地质环境论文实用13篇

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地质环境论文

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2.1矿山开采影响范围

2.1.1放炮影响范围根据开发方案,采场每次布置3排钻孔,每排10个孔,排距4.6m,孔距5.6m,共布置30个孔,每孔深16.5m,超深1.5m,以确保爆破后台阶高度达15m。

2.1.2采矿可能引发的地质灾害影响范围矿山开采过程中采用自上而下台阶式分层开采,高度为15m;开采时工作台阶切向坡和反向坡最终开采的边坡角不大于55°。由此可确定采矿可能引发的地质灾害影响范围为矿区开采最终边界外延15m。综上所述:矿山开采影响范围为露天采场外延215m。

2.2地质灾害危险性预测根据开发技术方案,矿山开采后四周将形成5段高度为110m的边坡,边坡编号分别为AB、BC、CD、DE、EF,边坡位置详见福禄镇周家槽周家槽水泥用石灰岩矿山矿区范围及开采平面图。分析边坡稳定性:AB边坡位于矿区南东侧,边坡坡向301°,坡角55°,坡高约2~50m,长约600m。岩层倾向108°,倾角7°。据地面调查,岩体中发育两组高角度构造裂隙,第Ⅰ组裂隙产状为25°∠84°;第Ⅱ组裂隙产状为102°∠73°。作赤平极射投影分析AB边坡的稳定性,如图3所示;按照相同的方法,分析BC、CD、DE、EF边坡的稳定性。

2.3水文地质预测矿区范围内开采三叠系下统嘉陵江组三段(T1j3)石灰岩矿层,开采标高均高于当侵蚀基准面;开采范围内无河流、水库等地表水体;地下水与地表水没有必然的水力联系。矿山开采对岩溶裂隙水的补给条件破坏小,矿山开采后不会对含水层结构破坏,不会造成地下水水位下降、疏干等。对矿山地质环境影响程度较轻。

2.4地形地貌预测按照开发利用方案,矿山开采后将形成高度0~105m的边坡,矿山采矿活动对地形地貌景观影响严重。

2.5土地资源影响预测璧山县福禄镇周家槽水泥用石灰岩矿不单独设置料场及废渣场,在矿区东侧采区50m外设置破碎站及运输道路,占用耕地资源4.41ha;工业广场修建占用耕地资源1.59ha;矿区为露天采场,占用耕地资源43ha;石灰岩矿山开采共占用耕地49ha。因此,璧山县福禄镇周家槽水泥用石灰岩矿开采后对土地资源影响严重。

2.6建(构)筑物影响预测矿山为露天开采,将会对矿区范围内的所有建(构)筑物全部破坏。根据计算的爆破地震波安全距离为158.45m,计算的爆破产生飞石最远飞散距离为200m;对矿区周边200m范围内的建(构)筑物造成较严重破坏。因此,璧山县福禄镇周家槽水泥用石灰岩矿开采后对建(构)筑物影响严重。

3矿山地质环境防治针对矿山开采影响

范围及采后地质环境因素的影响预测结果,将矿山地质环境保护与治理恢复划分为重点区、次重点区、一般区,设计以下防治工程:1)矿山开采时应及时清除边坡上的掉块,特别是在BC边坡东段边坡可能会发生局部掉块。2)对矿山采坑四周形成的边坡采用生物工程护坡;对采坑坑底进行绿化或土地复垦。3)对矿区道路、破碎站和工业广场区域进行环境恢复。4)修建截排水工程。

3.1边坡防治工程

3.1.1边坡放坡根据开发方案矿山开采的最终边坡角为55°,自上而下台阶式分层开采,采高15m,台阶宽度约10.5m;AB边坡长约600m,高2~50m;BC边坡长约440m,高50~106m;CD边坡长约360m,高40~96m3;DE边坡长约526m,高17~42m3;EF边坡长约210m,高2~17m;放坡处理各段边坡。

3.1.2清理危石及时清理采场边坡上的危石,避免发生危石滚落伤人事故。按照“边采边治”的原则,对各边坡上的危石清理完成后,才能进行下一台阶的开采。

3.1.3截水沟矿区位于沥鼻峡背斜轴部,地形呈浑圆状的小型独立山包,自然排水条件良好,汇水面积小,在矿区DE、EF边坡顶部修建截水沟长约300m,以防治地表水进入矿区。在其余每个台阶坡面每隔50m,高差10~20m,设置横向和竖向的截排水沟,将边坡顶部的地表水汇入采坑内的排水沟,避免对坡面草籽植物造成冲刷,竖向的排水沟按急流槽设计。迎坡面沟壁需设置泄水孔。

3.2水文防治工程矿山开采后的采场地面标高高于当地侵蚀基准面,对地下水的影响小。对矿山地质环境影响程度较轻。故本次不对其进行处理。但未解决矿山生产、生活用水,需在工业广场内修建一个蓄水池。蓄水池尺寸为15m×15m×2m,墙体宽度为0.3m,预计砌筑工程量约为36m3。生产废水主要为清洗矿车及挖掘机所排除的污水,设计每个污水处理池采用尺寸为2.5m×2.5m×1.6m,容积10m3污水处理池3个,墙体宽度为0.3m。预计开挖工程量30m3;砌筑工程量约为14.4m3,污水经生化处理后由砼管排放。露天采石场的作业点应实行湿式作业和喷雾洒水,对采场及装载点设2台洒水器进行了洒水降尘,防止粉尘飞扬。

3.3地形地貌景观防治工程矿山环境恢复治理设计方案图。

3.3.1露天采场采坑地貌景观恢复根据划定矿界和开发方案,露天开采结束后采坑的平面面积为302013m2,矿山开采前矿区土地主要为耕地,以种植果树为主;矿山开采难以恢复原来的地面植物,故矿山环境恢复治理主要以绿化为主。可采取治理方案如下:(1)回填土壤,平均厚度不得小于0.8m,预计回填方量为241610m3;(2)平整场地,场地平整应采坑中间高,四周低,便于地表水排入排水沟中;(3)植树,行距×株距为5m×5m,预计12080株,建议种植樟树或果树等经济类树木;(4)排水,沿采坑边坡坡脚围绕采坑修建截排水沟,保证采坑内地表水排泄通畅,将矿区的地表水有序的排放到矿区东侧地形较低地段,用以灌溉耕地。排水沟采用梯形断面,底宽400mm,顶宽700mm,高800mm,壁厚300mm,预计长度约2350m。排水沟每隔10~15m设置一道伸缩缝,用沥青麻丝进行有效止水。

3.3.2采坑边坡地貌景观恢复采坑边坡采用坡面绿化+截排水的矿山环境恢复设计方案。对于采坑边坡主要采取分阶放坡+绿化处理。每级边坡分阶高度取15m,每阶平台宽度取10.5m,种植蔓藤类植物绿化坡面,在坡顶设置截排水沟。台阶边缘修砌墙体,墙体嵌入基岩0.1m,墙体截面0.3m×0.5m(宽×高)。墙背回填0.3m厚的土壤,蔓藤种植行距×株距为5m×3m。截排水工程在边坡防治工程中实施。

3.3.3矿区公路及破碎站矿区公路两侧及破碎站区域的空地进行植树绿化,预计植树60株。待矿山闭坑后,建筑垃圾清除干净,将表层1.0m范围土地掘松,种植樟树等经济类树木。矿区公路和破碎站的平面面积约为4410m2,可采用挖掘机松土,植树绿化,行距×株距为5m×5m,预计176株。

3.4土地资源的采后处理矿区主要的土地资源占用和破坏为矿区范围内的采场、矿区东侧的破碎站及工业广场,矿山闭坑后,采场及破碎站将对其进行地貌景观恢复,工业广场建(构)筑物提供给当地使用,不进行处理。

3.5地表建(构)筑物的处理矿山为露天开采,将会对矿区范围内的所有建(构)筑物全部破坏,对矿区周边200m范围内的建(构)筑物造成较严重破坏。为保护村民的人身财产安全,对在影响范围内的村民实施搬迁。

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当前的煤矿开采过程中对环境地质带来的影响越来越大,加强各种环境地质问题的防范是当前采矿行业中研究的一个重要内容,因此当前煤矿开采领域的研究者与地质领域的研究者之间加强了交流,对煤矿开采以及地质灾害隐患进行分析,对于煤矿开采过程中的地质灾害的预防提供了相应的理论依据。比如当前煤矿开采过程中对环境地质带来的问题的评价体系得到了相应的完善,在对煤矿开采过程中对环境地质带来的问题进行调查时各种调查技术也变得越来越完善。尽管如此,但由于煤矿开采的巨大经济效益,当前很多煤矿在进行开采的过程中,对地质灾害的预防还是不够。在煤矿开采地质灾害问题的防治过程中存在的问题有两个方面,一方面,对煤矿开采过程中重大地质灾害隐患的发现能力不够强,当前很多煤矿开采地质灾害问题完全表现出来之前都会有一些具体的表现,而我国当前的煤矿开采地质灾害问题研究过程中对这些表现现状的研究还不够清楚,因此导致煤矿开采地质灾害问题的防治效率得不到提升。另一方面,对各种煤矿开采地质灾害问题进行监测的手段比较落后,没有建立相应的煤矿开采地质灾害问题监测网络,因此不能及时反映煤矿开采过程中的地质变化、各种地质隐患等,也不能对煤矿开采地质灾害问题进行预防,出现煤矿开采地质灾害问题的概率大大提升。

