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1、矿山环境保护,一、矿山环境环保必要性,矿山矿山环境矿山环境保护,具有工业开采价值的矿产资源的赋存地，是矿业开发活动集中的区域,由于人类采矿活动产生的矿建系统及选、冶系统等人为环境与矿山自然环境的统称。,本书主要论述矿山采矿活动及选矿等矿业活动和矿山地质灾害对矿山大气、水、声、土壤和生态环境的影响及防治措施。,注意：不涉及“井下矿山环境”、矿产资源成矿和赋存环境以及由矿业活动发展起来的矿业城市环境,黄石国家矿山公园,矿山现场图,矿山开采图,主要表现在对矿山水环境、大气环境、声环境、土壤环境和生态环境的尤其是对生态环境的影响。矿产开发对环境的影响是全方位的。,矿山环境问题,采、选矿排放粉尘和有害气
2、体（SO2、NOx 和CO）年排放量73.13万t，仅煤炭采矿废气占全国工业废气排放量的5.7%。,废石、尾矿等约17.6亿t/年，年排放量约15.3亿t。全国累计产生的废渣、废石等积存量约221.8亿t,侵占土地达586万ha，破坏森林106万ha，破坏草地26.3万ha；地表植被破坏和尾矿的大量堆放，导致严重的水土流失和土地荒漠化,采矿活动诱发多种地质灾害,破坏矿区自然地貌景观。20022006年，矿山地质灾害累计12366起,造成直接经济损失166.3亿元,人员伤亡4250人。全国因采矿形成的采空区面积约134.9万ha，引起大型塌陷180余处，塌陷坑1600多个,塌陷面积1150km2
3、。全国发生采矿塌陷灾害的城市近40个，造成严重破坏的25个,每年因采矿地面塌陷造成的损失达4亿元以上 。,二、课程概要,1、矿山环境问题（3学时）2、矿山废水的处理与综合利用（6学时）3、矿区大气污染及其防治（5学时）4、矿山固体废弃物与资源化利用（3学时）5、矿山噪声污染及其防治（4学时）6、矿山生态环境治理（4学时）7、矿山清洁生产（2学时）,二、课程概要,8、矿山地质灾害与防治（2学时）9、矿山环境管理（2学时）10、总复习（1学时）,三、参考教材,1、尹国勋, 矿山环境保护,中国矿业大学出版社 2010年5月2、矿山环境工程韦冠俊 冶金工业出版社3.环境保护第二版 刘天齐主编，化工出版
4、社出版，2000年4月 4.环境与可持续发展导论 马光编著，科学出版社，2001年6月5.环境学导论 何强等编著，清华大学出版社，2001年12月6.环境学 陈英旭编著，中国环境科学出版社，2001年3月.环境导论 王淑莹，高春娣主编，中国建筑工业出版社，2004年1月,第一章 绪论,第一章 矿山环境问题,第一节 矿产资源第二节 矿产资源开发对环境的影响（煤矿）,第一节 矿产资源,1 概念2 分类3 特性4 利用情况,第一节 矿产资源,1 概念,矿产资源简称矿产，是指由地质作用形成的，具有利用价值的，呈固、液、气的天然矿物和矿石资源，他们是地球演化进程中，由成矿作用使地球中分散的化学元素富集形
5、成的。不可更新资源。,矿山物质=矿产？,矿产资源概况,截至2007年年底,全国共发现矿产193种,已探明资源储量的159种,已查明的矿产资源总量和20多种矿产的查明储量居世界前列,其中铅、锌、钨、锡、锑、稀土、菱镁矿、石膏、石墨、重晶石等居第1位,煤炭查明资源储量居世界第3位,铜矿居第3位,铁矿居第4位,铝土矿居第5位,原油和天然气产量分别居世界第5位和第11位,原煤、铁矿石、钨、锡、锑、稀土、菱镁矿、石膏、石墨、重晶石、滑石、萤石开采量连续多年居世界第一。,截至2007年年底,全国共有非油气矿山126370个，开采的矿种多达193种。目前，95%以上的能源，80%的工业原料，70%以上的农业
