_开采损害与环境保护

《_开采损害与环境保护》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

2010国家级精品课程开采损害与环境保护山东科技大学资源与环境工程学院1 第二章开采水动力损害第一节水下开采损害第二节水上开采损害第三节矿井水污染及水资源损害2 开采水动力损害，即开采引起地表水或地下水迁移运动所造成的各种损害，以及地表水渗漏、流失、雨水冲刷、溃陷、污染等直接损害及导致的生态环境等间接损害。第一节水下开采损害一、对矿井本身的损害在各种水体下采矿都要预防顶板水害，顶板水害轻者，增大了井下排水量、顶板淋水恶化劳动条件、预防水和泥砂冲溃而留设各种矿柱将会丢失资源、长期水动力作用而导致矿井工程失稳等，重者，一旦顶板冲溃，会导致淹井伤人等严重灾害。3 二、对生态环境的损害矿井抽、排水导致水位下降，浅层水流失、井水干涸、工农业及生活缺水、房屋及各种建构筑物损害（需具体分析，并不全是开采水动力损害所造成）、井筒沉降等。如：西北等矿区，开采导致黄土层裂缝纵横沟通，在地表水动力冲刷、侵蚀作用下，引起严重水土流失，地表毁坏面积可达50%以上，农田大幅度减产、部分绝产。由于裂缝“底漏”，植被森林枯竭死亡，森林植被破坏，水土流失加剧，大面积山体滑坡灾害发生，生态环境恶化。4 第二节水上开采损害一、矿井突水灾害对承压水开采水动力损害最典型的表现形式就是底板突水。因为煤层之下有各种承压含水层，如砂岩裂隙承压水，灰岩岩溶承压水等，特别是华北煤系地层基底的奥陶系灰岩含水层，岩溶发育，厚度大，含水丰富，埋深大时，水压高。当煤层开挖，其底板隔水层薄，或强度不够，其下部含水层中的承压水就可突破底板进入矿井形成底板突水损害，轻者增大了矿井排水量，重者来势凶猛，排水不及而造成淹井伤人灾害。所谓“水火无情”，矿井突水是矿井生产的重大灾害之一。5 透水事故案例6 二、对社会的影响煤层底板承压水以灰岩岩溶水为主，而灰岩岩溶水一般是优质地下水资源，长期疏排水或一旦突水会破坏水源，名泉（济南趵突泉）消失，河水断流，影响风景旅游点。长期雨水补给不足、地下水超采等也是原因之一。另外，由于采矿排水导致地质塌陷、道路斑裂、房屋受损，工农关系紧张，成为社会不安定的重要因素之一。如某小区有争议的地面塌陷坑（图2-1）、道路损害等（图2-2、2-3）。7 图2-1某小区地面塌陷坑图2-3某村路基损害图2-2某村镇路面裂缝8 第三节矿井水污染及水资源损害一、污染环境矿井排水管理不善，则矿井污水遍地流淌，红、黄、褐等杂色富含金属离子的矿井水以及煤矿污水的排放，严重损害矿区自身和周边生产、生活环境。矿山开采改变水资源的循环，破坏了自然界中水的循环状态，如地下水与地表水的转化关系失衡，地表径流、渗流与蒸发的自然比例失调，污染与自净的自然功能退化等，造成水资源的损害。9 二、污染土壤、水源开采可能导致地表裂缝，雨水冲刷、侵蚀，水土流失、良田损害，山体滑坡、河流淤塞。特别矿井污水含酸、碱、盐各种成份，向河沟排放，污染地表水源，长期浇灌土地，土壤酸、碱增大，形成不毛之地。渗透到地下，则污染地下水源。所以，开采对土壤环境水源污染损害亦非常严重。不仅如此，由于开采引起矿区水文地质径流条件的变化，极易形成以煤矿为中心的地下水降落漏斗，破坏了浅、中、深层地下水原来的补给、径流、排泄运动规律和储存条件。使煤层以上的地下水、地表水通过漏斗渗到井下。