三、煤矿开采地区的地质灾害进行预防的方法研究

(一)对煤矿采空区进行监测

在煤矿开采过程中最常见的一个问题是出现采空区,即由于长期开采导致地下被采空而出现地表下沉现象,采空也是诱发其他地质问题的基础,为了防止采空区对地表上的生产生活带来较大影响,在煤矿开采过程中应该要加采空区的监测管理,在采空区监测过程中,一个重要的步骤就是要加强对监测点的合理布置,监测点的布置是否合理,对监测结果有很大影响。密度适当、均匀的监测点,可以对监测过程中各个位置的情况进行反映。对煤矿采空区进行监测的过程中,对于监测点而言,一般是将其设置在远离采空区的地段,防止采空区出现坍塌、沉陷等对监测点带来影响,也可以避免由于自身移动或者公路的施工导致监测点被破坏的现象的出现,对于监测点网络而言,要实现施工方案中的图形强度,形成合力的观测路线。在观测点的布置过程中,包括两个方面,第一是基准点的布置,第二是工作基点的布置。对于基准点的坐标设置而言,其坐标应该由两次连续测量的GPS设备观测数据进行软件处理并且对误差进行处理之后得出,在取值的过程中要尽量取平均值,使得基准点的坐标更加准确,误差更小。第二,对于工作基点的布置。工作基点的设置应该要选择位置比较稳定、视觉条件较好、不容易被破坏的地方。

(二)对煤矿开采地质问题进行有效的评价

在煤矿开采地质问题的解决过程中,首先要对煤矿开采地质问题进行相应的评价,确定地质问题处于何种等级,然后才能相应地建立多层次的评价模型,对不同煤矿开采过程中遇到的不同层次的地质问题有效地解决,也能为煤矿开采过程中各种地质隐患的监督和管理奠定坚实的基础。

(三)加强先进技术在煤矿开采过程中的应用

在煤矿开采过程中为了加强对各种地质灾害的防治,需要加强对各种先进技术的应用,比如遥感技术、地理信息技术、GPS技术等。在地质灾害的防治过程中,需要应用各种测绘技术进行灾害的检测,GPS技术、GPS-RTK、地理信息技术等,都是在地质测绘过程中必不可少的,地质测绘技术是应用最为广泛的一种测绘技术。应用先进技术对地质灾害进行预防的过程中,首先要应用测绘技术对煤矿开采工程中的地质灾害发生时的自然现象进行提取,其次,对煤矿开采工程地质灾害状况进行分析,第三,要及时对煤矿开采工程中地质灾害的危险程度进行评价。比如某煤矿在进行开采的过程中突然发生了坍塌现象,由于灾害限制,某些地方人不能达到,则需要立即使用这些测绘技术,比如卫星以及雷等对现场的情况进行了解,从而积极开展相应的营救。再比如有的煤矿开采过程中利用遥感技术对煤矿开采工程地质灾害的状况进行监测,对煤矿开采过程中的地质灾害的发展态势进行了解,从而将各种煤矿开采工程地质灾害相关信息传递给救灾部门,使得相关部门可以及时采取相应的措施进行救灾。

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1.3矿山地质环境评价紧迫性众所周知矿山地质环境评价是一项极其紧迫的工作,这主要是由于这一工作的进行能够为矿山地质环境的综合整治提供较为科学的基础性依据,并且能够在此基础上给世人阐述出矿山地质环境评价的重要性同时能够更加有效的分析其重点评价的内容。另外,通过单元划分和地质环境评价指标权重的有效确立,我国地质学者和地质工作者可以更加高效的选用合适的数学模型来对我国矿山环境质量做出现状评价,最终在完成现状评价的基础上进行相应的猜测评价,从而使得综合评价的科学性和可靠性得到进一步的有效提升。

2矿山周围地质环境评价方法

矿山周围地质环境评价方法的有效选择需要许多环节的有效支撑,这主要包括了合理确定矿山地质环境评价重点、结合矿山周围气候环境进行分析、区域评价的有效进行、地质环境的精确总结等内容。以下从几个方面出发,对矿山周围地质环境评价方法进行了分析。

2.1合理确定矿山地质环境评价重点合理确定矿山地质环境评价重点是提升矿山周围地质环境评价方法有效性的重要内容。通常来说在矿山周围地质环境评价过程中,矿业活动引发的水资源减少、水环境变化,例如地表水漏失、地下水资源枯竭、区域水均衡破坏、水质污染问题加剧等都是矿山地质环境评价的重点内容。除此之外,当地矿业活动对于当地的土地资源和土石环境产生影响和破坏时,例如改变了当地土地利用现状和地面变形时,又或者造成土地荒漠化、土石污染时,这些内容也是矿山地质环境评价的重点之一。另外,矿山地质环境评价重点还包括了矿区存在的各类地质环境问题,例如土石环境污染、崩塌、滑坡等。因此地质工作人员应当在了解灾害规模、发育程度、危害对象和生产原因的基础上,对于其可能产生的影响和可能出现的危害程度进行有效的评价。

2.2结合矿山周围气候环境进行分析结合矿山周围气候环境进行分析是指地质工作人员在充分把握并且评价该地区的气象、水文、地形、地貌、地层岩性、地质构造、地震、地下水、工程地质等基础条件的前提下,通过进一步查明评价区存在的地质环境题目的种类、规模、特征、发育程度,查明与相邻矿山矿业活动的相互影响特征与程度。除此之外,在结合矿山周围气候环境进行分析的过程中地质工作人员应当注重针对各种地质因素在不同局部区域的差异性和复杂性,要做到较为精确的评价,需将整个评价区域划分成若干个评价单元,同一评价单元在地质环境条件方面具有一致性,而不同的评价单元之间应具有可比性。

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2.1局部治理通过对塌陷的分布规模、活动规律及成因进行研究,发现矿区的塌陷频发区主要集中在4种地方:第一种是金星岭背斜轴部和F3、F4等断层局部破碎带附近,由于下覆地层完整性差,地下水活动频繁,导致塌陷相对密集;第二种是浅部矿体附近,由于受到硫化矿体氧化影响,地下水呈酸性,导致岩溶特别发育,该地段塌陷相对密集;第三种是地下水主要径流通道,岩溶含水层原排泄方向上(金星岭至铁石岭)塌陷特别发育;第四种是河床地段及附近,岩性以松散的砂卵石为主,塌陷最容易发生。从以上塌陷密集区的特点分析,发生塌陷必须具备2个条件:地下水活动频繁和下覆地层岩溶发育。针对以上2个特点,制定如下措施:①对已经发生的塌陷和未暴露洞口的塌陷,先用块石、碎石回填,接近地表时用黏土回填,并夯实高出地面0.5m,防止周边水流向塌陷区;对暴露岩溶洞口的塌陷,先清除塌陷松散土层,然后在洞底打10~15cm厚的混凝土底板,彻底封堵基岩洞口后,分层回填;②矿区主要河床进行块石护坡,混凝土铺底加固防渗,局部取直改道,对流经塌陷区内地表水系进行截流改道。

2.2整体治理矿区水文地质条件平面特点:西部和北部为隔水层,东部和南部为含水层,是主要进水通道,西部、北部隔水层对岩溶含水层构成“”型的隔水边界。矿区水文地质条件在垂直面上特点:上部为10~20m的黏土层,其下为灰岩,是矿区的主要岩溶含水层,岩溶发育标高为-20~-40m,灰岩以下为隔水层。利用矿区有利的水文地质条件,横切矿区南部和东部的主要进水通道,实施帷幕注浆截流,从根本上解决矿床充水的问题,最大限度地减少矿坑排水量,消除岩溶塌陷的诱发因素。但是凡口铅锌矿地下动水强烈,且为生产矿山,要求帷幕工程施工时不能影响矿山的正常生产,而且必须有成熟的帷幕设计及施工经验。矿山地面帷幕在我国经过近30多a的实践发展,工艺技术已日趋完善,目前已完成了近40多条矿区截流帷幕,如济南张马屯铁矿帷幕长480m,堵水率达到了53%;水口山铅锌矿帷幕长560m,堵水率达到了55%;新桥硫铁矿帷幕长690m,堵水率达到了78%;大红山矿帷幕长530m,堵水率达到了60%。在借鉴以往成功经验的基础上,经过多年的现场调查,2007年8月在凡口铅锌矿进行工业试验,2009年下半年开始大规模建设,于2012年底竣工,累计完成地面帷幕轴线1560m,施工钻孔240个,注浆量18.6×104m3,耗用水泥6×104t,黏土6.5×104t,水玻璃3800t。

