矿山地质环境综合调查

中国目前主要的矿山地质环境问题及危害的种类：一是地面（沉）塌陷、边坡失稳等地面变形问题严重。中国大部分矿产采用井下开采。采空区地面塌陷是形成矿山环境的主要问题。煤炭采空区地面塌陷最为严重。二是矿山土地植被破坏问题突出。矿业活动对土地（植被）的影响和破坏难以避免，随着开发工作的进展，必须及时进行恢复、治理。三是地下水系及含水层的破坏。一些地下水均衡系统以及含水层结构因矿产资源的开采活动受到破坏，导致区域性地下水位下降。某些地区地下水下降数十米甚至上百米，形成大面积疏干漏斗，造成泉水干枯、水资源枯竭以及污水入渗等，破坏了矿区的生态平衡。四是地下水的污染。矿产资源的不合理开发，加剧矿区及周边工农业生产用水和人畜用水短缺；而尾矿、固体废弃物的堆放，不仅占用了大量土地，损坏地表，而且造成地下水环境的严重污染。
据全国矿山地质环境调查数据初步统计，截至 2008 年底，全国矿山共引发地质灾害超过 1.7 万处，造成死亡约 4300 人，直接经济损失 230 亿元。其中因地下开采引发地面塌陷 4500 多处、地裂缝 3000 多处；采空、开挖、不合理堆渣诱发滑坡 1200 多处；废渣堆放处置不当引发泥石流 680 多处；开山炸石、矿山修路、建房形成了大量峭壁悬崖，诱发崩塌 1000 多处。占用破坏土地面积约 330 万公顷，其中地面塌陷面积 45 万公顷。全国矿山固体废弃物年产出量约为 16.7 亿吨，累计积存量达 353.3 亿吨。全国矿山废水产出量约 60.9 亿立方米，2008 年排放量 48.9 亿立方米。
中国矿产资源开发对矿区地质环境影响严重的区域有88个，面积约5.3万平方千米；影响较严重的区域有 317 个，面积约 38.4 万平方千米；影响轻微的区域 610 个，面积约 138.1 万平方千米。
矿产资源开发对周边地质环境造成一定程度影响的矿业城市共有 231 个，其中影响严重的矿业城市 30 个，影响较严重的矿业城市 101 个，影响轻微的矿业城市 100 个。
全国 86 个矿产资源集中开采区矿山地质环境发展趋势预测结果为：矿山地质环境影响加重区共有 13 个，区域面积约 14 万平方千米，区内矿山面积 89 万公顷；发展趋势平稳区66个，区域面积约72.2万平方千米，区内矿山面积约189万公顷；减缓区7个，区域面积约 15 万平方千米，区内矿山面积约 17 万公顷。
2006 年以来，国土资源部在国土资源大调查中部署开展了矿产资源多目标遥感调查工作，利用遥感技术（RS）对全国 85 个重点矿区的 32137 个矿山开展动态调查监测，并应用全球卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）等先进技术，对重点矿区矿山地质环境状况进行调查评价。

郭振中1,2　裴捍华2　黄卫星2　杨亲民2
（1中国地质大学水资源与环境工程学院，北京，100083；2山西省地质调查院，太原，030001）
摘要　本文通过对山西六大煤田与煤矿山环境地质问题现状的概略介绍，对目前调查中存在的问题及今后所应开展的工作，提出了几点思考。对矿山环境地质综合评价问题，笔者认为应将对各类煤矿山环境地质问题的分析从专业角度向社会经济方面延伸，并以后者作为统一综合对比的结合点，同时提出了应开展采煤造成地应力改变影响岩溶水、采煤引起土地沙化、各类保安煤柱计算及移动角实测、煤矿山环境地质模式、各类煤矿山环境地质模型建立方法的研究工作。
关键词　煤矿山　环境地质　调查　思考
1　山西煤田概况
山西含煤建造主要以晚古生界石炭系上统太原组和二叠系下统山西组为主，分布于全省各煤田，煤炭储量占全省总储量98%，开采潜力巨大；其次为中生界侏罗系大同组，分布于大同煤田及宁武煤田北部地区，其储量约占全省的1.6%，可采煤层已所剩无几；第三为新生界第三系含煤建造，分布于繁峙、垣曲等地，储量不多。按煤田沉积环境、地质构造特征、煤质变质规律等综合因素，山西自北向南主要分布大同、宁武、西山、霍西、沁水、河东六大煤田，煤矿山环境地质问题也多发于此，其他地区的小型煤田，问题较少且程度较轻。六大煤田基本情况见表1。

