环境地质学课程论文

矿产资源开发的地质环境影响极其反思--以11·3河南义马煤矿事故为例摘要：人类在开发利用矿产资源的过程中，对矿区生态环境造成了各种各样的破坏性影响。本文概述了我国矿产资源开发对地质环境造成的普遍影响。通过分析河南义马煤矿事故的事故原因、过程及危害，总结了经验教训，并对加强矿山环境保护提出了对策和建议。关键词：矿产资源开发；义马煤矿事故；地质环境；治理与保护1概述人口、资源和环境是当今世界面临的三大主题。资源与环境是影响人类生存与社会发展的两大重要因素。随着经济的发展和人口的剧增，人类对矿产资源的需求不断扩大。目前，人类社会对矿产资源的需求量约占自然资源需求总量的70%[1]，而我国95%的一次性能源和80%的原材料依靠矿产资源提供[2]。矿产资源是指所有埋藏于地壳中或出露于地表，可被人们开采利用的矿物质聚集体。广义的矿产资源指在内外力地质作用下，元素、化合物、矿物和岩石相对富集，人类开采后能得到有用产品的物质形态和数量。狭义的矿产资源是指自然界产出的物质在地壳中富集成具有开采价值的形态和数量。相对短暂的人类历史而言，矿产资源是不可再生的，蕴藏量也是有限的。随着人类的大规模开发利用，矿产资源在不断减少，有时甚至发生短缺和枯竭。在开发矿产资源为人类创造了大量物质财富的同时，也对矿区生态环境产生了前所未有的负面影响。矿产资源枯竭、生物多样性丧失、地区性和全球性环境污染物给人类生存的地球环境蒙上了层层阴影。地质环境保护是环境保护中的重要组成部分，是环境保护的基础。矿产资源开发破坏了地质环境，从而诱发了众多地质灾害和污染，造成生态环境的破坏。因此，有效、合理地开发和利用矿产资源，减轻对地质环境的破坏程度，减少地质灾害的发生，将直接关系到整个生态环境保护。2矿产资源开发对地质环境的影响矿山地质环境，是指由采矿活动形成或引起的矿山区域内地质因素的变化，从而改变矿山原生地质环境状态。由于地质因素的改变，矿山地质环境的影响往往会超出采矿活动区域范围以外（如对地下水的影响），并对矿山生态环境造成不利的影响。我国每年从地表和地下深处开采出数量巨大的矿石，改变和破坏了地球表面和岩石圈的自然平衡，使地质环境不断地改变和恶化，给生产建设和人民生活带来了很大的危害，主要表现在以下几个方面：（1）矿产资源开发对大气的污染矿产资源开发对大气污染主要是由于在矿产开发过程中产生的粉尘和有害气体污染造成的。包括矿山在露天开采情况下以及在井下生产时，穿孔、爆破、采装、运输及排土场等生产环节中产生分散无序排放的粉尘。这些工业废气排放物多为烟尘、二氧化碳、氮氧化物和一氧化碳等，使得矿山地区大气环境受到不同程度的污染。（2）矿产资源开发对水体的污染矿产在开发过程中排放出大量废水，其中主要来自矿山建设和生产过程中的矿坑排水；洗矿过程中加入有机和无机药剂而形成的尾矿水；露天矿、排矿堆、尾矿及矸石堆受雨水淋滤、渗透溶解矿物中可溶成份的废水；矿区其他工业和医疗、生活废水等。这些受污染的废水，大部分未经处理，排放后又直接或间接地污染了地表水、地下水和周围农田、土地，并进一步污染了农作物，有害元素成份经挥发也污染空气，导致矿山地区的生态环境质量下降。（3）矿产资源开发中的噪声污染露天开采时，噪声主要来自采场作业的钻机、电铲、空压机钻、运输车辆等设备。随着开采的规模不断扩大，噪声源设备如凿岩机、采装机械、提升机、运输机、破碎机、空压机以及爆破等，产生的噪声对周围敏感点的影响一般都比较严重。（4）矿产资源开发导致的水土流失及地面塌陷露采矿表土剥离，使原来生长在土层表面的植被遭受破坏，固体废弃物（尾矿、废石等）的堆放和塌陷地，毁坏了原生植被，恶化了植物群的生存条件，使其覆盖率降低，其中造成土地沙化，引起水土流失。采矿活动是地面塌陷的直接诱因，随着矿床疏干和地下水位的下降，会引发或伴生地面沉降和地面开裂等灾害。