而煤矿排泄矿井水，又将疏干煤系地层以上的地下水，造成矿区井、泉水位下降，干枯，地表径流减少、断流，进而导致水利设施报废，有些河道甚至因塌陷河水下渗。10 三、矿区水污染及分类开采造成的水动力损害直接表现就是造成矿区水污染，由排放水中的污染物随水流运动从高浓度向低浓度扩散而造成。根据矿区水污染物质及其形成污染的性质，可以将水污染分成化学性污染、物理性污染和生物性污染三类。1.化学性污染常见的化学性污染有：酸碱污染、重金属和有毒物质污染、需氧性有机物污染和营养物质污染。2.物理性污染常见的物理性污染有悬浮物污染、热污染、放射性污染。3.生物性污染主要指致病菌及病毒的污染。11 第三章开采大气损害第一节大气烟尘污染第二节有害气体污染12 第一节大气烟尘污染一、烟尘的来源矿区大气烟尘的主要来源有三个方面：露天开采覆盖层剥离移动，露天矿大爆破形成周期性的污染源；其次矿山建设土方移动，矿山物料运输等产生的浮尘；再次矿山冶炼、火力发电燃料燃烧过程中所排放的煤烟、粉尘及无机或有机化合物、爆破炸药及矿井火灾、矿井通风排出的废气等。二、烟尘的组成烟尘污染主要包括煤烟尘、黑烟、粉尘、飞灰、烟、雾等对大气的污染。矿区大气烟尘污染物主要是煤烟尘、黑烟、粉尘（矽尘及金属粉尘）、飞灰的污染。13 第一节大气烟尘污染三、烟尘污染危害烟尘大气污染主要表现为：1.烟尘笼罩削弱了日光和紫外线的照射，能见度降低，杀菌作用减弱，易使传染病流行，儿童佝偻病发生，污染严重时影响交通运输、航空安全等。烟尘中的“碳黑”悬浮在大气中，大小和灰尘差不多，只有0.6m左右，悬浮在大气中的“碳黑”能大量聚集在一起，吸收太阳的热能，加热周围空气，形成降雨，从而改变区域大气环流和水循环。14 表3-1部分粉尘可能引起的疾病2.烟尘的悬浮物污染，增加了大气中的粉尘（岩粉、炭粉、金属粉尘）浓度。这些粉尘通过人的呼吸进入体内，危害人的健康，引起诸多疾病，如矽肺病。常见粉尘引发的疾病见表3-1。粉尘的种类可引起的疾病燃烧排放的烟尘佝偻病铁、铝、锌粉金属热症有机物和无机物粉尘慢性支气管炎悬浮硅石粉、炭粉、铁粉、铝粉矽肺、炭肺、铁肺、铝肺放射性矿物粉尘、石英石粉、铬化合物尘、氧化铁粉尘肺癌无机和有机物粉尘流行性病，白喉，结核病氟及氟化物尘氟黑皮肤病及皮肤癌镍尘镍湿疹15 第二节有害气体污染矿山有害气体污染物主要有：以SO2为主的含硫氧化物；NO、NO2为主的含氮氧化物；以CO2为主的含碳氧化物；碳氢化合物以及少数卤素化合物。此外含铀钍矿山还存在放射性气体。一、含硫氧化物矿区地面空气中含硫氧化物主要为SO2和SO3，此外还有少数硫化氢。含硫氧化物主要来源于煤的燃烧和冶炼厂排出的烟气，全国每年进入大气的总硫量约为50万吨，可燃性硫在燃烧时，大部分与氧化合生成SO2。大气中硫氧化物、氮氧化物都是形成酸雨或酸沉降的主要前提物。16 第二节有害气体污染二、含氮氧化物NOx种类很多，它是NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等的总称。造成大气污染的NOx主要是指NO和NO2。大气中的NOx几乎1/2以上是由人为污染源产生的。全球人为污染源一年向大气排放NOx约为5千万吨。矿区大气中NOx的人为排放污染主要来源于燃煤发电厂、锅炉烟气、露天开采的炸药爆炸以及矿区运输、装载、铲运等使用汽油、柴油为燃料的设备所排放的尾气、冶炼厂的某些生产过程。