第九章-采矿对环境影响.ppt

60 1 第一节采矿工业对环境影响 采矿工业对环境的影响包括开采沉陷影响 露天开采影响和固体废弃物影响三个方面 从景观生态角度 60 2 采矿工业对环境影响 60 3 采矿工业对环境影响 井工开采影响重点 开采沉陷的影响开采沉陷对景观的破坏开采沉陷对生物的影响开采沉陷对地质的影响 4 一 开采沉陷对景观的破坏 1 地表下沉盆地地下开采后 受采动影响的地表从原有标高向下沉降 最终在采空区上方形成一个比采空区大得多的地表下沉盆地 在山区和丘陵地区 由于开采沉陷引起的地表起伏与原有的地表自然起伏相比很小 一般说来 对地形 地貌的影响不大 但在地势较平坦的地区 开采沉陷通常对地形 地貌产生明显的影响 特别是当采出的矿层厚度较大时 将使原有的平原地貌变为一种特殊的丘陵地貌 矿区地形 地貌的变化 影响植被的生长发育 破坏自然景观 5 2 矸石山 随着煤矿地下开采范围的扩大 排到地面堆积起来的矸石越来越多而形成矸石山 矸石山是矿区主要的污染源之一 据不完全统计 每年仍在以2亿吨的速度递增 约占全国工业废渣排放量的1 4 居全国所有工业部门之首 目前全国煤矸石的总积存量已达40亿t以上 形成矸石山1500多座 其中有200多座自燃 矸石山几乎成为我国煤矿的 标志 6 3 破坏建 构 筑物 道路及其它管线 地表大面积 平缓 均匀的下沉和水平移动 一般对建筑物影响不大 地表倾斜使采动影响范围内的建 构 筑物产生歪斜 特别是水塔 烟囱 高压线铁塔等底面积小而高度很大的构筑物 受倾斜变形的危害更大 地表下凹使建筑物基础的中央部分悬空 如果建筑物的跨度大 则在自重力作用下 建筑物从其底部开始断裂而导致破坏 地表上凸使建筑物基础两端悬空 建筑物愈大 面积愈大 则由于基础弯曲而产生的破坏愈严重 地表的水平变形通常对建筑物危害最大 开采沉陷也会影响电力通讯系统 7 二 开采沉陷对生物的影响 1 对植物的影响矿区地下开采引起土地的大面积塌陷 影响植物的生长发育 甚至造成绿色植物的大幅度减少 1 高潜水位的平原矿区 2 低潜水位的平原矿区 3 丘陵矿区 4 山区矿区 8 2 对野生动物和微生物的影响 由于开采沉陷使矿区的自然景观发生剧变 影响绿色植物的生长发育 改变了动物的栖息环境 水体和土壤中微生物的正常生长繁殖 要求pH值不超过一定范围 有毒物质的浓度不能超过细菌所能忍受的极限 除土地塌陷对生物产生影响外 排到地面的矿井水也会对其产生影响 南桐镇石桥村刘家坝采空区形成地表塌陷 9 三 开采沉陷对地质的影响 1 使岩层和地表移动 变形2 引起滑坡和泥石流3 加剧岩石的风化和剥蚀 峨眉山市毁林采矿泥石流冲上103省道 云南富宁大面积地表塌陷 60 10 矿区固体废弃物是指矿物开采及其加工利用过程中产生的固态及泥态物质 按矿区固体废弃物的产生的原因 采矿废弃物 采矿矸石 选矿废弃物 洗选矸石 和煤矿坑口电石废弃物 粉煤灰 矿区固体废弃物对环境的影响 60 11 矸石露天堆积 易于风化破碎 产生的粉尘随风飘扬 对空气造成污染 矸石山燃烧时排放大量有害 有毒气体 燃烧产生的灰渣引起空气中颗粒物含量增加 矸石山经雨水 雪水等的浸淋产生的淋溶水中含有酸性物质 有害的重金属离子 溶解的盐类以及悬浮未溶解的颗粒状污染物 野生动物和牲畜摄入被矸石中的有害 有毒物质污染了的食物后 会影响其正常的生长和繁殖机能 以致产生疾病而死亡 一 采 选矸石对环境的影响 12 二 粉煤灰对环境的影响 粉煤灰是煤燃烧排放出的一种粘土类火山灰质材料 狭义地讲 它是指锅炉燃烧时 烟气中带出的粉状残留物 广义地讲 它还包括锅炉底部排出的炉渣川 由于绝大部分 约90 粉煤灰由发电厂的燃煤锅炉产生 电厂粉煤灰品种有三类 干灰 湿灰和炉底渣 这些粉煤灰的化学成份相似 主要是SiO2 