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111第九章开采对环境的影响及保护教学目的与要求：通过本章学习，要求学生掌握开采对矿区环境、生态环境的影响和破坏，掌握开采沉陷对环境影响评价和方法，开采沉陷区生态复垦技术，以及开采沉陷区建筑利用。课程内容：1.开采对生态环境的影响及评价；2.开采沉陷区生态复垦技术；3．开采沉陷区土地利用与规划。教学重点：开采沉陷对环境影响评价和方法，开采沉陷区生态复垦技术，以及开采沉陷区建筑利用。教学难点：开采沉陷对环境影响评价和方法。第一节第一节第一节第一节开采对生态环境的影响开采对生态环境的影响开采对生态环境的影响开采对生态环境的影响开采对环境的影响主要包括三方面[1,102]：（1）开采沉陷对生态环境的影响；（2）矿山废弃物（矸石、尾矿水等）对生态环境的影响；（3）开采沉陷对水的影响。一、开采沉陷对环境的影响1．对耕地的影响开采沉陷对耕地的影响主要表现：（1）使耕地标高降低、潜水位上升。导致土地淹没、盐渍化，土壤肥力下降；（2）耕地坡度变化，导致水土流失；（3）使土壤结构发生变化。研究表明：位于地表拉伸区的土壤空隙度增加，位于压缩区的土壤空隙度减小，密实度增加；（4）在浅部开采、岩溶区开采、急倾斜矿层露头开采时，使地面出现塌陷坑、塌陷漏斗，导致土壤肥力和水分丧失，影响农作物的生长和生产；（5）使采空区边缘地表附近出现裂缝。在有表土覆盖的地区，裂缝的深度一般为2～3m，最大不超过10m。在无表土覆盖的地区，裂缝深度可达几十米。由于地质采矿条件、地形地貌、区域气候、潜水位高低等不同，开采沉陷对土地的破坏程度和特征不同，根据我国的实际情况，将开采沉陷对土地的影响分为四类：（1）黄河以北的平原矿区，地表潜水位较低，年降雨量小，开采沉陷后只有小部分发生常年积水。如开滦矿区，常年积水面积仅占沉陷面积的9%～21%。但非常年积水的沉陷缓坡地，在雨季时易发生排洪不畅，发生内涝，造成农作物减产，甚至绝产，这类矿区开采沉陷对土地资源损害严重。（2）位于黄淮海平原的中东部的矿区，地表潜水位较高，年降雨量大，是我国重点产粮产棉区，开采沉陷对土地资源的破坏最为严重。如徐州矿区，至1987年已沉陷土地8800ha，其中常年积水绝产的土地面积占25%，水深最大达3～5m；雨季积水只可种一季的沉陷缓坡地面积约占40%；其余35%的沉陷缓坡地也造成不同程度的减产。这类矿区开采沉陷对土地的破坏非常严重。112（3）西部黄土高原矿区。潜水位低、地势平坦，一般不会出现常年积水的情况，但常造成沉陷盆地季节性积水，导致部分农作物绝产或减产，加剧黄土高原的水土流失。（4）丘陵及山区矿区。由于地面为坡地，开采沉陷后一般不会导致地面积水，但可能会导致地面坡度变化，导致水土流失加剧、土壤肥力下降、农作物减产。有时导致山体滑移和泥石流，造成重大的经济损失和人员伤亡事故等。如阳泉矿区，地下开采导致山体滑移，造成井筒断裂、火车站损坏等事故。2．对地面建（构）筑物等人工设施的影响地下开采对地面建（构）筑物等人工设施的影响在第五章已经作了详细的介绍，在此不再重复。3．对野生动物和微生物的影响野生动物的生长繁殖要有适宜的环境条件。由于开采沉陷使矿区的自然景观发生变化，影响绿色植物的生长发育，改变了动物的栖息环境，因而，使一些野生动物由于不适应环境的变化或由于缺少食物而死亡或迁移。水体和土壤中的微生物的正常生长繁殖，要求pH值不超过一定的范围，有毒物质的浓度不能超过微生物所能忍受的极限。另外，土壤中的微生物的繁殖还要求土壤中的水分不能过多。开采沉陷虽不能使土壤和水中带来有害物质，但可使土壤中水分增加，pH值发生变化，从而影响微生物的生长繁殖。二、矿山废弃物对环境的影响矿山在开采过程中，除了采出有用矿物，还开采出一些无用的矿石。这些废弃的矿石堆积在地面，在水、风化作用下，排出大量的有毒、有害物质，污染大气、土地和水，造成严重的环境污染。据不完全统计，我国煤矿现有矸石山1100余座，压占土地约1万ha。