表1　山西六大煤田基本情况统计表

2　山西煤矿山环境地质问题现状
据统计资料，山西省煤矿目前采动面积约5500km2。造成的环境地质问题，据2002年10月山西省地质调查院提交的《山西省重点地区矿山生态环境地质调查评价报告》，在调查的大同、宁武、西山、霍西、沁水（含太原东山、阳泉、潞安、晋城四大矿区）五大煤田内，主要地质灾害为开采沉陷、地裂缝、崩塌、滑坡、泥石流、煤层自燃、疏排地下水、污染水资源、破坏耕地植被等。各类环境地质问题情况见表2。

表2　各类环境地质问题情况统计表

3　山西煤矿山环境地质调查工作思考
山西是我国北方地质灾害的多发省，同时也是煤矿山环境地质问题最严重的省，然而由于种种原因，山西煤矿山环境地质问题调查工作自1990年以后才逐步引起重视，且在1999年以前开展的工作大多是由于环境地质问题造成矛盾纠纷后，为甲乙双方进行协调或为诉诸法律案件提供依据而开展的点上调查。代表性有限，整体规律不强，难以宏观确定山西煤矿山环境地质问题的整体规模、程度大小、损失多少，难以分析确定不同地质环境、不同开采矿种、不同开采层位、不同开采方式下产生的不同环境地质问题模式。山西省环境地质总站1999年提交的大同矿区地质灾害调查报告、2000年12月提交的山西省1∶50万环境地质调查报告及山西省地质调查院2002年6月完成的山西省重点地区矿山生态环境地质综合调查评价（1∶25万）工作，揭开了山西煤矿山环境地质问题调查工作的新序幕。
山西省1∶50万环境地质调查根据灾害程度将山西省环境地质问题分为强、中、弱及不发育四个大区、34个亚区，用定性分析法进行了分区评价预测。山西省重点地区矿山生态环境地质综合调查评价（1∶25万）依据实际调查的地面塌陷、地裂缝、房屋裂缝、固体废弃物、崩塌、滑坡、泥石流、煤层自燃8类煤矿山环境地质问题数量按2km×2km单元格进行灾种分布统计，进行数字化叠加分析，采用袭扰系数法进行矿山生态环境地质综合评价；确定重点地区生态环境地质破坏面积为1925km2，其中严重破坏面积562km2，中等破坏面积696km2，轻微破坏面积667km2；据各矿山2010年前生产计划及国家十五规划，将各矿区生态环境地质发展趋势分为恶化区、恢复区及自然状态区；评价及预测分别在1∶10万图件上按2km×2km单元格进行。
上述两项目及近年来开展的部分矿区大比例尺环境地质调查、1∶5万县（市）地质灾害调查与区划等工作，为山西省煤矿山环境地质问题宏观规律的总结、形成模式的建立、防治对策的提出积累了资料、打下了基础。对目前调查中存在的问题及今后所应开展的工作，笔者提出如下思考。
3.1　矿山环境地质综合评价问题
