环境类论文Word格式文档下载.docx
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的主要环境问题,这些问题在一些矿山是以单独形式
存在的,但我国大部分矿山往往是同时存在多个矿山
环境问题,只不过有些问题是相对严重一点,而另一些
则相对较轻。
因此,矿山环境问题评价应该划分为单
问题评价和多问题综合评价两大类。
另外从时间角度
出发,矿山环境评价又包括过去演变历史评价、现状评
价和演化趋势预测评价三大部分。
3.1单环境问题评价
(1)“三废”问题固体废弃物:
固体废弃物堆积
是矿山环境面临的一个主要问题,它一般包括煤矸石、
粉煤灰、剥离废弃物、废石(渣)、尾矿库和含放射性物
质等固体废料。
固体废弃物堆积一般具有6大环境效
应问题,即占地、堆积体边坡稳定、淋滤污染、风化扬尘
污染、自燃的大气污染和放射性效应J。
占地效应评价:
根据固体废弃物在航卫片上成相
的形态、色调、纹型图案等识别标志,进行遥感解译,可
圈定固体废弃物的堆积范围,确定占地大小。
不同性
质、不同类型的固体废弃物在彩红外航片上呈现出不
同色彩及形态特征。
另外,GPS技术在其占地效应现
场调查评价中也具有明显优势。
遥感解译法具有一系列诸如直观性强、内容丰富、
视域广、不受调查条件限制等优点,但因航卫片受气候
和解译人主观经验等影响,其解译效果有时也受到限
制,故建议采用将宏观与微观、已知与未知、室内与室
外、定性与定量、遥感解译与现场调查、目视解译与计
算机图像处理等相互结合对比的技术路线,以减少误
差,提高评价精度。
堆积体边坡稳定效应评价:
边坡稳定性评价的理
论主要是针对岩土体组成的边坡,因固体废弃物堆积
边坡与之不同的仅在于组成物质不同,因而完全可应
用岩土体边坡稳定性评价理论和方法作出评价。
固体废弃物堆积形成的边坡属人工边坡。
边坡稳
定性评价内容主要包括:
确定边坡破坏方式和变形形
式以及演变阶段;
判定促进边坡失稳的主控因素;
计算
边坡的稳定系数和失稳概率等。
其中计算已知边坡稳
定系数、判断边坡稳定性和确定稳定边坡坡角坡高、设
计边坡是两个主要解决的问题。
控制边坡稳定性主要
有两个方面,即自然的和人为的影响因素,具体为斜坡
的物质组成和性质,斜坡的高度、坡度、形态、结构构造
和裂隙,水的作用,气候因素,工程活动等,这些因素决
定了边坡的失稳条件,在边坡评价中占有重要地位,运
用测绘、调查、实验等方法查清这些因素是其评价的
基础。
关于边坡稳定有多种评价方法,根据其评价机理
不同,一般可划分为以下6种主要评价方法:
安全系
数;
可靠度或破坏概率;
边坡岩体的位移、应力、位移速
度等;
定性经验结论;
干扰能量和声发射率。
淋滤污染效应评价:
固体废弃物淋滤污染可分为
土壤污染和水体污染。
渗出液和滤沥液中所含有的
有害物质能改变土质和土壤结构,影响土壤中微生物
的活性,有碍植物的根茎生长,而且有毒物质会在植物
体内积累,对人体危害极大。
对于水体污染的评价可
以参照液体废料的评价方法评价。
对土壤的污染采用
土壤中微量元素和有害元素的评价方法进行评价。
通
常采用淋滤试验法等。
淋滤实验可分为3种类型,即分批浸出
(BatchLeaching)、柱淋滤(ColumnLeaching)和现场液度
估定计方法(FieldLysimeter)。
淋滤试验的程序以美
国环保局(1988)制定的“毒性特征淋滤试验(TCLP)”
(ToxicityCharacteristicLeachingProcedure)为代表,该程
序采用两种淋滤液,即pH为4.93的乙酸钠缓冲溶液
和pH为2.88的乙酸溶液,淋滤时间为18h。
