绿色矿山及其生态效应机理研究

中国冶金地质总局科技创新项目评审报告报告人：王念秦谢蕴华2014年4月3/25/2020主要内容研究目的及意义1国内外研究现状2研究内容及拟解决的技术难点3研究方案及其可行性和风险分析4主要创新点及预期研究成果5研究基础与工作条件6结论8项目主要技术经济指标及考核指标73/25/2020矿产资源开发1.研究目的及意义•破坏和占用大量耕地，使得农作物减产甚至绝产；•破坏地下水均衡系统，造成井泉干枯，周围群众饮水困难；•引发地面塌陷、山体开裂、崩塌和滑坡、泥石流等地质灾害；•产生了大量“废渣、废水、废气”，污染了周围环境；•破坏了自然景观和地貌景观；•严重威胁人民的生命财产安全，严重影响到我国经济社会的全面协调、可持续发展，影响到全面建设小康社会目标的实现；坏处•提供丰富的物质资源；•保证国民经济与社会发展的需求•提供的矿物能源和原材料是人类赖以生存的、不可缺少的物质基础；•对人类社会的发展与文明的进步产生了巨大的、无可替代的促进作用；好处双刃剑3/25/2020矿山环境问题由于地下采空，地面及边坡开挖影响了山体、斜坡稳定，导致开裂、崩塌和滑坡等地质灾害。在许多矿产资源开采区，都不同程度地存在着地面裂缝塌陷、山体蠕动滑移、山体崩塌滑坡、泥石流等灾害。另外，由采矿诱发的地震，也出现在我国许多矿山。矿山开采使地下采空、矿坑积水诱发矿山地质灾害，造成大量人员伤亡和经济损失。2煤炭采选行业的工业废气排放量占全国工业废气排放量的5.7％，位居第五位。其中有害物排放量每年达73.13万吨，主要为烟尘、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳，使矿山地区大气环境遭受不同程度的污染。硫化工矿山废气污染，在矿山周围形成酸雨地区面积占国土面积的30％以上，主要分布于长江以南、青藏高原以东地区，并造成森林及农作物的大面积死亡。矿山开采中废气、粉尘、废渣排放，造成大气污染和诱发酸雨。1由于矿山开采过程中的矿坑需要疏干排水，山西省区域性地下水水位下降数十米甚至上百米，造成大面积疏干漏斗，破坏了整体地表水、地下水均衡系统，从而使水源枯竭或河水断流，造成18个县28万人吃水困难，450万亩水田变成旱地。另外，矿山附近地表水体常因废水、废渣的排放遭受污染。据不完全统计，由废渣、尾矿造成水体严重污染的有色金属矿山就有30多座。采矿使矿区水均衡遭受破坏，引发地下水位下降、泉水干枯、水资源枯竭、水质污染等环境问题。33/25/2020矿产资源开采活动都不可避免地需要占用一定的面积来修筑道路、固定井架、建立贮煤场及建设必须的生活设施,以保障矿山开采的顺利进行。据统计,正常情况下每个煤矿井口占地面积大约0.2km2甚至更多。除露天采掘直接破坏大量土地外,采煤排出的矸石、废渣、尾煤也侵占了大量土地。矿山建设免不了要征用土地、砍伐森林,直接破坏植被、农作物及野生动物栖息地,导致绿地面积缩减。采矿过程中产生的矿渣和工业垃圾，不仅侵占了大面积土地，而且破坏了植被和生态环境，加剧了水土流失和土地沙化。据调查,全国水土流失面积已达367×104km2且平均每年还增加水土流失面积104km2，荒漠化土地面积约260×104km2并且每年还以2460km2的速度扩展。大量侵占土地与破坏土地。4矿产资源开采直接导致矿山景观环境的破坏主要有自然保护区、地质遗迹、风景名胜区等。其产生的原因是剥土、采煤、爆破、弃土等。例如由于剥弃土直接造成矿山景观环境恶化、土地荒芜、地形地貌发生变化、改变原有景观、基岩煤渣裸露、房屋倒塌、路断桥裂、洼地积水、煤粉尘飞扬,煤矿区呈现一片荒凉景象。影响矿山景观环境5煤炭开采对大气造成的破坏辽宁灯塔市某煤矿矸石山——2005年矸石山释放有害气体熏死2名妇女3/25/2020采用单向非循环经营的、高资源消耗的、高污染的发展模式；荒废、闲置大量的土地资源，无法实现矿业的可持续发展，而且能源和资金的消耗量十分巨大；带来了矿产资源浪费，矿山环境问题恶化等一系列问题。