开采活动与矿山环境问题相关性

朱　乐1　刘福海2　郭　鹏3

（1.石家庄经济学院研究生院，河北 石家庄 050031；2.辽宁省第六地质大队，辽宁 普兰店 116200；3.中国地质大学长城学院，河北 保定 071000）

【摘　要】人类在开发利用矿产资源的过程中，不可避免地对环境造成各种破坏性影响，这种影响是长期而复杂的。在长期的采矿过程中，由于一直采取高污染、高消耗的粗放型开采模式，忽视对矿山环境恢复的立法保护，使得我国矿山生态环境恶化。通过研究矿山环境问题的成因，为解决矿山环境问题技术方法做指导。

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关键词 矿山环境问题；开采活动；成因分析

矿山环境问题是伴随矿山开采活动和矿山地质环境变化而产生的，其形成很大程度上起因于人类活动影响，即取决于矿山开采活动的强度与频度。矿山环境问题的产生和发展都与矿山开采活动有着某种关联，它们之间存在着特定的因果关系，矿山开采活动的方式、强度以及对环境扰动的程度制约了矿山环境问题的严重程度。

1　开采活动与岩土体动态平衡相关性

矿产资源开采的过程也是对矿山环境的改造过程。矿体及构成其赋存环境的周围岩土体首当其冲受到开采活动扰动，并产生变形和位移，当位移积累到一定程度，超过岩土体强度极限，便会打破岩土体本身的平衡状态，由此产生各种矿山环境问题。

矿山开采引起岩土体扰动，进而诱发的矿山环境问题主要是开采沉陷、地裂缝、崩塌、山体开裂、滑坡、堆载体边坡失稳等。而岩土体扰动的主要形式有：开采过程中岩土体开挖、爆破、运移、堆载等活动。1.1　开挖

是采矿中最常见的一种工程活动，但是，这一看似平常的活动，却是多种矿山环境问题发生的根源。露天矿坑开挖、矿区道路开挖、地下井巷开挖，无一例外会打破岩土体平衡状态，由此引发岩土体局部变形，随着开挖活动继续，变形扩展和加剧，量变到质变，最终导致岩土体动态失衡。

1.2　爆破

是矿山开采过程中普遍应用的一种开采手段。应用爆破技术可以有效地开凿巷道、剥离围岩、打通矿井，因而它起到了加速开采过程的积极作用。与此同时，爆破震动对于岩体内部的原始应力状态的改变也是不可忽视的。由于爆破震动在岩体内产生微裂隙，引起应力释放，往往会降低岩体强度，这种影响积累到一定程度也会导致岩质边坡、地下洞室围岩动态失衡。

1.3　运移

开挖或爆破形成的破碎岩体一般都被运移至排土场集中堆放。将这部分岩土体移开，露采坑壁岩体便失去支撑，产生向临空面卸荷，岩体内产生卸荷裂隙，任其继续发展，边坡可能以崩滑形式产生破坏；井工开采过程中将开采出的矿体和剥离岩体运移之后，形成了地下采空区，采空区顶板开始变形一局部拉裂一顶板冒落的过程，最终形成地表塌陷盆地。

1.4　堆载

开采过程中剥离的岩石、废弃矿石、选矿形成的废矿渣、尾矿等固体废弃物每时每刻都在产生，对于固体废弃物的合理处置是矿山环境管理面临的严峻问题之一。选择适宜的地形作为排土场、尾矿场，将采矿过程中产生的固体废弃物集中堆载是目前被普遍采用的权宜之计。伴随采矿过程，堆积体体积增大、边坡坡高和坡脚都在不断改变，结果可能在荷载作用下产生边坡失稳。当坡高大于60米时，临界坡角约为30°；当坡角大于45°时，为保持堆积体边坡稳定需将坡高控制在50米以下。

综上，开采过程中的开挖、爆破、运移、堆载各个环节都潜伏着岩土体被扰动，进而发展到失衡破坏的危险。这是产生矿山环境问题最普遍的原因之一。

2　开采活动与水动力条件变化相关性

构成矿山生态环境的主体是矿体、围岩、覆盖层、水体、生物体。矿山开采对于矿区环境的改造首先表现为岩土体动态平衡被打破；紧随其后的便是水动力条件被改造。水动力条件变化可能导致的矿山环境问题有四类，即：地面变形问题、矿水灾害、水土流失和土地沙化、闭坑矿山问题。