6、生产资料，30%以上的工农业用水均来自矿产资源。,第一节 矿产资源,2 分类,根据1994年国务院第152号令发布的中华人民共和国矿产资源法实施细则的附件“矿 产资源分类细目”,我国矿产资源分为能源矿产、金属矿产、非金属矿产和水气矿产四类。,能源矿产-作为能源利用：煤、石油、天然气、油页岩、铀、钍。按赋存状态分为固液2个矿组，11个矿种。金属矿产-指为冶金工业所需的主要金属原料,主要有铁、锰、铬、钒、铜、铅、锌、汞、金、银等。按相关产业部门分为黑色金属、有色金属、贵金属、稀有和稀土元素4个矿组、59个矿种。 非金属矿产-按相关产业部门分为化学工业、冶金辅助原料、建筑材料和其他非金属等3个矿组、
7、92个矿种,其中有部分矿种还可按不同的用途再细分出若干个亚矿种。主要有硫铁矿、磷、钠盐、明矾石、芒硝、天然碱、重晶石、云母、石英、石墨、石膏、金刚石、滑石等。水气矿产类-分为液态、气态2个矿组、6个矿种。如地下水和矿水,二氧化碳、硫化氢、氦气和氡气等。,第一节 矿产资源,3矿产资源特性,（一）不可再生性（二）成矿作用的多样性与复杂性（三）共生与伴生矿（四）分布的不均衡性（五）数量与产量的不确定性,内蒙古白云鄂博铁矿已发现有用元素20多种，各种矿物百余种,其中可以综合利用的稀有、稀土矿物30多种。我国最大的甘肃铜镍矿，伴生有金、银、钴、硒、硫、镉、镓、锗等有用元素。四川攀枝花铁矿共生有钒、钛、钴
8、、镓、锰等13种主要矿产。,我国煤炭还能采多久？,2011年中国全国发电量达4.6万亿千瓦小时，其中火力发电量381,375,114.21万千瓦小时，就算4亿千瓦小时吧。现在预计2020年的电力需求是11亿多千瓦，就算全部用火力发电，则煤矿能源需求将至少是40亿吨标准煤。以中国已探明可利用的煤炭储量1145亿吨计，2020年后仅能再维持30年。但是把煤炭的储量换算为“够用多少年”是个复杂问题。因为煤炭的用途广泛，够用多少年要视乎怎样用法。现在供发电的煤炭是直接燃烧的，将来会先液化或气化，更远的将来如果能在煤炭中取氢以核聚变方法供大规模发电和交通燃料电池之用，那么，中国的“已探明”煤炭储量的可用
9、年期远远超过四十年。 -不可再生,地壳元素含量分布图,有用元素相对集中并超过地壳中平均含量，大量集中的矿石形成矿床才有开采价值。,山东,河南,安徽,第一节 矿产资源,4中国矿产资源的利用情况,第二节 矿产资源的开发对环境的影响,矿业活动诱发的环境问题与矿产种类，开发方式，环境地质背景以及企业的规模、性质有关。不同的矿山由于开采的矿种不同，会产生不同的矿山环境问题。,煤矿开采是一项最艰苦的工作,当前国家政府职能部门已在花较大的力量来改善工作条件。根据煤炭资源的埋藏深度不同，开采方式分为矿井开采(埋藏较深)和露天开采(埋藏较浅)之分。其中。能作为露天开采的资源量在总资源中的比重大小，是衡量开采条件