分批浸出
和柱淋滤要求的设备条件较为简单,成本低,而现场液
度估定计方法所要求的设备及维护费用都比较昂贵,
因此目前应用较多的是分批浸出和柱淋滤实验。
风化扬尘污染效应评价:
长期暴露地表的固体废
弃物在空气、水、太阳能和生物等的共同作用和影响
下,将发生物理的和化学的变化,并使固体废弃物风化
解体,形成碎屑、粘土和溶解物3类风化物质。
这些物
质在风力作用下,将产生风化扬尘,污染矿区大气
环境。
风化扬尘的矿物成分不同,危害各异,粒度与形状
不同,危害也不同,能进入人体肺部的扬尘皆小于
5m。
对扬尘而言,以1~2ttm危害最大,具棱角尘粒
远较圆粒尘粒危害为大。
风化扬尘污染效应评价可参
照大气质量评价方法。
煤矸石等自燃的大气污染效应评价:
含碳煤矸石
的自燃是一个氧化过程,暴露大气的煤矸石堆在氧化
和压实作用下,当温度上升到燃点即可发生自燃,当其
中热量不能散发或矸石中混有易燃物时,燃烧会更加
明显。
煤矸石的自燃会产生大量一氧化碳和二氧化硫
等严重污染环境和危害人体健康的有毒有害气体]。
由于煤矸石氧化和自燃产生的升温效应,使得自
燃区和烧变区的热辐射温度和反射光谱与其它正常地
层比较存在明显差异,它们的红外遥感影像特征(色
彩、色调、纹理、亮度和对比度)也具有显著差别。
因此
以不同时段红外遥感图像为信息载体进行自燃要素解
译,可以圈定煤矸石山或煤层露头的自燃范围和具体
边界,其图像的地面分辨率可达10~15m。
将RS和
GPS所获得的数据按照空间数据库标准进行建库并实
施相关查询计算,形成满足GIS标准的空间分析数据,
可进一步提高对煤矸石自燃的评价精度。
放射性效应评价:
铀矿等废弃物除4大环境效应
外,还具有放射性污染效应。
放射性效应的评价可采
用生物效应评价法。
所谓生物效应评价法是计算出被
污染生物吸收放射性的剂量率,从而间接评价放射性
效应,具体步骤如下:
①生物的吸收剂量率不仅取决于
核素的浓度,也与生物大小和形状有关。
为便于计算,
首先应选择己遭受放射性污染地区的生物,对复杂的
生物形态进行概括和简化;
②确定被污染生物受到放
射性照射的途径;
③对a粒子和B射线的剂量率采用
IAEA推荐的点源剂量分布公式经积分获得,对7射线
的剂量率利用MCNPV.3a/PCMonte—Carlo程序并编入
所需辐射源的描述及其抽样方法先计算能量吸收分
数,再根据在无限大体积内的剂量率计算公式得到。
宇宙线的剂量率套用UNSCEAR的有关数据。
(1)液体废弃物矿山液体废弃物一般是指在矿
山勘探、开采、采后和洗选过程中所产生的废水。
目前
有关水环境质量评价方法达数十种,但由于评价视角
不同,至今尚未形成统一的标准评价方法。
目前常
用的评价方法主要包括:
综合指数法、模糊数学法、加
维普资讯
权灰关联度法、人工神经网络法、国家标准F值打分
法和层次分析法等。
(2)气体废弃物关于采场、排(岩)土场的风化扬
尘和煤层矸石自燃的评价已在前部分论述。
对天然气
和煤层气自燃产生的废气问题,可采取大气环境质量
评价方法进行研究‘8]。
大气环境质量的一般评价程序
为:
①绘制各种污染物的浓度分布图,掌握各种污染物
在环境中分布和扩散的情况,根据3年取得的监测资
料,绘制出大气污染中飘尘量分布图,二氧化硫分布
图,锰、铁、镉金属分布图;
②确定计算环境质量系数的
数学模型,“环境质量系数”可表达多种污染物的综合
污染状况;
③根据计算出的环境质量系数,对环境质量
进行等级或类型划分,绘制环境质量图。
(2)地面变形开采沉陷:
主要评价方法包括:
经验公式法、剖面函数法、影响函数法、解析模型法、物
