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矿业环境问题及防治对策 王洪武1 ,2,吴爱祥1 1. 中南大学,湖南,长沙 410083 ,2.长沙矿山研究院,湖南,长沙 410012 摘 要矿产资源与环境是统一的整体,矿业环境问题包括环境污染问题、 环境岩土工程 问题和环境安全卫生问题。我国矿业环境问题严峻,因环境问题造成的人员伤亡和经济 损失极大。矿业环境问题的解决必须依靠严格的法律法规和有效的监督管理机制,并以 科学技术进步和技术创新为依托。 关键词矿业环境;环境污染;环境工程灾害;环境保护;环境安全卫生;可持续发展 环境与发展是当今世界密切关注的重大问题, 也是相关学科研究的热点。环境是指与人类生存和 生活密切相关的大气圈、 水圈、 岩石圈和生物圈,环 境问题的产生是人类与自然相互作用的结果。 矿产资源是人类赖以生存与发展不可缺少的物 质基础,矿业是人类从事生产活动最为古老的领域。 矿业生产活动对环境的影响包括两个方面一方面, 人类当前开发利用的矿产资源都是赋存于地球岩石 圈中的矿物,矿产资源本身就是环境的组成部分,矿 产资源开发不可避免地使环境发生改变;另一方面, 矿业生产过程及其产生的废弃物造成对环境的扰动 和污染。矿产资源与环境是统一的整体,矿产资源 开发不仅是资源的利用过程,同时也是环境扰动、 环 境污染和环境改变的过程。研究矿业环境问题及对 策,协调资源、 环境之间的相互关系,既是环境保护 和环境问题防治的需要,也是实现矿业可持续发展 的基础。 1 矿业环境问题的基本概念 通常我们说环境问题是指环境污染及其带来的 影响,而广义上,环境问题是指污染因素进入环境或 人为扰动、 改变环境而使环境质量恶化并对人类及 其它生物种群产生危害的现象。 矿业包括采掘工业、 矿物加工工业和冶金工业, 矿业环境问题十分复杂。从产生的源头、 危害和危 及的对象分析,矿业环境问题大致可分为三类环境 污染问题、 环境岩土工程问题和环境安全卫生问题。 环境污染问题、 环境岩土工程问题属于环境工程学 的范畴,而环境安全卫生问题则涉及到环境工程学、 环境安全学和环境卫生学的范畴。 矿业环境污染问题是指矿业生产过程中废气、 废水和固体废弃物排放造成的对大气、 水体和土壤 的污染。矿业环境污染问题主要有采掘爆破作业 产生的有毒有害炮烟、 矿尘和冶炼炉排出的烟气对 空气造成的污染;含有大量固体微细粒物质、 重金属 离子和残余化学药剂的选冶工业废水和矿坑废水排 放地表及渗透造成对地面水系、 地下水体的污染,并 毒化土壤;采掘废石、 煤矸石、 选矿尾砂和冶炼炉碴 等固体废弃物堆置在地表既破坏地面植被,同时也 对土壤、 大气及地下水、 地表水造成污染。 矿业环境岩土工程问题包括两类由于开采矿 产资源使地球岩石圈原生环境发生改变而造成的岩 土工程问题和由于工业固体废弃物堆置不当而引发 的岩土工程问题。矿产资源开采引起的环境岩土工 程问题主要表现在地下开采引发的地表沉降、 坍塌 和山体滑坡崩塌,露天开采造成的地表植被破坏及 其引发的水土流失,采矿爆破作业诱发的地震,矿区 排水疏干及矿床开采导致地下水位下降和水资源流 失等。矿业固体废弃物堆置不当引发的环境岩土工 程问题主要是排土场、 废石场、 矸石场、 炉碴场和尾 砂库泥石流灾害及由其产生的沙尘暴。 矿业环境安全卫生问题是指矿业生产环境对生 产活动及其生产作业人员的影响和危害。在露天开 采矿山,环境安全卫生问题主要是露天边坡稳定性 对采矿生产及其作业人员的安全威胁,气候、 粉尘和 炮烟对采矿生产作业人员健康的影响和危害;在地 下开采矿山,环境安全卫生问题主要是地下空间岩 层稳定性、 岩爆、 矿井火灾、 矿坑突水和煤矿瓦斯溢 出对采矿生产及其作业人员的安全威胁,地热、 粉 尘、 炮烟、 放射性物质、 机械噪音等对采矿生产作业 第3卷 第1期 Vol. 3 No. 1 采矿技术 Mining Technology 2003年3月 Dec. 2003 人员健康的影响和危害。 