3综合治理效果

3.1塌陷防治效果可以看出,2006—2010年累计塌陷个数为850个,年平均塌陷170个,2011年的塌陷个数就下降到118个,2012年帷幕工程竣工,2013年矿区全年的塌陷仅为14个,说明帷幕注浆效果明显,塌陷得到了有效控制。结合矿区地下水位观测,凡口铅锌矿帷幕注浆施工后,疏干漏斗回缩到帷幕线范围内,涌水量及含泥量大幅降低,水质较清,幕外水位基本恢复到疏干前的状态,雨、旱季涌水量和地下水位相对稳定,有效地消除了地面塌陷产生和活动的因素,进而从根本上解决地质环境恢复治理的难题。

3.2矿区地下水资源保护1997—2007年凡口铅锌矿-40m截流巷道(矿区的主要疏干巷道)平均排水量为928×104m3/a。2012年底矿区地面帷幕工程竣工后,-40m截流巷的水量明显减少,现在排水量约为7801m3/d,地下水涌水量减少70%,估计年平均减少在66%以上,每年减少排水量612.5×104m3。同时按照矿区的实测涌水含水率的平均值反算,每年减少地下水冲刷搬运泥沙量6490m3,所以该技术从根本上解决了因疏干地下水导致水位下降和地面沉降等问题,同时为保护区域地下水资源起到积极作用。

4矿坑水资源综合利用

地下水是一种量大、质优的水资源,但由于采矿活动使得区域的地下水资源受到了污染和破坏,极大的浪费了水资源。对矿坑水资源充分利用,一方面可以减少排水及矿坑排水对地表、地下水的污染,另一方面可以减少生产对地表水的需求。结合矿山实际情况对矿区的矿坑涌水进行综合利用。0m中段水质清澈,流量稳定,约3000m3/d,在井下沉淀后用于生产;-160m中段有一裂隙水,水质清澈,流量稳定,约800m3/d,直接用于井下生产;帷幕施工完后,拟对-40m中段地下水管路进行改造,约2000m3/d地下水用于生产,井下生产全部利用地下水。

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海拉尔煤矿位于陈旗煤田宝日希勒勘探区东部详查区的东北部,处于向斜北翼东端,地层较平缓,倾向西南,倾角4°~6°;无岩浆岩活动,构造属简单类型。区内地层简单,上部均有第四系覆盖,中部为含煤地层,下伏地层主要为泥盆系上统的变质岩。第四系十分发育,广泛分布于煤系地层之上。主要由冲积、洪积的更新统和湖沼沉积、风积的全新统组成,厚度在19.35~32.90m之间。含煤地层为扎赉若尔群大磨拐河组(K1d5)的含煤段。含煤段主要由黑褐色煤、炭质泥岩、灰—深灰色泥岩、灰—浅灰色粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩、砂质砾岩等组成。井田内煤层自上而下发育有5层,其中21+2是该矿井开采煤层,最大可采厚度17.00m,最小7.46m,平均12.16m,结构简单;埋深在28.56~78.84m,平均55.39m。

三、自然环境

矿区地处呼伦贝尔草原深处,周围均是天然草场和耕地,地势较为平坦,地表被碱草等草原植被覆盖。地处干旱半干旱地区,降水稀少,气候寒冷,植被再生能力低。

四、塌陷区现状及危害

4.1塌陷区现状

地面塌陷是指地表岩、土体系在自然或人为因素作用下,向下陷落并在地面形成塌陷坑(洞)的一种地质现象。地面塌陷往往伴生地裂缝。地面塌陷、地裂缝具有发生面积大、危害性大的特点。海拉尔煤矿10对立井隶属于海拉尔煤炭开发总公司,生产规模小,开采煤层距地表距离28.56~78.84m。由于开采煤层距地表比较浅,采空区易塌陷,同时矿井在生产期间追求短期经济利益,实行掠夺式开采,采富弃贫,乱采滥挖,越界开采,这些无序、不合理开采对地表环境的影响更为明显,自2004年关闭后开始塌陷,在整个采区及邻近的区域内,形成了大小数十个塌陷坑和地裂缝,规模不等,一般塌陷坑直径约25m,深20~30m,最深的塌陷坑用肉眼看不到底。塌陷坑造成矿区内原有的建筑坍陷。虽然采区四周设置了围栏,但牲畜掉入坑内的现象时有发生,这对周围的村民和牧民的生命与财产的安全造成威胁。

4.2塌陷区对地质环境的影响

4.2.1水资源的危害

当地下煤矿开采面积达到一定范围,地层移动将引起地表变形,使地表产生大面积塌陷,从而导致塌陷区的水系遭到破坏,引发农业地质环境的变化,导致生态变化。周边大量耕地农作物不能得到及时灌溉,产量大面积减少,给农民的生活造成极大的损失。塌陷区内存放的大量矸石,在风化作用下粉碎,并随着雨水的冲刷,通过塌陷坑和地裂缝灌入地下,造成地下水污染。

4.2.2土地资源的危害

地下煤炭开采,常常引起地层的变形、裂缝,特别是大面积采煤塌陷区,破坏地表形态,使周围环境结构与土地功能发生改变。一方面占用和毁坏了土地资源,破坏了地表植被和土壤结构、土壤成分,使植被面积减少、生物环境破碎。生物多样性受损,造成土地贫瘠化,特别是对耕地的破坏,造成土地地表流失,加剧土地干旱;另一方面,煤矿开采时占用一定的土地面积堆放矸石,矸石污染土壤,直接导致土地生产能力的丧失。

4.2.3草原及植被资源的危害

塌陷区周围的地表产生裂缝,周边的草原植被生长环境被破坏,植被明显减少,地表产生张口裂缝、塌陷、漏斗,造成大量土层松散,加剧水土流失,破坏植物生长环境,加剧风蚀和沙化。煤矿地下开采过程需要疏干排水,导致区域性地下水水位下降,从而破坏了整个地表水、地下水系统均衡,使植物的生长明显受影响,甚至死亡,改变了原有生态系统,致使草原沙化。

五、塌陷区地质环境治理存在的问题

5.1矿山企业地质环境保护意识淡薄

海拉尔煤矿是在我国大力发展乡镇企业的经济背景下建设的,企业只顾经济利益,生产中重开发、轻保护,对保护地质环境意识淡薄。开采过程中造成矿区地表塌陷、水体污染、土壤植被破坏等环境问题,根本不进行矿山地质环境恢复治理。

5.2矿山环境治理投入不足

矿山地质环境治理往往需要投人大量的资金。企业在经济利益的驱动下,不愿意投入资金进行地质环境恢复治理。目前,该矿井停产遗留下来的矿山环境问题,由于资金投人少,矿山地质环境治理进展缓慢。

5.3矿山地质环境状况不明

该矿井在开采过程中,没有专门的地质环境专题调查和地质环境监测资料,所以矿山开采对地质环境的破坏情况、采空区和采掘巷道位置布置、地面塌陷状况等没有详细的技术资料,不能为编制地质环境恢复治理方案提供所需依据,为地质环境恢复治理工作带来了技术困难。

六、治理措施

采煤塌陷区的治理是一项复杂的系统工程,对此,应该结合实际情况,因地制宜采取多项措施,恢复和治理塌陷区的地质环境,修复周边的自然生态环境。

6.1加大治理力度

煤矿虽已关闭,但按照“谁开发、谁保护,谁污染、谁治理,谁破坏、谁恢复,谁使用、谁补偿”原则,应投入一定资金,完成历史欠账。因此政府和企业应多方努力,加快治理,恢复该区域的地质环境和生态环境。

6.2做好环境地质调查和勘查

在治理前必须对本区域进行测绘等工程勘查工作,对地质、水文地质进行调查,查明采空区的分布范围、埋深、厚度,查明塌陷区的分布,预测采空区塌陷发展的趋势,为治理工作提供依据。

6.3充填复垦

根据塌陷区无积水、塌陷坑深浅不一、大小不等的情况,可以采用“一填、二平、三复垦”的措施。“一填”是利用建筑垃圾、原有的矸石、采矿弃土,填埋治理区内塌陷坑。充分利用原有的地形,随坡就势,不要求治理区内按统一标高整平。这一过程中注意选用填充材料不要有污染,防止二次污染。“二平”是回填后要平整,使塌陷区地较平整并充分压实。“三复垦”是在整平的地表上覆盖0.3~0.5m的腐植土,给填埋区地表植被创造一个生长的环境,然后人工种草或种植易生长的农作物或林木栽植,这样可以逐渐改善塌陷区地质环境,恢复这一区域自然生态环境。

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1.3系统体系结构设计

1.3.1系统基础设施架构设计矿山地质环境代价核算系统是以融合基础架构(HPCloudSystemMatrix)作为基础进行设计,从逻辑上划分为3层,普通用户通过资源请求层获取资源,包括创建或者访问矿山地质环境代价核算业务系统,管理员用户通过资源请求层实现对矿山资源地质环境代价核算业务系统实例的生命周期管理,包括增加CPU、内存、硬盘空间、启动关闭实例等。当用户确定提交服务目录的资源时,云控制器会调用工作流引擎检查资源的有效性,反之,则返回错误提示资源不足。如果资源满足要求,资源交付层将会通过工作流引擎,通知资源供应层供应资源。资源供应层根据资源交付层的要求分配计算资源、网络资源以及存储资源,同时会调用相应的安装源自动完成系统的安装与部署。底层的资源管理器利用虚拟化资源层将具体的硬件资源(服务器,存储,网络)进行池化,形成服务器资源池,存储资源池和网络资源池供上层使用。资源的池化利用VMware的ESXi或者Mircosoft的HyperV以及Linux的KVM实现的,因而本设计方案支持客户多种虚拟化选择,资源的监控借助HP的InsightDynamic软件实现。