传统矿山绿色矿山以生态经济学为依据，以节约资源、清洁生产和废弃物多层次循环利用为特征，追求生产安全高效、降低资源和能源消耗、减少污染排放、废弃资源最大限度的转化，实现资源效能最佳化、经济效益最大化和环境保护最优化；对其必然产生的污染、矿山地质灾害、生态破坏失衡，最大限度的予以恢复治理或转化创新。转变3/25/2020建设绿色矿山的意义：“绿色矿山”将绿色生态的理念与实践贯穿于矿产资源开发利用的全过程（矿山勘探、规划与设计、矿山开发、闭坑设计），通过现场调查、取样试验、分析研究、模拟评估，建立一系列简捷、实用、有效的绿色探矿、开采、恢复模式，对矿山生态环境保护、恢复具有重要的环境意义。3生产工艺环保化2开采方式科学化4企业管理规范化5闭坑矿区生态化绿色矿山的具体要求1资源利用集约化“绿色矿山”是以生态经济学为依据所建立的，以节约资源、清洁生产和废弃物多层次循环利用为特征，追求生产安全高效、降低资源和能源消耗、减少污染排放、废弃资源最大限度的转化，通过制定绿色矿山评价体系，探索健康良好的绿色矿山经营模式，可最大程度的降低能源消耗及资金投入，其后期回报与先期投入的高比值对矿山企业绿色发展、高效长远发展具有显著的经济意义。矿山开发作为一种复杂系统的人类工程活动，往往形成多灾种交织、多污染交融、多机理错综、因果关系复杂的体系。深入的调查研究矿山灾害的特征、成因，揭示矿山灾害的链式效应机理，探明各种灾害与矿业活动间的相互关系及演化规律，建立绿色矿山综合评价体系，探索矿山开发的绿色模式，不仅对矿山本身具有显著的经济发展意义，而且对完善环境地质学科有一定的理论、学术意义。绿色矿山建设以保护生态环境、降低资源消耗、实施循环经济与可持续发展为目标,着力于按科学、低耗和高效合理的开发方式利用矿产资源,并尽量节约和保护资源,实现资源效能最佳化、经济效益最大化和环境保护最优化。绿色矿山建设是一项复杂的系统工程,贯穿于对矿产资源开发利用的每一过程,体现了资源开发、环境保护和社区发展三者之间的协调关系,有着全面深刻的内涵和实质内容。绿色矿山建设的评估正是对矿山开发的资源、环境、社会、经济等方面综合效益的评估。我局目前发展核心是矿业兴局，而发展技术强项也是金属矿山，所以对把金属矿山如何建设成绿色矿山也是一个亟待解决的课题，我公司目前已做了一批矿山地质环境保护与恢复治理方案，为发展我局绿色矿业提前进行了涉入，借国家环保东风，按照国土部相关要求，为我局以后矿业建设做出贡献，特对此课题进行研发。3/25/2020冀中能源集团绿色生态能源矿山铜陵有色集团洛宁县铅锌银矿区3/25/2020杨梅岩矿区治理后绿色煤矿山东·莱芜绿色钢城陕西·府谷矿区3/25/2020北仑3座废弃矿山治理后废弃矿山治理后3/25/2020绿色煤矿岷化金矿冬瓜山铜矿—绿色矿山3/25/20202.国内外研究现状在环境地质快速发展的近代，无数国内外学者针对矿山生态环境问题进了研究，其中，一部分学者运用经典地质灾害、环境灾害理论实践到矿山生态环境问题中，另一部分学者建立新的理论，针对矿山特殊环境地质条件进行深入的分析研究。其研究现状可结合本课题从三个方面进行概述。内容评述张建华（2003）李林（1999）张卫国（2006）张勇（2000）等运用滑坡经典动力学理论分别调查分析研究了矿山开采复合边坡、排土场边坡的滑坡灾害，并提出了相应的防治措施，取得良好的治理效果；陈宁生（2010）等根据矿山泥石流的特点，以历史上成功的典型工矿泥石流防治案例为基础，总结出3种工矿弃土弃渣泥石流的防治模式。夏玉成（2008）等通过对煤矿区地表环境灾害的研究，提出了“构造控灾”的学术观点及其理论框架，从地质视角，全面分析、研究了煤矿区构造介质、构造形态、构造界面、构造应力等地质因素及由其构成的构造环境对采煤沉陷的控制作用和控制机理，在地质工程及采矿与环境保护领域开辟了一个新的研究方向。