（5）矿产资源开发造成地质灾害隐患采矿活动造成矿区附近地质条件改变而诱发的易滑坡体复活，稳定边坡因采矿导致失衡坍塌，矿山废渣等固体堆积物等因受地形、气候条件及人为因素的影响，容易引发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。（6）矿产资源开发占用和破坏大量土地露天矿采掘直接破坏大量土地，而采矿排除的废石、废渣也侵占着大量的土地。矿山开采排放的酸性废水、选场尾矿废水等，严重污染矿区及周围农田；矿体的地下开采引起大面积塌陷等地质灾害。3矿山地质环境治理矿山开发区是人类工程经济活动对地质环境影响极为强烈的地区。必须采取以防为主、综合治理的方针，才能保护和改善矿区地质环境质量。治理矿产资源开发引起的环境地质问题，应遵循立法、生态风险评价、最少量化、资源化、无害化、生态系统的回复和重建等六项基本原则，做好从勘察、设计、开采到闭坑四个阶段的环境保护和综合治理。矿产勘探与设计阶段，必须在查明环境地质条件的基础上，开展地质环境质量现状评价和影响评价，预测矿床开采后可能产生的环境地质问题；合理规划工业场地、交通运输线路、生活区以及矿渣等固体废弃物的堆放场地，优选采矿方式和选治工艺措施，防止或减少环境地质问题的发生。矿山建设开采阶段，应严格规范矿业生产活动，防止、减少环境地质问题的发生、发展，治理已产生的环境地质问题。根据环境地质条件，控制已有环境地质问题的发展，使矿区恢复成环境质量良好的地区。矿山闭坑阶段，需要做好以造田复地为主的综合治理，恢复耕种或种草绿化、营造树木、人工造湖，使矿区地质环境向良性转化。针对我国矿山地质环境的现状和问题，还需从以下几个方向加强防范和治理工作。（1）加强法规和制度建设，依法治矿；（2）强化监督管理，做好矿山环境保护工作；（3）开展矿山地质环境调查，做好矿山地质环境保护规划；（4）依靠科技进步，提高矿山环境保护水平[2]。4实例分析2011年11月3日，河南省义马煤业集团股份有限公司千秋煤矿发生一起重大冲击地压事故，造成10人死亡。该矿为国有重点煤矿、低瓦斯矿井，核定生产能力210万吨/年。据查，该矿21221下巷掘进工作面发生冲击地压，巷道发生严重的挤压垮冒，将正在该巷作业的矿工封堵或掩埋其中，造成重大伤亡。4.1千秋煤矿基本情况千秋煤矿是义马煤业集团股份有限公司（上市公司名称：河南大有能源股份有限公司）骨干矿井之一，位于河南省义马市南1～2km，始建于1956年，1958年简易投产，矿井设计生产能力60万t/a，1960年达到设计能力，经过多次技术改造，2007年核定矿井生产能力为210万t/a。矿井六证齐全有效。现主要开采侏罗系2-1、2-3煤，属长焰煤种。2010年矿井瓦斯等级鉴定为低瓦斯。煤尘具有爆炸危险性，属于易自然发火煤层。目前开采水平为二水平。该矿为冲击地压严重矿井。矿井采用立井、斜井、上下山混合式开拓方式，通风方式为混合抽出式。安装有KJ95N型安全监控系统、KJ282型人员定位系统，还建有瓦斯抽放系统、冲击地压预测预报系统、压风系统、供水防尘系统、防灭火系统等。4.2事故发生经过2011年11月3日四点班，千秋煤矿当班共入井415人。其中，21221下巷掘进工作面当班为检修班，作业人员72人，有掘一队、掘二队、开二队、防冲队及安检、瓦检等流动人员，主要进行防冲卸压工程、防火工程、巷道加强支护和清理等工作。掘一队队长何建民安排当班19人在21221下巷600米以里作业，任务是支6根大立柱。掘二队队长李伟民安排当班16人在21221下巷540-560米段落底、支大立柱。开二队队长李运星安排当班17人在21221下巷470米以里支大立柱，当班工作量为8根。防冲队当班12人，队长葛素河安排11人在21221下巷掘进头施工卸压孔，1人负责开泵、巡查管路。安检科2人、防冲科2人在21221下巷检查。其他流动岗4人（1名抽放工、2名瓦检工、1名放炮员）巡查作业。事故发生时，有2人离开21221下巷（掘二队跟班领导刘付清、开二队跟班副队长刘会强在21221下巷外口协调运料工作），另有5人进入21221下巷（在二水平西大巷施工的开三队有3人到21221下巷借取锚索张拉器，开二队、掘二队送班中餐各1人）。