区附近都建有大型火力发电厂，来储存粉煤灰；在金属矿山，塌陷区也可作为废石堆存放区。四、地面塌陷和废弃矿井整治《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第65页/共86页2.废弃矿井、地面设施的整治与利用

报废的矿井地面留有道路、管道、建筑物以及井筒、井架等生产、生活设施。应结合矿山地理位置、地形条件、当地经济状况等因素，进行整治和综合利用。五、矿山三废的综合利用主要涉及尾矿、废石和矿坑排水等，途径就是资源化。矿坑排水净化后作为职工生活水源和周围农田的灌溉水源；提高选矿厂废水的循环利用率。对于尾矿和矿石应尽量综合利用，如做建筑材料、路基或者充填低洼地带，减少地面堆放，避免污染环境。《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第66页/共86页复习题1矿产资源的概念及其特征？

2露天采矿对地质环境的影响有哪些？

3地下采矿对地质环境的影响有哪些？

4矿山地质环境治理的基本原则？《环境地质学》第五章矿产资源开发与地质环境第67页/共86页矿山生态环境保护与污染防治技术政策指导方针 污染防治与生态环境保护并重，生态环境保护与生态环境建设并举；以及预防为主、防治结合、过程控制、综合治理第68页/共86页技术原则“污染物减量、资源再利用和循环利用”具体包括：（1）发展绿色开采技术，实现矿区生态环境无损或受损最小；（2）发展干法或节水的工艺技术，减少水的使用量；（3）发展无废或少废的工艺技术，最大限度地减少废弃物的产生；（4）矿山废物按照先提取有价金属、组分或利用能源，再选择用于建材或其它用途，最后进行无害化处理处置的技术原则。第69页/共86页2010年应达到的阶段性目标：（1）新、扩、改建选煤和黑色冶金选矿的水重复利用率应达到90%以上；新、扩、改建有色金属系统选矿的水重复利用率应达到75%以上；（2）大中型煤矿矿井水重复利用率力求达到65%以上；（3）已建立地面永久瓦斯抽放系统的大中型煤矿，其瓦斯利用率应达到当年抽放量的85%以上；（4）煤矸石的利用率达到55%以上，尾矿的利用率达到10%以上；（5）历史遗留矿山开采破坏土地复垦率达到20%以上，新建矿山应做到边开采、边复垦，破坏土地复垦率达到75%以上。第70页/共86页2015年应达到的阶段性目标：（1）选煤厂、冶金选矿厂和有色金属选矿厂的选矿水循环利用率在2010年基础上分别提高3%；（2）大中型煤矿矿井水重复利用率、大中型煤矿瓦斯利用率、煤矸石的利用率、尾矿的利用率在2010年基础上分别提高5%；（3）历史遗留矿山开采破坏土地复垦率达到45%以上，新建矿山应做到边开采、边复垦，破坏土地复垦率达到85%以上。第71页/共86页矿产资源开发设计

1.应优先选择废物产生量少、水重复利用率高，对矿区生态环境影响小的采、选矿生产工艺与技术。

2.应考虑低污染、高附加值的产业链延伸建设，把资源优势转化为经济优势。提倡煤－电、煤－化工、煤－焦、煤－建材、铁矿石－铁精矿－球团矿等低污染、高附加值的产业链延伸建设。

第72页/共86页 3.矿井水、选矿水和矿山其它外排水应统筹规划、分类管理、综合利用。

4.选矿厂设计时，应考虑最大限度地提高矿产资源的回收利用率，并同时考虑共、伴生资源的综合利用。

5.地面运输系统设计时，宜考虑采用封闭运输通道运输矿物和固体废物。第73页/共86页矿山基建

1.对矿山勘探性钻孔应采取封闭等措施进行处理，以确保生产安全。

2.对矿山基建可能影响的具有保护价值的动、植物资源，应优先采取就地、就近保护措施。

3.对矿山基建产生的表土、底土和岩石等应分类堆放、分类管理和充分利用。对表土、底土和适于植物生长的地层物质均应进行保护性堆存和利用，可优先用作废弃地复垦时的土壤重构用土。

4.矿山基建应尽量少占用农田和耕地，矿山基建临时性占地应及时恢复。第74页/共86页鼓励采用的采矿技术

1.对于露天开采的矿山，宜推广剥离—排土—造地—复垦一体化技术。

2.对于水力开采的矿山，宜推广水重复利用率高的开采技术。

3.推广应用充填采矿工艺技术，提倡废石不出井，利用尾砂、废石充填采空区。

4.推广减轻地表沉陷的开采技术，如条带开采、分层间隙开采等技术。

第75页/共86页 5.对于有色、稀土等矿山，宜研究推广溶浸采矿工艺技术，发展集采、选、冶于一体，直接从矿床中获取金属的工艺技术。

6.加大煤炭地下气化与开采技术的研究力度，推广煤层气开发技术，提高煤层气的开发利用水平。

7.在不能对基础设施、道路、河流、湖泊、林木等进行拆迁或异地补偿的情况下，在矿山开采中应保留安全矿柱，确保地面塌陷在允许范围内。第76页/共86页矿坑水的综合利用和废水、废气的处理

1.鼓励将矿坑水优先利用为生产用水，作为辅助水源加以利用。在干旱缺水地区，鼓励将外排矿坑水用于农林灌溉，其水质应达到相应标准要求。

2.宜采取修筑排水沟、引流渠，预先截堵水，防渗漏处理等措施，防止或减少各种水源进入露天采场和地下井巷。

3.宜采取灌浆等工程措施，避免和减少采矿活动破坏地下水均衡系统。

第77页/共86页4.研究推广酸性矿坑废水、高矿化度矿坑废水和含氟、锰等特殊污染物矿坑水的高效处理工艺与技术。5.积极推广煤矿瓦斯抽放回收利用技术，将其用于发电、制造炭黑、民用燃料、制造化工产品等。6.宜采用安装除尘装置，湿式作业，个体防护等措施，防治凿岩、铲装、运输等采矿作业中的粉尘污染。第78页/共86页固体废物贮存和综合利用

1.对采矿活动所产生的固体废物，应使用专用场所堆放，并采取有效措施防止二次环境污染及诱发次生地质灾害。（1）应根据采矿固体废物的性质、贮存场所的工程地质情况，采用完善的防渗、集排水措施，防止淋溶水污染地表水和地下水；（2）宜采用水覆盖法、湿地法、碱性物料回填等方法，预防和降低废石场的酸性废水污染；（