矿山环境地质综合评价是以各类环境地质问题的强度规模、活动次数、分布密度、损失大小等为标志的，这些要素决定了环境地质问题的破坏强度、发生次数、危害范围，是进行综合评价、确定损失程度的关键因素。然而不同种类的煤矿山环境地质问题，危险性要素标志是不一致的，当矿山存在多类环境地质问题时，进行矿山环境地质综合评价，各类问题权重的定权难题就突现出来，而这一权重又与矿山开采矿种、地质环境、开采规模、开采层位、开采方式等密切相关，具多样性、复杂性、不确定性，这就使得不同部门、不同地区、不同时间甚至不同部门在同一地区开展的矿山环境地质综合评价难以对比，给政府部门制定治灾减灾防灾预案、方案带来诸多不便。尽管近些年来不少学者和研究机构提出了一些建议，但迄今尚未形成统一的点、面或区域矿山环境地质要素综合评价方法，这是我们今后开展此类工作所应解决的首要问题，应尽快建立相应规范或要求。
目前各类环境地质问题权重的定权方法主要有专家打分法、调查统计法、序列综合法、公式法、数理统计法、层次分析法、复杂程度分析法等；矿山环境地质综合评价方法主要有专家确定法、工程类比法、因子得分法、袭拢系数法、概率统计法、聚类分析法等；这些都是对评价环境地质问题的危险性而言的，专业性较强，不同评价方法及结果难以综合对比。笔者认为应将对各类矿山环境地质问题的分析从专业角度向社会经济方面延伸，并以后者为统一综合对比的结合点。要论证这些问题对人类、城镇、建筑、交通、土地、水源、农作物、植被等产生的破坏效应，进而确定具体的灾害受灾体，再依据国家相关标准对受灾体的损毁等级及价值损失率等进行确定，最后从经济角度对矿山环境地质问题破坏损失进行评价。对一些只进行过区域调查难以确定灾害点数、危害范围的区域评价，可用环境地质问题危害强度指数（危险性指数×易损性指数）法进行评价。以其大小或强弱作为矿山环境地质问题受灾程度的划分标准，就能做到统一标准、综合对比。总之要将矿山环境地质问题的危险性分析与易损性分析有机结合，以其破坏损失（经济价值）或危害强度评价为目标开展工作。
3.2　采煤—地应力—岩溶水关系问题
煤矿开采对于当地地层而言，相当于人工卸荷，采煤后采空区周边一定范围内地应力势必发生变化，地应力的改变对在碳酸盐岩裂隙、溶隙（孔、洞）中运移的岩溶地下水来讲，不可能不产生影响。首先在水动力场中正常运移的岩溶地下水，由于地应力改变，岩溶水的运移速度及方向必然产生变化；其次煤矿开采、地应力改变，造成裂隙发育，加强了煤系地层与下伏奥陶系岩溶层的联系，对带压采区，采煤排水量增加，使得岩溶水资源减少加快；对无压采区，煤系地层地下水渗漏使得岩溶水资源遭受污染。我们过去的工作，地应力实测资料极少，对这方面的研究尚属空白，今后应加强。要研究地应力改变影响岩溶水运移的模式及机理，研究山西省煤矿开采产生地应力改变对岩溶水的影响程度。
3.3　采煤引起土地沙化问题
露天煤矿开采，剥离上覆岩土层及植被，必然造成土地沙化；地下煤矿采空区形成的地面塌陷、地裂缝，往往将土层中的细颗粒物质带入深部地下，使上部土地逐渐沙化，在耕地区还伴随着跑肥现象，这是采用一般复垦手段难以恢复的。这些煤矿山环境地质问题的形成模式、危害程度、评价方法、防治措施？是我们以往调查工作忽视或不重视的，也是我们今后应注意研究的课题。
3.4　保安煤柱留设计算问题