1.3.2系统逻辑业务架构设计(1)矿山地质环境损失核算。在矿产资源勘查开发利用过程中,由于采矿活动的影响而产生的地质环境变异或破坏事件,主要包括矿区地面塌陷、地裂缝、崩塌、滑坡,含水层破坏损失补偿,地形地貌景观破坏造成的经济损失等。(2)矿山环境污染损失核算。在矿产资源开发过程中,所产生的废水、废气、废渣对环境造成损害,由此带来的经济损失。(3)水土流失损失核算。在矿产资源开发利用过程中,因施工或者开矿所产生的废石和矿渣引起土壤退化和植被破坏,造成土壤养分、水分损失等,由此带来的经济损失。

1.3.3系统空间数据库架构设计作为一个完整的矿产地质数据库系统,从业务的角度应该包含地质损害数据,未用矿产资源破坏数据,土地资源损失数据,森林生态系统破坏数据等,涵盖几乎全部进行地质环境代价核算业务技术工作数据。同时考虑到数据的易维护性和性能,将每个专题分别建库。另外,针对云平台的系统维护数据,譬如主机信息,系统资源池分配与回收信息等专门引入了一个云平台数据库进行保存。通过对整个系统进行总体分析,对数据进行层次划分,分别为基础数据层、专题代价核算数据层、专题空间数据层。基础数据层由云平台基础信息库、系统管理模块库组成,云平台基础信息库由HP云平台管理引擎自动维护和处理,主要维护数据包括云平台资源池信息,系统资源利用率信息,基础设施的生命周期信息等,系统管理模块库中主要包含用户权限信息,矿产资源信息,矿种信息,工业产值信息,人均GDP信息等;专题空间属性数据层能够对进行业务系统代价核算的成功数据进行查询,检索和保存。

2系统实现与自动化部署

2.1系统软件、硬件平台该平台采用HPCloudSystemMatrix(version7.2)作为底层资源平台,以C#作为主要开发语言实现,

2.2数据库设计

2.2.1空间数据库空间数据库存储图形数据,图形数据分为平面图形数据和遥感数据。建立平面图件库,首先利用计算机将平面图件数据栅格图形进行矢量化。平面图形数据又被拆分为3层———“图幅—层—目标”,根据地物分类和用户的实际需要,设计出相应的图层。并根据图形上不同的要素类型,将图形要素分为道路、水域、塌陷地、林(草)地、耕地、工矿用地、复垦区、地面建筑物、井下巷道、采掘工作面等10类,在矢量化过程中,将相同类别的图形要素放置在同一图层上,因此,一个平面图件被分为10个图层。遥感图像库存储的数据来源于利用遥感技术对矿山环境进行长期的动态监测获得的遥感数据,遥感数据包涵了地面物体的各种特征量,通过提取与分析这些数据实现对环境的监测与环境变化的反演,可为矿山环境管理提供直接、客观的数据支撑。

2.2.2属性数据库属性数据库主要存储矿山地质环境代价核算逻辑运算相关的数据和空间数据库中的图形上每一地物对应的若干属性数据。根据矿山地质环境代价核算的要求,设计各种表格,并规定各个数据项的类型、长度等,属性数据库具体的结构与矿山地质环境代价核算的逻辑业务关系表格一致。各数据表间通过ID号建立查询关系。

2.2.3成果数据库成果数据库主要为某地区矿产资源开发代价核算的成果数据,如:矿山地质环境损失代价核算、矿山环境污染损失代价核算、水土流失损失代价核算等。通过建设成果数据库可以系统地检查前期矿产资源开发环境影响评价工作过程中资料收集的完备性,提高下一步综合研究工作目标的清晰度,从而可以对该地区矿产资源开发的整体情况进行代价核算,为矿山地质环境保护工作奠定基础,为矿产资源开发和矿山环境的恢复治理工作提供决策依据。

2.3系统云图设计与自动化部署系统将业务处理模块部署在一台虚拟机(Min-eralApplication)上,将数据库服务器部署到另一台虚拟机(MineralDatabase)上,实现系统的自动化部署和升级。登录到云平台后,通过拖拽图标完成系统基础设施的构建,进行简单的连线与配置。通过该云图(矿产地质环境代价核算业务系统),普通用户就可以利用该云图进行自动化部署。系统自动化部署成功后,登录系统,进入各个系统模块进行相应业务的代价核算。

3系统安全设计

私有云计算安全涉及数据异地访问风险、数据存放地风险、信息管理风险、数据隔离风险、法律调查支持风险、持续发展和迁移风险等内容。结合该系统特性,云平台的安全控制方案为:(1)硬件层次上,将服务器、网络、存储采用冗余技术,保证运算平台的高可靠性,同时利用HPVC虚拟化技术来实现整个刀片的“热插拔”,提高系统的可用性。(2)在软件层次上,由于所涉及的矿业数据安全级别要求较高,将不同运行模块的数据分别建立子数据库,既确保数据的安全,又有利于数据的备份和维护。引入设置权限域和角色的方式,有效管控权限域内的数据源,根据权限隔离数据,防止误操作和越级行为,还可以采取数据加密和身份认证作为进一步的安全管控措施。(3)利用HP云平台提供的安全监控技术,实时监控平台的数据流向,记录操作日志,并定期分析数据异常,防止机密数据或信息被窃取或篡改,防止网络被恶意渗透或监听,确保系统安全稳定运行和数据安全。

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20世纪70年代以来,我国对矿山固体废弃物的利用给予了重视,并取得了显著成绩。据统计,国有重点煤矿利用煤研石3470万吨,占当年排出量的48.5%,其中用于发电、燃料800万吨,建材原料590万吨,筑路材料360万吨,充填材料990万吨。尽管取得了一定成绩,但我国矿产资源和固体废弃物的综合利用水平还比较低,两者的利用率都只有30%左右。目前,我国矿产资源综合回收的矿种只占可综合利用矿种的一半,综合利用指标为50%,比国外低30个百分点左右,采主弃副、采富弃贫的现象仍较为普遍。

2废水治理

我国矿山排放的废水主要有酸性废水、含悬浮物废水、含盐废水和选矿废水等。煤炭采选业矿井水的处理和利用能力提高较快。1990年外排达标率为90.56%,利用量为12亿吨;洗煤水排放量及煤泥流失量减少,实现洗煤水闭路循环的洗煤厂1990年为100个。有色金属工业废水治理从单项治理发展到全面规划、综合治理。工业用水复用率逐年提高,1973年仅12%,1987年达到了58%,从废水中回收有价值金属己初见成效。

3废气治理

据统计,矿业采选行业中采盐和黑色金属废气处理率最高,高于40个行业的平均水平(406%),煤炭采选业处理率则最低,整个采选行业处理率为17.24%,低于全国40个行业的平均处理率。

4土地复垦

目前,我国政府每年拨专款加速矿山土地复垦工作。2001-2003年国土资源部共安排国家投资土地整理复垦项目731个,组织开展了矿山环境治理恢复工作,完成了河北省鹿泉市、江苏省盯胎县等18个典型矿山的生态环境恢复治理示范工程,项目建设总规模47.39万公顷。江苏省、浙江省矿山生态环境恢复治理取得实质性进展。

二矿山环境恢复治理存在的问题分析

1固体废弃物污染

矿山开采过程中产生的固体废弃物,由于没有经过规划而任意堆积,也没有结合实际进行及时有效的处理和合理利用,不但占压矿山边缘土地,毁坏地表植被地貌,而且受不良气候影响时容易产生安全隐患。

2废水污染

采矿活动使矿区周围地表水及地下水系遭到严重污染,由于矿井废水中含有各种有害物质,未经处理超标排放会对地表植被!农作物等造成破坏;矿井排水疏干了地下裂隙水,引起地下水位下降;采空区灌浆导致当地水资源日益匮乏,从而打破了整个区域水均衡系统,造成水资源逐步枯竭及河水断流等生态环境问题和矿山水资源短缺问题。

3废气污染

矿山开采中产生废气!粉尘等多种有害气体,使得长期坚守生产一线的职工成为矽肺患者;另外矸石山自燃,煤层自燃排放的大量有毒有害气体对矿区人体健康带来很大威胁;还有冬季采暖排出严重超标的烟尘、二氧化碳、二氧化硫等大气污染更不容忽视。