17 三、含碳氧化物COx包括CO和CO2。CO主要来源于燃料燃烧时供氧不足而不完全燃烧产生。通过对燃烧装置及燃烧技术的改进，可以有效地减小CO的排放量。矿区COx主要来自冶金生产以及矿山爆破作业、汽油、柴油等内燃设备排放的尾气，还有一部分来自煤和矿石自燃、矿岩中涌出的气体。CO1对人体是有害的。四、烟尘的硫酸烟雾污染硫酸烟雾是大气中SO2在湿度相对较高，气温比较低，并有气溶胶存在时而发生的。硫酸雾是强氧化剂，对人和动植物危害极大。18 五、光化学污染美国加利福尼亚大学哈根·斯密特博士提出的光化学理论认为：光化学烟雾是大气中Nx、HC及CO等污染物，在强太阳光作用下，发生光化学反应而形成的，光化学反应的最终产物有臭氧、醛、酮、过氧乙酰硝酸脂（PAN）和过氧苯酰硝酸脂（PBN）等。其表现是城市上空笼罩着白色的烟雾（有时带有紫色或黄色），大气的能见度降低，具有特殊气味，刺激眼睛和喉粘膜，造成呼吸困难。生成的强氧化剂臭氧（O3）可使橡胶制品开裂，植物叶片受害、变黄至枯萎。19 第四章开采废弃物（尾矿）损害第一节固体废弃物损害第二节大气损害第三节地下水资源损害20 矿山开采固体废弃物包括：煤矿地下开采及洗选的废弃物—煤矸石，露天开采的剥离物—废矿石；金属矿山开采及冶炼的废弃物—尾矿、矿渣；发电、锅炉等燃煤产生的固体废弃物—粉煤灰等。第一节固体废弃物损害世界每年采矿排放的废石约350亿吨，选矿排放尾矿约50亿吨。目前我国矿山固体废弃物总积存量约230亿吨，占地面积约十几万公顷，其中农田约占12%。21 我国矿山固体废弃物总积存量中，矿山采矿（采掘和剥离）废石总量约140亿吨，尾矿堆存量约50亿吨，煤矿开采积存矸石约30亿吨，粉煤灰积存约12亿吨。我国矿山固体废弃物中采矿废石（采掘和剥离）、尾矿、煤矸石、粉煤灰的年排放量分别为4亿吨、5亿吨、3亿吨、1.5亿吨。减小矿山固体废弃物对环境的污染和土地的占用方法就是处理和利用。近年来取得了显著的成绩，煤矸石及粉煤灰的利用率分别达到年排出量的47%和60%，而尾矿的利用率仅为7.4%。因此，如果不进行矿山废矸石、尾矿的处理，其对土地资源的占用将以惊人的速度增加。22 我国黑色、有色、黄金、化工、核工业、建材等行业的矿山每年产出尾矿约3亿吨，基本上堆存在大约1500座尾矿库中，其中80%属于黑色、有色冶金矿山，其它行业只占20%。据有关专家估计，在这些尾矿库中，正常运行的库不足70%，有的行业大约44%的库处于险、病、超期服务状态。我国的尾矿安全处置与管理尤为重要。据资料统计，2008年底全国共有尾矿库12655座，其中危库613座、险库1265座、病库3032座、正常库7745座。23 第二节大气损害矿山固体废弃物不但压占大量土地，而且会因日晒、风化、自燃、腐蚀等作用向大气排放有害物质（CO2，SO2，氮氢化合物及烟尘），成为污染源，造成大气损害。据统计，我国有237座煤矸石山曾发生过自燃，目前仍有134座煤矸石在自燃，排放大量的SO2、H2S、CO、CO2、NOx等有害气体。个别矿区因排矸场自燃使SO2和H2S的日平均浓度高达10.69mg/m3，是我国工业企业设计卫生标准（TJ36-96）的71倍，致使附近居民患呼吸道疾病的比重明显增高。煤矸石山燃烧可持续多年，甚至几十年，因而其危害大，持续时间长。