10、优劣的重要指标。中国露天开采的储量仅占7.5%，美国为32%，澳大利亚为35%。同时，矿井开采条件好坏与煤矿中含瓦斯多少成反比，中国煤矿中含瓦斯比例高，高瓦斯和有瓦斯突出的矿井占40%以上（资料）。难怪国内一些地方煤矿经常发生瓦斯爆炸。这个不得不引起我们的关注。中国采煤以矿井开采为主,如山西、山东、徐州及东北地区大多数采用矿井开采,也有露天开采,如朔州平朔露天煤矿，辽宁阜新海州露天煤矿。,井工开采：利用井筒和地下巷道系统开采煤炭或其矿产品的开采方法。井工煤矿开采必须从地面向地下开掘一系列井巷，其生产过程是地下作业，自然条件比较复杂，开采的主要特点是需要进行矿井通风，存在瓦斯、煤尘、顶板、火、水
11、五大灾害。 煤矿大致分为井工煤矿和露天煤矿。露天煤矿煤层的地表覆盖层较浅，挖开地表层即可进行采煤，危险系数较低。井工煤矿煤层埋藏很深，必须掘进到地层中进行采煤，地下作业，危险系数高。,露天开采环境问题？,破坏和占用大量土地，露天开拓、运输及废石堆放产生的大气污染，直接破坏生态环境和自然景观，采场和排土场风、水复合侵蚀造成的边坡稳定问题，排土场煤矸石酸性渗流污染，露天采矿造成的地下水疏干和区域水位下降。,井工开采环境问题?,矿井涌水诱发排、供水及生态环境三者之间的矛盾，采矿诱发的地面塌陷及其对地面建筑物、土地和生态环境的影响，固体废弃物占地及不合理堆放引起的滑坡和泥石流。,金属、非金属矿山环境问
12、题,金属尾矿废渣引起水体重金属污染；非金属矿山开采主要是产生粉尘引起大气污染和严重的水土流失；石油油田的环境问题主要集中在地表水、地下水和土壤的严重污染。,煤炭资源开发对生态环境四大圈层影响,一、 对大气环境的影响,粉尘煤矸石自燃产生的有毒气体二氧化硫和酸雨煤层瓦斯气,煤炭资源开采造成的大气污染指产生的粉尘、废气、有害气体改变了矿区大气自然状态的成分和性质，甚至形成酸雨，导致大气环境质量明显下降的现象。有害气体和酸雨气体的沉降，污染地表水，土壤，农作物和植被。,（1）粉尘露天开采和井工开采工业广场建设剥离的表土、基岩和煤层的的穿孔、爆破以及岩块和煤炭在破碎、装载和运输过程中，煤尘，粉尘。（2）
13、煤矸石自燃产生的有毒气体我国现有煤矸石石山130座正在自燃，约占矸石山总数13%。产生CO、CO2、NOx、H2S等有毒害气体，同时伴有大量烟尘，给矿区造成严重污染,COCO2NOxH2S,自燃过的煤矸石山,燃煤产生的SO2是导致我国西南、华南、华中地区酸雨污染的直接原因。,（3）二氧化硫和酸雨,西南：南充、宜宾、遵义、贵阳华南：广州、韶关、柳州、南宁华中：赣州、南昌、株洲、长沙、怀化等。,危害：进入土壤，危害农作物、森林生态系统进入地表，引起水体酸化，破坏水生生态系统。导致建筑物中某些金属和非金属材料部件受到缓慢腐蚀，损坏人体健康，影响野生动物生存。,煤炭井工开采所散发出来的甲烷，称为煤层瓦
14、斯气。据统计，我国煤烟和无烟煤中含有30万亿-35万亿m3煤层气，大多数矿山未利用，将其通过井下通风直接排放到空气中，全国煤矿年瓦斯排放量为77亿m3。瓦斯分布见下表。,（4）煤层瓦斯气,2013年4月20日13时26分许，吉林省和龙市庆兴煤矿发生一起瓦斯爆炸事故。当班作业73人，经全力救援，55人安全升井，其中12人不同程度受伤。事故造成18人遇难。 2013年4月1日上午10时左右，位于吉林省白山市境内的通化矿业集团八宝煤业有限责任公司再次发生瓦斯爆炸事故。目前已知有6人遇难，11人失踪。 2013年1月7日下午15时许,山西阳煤集团下属的寺家庄煤矿井下发生局部瓦斯事故,造成7人死亡。据初