4地表环境的破坏

由于生产技术水平落后,多数矿山开采之后都没有进行有效回填矿坑,导致矿区采空区地表沉陷,严重破坏了部分建设用地和耕地,造成了我国大量土地荒废,生态环境恶化。同时也破坏了周边很多民用建筑和自然地貌景观,不仅使矿区与周围居民纠纷不断,而且极大影响了整个区域环境的完整性。在矿山投产建设和资源开采过程中,由于剥除和大量占用矿体表层土壤,严重破坏了矿区地表植被;对不断产生的固体松散废弃物(废石、废渣等)也随意堆放,长期经受雨水冲刷和风化影响极易发生流失,从而加速了对周边土壤的破坏,也使岩体失稳造成塌方和滑坡等地质灾害,给人们的生活和财产带来极大损失。

三治理措施与建议

1对矿山地质环境进行调查与评价

通过对矿山地质环境进行调查与评价,能够有效了解矿山地区地质环境和自然环境,为矿山地质环境监测、进行矿山生态环境治理工作提供有效的数据资料,也有助于相关部门决策提供科学合理的理论依据。

2对矿山地质环境进行监测

随着矿山环境破坏日趋严重,使得矿山环境污染程度加剧,进而引发多种地质灾害#针对这种情况,政府部门必须高度重视,加大对矿山环境和灾害源头的监管和治理力度,避免产生新的安全隐患。矿山企业在开采过程中要严格按照相关规范化、制度化、管理化及科学化的行业标准进行开采,合理开发矿产资源,促进矿山资源开采可持续发展。矿山企业要加强矿山地质灾害的防治措施,做好各方面预防控制工作,协调各方面的关系,加大先进技术和开采工艺的应用,减少矿山环境污染源,修建污水处理厂,减少废水排放量,保证矿山环境质量得到有效控制。

3加快矿山环境恢复治理

a)对已经封闭的矿山,政府机构要加大宣传力度,鼓励和支持社会企业投资开矿,相关部门要实行招商引资政策,通过租赁承包等方式,吸收社会资金进行矿山环境治理和生态环境改造,也可以向国家申请专项治理资金,对一些闭坑矿山的生态环境进行改造和治理,确保矿山环境质量得到有效控制,进而降低地质灾害发生率;b)政府部门和矿山企业要加强矿生态环境治理新技术、新方法的开发利用,根据不同的受污染程度,制定科学合理的治理方案。对多种地质灾害发生的特点,采取有针对性的预防治理措施,确保生态环境得到恢复,保证矿山环境地质灾害不再发生。要学习国内外先进的治理经验,结合自身实际情况,积极开展矿山生态环境保护和治理工作。

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水库在修成蓄水后,坝基承受较大水压,可能会出现渗透。在水库边缘的薄弱山脊、缝隙、溶洞、溶槽或者断裂带等等,漏水量可能会很大,这就影响着水库的使用,还能影响周边地区的水文和地质条件。

从实践来看,不只是水利工程对地质环境会造成一定的影响,相反地质环境也会对水利工程产生一定的影响。地质环境对水利工程的影响主要有滑坡和泥石流等动力工程的地质现象,土地沉陷、沙土液化、黄沙湿陷以及边岸再造等各种各样的地表的变形破坏,还有地表的岩土体性质的改变等等,这些问题的存在,可能会对水利工程造成非常严重的后果。我们要调查和研究这些现象的发展速度和规模以及趋势,针对不同的现象做出不同的技术措施,用以防止和削弱这些变形造成的破坏。具体主要表现在以下几个方面:

1.水体环境导致的坡体滑动

在我国古代就有治坡先治水的说法,这其中的主要原因是水和水的作用,会减少岩土体的抗剪的强度,加大裂缝的水压和上浮力,从而减小了坡体原本的稳定性。如果没有谁的作用力,那几乎不会产生滑坡动力工程带来的地址破坏的现象,除了一些特殊的地质构造会对形成滑坡造成一定的影响。软弱的夹层,风化作用下形成的裂缝、夹层地下水作用下的泥化夹层等等,都很容易构成滑动面的构造。这些构造面,再结合水的作用,就会使动力工程地质的破坏更加剧烈。滑坡一般都与地表和地下的水系分布和运动的方向以及趋势,还有存在的方式等各个方面存在密切的联系。

2.水位问题

一般水利工程都是把水位提高,造成原有的土体饱和并且软化,使含水量增大,内摩擦角和内聚力降低,抗剪能力减小,使土体出现了剪切破坏,出现地面的不均匀沉降或者沉陷等等,这些现象与水位下降时出现的土体有效的应力加大造成的地面沉降现象不同,所以,在建筑工程的设计上存在很大的区别,对临近水系的工程测量与设计方面也要考虑这些因素的影响。

3.地质环境的沙土液化问题

水库在建成蓄水以后,饱和后的粉土在经过地震的作用后,孔隙的水压力增强,有效应力会逐渐降低,甚至会归零,这时,沙粒会在水中悬浮,承载力和抗剪性都会大幅下降,造成冒砂或者喷水现象的出现。这其实是液化的地震现象,所以,水利建筑必须要进行抗震和预防的设计。

4.地质环境对水库周边岸坡的边坡再造问题

边岸的坡体因为坡脚被冲蚀造成局部的失稳状态,会造成大的崩塌红着是滑坡现象,这不仅会危及水库,还会对周围的建筑物造成危险,产生大量的固体径流物,造成水库淤积的加速,从而减小水库的库容量,严重的情况下,会造成崩塌涌浪,酿成灾难性的结局。

5.地质环境对蒸发强烈地区的影响

随着水利建筑工程的兴建,地下水位会逐渐升高,埋藏深度变浅,使得地下水在毛细作用下上升到土地表层,然后蒸发。造成地下水和土壤中的盐分上升到土地表层,从而凝聚,造成土壤的盐渍化。

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1.1.2影像融合:其基本目的是将采用不同尺度、不同传感器类型获取的同地区的影响通过相应处理措施以改善影响的光谱信息、空间分辨率和纹理信息等特征;当前常用的融合方法有多时相影响融合、不同分辨率影像融合、不同传感器影像融合、多波段影像数据融合等类型;HIS变换法是当前影像融合算法的常用算法,此种算法简单且方便操作,可有效增强影像色彩信息与空间信息特征,但对于植被颜色信息特征处理水平较低,主要是因为植被吸收可见光,且反射红外光,而全色波段内包含的一些近红外波段信息会在全色波段高亮显示,较小的颜色噪声便会被放大。

1.2信息提取关键技术

1.2.1基于地理信息系统的矿山地物识别技术:此技术主要是以面向对象遥感处理技术为前提,通过对遥感影像进行图像分割以形成图像对象,进而深入提取分类辅助信息,并采用空间分析方法完成空间目标物识别,从而实现矿山地质环境遥感监测;图像分割中需考虑空间信息与影响光谱信息两方面的因素。

1.2.2影响直接对比法采集变化信息:常用的有内积分析法、影像差值法、变化向量分析法、影响比值法等检测方法;影像差值法的基本原理是对时相t1的遥感影像与时相t2的遥感影像做减法,若影像间差异较小,则相减结果应趋近于零或为零,若影像间差异较大,则结果应表现为较大值;一般差值影响亮度值按照高斯分布,计算时可对差值影响结果求绝对值以保证差值结果均为非负值。

2矿山地质环境遥感监测方法

2.1崩塌遥感监测方法崩塌通常是露天采石采矿、道路开挖等造成的,大多数会产生在节理裂隙发育的陡崖位置,破损面凹凸差异大,上陡下缓。遥感影像上崩塌体后缘发育呈现弧形或直线形,阳坡呈现浅色条区块、阴坡呈现深色阴影区带。为便于凸显崩塌发育状况,对ETM、TM图像使用741与453波段进行组合和线性增强处理,从而提高山体完整度、植被覆盖率、岩性特征反映的清晰度;对于SPOT213波段组合图像通过直方图调整与HSV融合增强处理,可提高地形地貌显示的清晰度;对于SPOT5图像校正时应增加控制点数量,并使用几何多项式实施三次卷积重采样法变换,可保证图像精确度;对部分航片数据实施对比度拉伸,可有效凸显山体细节。依据不同片种的遥感分析表明,ETM与TM图像对于崩塌宏观地质条件的显示水平较高,而对于崩塌产生的形态特征显示水平较低。通常崩塌形态要素在航片、SPOT5图像中具有较高的精度,其崩塌壁大多数呈现浅色调,轮廓线清晰。

2.2采空塌陷遥感监测方法在不同地区不同矿种中,采空塌陷对于地表的破坏程度也会不同,在遥感图像中会表现出明显的差异性。在TM图像中塌陷会呈现出单独的椭圆形或环形斑点与板块,不同斑块间的明暗程度也不相同;因塌陷坑是具有不同深度的负地形,在阴影条件下其可呈现出明显的立体效果。塌陷坑的阴影通常会产生在环形斑块内侧的下半部,而土堆阴影通常会产生在环形斑块内侧的上半部,与正地形立体效果正好相反,其是判断塌陷坑的基本指标。因B4水体反映效果好,B5信息量较多,在不同地质类型的反差较大,B1具有较高的水体亮度值,所以使用TM451段可有效呈现塌陷区的变化状况。因矿区大气污染相对严重,可对图像实行滤波或对比度拉伸处理,以改善其细节显示水平。由于采空塌陷区与周围地质环境间的差异较大,可使用阙值法实施塌陷地信息采集,并采用3波段差值彩色合成法对采集结果进行处理,由此便能充分反映塌陷区接近10年的动态地形变化。若塌陷区被掩埋,则其塌陷类型在图像上的识别水平主要由遥感信息空间分别率决定;使用全色波段与SPOT213波段组合对融合图像进行处理,且开展2%的线性增强,根据色调及纹理特征状况可有效采集塌陷区的细节信息;对于部分塌陷坑范围较小且不存在积水的矿山,可使用IKONOS、Quickbird等高分辨率遥感图像实时监测。