Al2O3 Fe2O3等 但物理性状差异较大 致使利用价值也有差异 粉煤灰特性 13 粉煤灰的环境危害 1 侵占土地据统计 每万吨粉煤灰渣需堆场4 5亩 至2000年底 我国粉煤灰渣堆存量高达12 5亿吨 需要堆场50 62 5万亩 3 33 4 17万平方公里 2 污染水体排灰方式多为湿排 湿排使飞灰中的有害成分溶入冲灰的水中 这将污染地表水和地下水 3 污染大气粉煤灰的水含量低颗粒细 风吹容易飞扬 处理不好易产生扬尘 4 放射性危害在粉煤灰中的这些放射性元素的含量要比原煤中高出2 5倍 粉煤灰是电厂产生的工业废物 具有呆滞性 不可稀释性和长期潜在的危害性 从其产生运输 到贮存及处置的各个环节 都会给环境带来很多有害影响 采矿工业对环境影响 15 矿山开采对环境影响特征 16 五 开采沉陷对环境影响的保护措施 在分析 评价开采沉陷对环境因子的损害程度时 应针对每个环境因子提出多种环保措施进行技术 经济上的可行性与合理性比较 以确定最优的环境保护对策 17 18 开采沉陷区生态复垦技术 露天开采环境影响评价的一般程序与开采沉陷影响评价的一般程序大体相同 但由于露天开采对环境的影响有其不同的特点 因而它的评价内容与开采沉陷的评价内容有区别 矿区土地复垦依据生态学 土地经济学 环境科学 测绘学 土壤学及区域规划等理论 结合采矿工程特点 对采矿过程中因挖损 塌陷 压占等造成破坏的土地 采取整治措施 使其恢复到可供利用状态的活动 土地复垦是一项综合工程技术 包括两个过程 工程复垦 生物复垦 工程复垦根据采矿后形成废弃地的地形 地貌现状 按照规划的新复垦地利用方向的要求 并结合采矿工程特点 采用采矿设备 纳入采矿工艺 对破坏土地进行顺序回填 平整 覆土及综合整治 核心是造地 为生物复垦阶段生物群落的建立 创造一个良好的生态环境 工程复垦技术形式 非充填复垦 充填复垦 生物复垦利用生物措施 恢复土壤肥力与生物生产力的活动 是工程复垦的延续 关键技术在于解决土壤熟化和培肥问题 加速复垦地 生土 熟化过程 核心是迅速建成人工植被群落 地表有土性的土壤培肥地表无土性培肥微生物培肥技术 土壤培肥 改良 生态恢复 重建 植被恢复 土壤系统的恢复 生态系统结构和功能的恢复 生物复垦 土地复垦原则1 谁破坏 谁复垦 谁复垦 谁受益2 因地制宜 优先复垦为农业用地3 复垦与生产建设统一规划4 经济 生态与社会效益相结合 一 土地复垦技术体系针对矿区生态环境特点 我国当前矿区土地复垦的典型技术体系主要包括 管理技术规划设计技术剥离一采矿一复垦一体化工程技术地表整形工程技术土壤培肥改良技术土壤重金属污染治理技术植被恢复技术矿区废弃物综合利用技术大气污染治理技术水土流失综合治理技术 工程技术 生物技术 三 工程复垦技术 一 非充填复垦1 直接利用法积水区直接利用未稳定沉陷区的直接利用 2 地表整形地表整形工程技术指对复垦土地地形地貌的整理 以适于土地开发利用 地表整形工程基本要求与适用条件要求消除附加坡度 地表裂缝以及波浪状下沉等破坏特征对土地利用的影响 适用于中低潜水位塌陷地的非充填复垦 高潜水位塌陷地充填法复垦 与疏排法配合用于高潜水位塌陷地非充填复垦 矿山固体废弃物堆放场的平整等 1 梯田法即沿等高线平整矿区塌陷土地 改造成环形宽条带水平梯田或梯田绿化带 梯田平台应修整为略向内倾的反坡 以挡蓄雨水保持水土 梯坎高度与田面宽度 则应根据地面坡度 土层薄厚 工程量大小 种植作物种类 耕种机械化程度等因素综合确定 塌陷后地表坡2 以内时 通过土地坡度平整或不平整就能耕种 塌陷后地表坡度在2 6 之间时 可沿地形等高线修整成梯田 并略向内倾以拦水保墒 土地利用时可布局成农林 果 相间 耕作时采用等高耕作 以利水土保护 梯田式复垦适用于地处丘陵山区的塌陷盆地或中低潜水位矿区开采沉陷后地表坡度较大的情况下 