24 第二节大气损害煤矸石山经风化作用，表层变为粉末状，粉煤灰、尾矿堆场均是粉末状物质，在这种状态的矿山固体废弃物遇4级以上风力，可剥离10～15mm厚，灰尘飞扬高达20m～50m，在风季平均视程降低30%～70%，附近常出现“黑风口”，使车辆、行人难以通行。同时导致严重的区域性浮尘、颗粒物大气污染，影响景观，并危害人体健康，在大气流通环境差的区域更为严重。25 第三节地下水资源损害金属矿山的开采冶炼产生大量的尾矿，不仅要占大量的土地，而且这些尾矿中含有一些放射性或重金属有毒元素，如：As、Hg、Pb、Cd、Cr6+等。我国某金矿矿区，无序开采，任意排放堆积尾矿，造成河水中的Hg、Pb、Cd、Cr超标率达到42.9%～90.5%，致使河水不能灌溉、水生生物灭绝、土壤和小麦中金属元素普遍高于地区背景值。采用汞板、蒸汞提金，致使区域大气汞浓度全部超标，最大超标38倍。煤矸石堆经雨水淋溶，将其含有的高浓硫酸和硫酸盐以及Cu、Pb、Zn、As、Hg、Cr、Ni等有害元素随淋溶水形成地面径流或下渗，污染地表和地下水体，使水体酸化，进入土壤，导致土壤的重金属污染。26 最使人们不安的是，即使在矿山关闭几十年、上百年甚至更长的时间内，尾矿淋滤液对生态环境系统的严重影响仍然存在。我国90%以上的尾矿坝都采用上游法筑坝，这种筑坝方法简单易行，便于管理，适应性强，筑坝费用低。但是坝体的沉积密度一般偏低，渗流难以控制。尾矿渗流会造成环境污染，特别是水源的严重污染。目前，各国都积极对矿山尾矿引起的酸性排水和重金属污染进行深入研究。特别是近10年来，国外学者对尾矿矿物学、地球化学及模拟试验研究，使该领域取得了较大进展。而我国是发展中的国家，我们正处于经济飞速发展的阶段，但我们一定要吸取有些国家以牺牲环境来换取发展的教训，既要发展经济，又保护好人类赖以生存的环境。27 第五章开采对生态环境的影响第一节资源开发与生态环境第二节矿山开采沉陷的生态损害28 第一节资源开发与生态环境一、生态系统和生态平衡的概念生态系统指的是在一定的陆地和水体的表面层内，动物、植物、微生物与地形、气候、土壤、水文等各种环境要素组份通过不断的物质循环、能量流动和信息传递而相互作用、相互依存的统一体。在生态系统中不断进行着能量和物质的交换和转移，形成了一种能量和物质的连续流动。在一个未受干扰的生态系统中，能量和物质的输入和输出是趋于平衡的，这种持续性的动态平衡叫做生态平衡。29 生态系统自身具有一种内部的自动调节能力，以保持自己的稳定性，维持生态平衡。但生态系统的这种自动调节能力是有限度的，外界施加于生态系统的压力处于在这个限度以内，系统能够校正自然和人类所引起的许多不平衡，超过了这个限度生态系统的自我调节机制降低或消失，于是在外界压力下，生态平衡遭受破坏，甚至使系统崩溃。30 二、资源开发与生态环境人类在煤炭、石油等资源开发的过程中，要遵循生态规律，要受环境的制约，要以不违反大自然的生态规律为限度，使自然资源和大自然的恢复及自净能力不致受到破坏。只有这样才能保证资源开发与生态环境的持续、健康发展。如果一味地追求经济利益，缺乏对自然生态环境规律的认识，违背自然规律或者只顾眼前利益不顾长远利益，只考虑局部不考虑整体，如对资源进行掠夺式开采等，不仅破坏自然资源，造成重大的经济损失，而且使生态系统平衡失调，人类赖以生存的生活环境恶化、生存受到威胁。31 煤炭资源开发引起的地表沉陷，可能遭受破坏和影响的生态环境系统主要有：农田生态系统、林地生态系统、草地生态系统、沼泽生态系统、水域生态系统、荒漠生态系统和城镇生态系统等。