15、步了解,发生事故区域正在做井下工程,区域内共有17人作业,其余10人安全撤离。寺家庄煤矿年设计生产能力500万吨,位于晋中市昔阳县境内。 2009年2月22日凌晨2时23分，山西省西山煤电集团屯兰煤矿南2采区发生瓦斯爆炸事故，当班入井436人，截至目前，已经有73人丧生，现有113人住院观察，其中21人伤势较重。,二 对水环境的影响,1废水排放污染2疏干排水引起的水文地质环境问题,1、废水排放污染,矿山废水污染主要来自矿山建设和生产过程中排放的矿井水、选矿废水、尾矿水及废石堆放场淋溶水等。,在矿山开采过程中，破坏了地下水原始的赋存状态并产生裂隙，或激活了导水断层，促进了各含水层之间的水力联系，
16、大气降水和地表水可通过渗透补给，使各种水沿着原来的和新所形成的裂隙、断层渗入井下采掘空间形成的。,关于选矿废水知识点：,1、来源：碎矿过程中湿法除尘的排水,碎矿及筛分车间、胶带走廊和矿石转运站的地面冲洗水。选矿废水。含大量悬浮物的选矿废水,通常经沉淀后澄清水回用于选矿，沉淀物根据其成分进入选矿系统后排入尾矿系统。冷却水。碎、磨矿设备冷却器的冷却水和真空泵排水。这类废水只是水温较高,往往被直接外排或冷却后回用于选矿。石灰乳及药剂制备车间冲洗地面和设备的废水,2、特点水量大，悬浮物含量高，有害物种类多等特点，主要有害物质有重金属和选矿药剂3对环境影响（36亿吨/年)悬浮固体淤塞河道 有毒药剂水气都
17、臭 鱼虾减少 异味变形有毒金属造成水体污染，在鱼和农作物中富集对人体危害。,露天矿、排矿堆、尾矿级矸石堆经雨水淋滤、渗透后形成含有高浓度硫酸和硫酸盐以及重金属有毒害离子，未处理，堆地表水、地下水、土壤、农作物造成污染。文献：,1、煤矸石堆附近耕作层土壤中重金属污染状况与评价郝启勇 (山东省煤田地质规划勘察研究院）,通过对鲁西南煤炭基地若干混堆的煤矸石山周围(10100m)耕作层土壤的实际调查及分析测试资料,研究了煤矸石堆附近耕作层土壤中重金属污染状况.结果表明,土壤局部已经受到Cd、Ni的污染,但未出现多金属复合污染状况.煤矸石堆附近土壤已经受到采矿等人类活动的影响,其中Cd、Hg的人为影响最
18、大.从8种重金属元素含量随深度的变化曲线形态来看,Hg、Cd 2种元素与Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、As6种元素曲线形态显示差异性,Hg、Cd元素在土壤中赋存、迁移等应具特殊性,有待进一步研究.,2煤矸石堆对周围土壤中重金属元素的影响分析-田采霞通过对演马矿矸石山周围的表层土壤进行监测,结果表明:演马矿矸石山周围土壤Cd污染程度较轻;Cr,Zn污染程度较重,Zn含量与矸石堆距离呈非线性负相关关系,距离矸石堆越远污染程度越轻;土壤开始受到Pb污染,并有加重的趋势;土壤受Cu污染不明显.同时提出对煤矸石更加合理的管理措施. 3焦作矿区煤矸石山周围土壤和玉米作物重金属污染研究-李旭华以焦作演马矿区
19、为例,研究煤矸石长期堆放对周围土壤和玉米作物造成的重金属污染.根据当地地形地貌在矸石堆周围呈放射状布设3条采样线,用HCl-HNO3-HF-HClO4全分解法和HNO3-HClO4湿法消解土壤和玉米样品,检测土壤和玉米(叶、茎和籽)中主要有害重金属元素(Pb、Cu、Cr、Zn).研究表明:土壤和玉米中Pb和Zn含量超标,且距离矸石堆由近及远土壤和玉米作物中重金属含量呈下降趋势,重金属在玉米作物不同部位的富集能力表现为叶中最高,茎次之,籽最低.,2疏干排水引起的水文地质环境问题,1）露采和井巷开掘均会使地下水的赋存状态发生变化、改变地下水的径流和排泄条件，浪费地下水源，地下水水位下降，水文环境恶