我国山西大部分矿区 河南 山东等地的一些矿区不少塌陷地可采用此法复垦 利用此法复垦可解决充填法复垦充填料来源不足的问题 2 排土场整修水平式平盘反坡式平盘坡式平盘3 尾矿整修 3 疏排法在地面标高高于外河水位的沉陷区 通过强排或自排的方式疏干积水后复垦 适用于我国东部河湖水系发达地区 技术的关键在于疏排水方案的选择及排水系统的设计 并需重点防洪 除涝和降渍 4 挖深垫浅法将积水沉陷区下沉较大的区域再挖深 形成水塘 用于养鱼 栽藕或蓄水灌溉 再用挖出的泥土垫高开采下沉较小地区 达到自然标高 经适当平整后作为耕地或其它用地 从而实现水产养殖和农业种植并举的目的 适用于局部或季节性积水的塌陷区 二 充填复垦1 泥浆泵充填复垦技术模拟自然水流冲刷原理 运用水力挖塘机组将塌陷地低洼处的沙土冲成泥浆 然后用泥浆泵抽进要平整的地域内 沉淀后成为耕地 主要适用于常年积水且洼地多沙质良土的沉陷区 由于该技术从本质上讲是一类特殊的挖深垫浅法复垦技术 故也被称作泥浆泵挖深垫浅复垦技术 2 污泥填充物复垦3 动态充填复垦4 粉煤灰 煤矸石充填5 其他物料充填 露天采矿废弃地复垦露天采场的复垦主要是将矿坑内排土回填后 再覆盖一定厚度表土 形成供农业或林业发展用的梯田 排土场复垦主要包括排弃物料的分采 分堆和土场的整治 主要指后期整平和变坡措施 废弃矿坑的复垦主要是充填复垦技术尾渣堆的复垦主要采用覆土方法 将废弃尾渣平整后 用熟土和尾渣的混合土进行覆盖 井下采矿复垦井下采矿造成的废弃地就是塌陷地 其土地复垦主要包括疏干法 挖深垫浅法以及充填复垦 四 剥离 采矿 复垦一体化工程技术剥离 采矿 复垦一体化工程技术融复垦与采矿于一体 是矿区土地复垦与采矿工程最直接有效的结合形式 将矿区划分为若干区段 在每个区段中划分剥离条带 每年根据剥离量具体确定剥离位置及条带数量 采矿作业采取条带开采 利用大型铲运机将剥离的条带岩石和表土 剥皮式 分开铲装 在复垦条带分别按顺序 铺洒式 排放 岩石排放在下部 表土排放在上部 从而实现 采掘一运输一排弃一整形一复垦 的良性循环 五 土壤培肥改良技术性质的改良及土壤养分 有机质等营养状况的改善 土壤培肥改良技术就是对土壤团粒结构 pH值等理化这是矿区农用地复垦的最终目标之一 具体包括以下技术措施 1 表土转换为维持质地好 易培肥的土壤剖面 在采矿前先把表层 30cm 及亚表层 30 60cm 土壤取走并加以保存 待工程结束后再放回原处 这样虽破坏了植被 但土壤的物理性质 营养条件与种子库基本保持原样 本土植物能迅速定居 该技术的关键在于表土的剥离 保存和复原 应尽量减少对土壤结构的破坏和养分的流失 2 客土覆盖废弃地土层较薄时 可采用异地熟土覆盖 直接固定地表土层 并对土壤理化特性进行改良 特别是引进氮素 微生物和植物种子 为矿区重建植被提供有利条件 该技术的关键在于寻找土源和确定覆盖的厚度 土源应尽量在当地解决 也可考虑底板土与城市生活垃圾 污水厂污泥等混用 覆土厚度则依废弃地类型 特点及复垦目标而定 一般覆土5 lOcm即可 3 土壤物理性状改良土壤物理性状改良的目标是提高土壤孔隙度 降低土壤容重 改善土壤结构 短期内可采用犁地和施用农家肥等方法 但植被覆盖才是解决这个问题的永久性方法 利用矿渣 钢渣 粉煤灰等矿业生产的固体废物可以改良土壤结构 增加土层保水能力和孔隙度等 覆盖有机物料 修筑梯田都是常用的增加淋漓效果的方法 深耕则能有效解除土壤压实 4 土壤pH值改良pH值不太低的酸性土壤可施用碳酸氢盐或石灰来调节酸性 既降低土壤酸碱度 又能促进微生物活性 增加土壤中的钙含量 改善土壤结构 并减少磷被活性铁 铝等离子固定 在pH值过低或产酸较久时 宜少量多次施用碳酸氢盐或石灰 也可施用磷矿粉 既提高土壤肥力 