山西煤矿绝大多数分布在沟壑纵横的丘陵山区，这就使得开采煤层采空区上部的荷载分布很不均匀，而以往及目前使用的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中计算保安煤柱的关键参数移动角（上山、下山及走向三方向）的实测值山西各大矿区多未开展，只是阳泉一、二、三、四矿及太原西山西曲、官地、镇城底、西铭矿进行过实测，代表性有限，故山西许多保安煤柱的计算具有先天不足，一是因为移动角多为引用，二是因为计算公式对上部荷载分布不均的因素考虑不够。在荷载分布不均的采空区上部，易形成剪切作用，从而使其产生的煤矿山环境地质问题表现形式、灾害程度与荷载分布均匀或不同分布不均的采空区上部有所不同，这就是山西许多煤矿企业已按国家相关要求预留了保安煤柱，但在煤矿开采过程中，仍就在保护区内产生开采沉陷、地裂缝及房屋等裂缝的主要原因之一。今后应加强此方面的研究。
3.5　环境地质问题模式确定问题
山西地质构造条件复杂，由于各煤矿所处地质环境、开采煤层、开采规模、开采方式各不相同，且上覆地层的岩性、厚度也因地而异，故造成煤矿山环境地质问题的程度和模式是有较大差异的。如大同矿区，由于侏罗系大同组煤层顶板坚硬、性脆、抗压强度高，采空区稳定时间难以预计，当矿柱支承条件不够时，往往发生一次性冒落地震，危害极大；在潞安矿区，由于开采煤层山西组、太原组顶板的硬度相对较软，且地表较平，往往形成渐进式大于采空区的地面沉陷，稳定时间也相对较易预测；分布在山区的煤矿，由于上部荷载分布不均，往往造成保安煤柱内的煤矿山环境地质问题。应在开展1∶25万矿山环境地质调查等的基础上，进行1∶10万～1∶5万甚至更大比例尺的调查，综合研究，确定各矿区环境地质问题模式，这对煤矿山环境地质问题的整治与预防是非常必要的。
3.6　分析预测模型建立问题
单项煤矿山环境地质问题分析预测模型的建立对掌握灾害发展趋势、开展灾害预警预报以及为政府部门制定减灾防灾预案、进行宏观决策意义重大。山西目前在此方面的工作尚属起步阶段，建立的模型较少，难以满足工作的需要。《山西省重点地区矿山生态环境地质综合调查评价》项目运用三维可视化渗流软件——Visual Modflow，建立了符合平朔安家岭煤矿矿井水的可视化三维渗流模型并进行了模拟预报；其他项目在受中央领导关注的长治崔蒙矿区、太原西山矿区等地也建立了相应模型。模型的建立要在地质灾害模式确定的基础上进行，应用空间信息系统，从三维角度对灾害体进行研究，再与长期观测资料结合，进行模拟，最终用于预警预报。目前用于采煤影响地下水方面建模的软件较多，如GMS、Peflow、Modflow等，而用于采煤造成开采沉陷、地裂缝、崩塌、滑坡、泥石流等方面的软件极少，今后应加强研制。
参考文献
[1]郭振中.山西采煤地质灾害模式浅析.中国地质灾害与防治学报第八卷增刊，1997（10）.
[2]周爱国等.地质环境质量评价理论与应用.武汉：中国地质大学出版社，1998.
[3]张梁等.地质灾害灾情评估理论与实践.北京：地质出版社，1998.
[4]刘传正.地质灾害勘查指南.北京：地质出版社，2000.