2.3矿山污染遥感监测方法通常矿区因采矿导致的废水、大气、废液、粉尘污染等造成的水体污染较为严重。采用ETM、TM图像对煤矿开采点进行监测,可发现图像中的DN值差异较大,因此在监控中应使用SPOT5波段与743波段进行组合,通过小波变换融合发实行中值滤波处理及直方图变换。如对于某煤矿原始TM图像分析发现,其灰度分布范围较小、亮度值较低,对比度较弱,实施线性拉伸处理,对不同波段灰度分布范围进行扩展,可使合成图像效果显示水平大幅度改善;对一些重点区域进行分段线性拉伸,其并不会造成原始数据变动,且容易对大气污染状况进行解释。因石灰岩矿山周围、运煤通道及煤矿区等长时间堆放大量煤渣粉等物质,使得矿区粉尘污染较为严重,其在TM543波段假彩色合成图像中可呈现出明显的亮白色或暗褐红色;而矿坑中排出的污水在影响中可呈现明显的粉红色。ETM与TM光谱信息量较大,可有效监测矿区大气污染状况;而采用SPOT5光谱图像可明显反映矿山水体、粉尘污染状况。

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在对矿产资源进行露天开采后会引发很多的地质环境的问题,这些的问题主要有对土地资源的大面积的占用,对地形地貌的严重的破坏,破坏了很多的自然的景观,影响了生态的平衡,甚至引发了严重的地质的灾害的发生,如坍塌和滑坡事件的发生就与现在的露天开采具有很大的联系。

2.1露天开采造成的土地资源的大量的占用

随着现在的矿产资源的不断的开采,矿业的开发的活动不断的持续,很多的地区都对天然的矿产资源进行了不同程度的开发和采集,在对矿区的矿产进行开采的时候,采用露天的开采方式更利于对矿产的资源的充分的利用,于是很多的土地资源都被征用,这就造成了很多的农田和土地受到了严重的破坏和影响,在开采中需要对土地的矿石进行爆理,开采完狂时候对开采区的破坏是无法进行修复的,这就造成了农田的失去,和土地类型的转变,造成了很大的土地的浪费现象。

2.2露天开采对土地的地形地貌以及自然景观的严重的破坏

很多的原生态的山林,因为矿石的开采而导致了当地的山林和丘陵以及很多的植被和生物链发生了严重的破坏,导致了植物退化,土壤贫瘠,这种严重的破坏之后,原有的生态平衡再难恢复,荒山荒地不断的增加。

2.3露天开采导致的滑坡和崩塌的地质灾害的发生

由于对矿石的开采需要对地表进行爆破和挖掘,这就需要对当地的岩石以及地质条件进行研究和考察,在开采中要做好相关的开采的边界以及开采的深度和很多的参数的确定,在开采中如果对这些的参数没有做好合理的安排和布局,就很容易造成对一些岩石的爆破的失稳,造成岩土的坍塌和岩石的滑坡的现象的发生。在开采的过程中,进行爆破的时候对开采的边坡比较陡的地方进行震动的时候或者在自身的重力的作用下,岩土进行了岩体的失稳,这就导致了滑坡和崩塌的现象的发生,这种地质灾害对施工的现场和人员设备的伤亡非常的严重。

3对矿山的地质环境的保护和恢复治理的措施

3.1对矿山的地质灾害的防护

如果已经发生了滑坡的事件,要对现场进行及时的清理和处理,以防事故的进一步的发展,做好台阶的处理。对矿石开采完毕后的闭坑的工作中要对可能发生的事故的隐患做好排查和处理,确保坡度的安全和减少岩石的崩塌的隐患的发生。做好警告牌的设立,和现场的管理和建设工作,做好安全的预防措施,尽量减少施工人员以及设备的破坏。

3.2地形地貌的恢复

对于一些开采后对地形地貌进行破坏的开采的矿区,要做好对废石场的填埋和修复美化的工作,主要是做好相关的措施来防止水土的流失和防止泥石流的发生。对一些矿场进行植树造林的绿化处理以及对一些矿坑的台阶进行美化处理。对工业的场地以及生活场地进行美化和生态的修复的工程,要对一些设施进行拆除来挖树坑,将客土进行回填工作,做好植被的种植和美化铬规划,修复生态环境。

3.3做好矿山的地质环境的检测工作

对开采的矿场进行灾害的隐患的检测和位置的确定,做好测量和检测结果的记录,及时发现及时汇报。还要做好水质的检测,在开采过程中尽量做好水质的保护工作,不要对地表水和地下水进行破坏,设置好水质的监测点,做好检测和记录。对土地的占用和地貌的破坏也要做好检测和报告,每月都要进行如实的调查和汇报。

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1、矿山地质环境代价核算方法选取原则由于矿山地质环境价值存在确定性、半确定性和不确定性,在损失核算过程中,可灵活采用直接市场核算法、替代市场核算法和意愿价值核算法等多种方法。其中,直接市场法运用货币价格计算可量化的环境代价,如土地性能破坏对农作物造成的损失、地质灾害造成的人员伤亡损失。替代市场核算法是对没有市场价格的环境使用替代物的市场价格来估算其隐含价值。防护支出法、回填法在矿山地质环境破坏损害核算中最为常用。对价值不确定的矿山地质环境可选用意愿价值核算法,通过调查对环境改善的支付意愿或环境恶化希望获得的补偿意愿来解释环境价值损失。

2、枣庄市矿山地质环境代价核算指标及方法根据枣庄市矿山地质环境破坏现状,将地质环境代价划分为地质灾害损失、含水层破坏损失、地形地貌破坏损失、土地资源破坏损失和土地生态价值损失五大类。矿山地质灾害损失主要取决于两个方面:一方面是致灾体本身的破坏力、活动程度、危害范围等;另一方面是受灾体本身,包括受灾体类型、抗破坏能力、数量,以及社会经济中的人口、建筑、设备设施、农作物等分布情况。根据这两方面的情况,矿山地质灾害损失可有两种计算方式,即地质灾害直接经济损失核算法和防治工程费用支出法。如疏干排水引起地下水位下降、水系破坏,储水能力下降,加大取水难度,造成用水困难,增加用水成本,其代价核算的方法可以用地下水污染恢复费用核算法、地下水资源价值损失核算法、地下水位下降经济损失核算法、含水层储水功能恢复费用核算法等。地形地貌价值包括旅游景区经济价值和景观环境价值,可用旅行费用法衡量人们对旅游景区的支付意愿,从而计算地质地貌景观、地质遗迹、人文景观等的经济价值。地形地貌破坏带来的景观环境价值损失则可以用恢复工程费用法进行核算。枣庄市土地资源破坏包括煤矸石、露天采坑对土地资源的占压和地面变形、土地质量变化引起的资源价值损失。这两种损失均可通过土地基价计算得出。此外,由于土地资源具有生态系统服务功能,土地质量和利用方式的变化会影响生态系统的生产力和生物多样性,引起生态环境的改变。因此,土地资源破坏还会引起间接的环境代价。通过对土地生态价值代价的核算,可定量表示土地资源破坏对生态系统服务功能的影响。枣庄市矿山地质环境破坏代价核算指标和可选核算方法。

三、枣庄市矿山地质环境代价核算选用

上述矿山地质环境代价核算方法,对2012年枣庄市矿产资源开发地质环境代价进行核算。

1、地质灾害直接损失采用直接核算法,地质灾害损失=人员伤亡损失+家庭财产损失+公共基础设施损失+其他财产损失。其中,家庭财产损失包括房屋建筑损失和非建筑损失(如农作物)。基础设施损失主要体现在道路交通、水电、通讯等方面。2012年,枣庄市发生崩塌、滑坡和泥石流等多种地质灾害。其中,山亭区崩塌损毁树木11000多棵,损毁道路(含指示牌、防护栏等)200多米,造成经济损失125万元;北岭自然村滑坡损毁各类果树农作物,造成经济损失约50万元;3次泥石流地质灾害毁坏农田32亩、果林20亩,直接经济损失100万元。全年无矿山地质灾害人员伤亡记录,矿山地质灾害代价共275万元全由财产损失引起。

2、含水层破坏代价核算按照地质资源价值评估方法,地下水资源开采价值指未被污染时的总价值,一般按水资源销售价格的6%~10%计算。根据枣庄实际情况,该值取7%,则:地下水资源开采价值=7%×地下水资源开采量×水资源价格。枣庄市现有42家采煤企业,地下水资源开采总规模为3495.98万吨/年。当地水资源价格按照3.25元/m3计算,采用地下水资源价值损失评估方法,该地区采煤活动每年造成795万元地下水资源开采价值损失。