又能在较长时间内控制土壤pH值 炼铬厂废弃物和粉煤灰一般呈碱性 可采用硫磺 氯化钙 石膏和硫酸等酸性试剂进行中和改良 5 土壤营养状况改良 化学肥料的合理施用是矿区复垦增产的有效措施 综合施加氮 磷 钾肥要比单施某一种肥料好 由于土壤盐害会阻碍植物对氮 磷 钾肥的吸收 在施肥前有必要经过一段时间的天然淋溶 有机废弃物的合理施用污泥 生活垃圾 动物粪便等有机废弃物的分解能缓慢释放出氮素等养分物质 可满足植物对养分持续吸收的需要 有机物质还是良好的胶结剂 能使土壤快速形成结构 增加土壤持水保肥能力 有机废弃物中存在重金属和毒性有机物 但可采用污染源控制 化学浸提法与微生物淋滤法 堆沤等措施予以处理 有机废弃物已成为当前矿区土壤基质改良的主要手段 种植固氮植物利用生物固氮 主要是豆科植物 是经济效益与生态效益俱佳的改良方法 生物固氮在重金属含量较低的废弃地上潜力很大 据研究 固氮植物每年每公顷可以固氮50 150kg 对于具较高重金属毒性的废弃地 必须采用相应的工程措施解除重金属毒性 才能保证成功的结瘤与固氮 绿肥的合理施用绿肥提高土壤养分肥力水平的作用相当于十年以上的培肥功能 多为豆科植物 根系发达 生长迅速 适应性强 含有丰富的有机质和氮 磷 钾等营养元素 可为后茬作物提供各种有效养分 改善土壤理化性状 并能加快岩石风化速度 利用微生物 接种菌根 利用微生物的分解特性 微生物具有迅速熟化土壤 固定空气中的氮素 参与养分转化 促进作物吸收养分 分泌激素刺激作物根系发育 改进土壤结构 减少重金属毒害及提高植物的抗逆性等功能 采用菌根技术快速熟化和改良土壤 恢复土壤肥力的活性 在矿区土地复垦中受到越来越多的重视 已成为世界各国复垦研究的新热点 六 土壤重金属污染治理技术从技术的方法原理来看 国内外矿区土壤重金属污染治理主要包括物理 化学和生物治理技术三类 生物治理技术包括微生物修复技术 动物修复技术与植物修复技术 设施简便 投资少 对环境扰动也少 被认为是最有生命力的 国内外矿区土壤重金属污染治理的具体技术主要包括以下9类 机械工程技术即应用机械工程措施 对被污染土壤进行物理转移或隔离 降低土壤重金属浓度 或减少重金属污染物与植物根系的接触 该技术包括客土 换土 翻土 去表土等措施 一般适用于小面积 重污染土壤 具有彻底 稳定的优点 但实施工程量大 投资费用高 破坏土体结构 引起土壤肥力下降 并且还要对换出的污土进行堆放或处理 电动力学技术即基于重金属的电动力学特性 在污染土壤中通电 以电流打开金属 土壤链 从而使土壤中的重金属 Pb Cd Cr Zn等 在电解 电迁移 电渗和电泳等作用下在阳 或阴 极被移走 该技术不适于渗透性高 传导性差的土壤 特别适用于其他方法难以处理的 适水性差的粘土类土壤 在沙土上的实验结果表明 土壤中Pb2 Cr3 等重金属离子的除去率也可达90 以上 电动修复是一种原位修复技术 不搅动土层 并可以缩短修复时间 是一种经济可行的修复技术 热解吸技术即将污染土壤加热 使重金属污染物产生热分解 挥发 然后进行回收处理 该技术适用于受热易分解挥发的重金属污染 主要是汞污染 化学淋洗技术EDTA可明显降低土壤对铜的吸收率即用清水或能提高重金属水溶性的化学溶液来淋洗土壤 吸附固定在土壤颗粒上的重金属形成稳定的溶解性离子 金属 试剂络合物或生成沉淀 然后收集淋洗液回收重金属 该技术的关键是淋洗试剂的选择表面活性剂是近年来研究的重点 较适合于砂土 砂壤土 轻壤土等轻质土壤 但易造成地下水污染 土壤养分流失及土壤变性 日处理能力为15 152m3 固定投资一般为10000 20000美元 所需的运行费用为117 523美元 m3 化学改良技术即向污染土壤投加化学改良剂 与重金属发生氧化 还原 沉淀 吸附 络合 抑制和拮抗等化学作用 降低重金属污染物的水溶性 