事故发生时共有75人在21221下巷内。事故发生前，21221下巷作业人员没有发现冲击地压征兆。11月3日19时18分，21221下巷冲击地压突然瞬时爆发，形成3.5×108焦耳巨大能量释放，导致严重灾害。4.3事故原因和性质（一）事故直接原因本矿区煤层顶板为巨厚砂砾岩（380-600m），事故发生区域接近落差达50-500m的F16逆断层，地层局部直立或倒转，构造应力极大，处在强冲击地压危险区域；煤矿开采后，上覆砾岩层诱发下伏F16逆断层活化，瞬间诱发了井下能量巨大的冲击地压事故。（二）事故间接原因1）该矿对采深已达800米、特厚坚硬顶板条件下地应力和采动应力影响增大、诱发冲击地压灾害的不确定性因素认识不足。采取的煤层深孔卸压爆破、超前卸压爆破、煤层深孔注水、大直径卸压钻孔、断底卸压爆破和断顶卸压爆破等措施没能解除冲击地压危险。2）该矿21221下巷没有优先采用O型棚全封闭支架支护。这次冲击地压事故能量强度在108焦耳级别。虽然开展了大量科学研究工作，采取了防冲措施，但现有巷道支护形式不能抵抗这次冲击地压破坏。3）事故当班有75人同时在21221下巷作业，违反该矿防冲专项设计中21221下巷作业人员不得超过50人的规定。（三）事故性质经调查认定，义煤集团千秋煤矿11.3重大冲击地压事故是一起责任事故。4.4反思及教训该事故暴露出以下主要问题：一是该矿对冲击地压灾害的严重性认识不足，警惕性不高，治理和防范措施不到位，需要进一步完善和改进。二是采掘布置不合理，在特厚煤层中采煤工作面布置过长，对采深已达800米、特厚坚硬顶板条件下地应力和采动应力影响增大、诱发冲击地压灾害的不确定性因素认识不足。三是事故工作面作业人员过多，当班有2个掘进队、1个防冲队、1个开拓队等4支队伍在具有冲击地压灾害危险的巷道内平行交叉作业，作业人员多达75人。为深刻吸取事故教训，切实加强煤矿安全生产工作，防范悲剧重演，特提出以下措施和建议：（一）千秋煤矿要重新核定生产能力，压减产能规模，保持采掘平衡和合理开采强度，确定适合自己矿井实际情况的预测预报指标体系，实现冲击地压的实时预警。（二）千秋煤矿西翼采区煤层顶板坚硬、厚度大，并且F16断层为一具有活化特征的逆断层，在此条件下厚煤层冲击地压防治具有特殊性。因此，建议暂停千秋煤矿21采区西翼下部煤层的开采。对于义煤集团类似条件的采区，均需对防冲措施的有效性进行评价，着力从技术上解决防冲问题。（三）针对本矿区冲击地压与地质构造活化有密切关系这一事实，需进一步加强义马煤田的地质构造探测与研究，加强上覆岩层运动规律的研究，进一步探索义马煤田特殊地质条件、岩层移动与冲击地压的关系，切实加强本矿区冲击地压灾害研究。（四）要加大安全投入，加快煤矿六大系统建设，加强职工安全教育培训，切实提高应急处置能力和安全生产保障水平。在冲击地压危险区域，最大限度减少作业人员，严格控制进入冲击危险区域人数。（五）进一步加强安全监管。随着河南省煤矿开采深度加深，矿井条件的不断变化，事故隐患越来越多，对于一些没有安全保障能力的矿井、采区、采面、掘进头，由专家进行安全评估和分析，落实综合治理措施，坚决做到不安全不生产[3]。5结论矿产资源是人类赖以生存、建设和发展的重要物质基础，开发利用矿产资源对人类社会的进步起到了巨大的推动作用，但对矿区生态环境产生了严重的负面影响。这种影响是长期而复杂的，是对矿产资源开发的一个严峻挑战。只有充分明确矿产资源不合理开发对地质环境的危害，积极采取防范措施、综合治理，才能实现矿产资源开发利用的可持续发展，才能避免类似矿难悲剧的重演。参考文献[1]潘懋，李铁锋．环境地质学（修订版）．北京：高等教育出版社，2003[2]王惠芬．矿产资源开发的地质环境影响及其治理对策．研究探讨，2008,3（3）[3]国家安全监管总局国家煤矿安监局关于河南省义马煤业集团千秋煤矿11·3重大冲击地压事故的通报，安监总煤调，2011,171号水利工程的生态效应摘要:水利工程的生态效