这些研究虽然涵盖了矿山大部分类型的地质灾害，但是较少结合矿山灾害的特殊性，对其成灾机制、影响因素、破坏机理有待进一步研究，特别是探索矿山灾害链式效应机理的研究较少，只有从单一灾害机理延伸至多灾种复合的链式效应机理，才能更好的符合“绿色矿山”建设的统筹思想，并以此为基础提出绿色矿山防灾、减灾的新理念、新措施。矿山地质灾害机理及理论研究方面内容评述刘莉莉（2006），朱佳文（2012）等通过生物学，分别研究了人工扰动条件和自然恢复条件下矿坑废弃地土壤动物演替的规律性及植物对尾矿的改良特性。周永章（2008）等从运动学角度，分析研究了重金属元素转移方式，建立了曝露、释放、迁移、转化、归宿的迁移模式，揭示了矿山重金属的污染机理。王继水（2010）等提出采用建模方法虚拟现实技术来实现生态环境的虚拟修复，建立了生态修复新思路，以此模拟矿山生态环境修复，可直接指导实际工作；国外Sharma（1996）根据矿区的自然和文化属性，建立了土地利用方向的计算机模型，为矿区复垦及土地利用提出了快速便捷的分析工具。这些研究从不同的侧面反映出矿山生态环境治理技术的研究进展，但相对于矿山生态环境的复杂性，这些研究尚不够全面、深入。对于矿山开发活动对生态环境破坏机理及生态环境恢复后的环境效应研究较少，尚待深入研究。矿山生态环境治理及预测研究方面内容评述黄润秋（2001）将地质环境系统、自然环境系统和社会经济系统三者视作统一的动力系统，这些研究首先对生态环境给出了适合的定义，并以此作为环境评价体系的基础；在评价方法运用方面，周游（2010）等运用等标污染负荷法，对露天煤矿进行了生态环境评价；陈桥（2006）等运用层次分析法(AHP法)，提出了一套由评价因子、评价方法及过程、评价等级构成的矿山生态环境质量综合定量评价模式；路苹（2008）应用模糊综合评价的方法建立了煤炭矿区生态环境评价模型；赵银兵（2010）等应用目标分析法构建了生态地质环境质量评价指标体系。针对多样的环境评价方法，并没有方法的优劣比较研究，且目前为止，很少有专门对绿色矿山这一新型矿山建设理念进行专门的影响评价，其评价体系，评估标准、评估模型有待进一步发掘和探索。矿山环境评价体系研究3/25/2020综合国内外的研究现状结合本课题研究内容，以往研究尚有不足主要包括：•①针对性不足，由于矿山地质环境、矿山开采模式的复杂性及差异性，大多数研究仍沿用经典地质灾害理论来研究矿山地区的地质灾害，针对露天开采、地下开采两种矿山开采模式的环境地质问题以点带面，研究资料少，其适用性有待证明；•②对矿山灾害的成灾机制、影响因素、破坏机理有待进一步研究，特别是探索矿山灾害链式效应机理的研究较少，忽略了多灾种耦合是矿山灾害的显著特点；•③绿色矿山评估标准研究尚少，针对绿色矿山着力于科学、低耗和高效合理开发利用矿产资源,并尽量减少资源储量的消耗，降低开采成本,实现资源效能的最佳化的追求目标，对现有环境评价标准予以修正或新建，使之能较好的符合新阶段下矿山的建设要求；•④矿山环境评价方法众多，横向比较和方法优劣比较研究较少，且无专门针对绿色矿山新理念的评价体系；•⑤对于矿山开发活动对生态环境破坏机理及生态环境恢复后的环境效应研究较少，难以评价矿山生态恢复前后的效果。3/25/20203.研究内容及拟解决的技术难点“绿色矿山”理念是推动人类资源化进程中可持续发展的关键，如何建立绿色矿山概念、深化认识绿色矿山理念，探索绿色矿山的制约因素、控制因素、影响因素至关重要，因此，必须结合中国国情，基于大量矿山开发实例，利用样本统计、归纳分析、相关分析等方法，全面系统掌握绿色矿山影响因素，探索其与矿山活动间的内在演化关系；②建立切实可行、行之有效的因素指标评价体系①“绿色矿山”影响因素分析研究内容：⑴“绿色矿山”影响因素及其评价体系研究基于绿色矿山制约因素、控制因素、影响因素的认识分析，建立相应的评价体系是探索绿色矿山基本条件的前提，如何确定矿山过程（探矿、开采、恢复等）是否绿色，需要确定绿色矿山评价标准，因此需要深入定量研究绿色矿山各种影响因素的变化特征及其与绿色矿山相关性特征；通过研究，提出适合新形势下的“绿色矿山”