3、地形地貌破坏代价核算枣庄市受矿产资源开发影响最大的为塌陷地貌。当地露天开采塌陷区和井下开采塌陷区内不存在地质遗迹和地质地貌景观保护区,无旅游消费价值。采用塌陷回填治理费用法核算景观环境价值损失。塌陷坑回填费用=直接费工程费+措施费+间接费+利润+税金+其他费用+不可预见费。其中,措施费、间接费、利润、税金和不可预见费分别按2.4%、5%、3%、3.22%和2%计提。枣庄市塌陷区总面积90.9km2,平均深度约为2m,按60%工程量回填,回填量为10908×104m3。工程施工以机械为主,按33元/m3计算直接工程费,则塌陷回填治理费用为409339万元。

4、土地资源破坏代价核算在土地资源破坏代价核算中,判断土地是否遭受永久性破坏是关键。若土地资源可以通过一定的措施加以部分甚至完全恢复,可在评估损失时只需要考虑对其进行清理恢复的费用,具体计算时用灾害破坏面积与该种土地类型基价的1%来进行估算;若土地资源破坏严重以致于无法恢复,则损失直接按照土地基价估算。枣庄矿山土地资源破坏代价包括两部分:一部分是煤矸石、采矿坑等对土地资源占压破坏引起的,这部分的代价可以用清理费来估算损失;另一部分是地面变形、地面积水等导致土地的质量、用途发生改变,这部分可通过不同土地利用方式变化前后的土地基价差计算。土地资源占压代价=∑(各类土地资源基价×占用土地面积)×1%土地质量变化代价=∑变化前各类土地资源价值-∑变化后土地资源价值2012年枣庄市矿山土地资源破坏情况全市煤矸石、露天采坑等占压工矿地、农田、林地分别为27.9公顷、363.9公顷、12.4公顷,共造成经济损失836.53万元。矿产资源开发导致土地质量下降、用途发生改变,原有803.8公顷农田和11公顷林地变成草地131.6公顷、湿地131.4公顷、水域540.4公顷和荒地11.4公顷,土地用途变化造成经济损失约82620万元。该地区矿山土地资源破坏造成损失共计83457万元。

5、土地生态功能破坏代价核算土地生态功能破坏代价即土地资源生态系统服务功能的价值变化量,等于矿产资源开发后不同土地类型生态价值之和与矿产资源开发前不同土地类型生态价值之和的差。土地生态价值=∑(各类土地生态服务价值×各类土地面积)根据表2的土地破坏变化面积和各类土地生态服务价值,土地生态功能破坏损失为399万元。

四、核算结果

由以上核算可得,2012年枣庄市矿产资源开发地质环境破坏损失共计494265万元,其中直接经济损失493866万元,间接生态价值损失399万元。在核算过程中,地面塌陷未造成人员伤亡、财产毁坏等直接经济损失,地质灾害代价中不核算该项损失内容。在地形地貌破坏损失核算中,以塌陷回填治理工程费用估算其景观环境价值的损失。含水层破坏损失只有煤矿开采对地下水资源破坏的部分,缺少对含水层水位下降和其他矿种开采对地下水影响,地形地貌损失也只考虑了塌陷坑的回填,缺少露天采坑治理(面积3.225km2)的相关统计,因此实际损失要比上述计算结果大。

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1.2地质钻探由于隧道区域地层与岩性变化的多样性,进行地质钻探时需要布置多个钻孔,加大钻孔分布范围。钻探方式主要是采用金刚石或合金钻进,一部分煤系地层地带的岩石粉碎,采用的是无水反循环钻进工艺。钻孔的深度除有特殊要求的钻孔外,都应当深入隧道设计标高2m~3m以下。钻进岩芯采取率要求破碎岩层与强风化层不小于50%;完整基岩不小于80%;覆盖层不小于50%。钻探钻进过程中,仔细测定地下水位,并及时记录,记录内容包括岩土分层、地下水位、钻进速率、水的颜色等。利用详细与具有代表性的钻探方式,隧道洞室围岩的岩性与整体情况能够直观显示;利用钻孔实施抽水、钻孔声波测试、压水测试、煤层瓦斯检测等一系列工作,以定性与定量两方面为隧道围岩的分段与分级带来有效的地质依据。

1.3高密度电物探法若存在钻探方式难以查证的地质,则能采用高密度电物探法,物探仪器为拥有我国先进水平的重庆奔腾数控技术研究所研究的WGMD-1型高度探测系统,方法是用α排列方式予以高密度数据采集,采用国际水平的Surfer软件与RES2DINV软件进行二维电阻率成像反演。能够准确判断地质情况,改善隧道工程施工的危险性,降低严重社会问题的发生率,有时还能避免路线更改,从而节约建设项目的投资资本。

1.4地震勘探与钻孔超声波测井以及探测岩石波速因其隧道区域地层岩性多样化,地表风化程度严重,钻探取芯能力弱,岩芯大多为碎块、砂状以及块状。地质人员大都是通过人为因素来判断岩石风化程度,很少客观判断岩体基本质量,未能科学划分隧道围岩类型。因而,地震勘探与钻孔超声波测井以及探测岩石波速技术逐渐被应用。地震勘探仪器采用的主要方式为折射波法,通过定性划分结合定量指标的整体分析,确定了岩石风化情况与隧道围岩类型,该方式更为合理,更具创新特色。

1.5抽水与压水检验方式若隧道区域属于条带状岩层组成的山岭,其水文地质单元更加复杂,含有较多含水单元与隔水层,其透水性与含水单元具有较大差异。为了能检验出准确的洞身段各岩石的裂隙性与透水性,准确预判隧道涌水量,于钻孔施工结束后分别实施抽水与压水试验。抽水及压水试验使用的是自制提桶与专业高扬程空气压缩机抽水与压水设施,其中提桶抽水试验应用于地下水位浅的地段,空气压缩机抽水和压水设施应用于地下水位深或不存在地下水的岩层内。并且还对一些钻孔实行了将抽水与压水相整合的试验,以便同单一试验进行对比。

1.6瓦斯检验对专门施工的ZK11钻孔,采用一套煤管、一套瓦斯解吸仪、两个取样瓦斯灌予以瓦斯检验,其具体方法为:在钻孔钻遇煤层后,下采煤管采煤同时迅速装灌后封闭,5min内进行解吸,获得现场瓦斯解吸量,最后采用图解法算出瓦斯耗损量,二者相加即为煤层瓦斯逸出量。该方式简易可行,结果接近实际情况,具有相对开拓性。

2关于工程地质环境对隧道工程的影响

在建设长隧道、深埋隧道以及大隧道过程中,会遇到各种各样的地质环境问题,不仅会对工程工期与造价造成影响,还会给隧道的施工与运行带来安全隐患。下述对影响隧道工程的几种地质环境作了探讨。

2.1软土地基在湖相与滨海相等古地质环境中,软土大都沉积在相对停滞与相对运动迟缓的水环境内,此类沉积软土颗粒细软、土质软弱、孔隙度大、含水量高、容易形成蠕变、凝聚力小几乎可以被忽略。在这种地质条件上建设隧道,必须考虑工程的地质问题。1)该地质土性较软,受到隧道重负荷时容易发生沉陷,从而厚度发生改变,形成不均匀沉陷,导致隧道内衬砌等结构发生形变;2)隧道结构会受软土蠕变的影响,及时进行支护与衬砌有重要作用;3)软土一般存在于地下还原环境中,微生物作用容易形成甲烷气体,聚积在软土层孔隙内,隧道挖进时工作人员可能会受甲烷气体的危害,若遇到火源还可能引起爆炸。建设隧道时,对于软土地基,长度不长的隧道应采用盾构穿越更为简易;然而长度过长的隧道,因其软土的蠕变特点,会形成超量切削,导致在隧道盾构掘进的前端会出现蠕变凹槽,如果软土层厚度不够,容易使得上方活河水与海水大量潜入隧道。因此,在海域上存在众多沉积软土地带时,借助盾构穿越软土层,必须充分重视所存在的安全隐患。

2.2砂卵石层地基在多样化地质条件如平原、河流、滨海、盆地中,会存在不同成因的砂卵石沉积层。各地砂卵石层的结构由于沉积时受到古地质地理环境的影响,各结构间存在差异。砂卵石层的沉积韵律和颗粒级配受到沉积时水动力条件的影响。砂卵石层危害隧道工程的几个方面主要是:1)因为隧道施工排水,使得周边砂层的机械塌陷与管涌;2)砂层涌入会引发丰富地下水;3)砂层地质结构的不同,形成不规则沉陷,为隧道带来安全隐患;4)砂层内夹杂的大块卵石,影响盾构施工,严重时会卡住刀片。采用沉管法在湍急河流的砂卵石层中建设隧道,容易使沉管下砂层形成冲刷,损害沉管隧道。在厚砂层上建设隧道时,要注重下述几点:1)抽水起始水位降低引发地面沉降、冲刷、潜蚀;2)进行大量抽水后,水位降低迟缓,产生压力水头,极易使得下方的大量砂层溃入;3)下方存在相对隔水层时,因为上方隧道抽水降低水压,下方高压水汇合;4)透水层凸起,形成众多越流向上补给,影响隧道运行。