扩散性和生物有效性 从而降低它们进入植物体 微生物体和水体的能力 如向土壤中投放硅酸盐钢渣 对Cd Ni Zn离子具有吸附和共沉淀作用 该技术并不是一种永久的修复措施 对污染不太重的土壤特别适用 需防止重金属的再度活化 动物修复技术指在土壤中的低等动物 蚯蚓和鼠类 吸收 富集重金属后 采用电激 灌水等方法从土壤中驱出这些动物集中处理 从而降低污染土壤中重金属的含量 由于蚯蚓吸收重金属后随时会释放回土壤 鼠类对庄稼又有危害 该技术还有待进一步研究 植物修复技术植物提取即利用重金属超积累植物从土壤中吸取金属污染物 植物挥发是利用植物根系吸收金属 将其转化为气态物质挥发到大气中 以降低土壤污染 植物稳定利用耐重金属植物或超累积植物降低重金属的活性 从而减少重金属被淋洗到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性 如柳属的某些物种能大量富集Cd 印度芥菜对Cd Ni Zn Cu富集可分别达到58 52 31 17和7倍 芥子草等对Se Pb Cr Cd Ni Zn Cu具有较强的累积能力 这是一种很有希望的 可有效和廉价处理土壤重金属污染的新技术 微生物修复技术利用微生物的生命代谢活动减少土壤中有毒有害物的浓度或使其完全无害化 从而使受污染的土壤能够部分或完全地恢复到原始状态 某些微生物对重金属的吸收 沉淀 氧化和还原等作用 降低重金属的毒性与生物有效性 如动胶菌 蓝细菌 硫酸还原菌及某些藻类 能够产生胞外聚合物与重金属离子形成络合物 运用基因工程培育对重金属具降毒能力的微生物 并运用于污染治理是目前环境科学研究最活跃的领域之一 农业耕作管理技术即因地制宜的改变受污染农田的耕作管理制度 如增施有机肥 控制土壤水分 选择合适形态的化肥 选育优良作物品种等 以减轻重金属对农作物的危害 避免重金属离子进入人类食物链 如水田土壤中的Cd以磷酸镉的形式沉淀 磷酸汞的溶解度也很小 该技术具有费用低 实施方便等优点 但周期长和效果不显著 适于中 轻度污染土壤的治理 施用易溶性磷酸盐如在土壤中增施易溶性磷酸盐 Na3PO4等 可提高土壤中磷的含量 增加土壤肥力 也可促使重金属形成不溶性化合物 磷酸盐 其形态有利于这些重金属的固定 并可降低其生物可利用性 施用含Ca2 化合物在废弃地中施加CaS04或CaCO3等可以解决Ca2 含量低和改善其酸性条件的问题 重金属氢氧化物溶解度仅次于硫化物 可通过施加CaC03 提高pH值 降低其溶解度 土壤中施用石灰 使重金属生成氢氧化物 而且可以提高土壤的pH值 引起重金属与钙共沉淀现象来促进重金属沉淀的产生 当废弃地的酸性较高时 应少量多次施用碳酸氢盐与石灰 防止局部石灰过多而使土壤呈碱性 对于碱性废弃地 宜采用CaSO4 锌污染土壤中加入石灰石能提高土壤pH值 降低植物中锌的浓度 同时提高了植物的产量 添加营养物质大部分矿山废弃地缺乏N P等营养物质 一般添加肥料或利用豆科植物的固氮能力提高土壤肥力 有机肥料可分为 生物活性有机肥料 如动物粪便 人粪尿 污泥等 生物惰性有机肥料 如泥炭和泥炭类物质及各种矿质添加剂的混合物 有机肥料可作为阴阳离子的有效吸附剂 提高土壤的缓冲能力 降低土壤中盐分的浓度 促使多种重金属的植物毒性降低 阻碍它们进入植物体 同时加入的有机质还可以螯合或者络合部分重金属离子 缓解其毒性 提高基质持水保肥的能力 七 植被恢复技术1 矿山废弃地植被恢复主要限制因子土壤物理性质土壤肥力土壤pH值重金属含量 2 生物复垦技术流程 1 调研分析植被恢复应在调研基础上 借鉴国内外经验 首先对污染元素进行分析 再对土壤的物化 生化性质进行分析 查明土壤的PH值 土壤含水量 通气性 土壤氮素及土壤温度等 2 树种的选择是植被恢复中最为关键的一环 作