第五章矿产资源开发与地质环境.ppt
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1、第五章 矿产资源开发与地质环境,第一节 矿产资源及其特性 第二节 矿产资源开发对地质环境的影响 第三节 矿山地质环境治理,第一节 矿产资源及其特性 一、矿产资源的概念及其特征 资源(resource) 是指维持生命和生活所必需的和经常利用的物质。 可更新资源(renewable resource)指通过比较迅速的自然循环作用或人为作用能为人类反复利用的各种自然资源,如空气、淡水、生物产物(食物、木材)等。 不可更新资源(non-renewable resource) 是指在人类开发利用后,在现阶段不可能再生的自然资源,如煤炭、石油等矿产资源。,广义的矿产资源指在内外力地质作用下,元素、化合物、
2、矿物和岩石相对富集,人类开采后能得到有用商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或潜在经济价值的形态和数量。 能源资源:矿物燃料和核燃料; 原料资源:有金属矿产和非金属 矿产,矿产资源的特征 不均匀性 有限性 相对性 生态性,(一)矿产的种类与成因 1. 矿产资源的种类 (l)金属矿产:金属矿产指能够作为工业上提取金属原料的有用矿物资料。 黑色金属矿产、有色金属矿产、贵金属矿产、稀有金属矿产 (2)能源矿产:又称矿物燃料,包括煤、泥炭、石油、天然气、铀矿等。 (3)非金属矿产:指那些除能源矿产、金属矿产外,能够提取有用非金属元素、化合物或能直接利用的
3、岩石和矿物集合体。,二、矿产资源的供给与需求,(一)矿产的种类及成因,2.矿产的成因 矿产的成因与地质循环密切相关,并受构造作用、地球化学循环以及水循环等作用的影响。 矿产的形成作用一般包括:岩浆作用、变质作用、沉积作用、生物作用和风化作用等。,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,5.1 矿产资源及其特性,矿产资源的供求状况,储量不均 生产技术与能力有限,第二节 矿产资源开发对地质环境的影响,勘察 采掘 冶炼 加工 使用 废弃,二、露天开采对地质环境的影响,土地资源的占用和破坏 露天矿边坡失稳破坏 水土流失,二、露天开采对地质环境的影响,(一)土地资源的占用和破坏 目前,世界上年产151
4、04t以上矿石的矿山大约有一半是露天开采,矿石产量的75%左右来自露天开采。如中国山西的平朔煤矿等。 中国重点金属矿山,约有90%为露天开采,每年剥离岩土约为(2.22.6) 108t,露天矿坑及堆土场侵占大量农田。,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,山西朔州平朔安太堡露天煤矿矿坑,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,据初步统计,截止2006年全国矿业开发占用和损坏的土地面积为154.5万公顷,其中尾矿堆放91.5万公顷,露天采坑23.0万公顷,采矿塌陷33.0万公顷。,边坡的稳定性: 边坡一般是指具有倾斜坡面的土体或岩体,由于坡表面倾斜,在坡体本身重力及其他外力作用下、整个坡体
5、有从高处向低处滑动的趋势,同时,由于坡体土(岩)自身具有一定的强度和人为的工程措施,它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。一般来说,如果边坡土(岩)体内部其一个面上的滑动力超过了土(岩)体抵抗滑动的能力,边坡将产生滑动,即失去稳定;如果滑动力小于抵抗力则认为边坡是稳定的。,(二)露天矿边坡失稳破坏,边坡失稳防治原则:,以预防为主,综合整治。在边坡开挖和采矿过程中,应及时排除地表水、深降强排地下水,减少爆破次数、降低爆破强度,合理确定不同深度岩体的边坡角,适时修正边坡轮廓,提高边坡稳定性等。对大型采矿边坡,还需构筑抗滑挡土墙、抗滑桩、灌注水泥砂浆及减载、排水等工程措施。,二、露天开采对地质环境的影响,(
6、三)水土流失 水土流失(water and soil loss)是指“在水力、重力、风力等外营力作用下,水土资源和土地生产力的破坏和损失,包括土地表层侵蚀和水土损失,亦称水土损失。”(中国水利百科全书第一卷 废石堆、尾矿坝如果设置不当或管理不严,会造成严重的泥石流、滑坡等事故,导致更大范围的土地破坏以及生命财产的损失。,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,2008年9月8日上午8时许,山西临汾市襄汾县的陶寺乡塔山矿区因暴雨发生泥石流,宽约600米,长约3公里的泥石流将下游的一个农贸集市和两个村子的部分房子冲垮,造成下游塔儿山铁矿尾矿库发生溃坝,造成300多人伤亡 。,松江流域 板石沟铁矿
7、露天开采现场水土流失,三、地下采矿对地质环境的影响,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,据初步统计,2006年全国因矿业活动引发地质灾害190起,造成人员伤亡18人,造成直接经济损失11465万元,主要分布在贵州、湖南、内蒙古、河南、山西、重庆、辽宁等省(区、市)。,三、地下采矿对地质环境的影响,(一)采空区地面变形 矿区地面变形:采用井下开采的矿山,由于采空区上覆岩土体冒落而在地表发生大面积变形破坏并伴随地表水和浅层地下水漏失的现象和过程。分为地面塌陷和地裂缝。,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,晋陕蒙接壤地带,山体塌陷,据初步统计,中国因采矿引起的地面塌陷已超过180处,累计
8、塌陷面积达1150km2。中国发生采矿塌陷灾害的城市近40个,造成严重破坏的25个。,三、地下采矿对地质环境的影响,(二)破坏水文地质环境 井巷开掘,使地下水的赋存状态发生变化;矿床疏干排水改变了地下水的天然径流和排泄条件,同时导致地下水资源的巨大浪费,使区域地下水水位大幅度下降,造成矿区水文地质环境的恶化。 矿床开采对岩体原始应力场的影响的深度,露天开采时可达500-700m,地下开采时可达1500-2500m。,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,1.矿井突水 许多矿床上覆和下伏地层为含水层,特别是石炭二迭纪煤系地层,不仅煤系内部有含水性强的地层,下伏巨厚奥陶纪灰岩,含水丰富,使煤层