理模型法、应力应变数值模拟法等。
经验公式法是在对地表移动实测资料进行综合分
析基础上建立经验公式,然后应用于类似地质采矿条
件下的开采沉陷的评价预测。
由于经验公式法只能应
用统计学知识来预测预报,故这种方法并不能真正仿
真模拟开采沉陷的整个过程,而且考虑的因素也不全
面,因此它只适用于开采沉陷的估算。
影响函数和剖面函数法都是利用一定的数学公
式,根据实际的地质采矿条件,确定参数,计算出开采
沉陷值。
但这2种方法所取用的参数和所建立的模型
只是从一个或几个方面简单的模拟开采沉陷,比如影
响函数法计算开采沉陷值,它只是一点沉陷值简单的
叠加,并没有考虑点之间的影响;
而剖面函数法的剖面
函数不一定符合实际沉降盆地形状,特别是预报地表
变形值时可能出现较大偏差,而且沉降盆地形状还可
能取决于在剖面函数中未考虑到的一些地质采矿条件
影响。
因此利用这两种方法计算出来的结果不一定
可靠。
解析模型法是通过建立开采沉陷数理模型,并根
据岩体的弹性特征建立评价开采沉陷的方程组,由J.
LitwiniSzyn提出的随机介质模型是最普遍使用的方法
之一,理论模型采用正态分布密度函数,通过求解计算
出开采沉陷值。
但这种方法岩体特征参数的选择比较
困难,岩体特征参数常常不能反映实际的地质情况。
物理模型法是应用小比例尺相似材料模拟实验法
再现矿产资源开发过程中岩层与地表移动特征的一种
方法,物理模型法相对便于考虑地质采矿方面的参数,
适用面广,并且很容易观测到开采沉陷过程中诱发的
裂缝生长和扩展情况以及其它伴生的移动变形特征,
还能结合特殊地质采矿条件进行反复试验,包括多矿
层开采或矿柱布设等复杂情况J。
应力应变数值模拟法是根据岩土体力学性质和采
矿方法以及开采条件等具体情况,应用数值计算软件
系统评价开采沉陷,如基于有限差分法的FLAC3D软
件系统等。
地面岩溶塌陷:
评价方法主要包括:
地理信息系统
(GIS)评价、两级模糊综合评判、人工神经网络评价和
直接测氡法等。
其中前3种方法均是先确定控制岩溶
塌陷的影响因素,比如岩溶条件、地下水条件和覆盖层
条件等,然后结合一定方法评价岩溶塌陷情况。
直接
测氡法是利用氡及其子体具有沿垂直通道向上运移的
特点,它们可沿着岩石的裂隙或微裂隙以及松散介质
孔隙等不断地垂直向上运移直至地表,然后缓慢向空
中逸散,通过检测地表氡气的分布特征,即可确定氡气
的运移轨迹,从而确定评价岩溶塌陷情况。
地面沉降:
地面沉降与深层液相或气相矿产资源
超量开采密切相关。
只要液(气)相压力面以下存在可
压缩地层,由于压力(上覆地层浮托力)降低,多孔介质
有效应力增加,其孔隙度降低,地层必然会受到压密,
即诱发地面沉降u。
评价地面沉降的方法主要有一维固结理论解析法
和数值模拟法等。
一维固结理论的解析法就是利用太
沙基固结理论确定地面沉降范围和沉降值。
利用数值
模拟法评价地面沉降,首先根据水文地质概念模型建
立地下水运移的数学和数值模型,分析确定地下水的
渗流场及其变化规律,然后建立垂向一维的沉降模型,
数值求解地面沉降范围和沉降值。
但我国目前地面沉
降数值模拟评价方法尚存在一些不足.J,如水流模型
大部分为仅考虑越流而未考虑弱透水层弹性释放的拟
三维模型,水流模型在沉降过程中的水文地质参数均
为常数,沉降模型为线弹性的垂向一维模型,水流模拟
与沉降模拟未能达到真正意义上的耦合等。
边坡问题:
矿山环境地质的边坡问题除了固体废
弃物堆积边坡外,还包括露天采坑边坡、排土(岩)场边
坡、尾矿库边坡和矿山边坡等。
边坡稳定问题评价方法除可采用边坡岩体结构控
制理论外,其它评价方法与固体废弃物边坡评价相同。
泥石流:
泥石流的发生往往具有不确定性,在漫长