2.1　地下水水位变化

大部分露天开采和井工开采的矿山，在开采前都会采取疏降排水措施，并且排水贯穿了整个开采过程。由此形成了地下水大幅度的水位下降，这种水位大幅度下降使水头压力降低，使地表或岩溶地区覆盖层土体产生次固结沉降。并可能导致地面沉降、岩溶地表塌陷，以及沉降盆地周边伴生地裂缝等地面变形问题。因开采过程中疏干排水，当地下水位明显低于海平面时还可能形成海水入侵。

与上述过程相反，当矿山开采完毕，停止矿坑排水后，地下水位便逐渐回升。对于具有若干年开采历史的矿山而言，这种地下水位抬升对于环境的影响也是难于适应和接受的。闭坑矿山地下水位将明显高于周围地下水位，将会由此引发一系列闭坑矿山水环境效应问题，其中较为突出的是闭坑矿山串层污染和闭坑矿山对相邻矿山的突水威胁。

2.２　水位变化强度

矿山疏排水往往在短期内完成较大水位降深，抽水强度很大。由于许多矿床上覆和下伏地层为富水岩层，随着开采的延深，地下水位骤降和深降强排，产生了巨大的水头差，使开采层受到来自相邻含水层地下水高水压的威胁，在一些构造破碎带和隔水层薄的地段造成突水灾害。

2.３　地表与地下水水力联系

矿山开采对于水环境的改造也改变了地下水与地表水的水力联系。开采过程将地下不同水文地质单元沟通，使地下水与地表水的水力联系得到改善。这种改变的直接后果是，闭坑矿山地下水位抬升直接反馈到地表水，在地势低洼处溢出地表，形成沼泽化，并导致矿坑酸性废水直接对地表水污染。

2.４　地表水径流条件变化

开采过程中对地下水疏降排水，使地下水降落漏斗快速形成，含水层逐渐疏干，其结果不但影响地下水系统，还可能间接影响到地表水系统，当地表水与地下水连通性较好时，会引起地表水枯竭，由此导致土地沙化和荒漠化灾害发生。

3　开采过程对污染扩散过程分析

污染源扩散导致的矿山环境问题主要包括大气污染、水体污染和岩土体污染。

3.1　污染源产生

矿山开采过程中，采矿、选矿、冶炼等各个生产环节都可能形成污染源。采矿过程中产生大量成分复杂的废矿石，其构成固体废弃物主要来源；选矿产生尾矿浆、含重金属成分的废渣以及酸性废石，都是重要污染源；采矿过程中会形成大量矿坑废水，选冶过程中也会产生大量废液，都成为重要的液体污染源；采矿过程中形成粉尘、冶炼形成烟尘废气、煤矿排放的瓦斯、煤层及煤矸石自燃形成的有害气体等是主要气体污染源。

3.2　污染扩散

导致周边岩土体及水体污染的主要途径有以下几种：

（１）渗透淋滤——采矿过程中形成的各种固体废弃物堆载，其中污染成分通过渗透淋滤方式造成土壤和地下水污染；

（２）废液排放——未经达标处置的矿山废水排放，将污染成分扩散到开采空间周围的地表及地下水体，并在水动力作用下进一步扩散和向外传播。

3.3　相关采矿活动

与污染源产生和扩散相关的采矿活动几乎涵盖了矿山开采的每一个主要环节。其中贡献较大的当属选矿和冶炼过程。

固体废弃物的来源包括：采矿剥离的岩土体、选矿形成的和尾矿砂(粉)以及冶炼产生的废矿渣等。其中采矿剥离的岩土体属于固体废弃物中污染成分较低的，而其他则属于污染成分较高的。富含重金属成分的酸性废液主要产生在选矿和冶炼工序之后。可见，选冶环节是污染源扩散的主要环节，因此，也成为污染控制的重要对象。

4　综合因素制约的环境问题成因分析

以上讨论将岩土体动态平衡、水流动态均衡以及污染源扩散作为诸多矿山环境问题产生的原因，从矿山开采活动中追究打破平衡的元凶，从而得出矿山开采活动与矿山环境问题之间的因果关系。这种因果关系反映为采矿活动是导致矿山环境问题的主要矛盾，从严格的意义上讲，矿山环境问题多数情况下是由于若干因素共同制约的。

［责任编辑：邓丽丽］