平均每排出万吨矸石压占土地0.02～0.03ha.。按我国煤炭产量13亿吨t，排矸率按12%计算，我国年排放矸石量约1.6亿t，压占土地约300～400ha。据统计[1,3]，全国国有重点煤矿曾经发生或正在发生自燃的矸石山有237座，约占矸石山总数的23%，有134座矸石山至今仍在继续燃烧。矸石山自燃长达数年甚至数十年，对周围环境造成严重污染。据前苏联在顿涅茨克地区对自燃矸石的监测，距离燃烧矸石300m处，二氧化碳和硫氧化物的浓度分别可达125mg/m3及1.65mg/m3（SapitskyandHudek1979）。最大的污染半径大约为100～500m之内（Posylny，1980）。矸石山表面每小时可释放0.5～2.2m3的二氧化碳，剧烈燃烧时进入大气中的二氧化碳的总体积可达每天数万立方米。大气的污染降低了邻近土地上农作物的产量。损害针叶树、落叶树及草的生长。自然的矸石还可能发生滑坡和喷爆，对矿区居民的生命财产及地面设施造成严重的威胁。矸石山在大气降雨的淋溶作用下，矸石山中的有害、有毒及酸性物质随水溶出，随地下水迁移，污染这些水体。三、开采沉陷对水体的影响地下开采导致覆岩及地表破坏，从而使地下、地面水体受到破坏。使含水层水位下降，地面河流干涸。破坏地下、地面水资源。我国是水资源缺乏的国家，华北地区水资源严重不足，而地下开采加剧了对水资源的流失。在厚含水层冲积层地区，由于含水层水位下降，使113土体产生固结沉降，导致地面大面积沉降。据淮北矿区的监测，地下开采后，使冲积层底部“四含”水位下降了几十米，从而导致地面大面积下沉0.5m，使井筒断裂、井架歪斜，地面房屋开裂。由于开采沉陷使含水层水位下降，植被生长受到影响，土壤更干燥，加剧了西部地区的沙漠化。四、矿山开采沉陷对环境影响评价我国环境保护法规定“一切企业、事业单位的选址、设计、建设和生产，都必须充分注意防止对环境的污染和破坏。在进行新建、改建和扩建工程时，必须提出对环境影响的报告书，经环境保护部门和其它有关部门审查批准后才能进行设计。”环境影响评价的任务：从发展经济和保护环境的双重目的出发，对开发建设项目的环境影响进行分析和预测，比较并评价不同开发建设方案的环境经济效益，为开发建设项目的合理布局和环境保护措施的选择与实施提供依据。以最小的环境代价取得最大的经济效益[103]。环境影响评价（EnvironmentalEffectAssessment）分为三种类型[104]：（1）单个建设项目的环境影响评价：为单个建设项目的布局、选址和确定该项目的性质、规模、环境保护措施服务，根据项目建议书与可行性研究同时进行，主要预测与分析项目的环境影响，并在此基础上提出对该项目环境保护对策的建议和要求。单个矿井建设或该扩建的环境影响评价属于这类环境评价。（2）区域开发的环境影响评价：在一定的时期内，在某个区域中将进行一系列的开发建设项目，区域建设项目的布局、性质、规模和结构以及发展顺序，就成为区域开发决策中的重要内容。此类评价重点在于论证这些决策内容，并根据区域环境的特点，对区域的开发规划提出建议。新建和改扩建的矿务局的环境影响评价属于这一类。（3）发展政策和规划的环境影响评价：对国家发展政策和国家以及各行业的发展规划进行的环境影响评价。环境影响评价是对建设项目的环境经济效益进行预测。关系到建设项目周围人民生存环境和生活质量的大问题。矿山开采对环境具有较大的影响，而矿山开采沉陷是矿山开采中对环境影响最大的方面，因此，必须对其影响进行评价，以采取相应的措施，消除或减轻这些影响。（一）开采沉陷对环境影响评价的内容在进行环境影响评价时，不同的项目应选择不同的环境影响评价因子。对矿山开采沉陷的环境影响评价选取的主要因子有：（1）地面建（构）筑物；（2）地面、地下水体；（3）道路、管线；（4）土地。不同因子对开采沉陷的要求不同，下面分别叙述。1．地面建（构）筑物矿区建筑物包括两类[105]：工业和民用建筑。工业建筑包括：工业场地、风井及附属建筑、工厂、电厂、变电所等；民用建筑物包括：城镇民房、工人住宅和大量的村房等。