9、受到来自下部灰岩地下水高水压的威胁,在构造破碎带和隔水层薄的地方发生突水,严重威胁着矿井和矿工的生命安全。 据统计,中国主要煤矿区,因突水全淹矿井已达58次之多,造成经济损失27亿元。,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,2.海水入侵(沿海地区) 沿海地区,因疏干排水,海水入侵,破坏当地的淡水资源,影响生活供水和生态环境。 3.区域地下水位下降 对进入井巷内的地下水或威胁井巷安全的地下水进行疏干排水,从而使矿区附近的浅层地下水被疏干,造成区域地下水水位下降,生态环境恶化,造成矿区附近水源短缺,影响人民群众日生活和经济发展。 山西省因采煤造成18个县缺水,20多万人吃水困难,2万公顷水浇地
10、变成旱地。开滦范各庄矿突水后,以突水点为中心的10余公里范围内,水位下降了2030m。,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,三、地下采矿对地质环境的影响,(三)矿区山体开裂破坏 崩塌(又称崩落、垮塌或塌方)是从较陡斜坡上的岩、土体在重力作用下突然脱离山体崩落、滚动,堆积在坡脚(或沟谷)的地质现象。 高陡临空地形地貌部位,由于山崖或山脚的采矿活动,常造成上覆山体开裂变形,甚至发生崩塌灾害。 中国湖北盐池河磷矿山体崩塌、四川鸡冠岭山崩,以及长江西陵峡链子崖山体开裂等均与山脚采矿活动有关。,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,2009年6月5日15时许,重庆市武隆县铁矿乡鸡尾山一采矿区发
11、生山体垮塌,上百万方山石涌进山谷,导致一个采石场及6个居民户被掩埋。,滑坡是由于地质构造面的作用,上部岩体沿该结构面滑动;崩塌是由于地下采空区承受力不足而发生地表现陷落。,破坏机制为:原有裂隙规模扩大并由闭合发展为张开状态,或产生新的裂隙,继而产生倾斜变形、膨胀,局部出现滑移,最后出现崩塌。,三、地下采矿对地质环境的影响,(四)采矿诱发地震与岩暴 采矿诱发地震是指开采地下固体、液体矿产过程中出现的地震。按成因分为诱发构造型矿震、诱发塌陷型矿震及掌子面岩爆、煤爆诱发矿震等三类。 1.诱发构造型矿震 是因采矿导致断层的复活和弹性能量的提前释放造成的地震。进一步分为采矿直接引起矿震和抽水采矿诱发矿震
12、两类。,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,采矿直接引发矿震是由于采矿使地下应力失去平衡而诱发的地震。 是把冲击地压、突出、大面积顶板垮落等岩体失稳过程引起的矿区范围的震动破坏现象统称之矿震。 如辽宁省北票煤田台吉井区 2005年2月14日,阜新矿业集团公司孙家湾煤矿海州立井发生特大瓦斯爆炸事故,爆炸前发生矿震 采矿抽水也可诱发地震。抽水后,断裂面失去水压而发生卸荷作用,形成偏差应力。当偏差应力大于断面的抗剪强度时,即诱发地震。 如湖南省恩斗桥矿区,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,2.诱发塌陷型地震 多起因于采空区和顶板陷落。地震波由顶板块体脱落敲击底板而产生,矿震分布范围较小
13、,震源极浅,大多处于开采平面上。震级小但震中烈度高,在岩溶发育地区经常出现。,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,3.岩爆 岩爆又称冲击地压,是指承受强大地压的脆性煤,矿体或岩体,在其极限平衡状态受到破坏时向自由空间突然释放能量的动力现象,是一种采矿或隧道开挖活动诱发的地震。在煤矿、金属矿和各种人工隧道中均有发生。 岩爆属于小规模的地应力释放现象,表现为坑壁岩石碎块或煤块等突然从围岩中弹出,并伴随巨响、气浪和震动;抛出的岩块大小不等。四川绵竹天池煤矿最大的一次将约20t的煤抛出20m以外。,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,四、工矿废物对地质环境的污染,1.选矿废水污染 中国每年
14、排放36108t选矿废水,含有许多有害金属离子和物质,悬浮物超标。 江西某含硫多金属矿床,排放pH为3的废水,造成矿区附近河水污染,鱼虾绝迹,金属离子超标,矿山下游25km长河段河水不能饮用,同时造成矿区地下水和土壤污染。,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,2.煤矸石污染 煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物,是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al2O3、SiO2,另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5
15、、SO3和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。,煤矸石中含有大量的有机成分,同时富含金属、碱土金属和硫化物等,通过大气降水淋滤而污染环境。 大量可溶性无机盐溶于水中直接进入地下水,造成矸石山周围地下水污染,主要表现为高矿化度、高硬度、硫酸盐、钠离子含量普遍高于背景值。 如辽宁抚顺煤田的煤矸石造成地下水污染p96,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,五、矿产资源开发影响地质环境的主要因素,(一)矿产资源开发利用阶段,环境地质学第五章 矿产资源开发与地质环境,(二)采矿方法 露天开采:严重破坏地表景观,并占用大量土地,造成环境污染; 地下采矿:地面沉降或地面塌陷等。 (三)矿物特性 (四)其它因
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