2 我国矿业环境问题防治技术及评价 2. 1 矿业环境问题现状 我国矿产资源丰富,矿业是我国最重要的基础 材料和基础能源工业,同时,我国矿业所面临的环境 问题也十分严峻。由矿业生产所排放的工业固体废 弃物占到了全国工业固体废弃物排放总量的80 , 仅金属矿山排放堆积的废石和尾砂就已超过50 亿t ,而且仍以每年4～5亿t的排放量剧增。煤矿 开采排弃的矸石量占到煤炭产量的10 ,矸石量每 年递增1亿t ,矿业工业固体废弃物不仅占用了大量 的土地资源,同时还是一系列环境问题的根源。矿 业工业废水排放方面,我国仅煤矿工业每年排放的 矿井水就达22亿t ,金属和非金属选矿工业目前仍 以化学选矿工艺为主,特别是黄金矿业,仍然广泛使 用剧毒的氰化或混汞选冶工艺。目前,全国选冶工 业废水循环利用率平均不到30 ,大量含有固体微 细粒物质、 重金属离子和有毒化学药剂的采、 选、 冶 工业废水大都未经处理或仅作沉淀、 酸碱度中和等 简单处理后直接排放,使地表水、 地下水体和土壤受 到严重污染和毒化。由于受工艺技术水平和财力的 制约,煤矿工业每年大约有12亿t的煤层气不能回 收而直接排放到大气中,而且,除少数大型冶炼企业 对冶炼烟气进行综合治理外,大多数中小型冶炼企 业的工艺技术近乎原始,冶炼烟气未经任何净化直 接排放,严重污染大气和破坏生态环境。离子型稀 土资源开发仍普遍采用堆浸工艺,不仅造成大面积 植被破坏,而且引发严重的水土流失和造成土地荒 漠化。 矿业环境岩土工程灾害每年给我国造成极大的 人员伤亡和高达数十亿元的直接经济损失,同时还 使生态环境遭受不可恢复的破坏。据初步调查,全 国因采矿引起的地表沉降塌陷有近200处,塌陷坑 超过1600个,塌陷面积达1200 km2,地表沉降塌陷 造成的直接经济损失每年达4亿多元。如凡口铅锌 矿区地表塌陷体积达550万m3,影响面积850万 m2,铜官山铜矿区地表塌陷面积48. 7万m2,受灾居 民达3720户。大坪金矿区山体滑坡和东波有色金 属矿区尾矿库垮塌是由于矿产开采和矿业固体废弃 物处置不当引发的岩土工程灾害的典型事故,前者 造成108人遇难、 金子河断流和矿井被毁,而后者使 整个矿区几乎遭受灭顶之灾。 我国矿业仍属于劳动密集型产业,矿山安全防 范和卫生防护技术落后,矿业环境安全卫生问题突 出,矿业企业工伤伤亡事故和矿工职业病发病率位 居各行业首位,且远远高于其它矿业大国。全国每 年矿业环境安全卫生事故的直接经济损失高达几十 亿元,死亡近万人,仅金属矿山每年就有约2000余 人死于岩层冒落或坍塌、 矿坑突水和矿井火灾等矿 山环境安全事故,而煤矿系统2002年度安全事故死 亡人数更是高达5200多人。近两年比较典型的矿 业环境安全卫生事故就有木冲沟煤矿井下瓦斯爆 炸事故2003年2月24日造成35人死亡、18人受 伤和4人下落不明;义寺山金矿受与之相连通的相 邻矿坑井下火灾的影响发生CO中毒事故2001年 3月7日造成10人死亡;合浦石膏矿因为大面积 采场冒顶2001年5月18日死亡29人;大厂锡矿 区因采矿作业穿透老窿造成矿井透水事故2001年 7月17日 , 死亡81人,并使2座矿山被完全淹没。 2. 2 矿业环境问题的防治技术及评价 依靠科技进步和技术创新,我国矿业环境问题 的防治技术及方法也得到了发展。在地下开采矿 山,推广应用以充填采矿方法为基本内容的矿山无 废开采技术,以选矿尾砂和采掘废石等矿业固体废 弃物作为填充料回填采矿空区,既能解决固体废弃 物堆置问题,同时又可以对采矿空间岩层的稳定性 进行有效的维护;在露天矿山,采用岩层锚固技术实 现高边坡陡帮开采,既保证了边坡的稳定,又大大减 小了岩土剥离量和废石排放;离子型稀土和铀矿床 原地浸出采矿工艺技术也取得了重大突破,并逐步 得到推广应用,基本上避免了对地表植被的破坏和 实现了固体废弃物零排放;选矿工业开发应用低毒 或无毒的选矿药剂和生物矿冶技术,并大力推行工 业废水的闭路循环利用,力求实现清洁生产;尾砂 库、 排土场的复垦试验研究工作也取得了初步成果。 