20、化。（山西，九里山）2）矿井突水事故。常见的地质灾害。30年来，因突水淹没矿井58次，部分淹井64次，经济损失27亿元。84年，开滦范各庄大水灾，损失5亿元，河南焦作矿，突水事故270次，突水淹没矿井19起。,山西采矿造成18个县缺水，26万人吃水困难，30多万亩水浇地变旱地,焦作九里山矿多年排水使地下水位下降最深90m,3）沿海地区矿井，疏干排水使海水入侵，破坏淡水资源，影响植物生长。4）更严重的是,某些矿山由于排水,疏干了附近的地表水,浅层地下水长期得不到补充恢复,影响植物生长;有的矿区甚至形成土地石化和沙化,生态环境遭到破坏。,三、对土地资源的影响2000-300万亩,1露天开采对土地资
21、源破坏及其他影响表层土的剥离和挖损。,露天煤矿大都位于人口密度较稀疏的西部和北部, 属于干旱或半干旱的环境脆弱区,如霍林河矿区、伊敏河矿区位于草原风沙区,平朔矿区、准格尔矿区位于水土严重区,神府东胜矿区位于毛乌素沙漠和西北黄土高原过渡地带的沙化区。矿区的开发加剧了水土流失和土地沙漠化。,2井下开采引起崩塌、滑坡、地面开裂与沉陷等土地破坏,矿山井下开采,由于采空和顶板岩石的冒落,地面发生大面积塌陷,致使大量良田废弃,村庄搬迁。我国96%的煤炭来自于井工开采,因而采煤沉陷是我国煤矿区最主要的生态破坏形式。据不完全统计,截至2007年底,我国因煤炭开采沉陷土地总面积已达40万ha,平均开采万吨煤沉陷
22、土地面积0.2ha,按年采2000Mt计,采煤沉陷土地还以44000ha/a的速度递增。,崩 塌,崩 塌,滑 坡,滑 坡,地面开裂,地面开裂,3煤矸石和粉煤灰的堆放侵占大量土地,煤炭的开采和分选加工产生了大量的煤矸石,坑口发电厂又产生大量的粉煤灰。据统计,我国有煤矿现有的矸石山有1000余座,总堆积量达30亿t,并且每年排放1.5亿2.0亿t,占地面积超过55km2。综合利用率只占20%-40%。大量矿山固废占用农田，污染矿区环境，破坏生态平衡。,四、对地貌景观以及植被的影响,工业广场井架高耸、管线密布（见图）;排矸(矸石山、矸石堆)无观赏价值且污染大气、土壤和水体环境;地表下沉引起地表积水或
23、地貌改变;建筑物倒塌、裂缝;地表水污染、河水倒灌等。露天开采可将矿区土地破坏得面目全非,原有的生态环境难以恢复。,五、噪声污染,矿山采矿机械振动(包括凿岩机、钻机、风机、空压机和电机等)、爆破、机械维修、选矿作业以及矿区运输系统。矿山噪声源数量多、分布广, 许多设备和作业区的噪声超过90dB的国家标准,对矿山工厂和附近居民造成危害。,六、引发地质灾害,采矿过程中,在一定的地质、地形及气象条件下,在矿山及其相邻地带会发生山体崩塌、滑坡、泥石流、尾矿库溃坝等地质灾害。,复习与回顾,1矿产资源的定义及分类,矿产资源简称矿产，是指由地质作用形成的，具有利用价值的，呈固、液、气的天然矿物和矿石资源，他们是地球演化进程中，由成矿作用使地球中分散的化学元素富集形成的。,能源矿产、金属矿产、非金属矿产和水气矿产,2矿产资源的特性,（一）不可再生性（二）成矿作用的多样性与复杂性（三）共生与伴生矿（四）分布的不均衡性（五）数量与产量的不确定性,3矿产资源的利用,4矿山环境问题表现在哪些方面？,