在国务院确定的44个资源枯竭型城市开展矿山地质环境动态监测，建立44个国家级矿山地质环境动态监测示范区；实施国务院确定的44个资源枯竭型城市矿山地质环境治理恢复示范工程。

一、战略重点

矿山地质环境调查与动态监测。面向矿山地质环境保护与治理工作需要，在国务院确定的44个资源枯竭型城市开展矿山地质环境调查与动态监测，建立典型矿区矿山地质环境监测示范区，建立全国矿山地质环境动态监测信息系统和数据库，提出矿山地质环境治理恢复初步方案。

矿山地质环境治理恢复示范。实施国务院确定的44个资源枯竭型城市矿山地质环境治理恢复示范工程，解决历史遗留的矿山地质环境问题；建立矿山地质环境治理恢复数据库。

二、部署建议

（一）矿山地质环境调查与动态监测

1.工作现状

2005年底，完成了全国矿山地质环境摸底调查，共调查矿山113149处，其中生产矿山97368处，闭坑矿山11509处，在建矿山3759处，其他矿山513处。通过调查基本摸清了我国矿山地质环境现状，初步查明了存在的主要矿山地质环境问题，包括地面塌（沉）陷、地裂缝、崩塌、滑坡、泥石流、地下含水层破坏、地貌景观破坏等。据统计，煤炭矿山的地质环境问题最为严重，采煤塌陷占塌陷总面积的97.43%。金属矿山固体废物年产出和累计积存量最大，分别占总量的48%和52%。非金属矿山的数量最多，对地形地貌景观破坏相对严重。

2.工作目标

到2012年，国务院确定的44个资源枯竭型城市矿山地质环境调查，建立44个国家级矿山地质环境动态监测示范区，掌握矿山地质环境动态变化，预测矿山地质环境发展趋势，为资源枯竭型城市的矿山地质环境治理恢复提供基础资料和依据。

3.工作任务

重点区域矿山地质环境调查。开展国务院确定的44个资源枯竭型城市矿山地质环境调查。重点查明区域内矿山地质环境问题类型、分布、规模和危害程度，分析矿山地质环境问题的诱发因素、形成机理以及区域地质环境背景对矿业活动的敏感性和制约作用，评价矿山地质环境质量，预测其发展趋势，提出矿山地质环境保护与综合整治措施。

矿山地质环境动态监测体系建设。在国务院确定的44个资源枯竭型城市矿山地质环境调查基础上，紧密结合全国矿山地质环境恢复治理重点工程的实施，选择典型矿区建立以矿山企业自主监测为主，定期专业监测与应急监测相结合的监测体系。监测控制《全国矿产资源规划》所确定的矿山地质环境重点治理区和矿产资源枯竭型城市的矿山地质环境发展动态与治理成效。开发全国矿山地质环境信息系统，建立全国矿山地质环境动态监测数据库，逐步实现对全国矿山地质环境动态变化趋势的有效掌控，促进全国矿山地质环境治理恢复工作的开展。主要工作任务如下：

（1）东北地区资源枯竭城市矿山地质环境治理：主要部署在黑龙江伊春、七台河、五大连池，吉林辽源、白山、舒兰市、九台市、敦化，辽宁阜新、盘锦、抚顺、北票、葫芦岛市杨家杖子开发区、葫芦岛市南票区、辽阳市弓长岭区。调查面积为20000平方千米。

（2）华北地区资源枯竭城市矿山地质环境治理：主要部署在内蒙古阿尔山市、大兴安岭地区，河北承德市鹰手营子矿区、张家口市下花园区，山西孝义市。治理面积为8000平方千米。

（3）华东地区资源枯竭城市矿山地质环境治理工程：主要部署在山东枣庄，安徽淮北、铜陵，江西萍乡、景德镇。治理面积为8000平方千米。

（4）中南地区资源枯竭城市矿山地质环境治理：主要部署在河南焦作、灵宝，湖北大冶、黄石、潜江、钟祥，湖南耒阳、冷水江、资兴。治理面积为10000平方千米。

（5）西南地区资源枯竭城市矿山地质环境治理：主要部署在贵州铜仁地区万山特区，广西合山，重庆市万盛区，四川华蓥市，云南个旧、昆明市东川区。治理面积为8000平方千米。