的酝酿过程中突然发生。
因此,它的定量评价研究较
为困难。
目前主要有以下几种评价方法:
效果测度
法、地理信息系统(GIS)、模糊综合评判法、神经网络
法、数值仿真模拟法等。
前5种方法均为先确定控制泥石流的影响因子,
再利用一定的方法确定各影响因子对泥石流发生的贡
献大小,之后建立模型对泥石流作出评价;
数值仿真模
拟法以理论方程和计算数学为基础,利用泥石流的野
外观测数据或实验数据作为对照,通过对泥石流运动
的理论方程数值求解并反演识别,从而对泥石流作出
评价。
地裂缝:
目前地裂缝的主要评价方法包括:
土力学
模型法、直接测氡法和地质雷达法等。
土力学模型法是建立土层动力计算模型,采用数
值模拟方法,对地裂缝作出评价;
直接测氡法是通过测
定氡气的运动轨迹及分布特征来评价地裂缝;
地质雷
达探测是应用电磁波的反射原理,通过发射天线向地
下介质发射毫微秒级的脉冲电磁波,电磁波在介质中
传播时,其路径、速度和波形将随介质的介电性质及几
何形态改变而变化,因此,可根据收到反射波旅行时
间、强弱、波形特征及天线位置来确定异常体的位置和
规模。
如果电磁波波形连续性破坏,说明地层发生错
断,若电磁波发生畸变,则是裂缝对电磁波的吸收或衰
减作用造成。
但是,在裂缝、裂隙发育地段,上述特征
往往是并存的。
(3)沙漠化目前评价沙漠化的方法主要包括:
监测指标评价、遥感(RS)解译评价、沙漠化危险度分
区评价、地理信息系统(GIS)、遥感(RS)与层次分析法
(AHP)耦合法等。
沙漠化监测指标评价是首先确定沙漠化的指标体
系,再针对各个指标进行监测,从而评价沙漠化;
遥感
解译法是利用遥感信息的周期性、宏观性、现势性和系
统性等优势,评价沙漠化问题,该方法可以快速地获取
较为理想的土地沙漠化动态监测结果;
沙漠化危险度
分区评价方法是首先确定影响沙漠化各因子,根据这
些因子确定评价指标体系及分级标准,再建立沙漠化
危险度综合评价模型,运用此模型计算沙漠化危险度
指数(MHD),再依据评价指数的分级标准将MHD作4
级划分,以此标准判别各地的沙漠化危险度;
地理信息
系统(GIS)、遥感(RS)与层次分析法(AHP)耦合法是首
先分析确定控制沙漠化的各影响因素,之后利用RS
解译获得各影响因素的空间数据,再应用GIS建立各
影响因素的子专题层图,应用AHP确定各影响因素对
沙漠化影响的权重大小,然后根据多源地学信息复合
叠加原理,组建耦合模型对沙漠化作出动态评价¨
。
(4)水土流失目前水土流失的评价方法主要
包括:
预测模型法和地理信息系统(GIS)、遥感(RS)与
层次分析法(AHP)耦合法等。
预测模型法是指采用定性讨论与定量分析相结合
的方法,对影响水土流失的气候因素、土壤因素、地质
因素、地形因素、植被因素和人为因素进行统计分析与
评价,总结、归纳各因素对水土流失影响的一般规律,
在对影响水土流失单因素分析评价的基础上,选取坡
位、坡形、坡度、土壤类型、有效土层厚度、植被盖度、土
地利用类型7个指标为自变量,土壤侵蚀模数为因变
量,利用数字化模型进行回归分析,获得水土流失预测
模型。
运用该模型可以预测水土流失模数,及时准确
掌握水土流失演变的趋势¨
地理信息系统(GIS)、遥感(RS)与层次分析法
(AHP)耦合法等评价水土流失问题与上述的沙漠化评
价思路类同。
(5)矿山排水、供水、生态环保三者之间的矛盾
岩溶充水矿床的排水、供水、生态环保三者之间的
矛盾问题主要包括2大类型,即华北型煤田的底板突
(涌)水诱发的矛盾和矽卡岩型矿床周边充水诱发的
矛盾。
从可持续发展和大系统理论出发,将矿区的排水、
供水和生态环境保护作为一个整体进行系统研究,建