矿山开采对建筑物的影响评价主要评价开采对建筑物的损害程度，提出防治对策、确定最优的井下开采措施。2．水体对水体的影响评价包括以下内容：影响水体的时间、程度、最优的防治对策；覆岩破坏114程度、矿井开采上限、矿井水患的可能性及防治对策；对生产、生活地影响及防止措施；地表积水的可能性、范围及处理措施。开采沉陷对水体的影响及防治措施见第六章。3．道路、管线矿区道路、管线主要包括：通过矿区的铁路、公路、输电线路、输油、输气管线、地下电缆等。矿山开采沉陷对道路、管线影响预测及评价方法见第七章。对道路、管线的评价内容包括：对铁路、公路、桥梁的影响程度及防治措施；矿区铁路、公路、管线的最优布设方案等。4．土地开采沉陷对地表土地的影响常常是严重的。可引起土地侵蚀和水土流失。地表倾斜使耕地坡度改变，坡度越大径流越大，冲刷量越大，引起的水土流失和土地侵蚀越严重。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：Qs=0.483+3.6T（9-1）式中，Qs—土地的沟蚀量，kg/ha；T—地面坡度，（0）。根据沉陷稳定后地面坡度的大小，可将地面沉陷对耕作侵蚀程度的影响划分为6个等级（表9-2）。开采沉陷容易引起土壤的盐碱化和沼泽化。按开采后的地下水位、矿化度和地下水停滞时间的长短，可将土地的盐碱化和沼泽化划分为三个等级（表9-3）。地表沉陷可能改变土壤的湿度，使农作物的产量下降。对于不同的土壤，农作物正常生长所需要的有效水分和湿度是不同的，植物从发生萎蔫到枯死整个凋萎过程中所需的土壤湿度称为凋萎湿度，常用它作为土壤有效含水量的下限，而把田间持水量作为土壤适宜湿度的上限。多数土壤中，田间持水时的水分占土壤体积的25%，10～25%为空气体积，这种情况下农作物可正常生长。对小麦、玉米、棉花的大量研究表明，农作物适宜的土壤湿度下限均在田间持水量的70%左右，恰好相当于毛管水破裂湿度，这样，田间持水量、毛管水破裂湿度和凋萎湿度就成为土壤有效水分分级的三个基本参数（表9-4）。表9-2地面坡度与侵蚀程度之间的关系表9-3土地的盐碱化和沼泽化等级影响等级地面倾斜（mm/m）侵蚀程度1＜17不发生侵蚀217～52不发生明显侵蚀，灌溉要求采取一定的措施352～88轻度侵蚀，有少量纹沟出现488～123中度侵蚀，农业耕种要采取水土保持措施，机械化、水利化不方便5123～176中度侵蚀，耕地要修梯田6≥176强度侵蚀，农业用地的上限影响等级影响程度地下水埋深（m）矿化度（g/L）地下水停滞的时间1土壤无返盐现象＞3＜1停滞时间短115表9-4土壤的有效水分分级及其对农作物生长的影响开采沉陷对土壤的影响程度应根据沉陷后土壤的侵蚀程度、沼泽化和盐碱化的程度、土壤的有效水分及其对农作物生长的影响程度综合评定。第二节开采沉陷对环境影响评价开采沉陷引起的环境影响评价是煤炭开发项目环境影响评价的重要部分。为了对开采方案及其带来的环境经济效益进行检查、分析和比较，需要对各矿区开采沉陷引起的环境影响作综合的评价。然而，在进行开采沉陷对环境影响评价时，评价因素的选择一般因评价项目的不同而不同，而且，各评价因素还具有复杂性、模糊性和层次性，也就是说被评价的对象有多种因素，而且各因素之中还有层次之分，这势必给评判工作来很大的困难。模糊数学（FuzzyMathematics）所研究的对象以及对象与对象之间的关系具有模糊性，特别是模糊综合评判（FuzzyComprehensiveJudgment）作为模糊数学的一种应用方法，它的优点是数学模型简单，对多因素、多层次的复杂评判问题能给以较好的解决。第三节开采沉陷区生态复垦技术地表沉陷区生态复垦技术（EcologicReclamationTechnology）就是将矿区开采破坏的土地、生物种群恢复到原有的状态或达到可利用的地步[3,111]。它包括矿区土地复垦、矿区生态复垦技术等。地表沉陷区生态复垦技术涉及到采矿、环境保护、农业、林业、土地、水利、交通、生物等多学科的