（6）西北地区资源枯竭城市矿山地质环境治理：主要部署在陕西铜川市，宁夏石嘴山，甘肃白银、玉门市。治理面积为5000平方千米。

（二）矿山地质环境治理恢复示范

1.工作现状

据不完全统计，2000年以来全国用于矿山地质环境治理资金达到110亿元，其中中央财政安排支出预算约50亿元，地方财政和企业自筹资金近60亿元，治理矿山近1500个，治理恢复土地面积约4.97万公顷。利用矿山地质遗迹，建成了11家国家矿山公园。

2.工作目标

实施国务院确定的44个资源枯竭型城市矿山地质环境治理恢复示范工程，解决历史遗留的矿山地质环境问题，促进矿产开发与矿山地质环境保护协调发展。

3.工作任务

优先考虑闭坑矿山、废弃矿山（矿井）、政策性关闭矿山和国有老矿山的历史遗留矿山地质环境问题，特别是严重影响到人居环境、工农业生产、城市发展、国家重大工程实施、矿山公园建设、资源枯竭型城市的重大矿山地质环境问题。实施国务院确定的44个资源枯竭型城市矿山地质环境治理恢复示范工程，解决历史遗留的矿山地质环境问题，促进矿产开发与矿山地质环境保护协调发展。主要工作任务如下：

（1）东北地区资源枯竭城市矿山地质环境治理恢复：主要部署在黑龙江伊春、七台河、五大连池，吉林辽源、白山、舒兰市、九台市、敦化，辽宁阜新、盘锦、抚顺、北票、葫芦岛市杨家杖子开发区、葫芦岛市南票区、辽阳市弓长岭区。治理面积为15000平方千米。

（2）华北地区资源枯竭城市矿山地质环境治理恢复：主要部署在内蒙古阿尔山市、大兴安岭地区，河北承德市鹰手营子矿区、张家口市下花园区，山西孝义市。治理面积为5000平方千米。

（3）华东地区资源枯竭城市矿山地质环境治理工程：主要部署在山东枣庄，安徽淮北、铜陵，江西萍乡、景德镇。治理面积为5000平方千米。

（4）中南地区资源枯竭城市矿山地质环境治理恢复：主要部署在河南焦作、灵宝，湖北大冶、黄石、潜江、钟祥，湖南耒阳、冷水江、资兴。治理面积为9000平方千米。

（5）西南地区资源枯竭城市矿山地质环境治理恢复：主要部署在贵州铜仁地区万山特区，广西合山，重庆市万盛区，四川华蓥市，云南个旧、昆明市东川区。治理面积为6000平方千米。

（6）西北地区资源枯竭城市矿山地质环境治理恢复：主要部署在陕西铜川市，宁夏石嘴山，甘肃白银、玉门市。治理面积为4000平方千米。

（三）矿山地质环境保护与治理技术创新

1.工作现状

目前，国内主要是针对某个典型矿区开展过矿山地质环境治理技术方面的研究，由于矿山地质环境背景不同，不同矿井开采技术条件差别也很大，导致了矿山地质环境的破坏方式和程度上的差别。传统的地质环境治理仅是在塌陷区内小范围的覆土造地，或者采用简单的挖深填浅的理念进行治理，达不到矿区环境整体恢复的治理效果。

2.工作目标

开展矿山地质环境保护与治理技术研究，提高矿山地质环境调查、监测、保护和治理的科技水平。研究制定矿山地质环境相关技术标准，加强矿山地质环境领域的科学研究，完善矿山地质环境管理信息系统建设，加快矿山地质环境科学领域人才培养，提高矿山地质环境方面的装备水平。

3.工作任务

着力提升矿山地质环境保护与治理科学技术水平和支撑保障能力，重点开展矿山地质环境调查、监测、预防、治理恢复关键技术研究；开展矿山废弃物循环利用实用技术研究和采矿活动引发地质灾害的规律研究、矿山地质环境质量定量评价指标体系和预警模型研究、矿山地质环境防治理论与调控原理研究、地面沉陷区地表构筑物和重大工程安全风险评价方法研究、全国矿山地质环境综合管理信息系统平台研究等。