立矿井水资源合理开发利用的科学模式——排、供、生
态环保三位一体的优化结合,是解决三者之间日益严
重的矛盾问题的关键。
所谓三位一体优化结合总的技
术思路是既考虑排水子系统的疏降效果和安全运营,
又考虑供水子系统的供水需求和生态环保子系统的质
量要求;
其主要技术手段是通过调度各种集水建筑物
运营,控制矿区各充水含水层地下水水位,使其不仅保
证矿山安全生产和生态环境质量,而且确保矿区及其
周围地区的供水需求,这是优化结合的水力要素部分;
同时根据不同供水用户需求,通过比较不同供水目标
创造的经济效益,自动优化设计具体供水方案,这是优
化结合的经济要素部分。
将水力和经济要素两个方面
同时考虑,建立管理模型,即可解决三者之间的矛盾问
题。
3.2多环境问题综合评价
对大部分矿山,往往会同时存在若干个矿山环境
问题,如何对这些矿区整体环境作出综合评价是矿山
环境评价的另一个难题。
就综合评价而言,我国学者
在“上市业绩效”、“现代化体系”和“指标相关性”lJ等
评价中,进行了卓有成效的研究,但这些方法基本上均
以确定性数据为主;
虽然在“环境”和“地质灾害危险
性”的综合评价方面,我国许多学者也作过一些研究,
并提出了多指标综合评价等方法¨
引。
但这些方法基
本上以人为划分为主,在加上各个环境地质问题的不
可量化性,因此对环境地质问题综合评价的可信度急
剧降低。
针对上述不足,本文主要介绍一种突变数评
价方法。
所谓突变数即为同等级的矿山环境问题叠加后能
达到致灾效果的矿山环境问题的个数。
在自然界中,
任何一种现象的发生都充分体现着从量变到质变过程
的原则,所以在空间操作或专题层图代数叠加运算时,
根据频数分布理论确定阀值,只要能找到突变数,就能
判断从一个级别跳跃到另一个级别的质变界限,因此
突变数法能够较客观地对矿山多环境问题作出综合
4结论
矿山环境评价是矿山环境问题研究的一个重要环
节。
矿山环境问题分类和调查是其评价的基础,矿山环
境修复和信息系统建设是其评价的后续研究内容,五
者之间环环相扣,缺一不可,是矿山环境研究的5大内
容之一。
根据评价的环境要素,矿山环境评价可划分为单
环境问题(要素)评价和多环境问题(要素)综合评价两
大类。
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Areviewonassessmentmethodsofminingenvironments
wUQiang,XUEDong,LIANHui—qing
(WaterResourceandEnvironmentInstitute,ChinaUniversityofMiningandEchnology,Beijing100083,China)
Abstract:
Onthebasisofasyntheticassessmentofminingenvironmentsandfivekindsofminingenvironmental
problems,itisputforwardinthisarticlethatminingenvironmentalassessmentcanbedividedintoasingle—
factor(environmentalproblem)assessmentandamulti—factor(environmentalproblem)syntheticassessment.
Keywords:
miningenvironment;
single—problemassessment;
multi—problemsyntheticassessment