2.3碳酸盐岩地层在分布有可溶碳酸盐地层地区,受到不同程度的喀斯特化作用,作用结果为在地表上形成奇特山峰,地下形成多个洞穴与通道。活跃在洞穴和通道中的喀斯特水包括孔隙水与裂隙水等,存在不同的特点。喀斯特水有五个对立统一的特点,具体包括:1)独存与半独存的管道水流和拥有统一水力相关的地下水力面与扩散流同时存在;2)不含水岩体与含水岩体同时存在;3)非承压水流同承压水流之间互相变换;4)层流运动和紊流运动同时存在;5)非均质含水性和均质含水性复杂变化。在喀斯特化地层中,具有相当明显的三相流,即是气体、固体、液体三相物质混合形成的三相流。三相流具备一个重要特性,泥砂等固体流与水等液体流是不能被压缩的,而气体能被压缩,受压气体还会发生多种变化。

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2贵州省主要地质灾害的形成机制及危害

贵州省地形以山地和丘陵为主,因此贵州省地质灾害类型也多为斜坡类和地裂类为最多,其中最主要的灾害有滑坡、崩塌、泥石流、地裂、地面塌陷等。此外,石漠化作为贵州特有的一种地质环境问题,也将在本节单独说明。

2.1滑坡滑坡是指斜坡上的土体或岩石体受到河流或雨水冲刷等因素的影响,在重力作用下沿着坡面向下滑动的自然现象。由于贵州省多山地丘陵且气候湿润多雨,易导致滑坡发生。滑坡贵州省最常见的地质灾害,也是造成死亡人数和经济损失最多的地质灾害。1988年晴隆大厂镇发生滑坡使周围两个村镇被埋,损失达500万元。贵州省内发生的滑坡主要分布在中东和中西部地区,此外北部和中南部也属于滑坡危险地带。许湘华利用权重线形组合模型(WLC)对滑坡灾害的危险性分区做了研究,认为贵州省内滑坡低危险区、中危险区、高危险区和极高危险区分别占贵州省总面积的近四分之一。全省危险程度较高。滑坡的形成很大程度是由人类活动不当引发的。主要分为以下几类:露天开采的设计不合理,尤其是露采场边坡角度过大极易引发滑坡;固体废弃物(如矿渣等)不适当堆积也较容易引起滑坡。滑坡造成的危害十分严重,主要表现在:人员伤亡,财产损失;毁坏房屋,掩埋村落;堵塞交通、破坏水利设施;毁坏耕地。

2.2崩塌崩塌一般是指较陡斜坡上的岩土体在重力作用下的突然崩落,它也是贵州省最主要的地质灾害之一,主要分布在西部的六盘水市、毕节市以及北部的遵义市,而在东部地区相对较少。崩塌的特点是突发性强、且易引发其它灾害。贵州省多高山陡坡,许多村寨都处于崩塌威胁之下。崩塌最初多是由山体不同程度的开裂引起的。一般崩塌前会有一些前兆,如:崩塌体的后部出现一些小的裂缝;有土块掉落,大小崩塌时髦发生;坡面出现土石的剥落。根本原因一方面在于岩石的贯通性较好,此外,人类不规范的矿山开采活动也会加剧并引发崩塌灾害。矿山崩塌造成危害主要为致死、致伤人畜,毁坏房屋,毁坏公路,中断交通运输等,对其下村寨、工矿居民、村民的生活生产经济构成了严重的威胁。据统计,崩塌事件在矿区年年都有发生,并且潜在危害较大。

2.3泥石流泥石流是指在山区或其它地形险峻的地区,因为暴雨引起的山体滑坡并携带有大量漏水以及石块的特殊洪流。泥石流具有突然性以及流速快,流量大,物质容量大和破坏力强等特点。泥石流的物源主要分两种,一种是滑坡、崩塌等地质灾害形成的松散堆积体,它们容易在暴雨的作用下形成泥石流灾害。二是由于矿山在开采过程中产生的矿渣或矿产品加工、冶炼中产生的弃渣不合理堆放,这些矿渣在灾害性降水作用或人为水体作用下形成泥石流。后者是贵州省的泥石流的主要类型,约占总数的85%。矿山泥石流的危害主要有:冲毁城镇、工厂、矿山、村落等;造成人畜死亡;破坏农作物、耕地;污染土壤等;此外。泥石流有时也会淤塞河道,严重时还能引起水灾,是山区最严重的自然灾害。

2.4地裂地裂主要是指由于构造运动而产生的土地开裂,它在地表发育,在构造活动强烈的地区或者地下开采资源的地区容易产生极大的危害。矿区的地表容易产生地裂缝,根本原因是地下进行的大规模的开采活动导致矿井顶板变成产生一定张裂,进行发展成较大的地裂缝。地裂造成的危害也是相当大的,主要表现在以下几方面。毁坏房屋。这种情况在煤矿开采区更为普遍。影响地下资源的开发和利用。因为地裂缝为地表水向地下渗透提供了通道,尤其雨季时矿井经常由于被淹而停产。毁坏耕地、林地。有的裂缝成群发育且规模非常大,导致该地段耕地荒芜,甚至威胁牛、马、羊群的生命。

2.5石漠化“石漠化”一词最早由贵州科学院苏维词提出,与“荒漠化”概念相区别,石漠化土地特指在亚热带湿热环境下喀斯特地区特有的土地类型,土石按照一定比例交互存在于石灰岩山丘中,在陷穴、岩隙中有不同厚薄的土层覆盖,而在突起的部分多裸岩分布。石漠化过程主要发生在陡坡耕地上,它的发展直接导致山区耕地面积的大量减少。据统计,贵州省在1974~1979年间,石漠化面积增加了624km2,平均每年丧失的耕地面积占全省耕地总面积的1.6%,且石漠化速度仍在加快。土地石漠化的成因主要有几个方面:碳酸盐岩的搞风蚀能力强,不易风化,这是发生土地石漠化的最基本的要素;贵州省多山区,地面起伏大,不利于水土保持;贵州省的降雨多集中在春夏两季,而此时农作物尚处于幼苗时期,坡土得不到充分的覆盖,加剧了土地石漠化的发展;贵州省农业人口增长过快,加重了土地的负担,使得西南地区陷入了“人口增加—过度开垦—土壤退化—石漠化扩展—经济贫困”的恶性循环之中。

3贵州省地质灾害的防治及管理中出现的问题

3.1贵州省地质灾害的总体成因分析总结上文对贵州省滑坡、崩塌、泥石流、地裂等主要地质灾害连同石漠化的分析,发现它们的形成机制在许多方面是相似的。

1)贵州省的地质背景是种类地质灾害的根本要素。首先,贵州省地质构造复杂,处于断层断裂交汇地带上,地震较为频繁,岩层松散,构造运动强烈,易导致地质灾害的发生。其次,贵州省的岩石多为碳酸盐岩类,此类岩石具有搞风华能力强但易溶解的特点。在潮湿的地区容易溶解造成地面塌陷、崩塌等灾害,而在相对干旱地区由于其较高的抗风化性而加剧土地的石漠化。由此可以,碳酸盐岩的地貌一方面形成了贵州省独特的喀斯特地貌,另一方面,却也为贵州省的种类地质灾害提供了基础。

2)降雨量充沛是地质灾害的主要诱发因素之一。贵州省气候湿润多雨,降雨量非常大,且特别集中。而暴雨极易引发滑坡等灾害。郭振春对1993~2000年贵州省地质灾害的月份作了统计,发现贵州省的地质灾害全年均有发生,多集中在4~8月,尤其是6~7月(4~8月占91.7%,其中6~7月占62.1%)。而贵州省的雨季集中于春夏之交,降雨最在5~7月最大。记录中也显示有多起大型地质灾害是由暴雨引发的。此外,贵州省地下水系也特别发育,斜坡土体长期被浸泡而导致软化、溶蚀,容易引发崩塌、地裂和地面塌陷。

3)各种不规范的工程活动是贵州省地质灾害的人为诱因。值得一提的是,除了自然因素外,人为因素在贵州省地质灾害中所占的分量虽然较小但也呈现出逐年增长的趋势。人类活动对地质环境影响主要有:毁林开荒对植被的破坏很大,是导致水土流失的重要因素,进而可引发滑坡、泥石流等地质灾害;矿产资源的开采不合理,尤其是一些乡镇矿山的开采,不顾及矿山的地质结构和采矿技术,对矿区也没有进行合理规划,容易引发地裂、地面塌陷、矿井涌水等灾害。许多灾害还造成了严重的人身伤心和经济损失;工程建设设计不合理,只追求效率,忽视了工程中的安全问题和环境问题。非常容易导致地质灾害的发生。

3.2关于贵州省地质灾害防治的思考地质灾害对于贵州省无论经济发展还是居民安全都造成了极大的威胁,要针对贵州省地质灾害的特点及其诱因进行防治。