其中农田生态系统是核心，受损害破坏和影响最大、最严重。在矿区开发建设以前，农业生态系统结构和功能都较稳定，处于相对的生态平衡过程。随矿区的开发建设，地下煤炭资源的大量采出，在采空区上方地表造成大面积塌陷，形成一系列地表塌陷形态：下沉盆地，地裂缝、塌陷漏斗、台阶或地堑状塌陷坑等。32 地表的沉陷干扰和破坏了生态系统中生物群落生存所需要的地貌形态、土壤肥力、水文和气候等主要的生态因子，破坏了土壤的微结构和微气候，造成土壤盐渍化、沼泽化、湖泊化和水土流失等生态环境问题，严重恶化甚至丧失了生物群落尤其是绿色植物所需的环境条件，最终可导致物种数量减少，人类和动物迁移，微生物流失，生态平衡破坏。特别在高潜水位矿区，当下沉盆地地表接近潜水位时，则加速农田土壤盐渍化过程，造成土壤盐渍化和沼泽化。当地表沉陷使得地表标高降低至比地下水位更低时，或下沉盆地成了地表水的汇集之地时，则沉陷区将会常年积水或季节积水，从而使正常农田生态系统完全消亡，转化为半封闭的、功能低下的沼泽、湖泊生态系统。33 第二节矿山开采沉陷的生态损害矿山开采引起矿区生态环境退化，即导致生态环境要素或其状态发生劣性的变化，以致演变为生态损害。矿山开采所造成的损害及其对人类居住生活、地球生态环境的影响是多方面的。矿山开采沉陷的生态损害主要有以下几个方面。一、对社会经济系统的破坏和损害对社会经济系统的破坏包括对地面建筑物、交通运输、输电和通信线路、工程设施等的破坏，以及由于耕地破坏、农业减产或绝收而造成的农村社会问题。34 1.毁坏村庄、建（构）筑物、交通运输及输电设施许多煤层和矿体赋存于村庄、建筑物、水利设施和铁路、公路之下，由于矿山采动地面塌陷，损坏交通设施，路基变形，路面曲拱，边坡崩塌，阻塞交通的事例屡见不鲜。如兖州、淮南等矿区由于地下煤层厚，采空后，连年塌陷，路侧房屋开裂、倾斜、变形，路基下陷，坎坷不平，还出现许多裂隙、台阶状塌坑和漏斗状塌陷穴，塌陷边沿落差达数米，虽经多次垫高、整平，仍不断塌陷，经常阻塞交通和损坏交通工具。35 沉陷引起的地表移动，会使输电、通信线路杆塔基础下沉，线对地相对高度降低，杆塔歪斜，线路松紧度变化。对高压输电线路来说，不仅线路本身容易遭受破坏，而且周围人畜生命也受到很大的威胁。煤矿开采沉陷还会对矿区的地下供水管道、供气管道、农业灌溉水利设施等造成损害影响。36 2.破坏农田，使之绝产或半绝产由于矿山塌陷，破坏农田的现象十分严重，大片良田沃土因塌陷而无法耕种，成为绝产或半绝产地。目前，这种塌陷毁田的现象仍在蔓延，全国被毁农田的数量还在不断增加。其中，煤矿开采塌陷对农田的破坏最为严重，有的矿区每采煤万t塌陷面积达到3000～4000m2，使地表形成沼泽地或积水区，农业连年减产，国家给予大量财政补贴和安排转产就业，造成严重的经济损失和恶劣的社会影响。37 一些露天矿，特别是一些大型露天矿，矿体上部覆岩剥离堆放在矿场附近，井下开采提运上来的大量矸石、废石堆放在矿区附近。全国大大小小的矿山周围几乎都有或大或小的矸石山和废石山，这种人工堆积的锥状“山体”，高达数十米、近百米，占地少则数亩，多则几十亩。38 3.造成一系列社会问题采矿沉陷损坏大片农田，由良田沃土成为废弃地，使农业绝产或半绝产，从而使人口增加与土地减少的矛盾日益加重，造成这些地区农民的生活困难，给当地政府和企业增加了困难，不仅影响了煤矿的正常生产，而且也给社会增添了不安定因素。同时，采矿沉陷引起的民房损坏和村庄搬迁问题，不仅造成巨大的经济问题，而且还会引起工农关系等一系列的社会问题。39 二、对自然生态系统的破坏和危害开采沉陷对地形地貌、土地资源、水资源、旅游资源和地质生态环境造成破坏和危害。1.破坏水源地，造成水污染人类生活、生产所用的水为矿化度低的洁净淡水，淡水大都来自雨、雪等大气降水，数量很少，十分可贵。但是，由于人类广泛的采矿活动，对地球上许许多多的水源地和水质造成了破坏和污染。矿山采动和疏排地下水，破坏了覆岩的岩石力学性质和地下水动力状况，改变了地表水、地下水的径流条件，使地下水位大幅度下降，致使原水源地干涸，地表的植被干枯，严重时还可引起地表土壤沙化，土地肥力降低，作物减产等。40 由于矿山开发，大量矿井污水、废水及废弃矸石受雨水冲淋形成的酸性水被排入江河湖海、农田、水库及塘洼之中，成为污垢、病菌汇集之地。而地面污水也会积存在塌陷区内并沿井巷、岩石裂隙倒灌入地下采空区内，使地下含水层遭受污染，形成恶性环流。未经处理的矿山污水、废水成分复杂，含有大量有害和有毒物质，还有恶臭、细菌、热污染等污染物质和污染因素，对各矿区及其附近水源、水体造成污染后，对人类和生物的危害甚为严重：使作物减产，甚至绝收，使鱼类及水生生物大量死亡；使人体产生急性或慢性中毒，或成为各种流行病的滋生地。41 2.破坏自然环境矿山开采也不同程度的改变和破坏了自然地理地形、地貌、风景名胜、自然景观，直接波及到地球外部的所有圈层，如岩石圈上部、土圈、水圈、大气圈及生物圈的自然食物链和生态平衡。由于矿山开采造成的矿山塌陷，对自然环境及社会环境等诸多方面都有不同程度的影响和干扰。42 对地形地貌的破坏采煤沉陷使地表变形，形成地表移动盆地，产生地裂缝和塌陷坑，破坏了原有的地表形态，使地形地貌的稳定性下降，从而使土地质量降低或完全丧失使用价值，也使地质生态环境质量下降。对生态环境的破坏采矿塌陷使生态环境的各生态因子都不同程度地受到破坏和影响，有的甚至改变整个生态系统的类型，从而恶化生态环境。在干旱山区使地表水流失，在平原区使大片土地沦为积水洼地或沼泽。这两种情况都因采煤塌陷而改变了生态环境条件，生态条件的恶化，使自然界人类和生物和谐的食物链发生断缺，破坏生态平衡，最终危及人类的生存和发展。43 泉、井、地下含水层、溶洞水裂隙水、地下水位、流量及流向耕地面积土壤肥力水利设施—塘、沟、渠、堤、坝、水库农业产量矿山开采自然环境水体农业地面建筑社会环境地形、地貌、气象、水文、自然地理景观地层、矿体赋存状态及结构土壤、植被、野生动物自然食物链、生态平衡风景名胜自然灾害加剧地表水体地下水体江、河、湖、海、水库冰、雪等自然水体广大农村、乡、镇建筑物铁路、公路、通讯、输电线路输水、油、气管道环境质量、居民健康水平、发病率居民迁建、重新定居农业转产，弃农从工、商、种植业居民生活水平供水数量、质量安全保障图5-1矿山开采对人类居住自然生活环境的影响44 思考题2-1开采水动力损害包括那些形式？2-2水下、水上开采损害包括哪些形式？2-3矿区水污染的分类，及各自的特征是什么？3-1烟尘的来源是什么，有哪些成分组成？3-2烟尘污染危害表现在那些方面？3-3有害气体污染物包括那些形式，各具有那些特征？4-1矿山开采的固体废弃物包括那些，主要处理技术措施？4-2我国对尾矿的防治措施，它具有的优缺点是什么？5-1矿山开采沉陷的生态损害包括那些方面，各具有什么特征？45