正是新工艺、 新技术和新材料的开发和应用,促进了 我国矿业环境保护和矿业环境问题防治工作,有效 地抑制了矿业环境问题。 但是,由于受经济因素和技术水平的制约,我国 矿业环境问题防治工作和技术与世界矿业发达国家 相比还存在很大的差距,也与我国经济和社会发展 水平极不相称。目前,只有少数大中型矿业企业对 环境保护及环境问题防治给予重视和采取措施,并 取得了相应的成效,而为数众多的中小型矿业企业 仍然采用近乎原始的工艺技术进行生产,对环境问 05采矿技术 2003年3月 题无力防治。而且,由于我国矿业总体工艺技术水 平落后,矿业环境保护及环境问题防治缺乏经验积 累和先进的技术支撑,同时,技术创新能力差,因此, 在环境保护及环境问题防治过程中产生的二次环境 问题也非常严重。 3 矿业环境防治对策 严重的矿业环境问题是由于片面追求经济发展 而忽视环境保护和环境问题防治的结果。目前,我 国矿业环境问题防治的基本方针政策是 “预防为主, 防治结合”,矿产资源开发建设项目在规划和设计报 批的同时必须提交环境影响评价报告和安全评价报 告,矿业企业生产期间接受环境保护行政管理部门 和安全生产监察部门的监督和定期检查。但法律及 相关的监督管理机制对矿业环境保护和矿业环境问 题防治的强制性要求没有贯穿整个矿产资源开发的 全过程,重矿山建设和生产期,轻矿山闭坑和复垦 期。法制和行政监督管理机制不健全、 相关技术落 后是我国矿业环境问题防治工作值得关注的重要问 题。 3. 1 强化矿业环境问题的立法和监督管理 严格的法律和完善的监督管理机制是实现环境 保护和环境问题防治的根本保障。从对矿业环境问 题的分析可知,矿业环境问题具有鲜明的特色,涉及 到环境工程学、 环境安全学和环境卫生学等学科领 域,包括有环境污染问题、 环境岩土工程问题和环境 安全卫生问题,因此,必须开展矿业环境保护及环境 问题防治的专项立法,建立起适合我国矿业产业特 点和经济社会发展水平、 并与国际接轨的矿业环境 保护及环境问题防治法律体系和监督管理机制。 矿业环境立法和监督管理应该贯穿矿产资源开 发利用的全过程,从矿产资源的勘查勘探、 规划、 项 目设计、 开采或加工直到矿山闭坑和生态恢复等各 个阶段。而且,矿业环境保护及环境问题防治必须 坚持以人为本,注重人与自然的协调发展,充分体现 矿产资源与环境一体化的理念。 世界矿业发达国家在矿业环境保护立法和环境 监督管理工作方面,有许多成功的经验值得我国借 鉴和学习。如美国、 南非、 澳大利亚等,这些国家都 制订有严格的矿业法律和建立了完善的监督管理机 制,有 矿业法 、勘探法 、采矿法 、采矿监督法 矿山安全法 、矿山环境管理法 及其实施条例等, 并建有矿业监察庭即矿业法庭 , 设有矿产监督员, 矿业企业不仅在矿产资源开发项目立项申请时必须 提交详尽的环境影响说明书,而且必须每年提出报 告,详尽说明环境保护和环境问题防治情况和效果。 3. 2 发展与环境协调的矿业技术 矿业环境保护和环境问题的防治必须以先进的 矿业技术为支撑,坚持预防为主,防治结合的原则, 同时,通过资源综合利用,促进和发展与环境协调的 矿业技术。我国发展与环境协调的矿业技术应从攻 克以下技术难题着手 1煤炭地下气化产业化工程技术。该技术在 我国经试验研究取得了成功,其核心技术内容就是 通过对地下煤炭资源进行原地可控燃烧,使固体煤 炭转化为可燃性气体,从而彻底解决传统煤炭开采 废气、 废水、 矸石造成的环境问题,并使煤炭资源利 用产业链的后续环境问题在源头得到根本解决; 2生态充填材料工程技术。以矿业工业固体 废弃物为基本充填材料的充填采矿方法是实现矿山 无废开采和解决地下矿山环境岩土工程问题的核心 技术,但矿业工业废弃物作为充填的材料本身通常 含有有害组分,因而有可能对地下水体造成二次污 染或带来新的环境安全卫生问题,因此,研究开发物 理化学性能稳定、 符合环境保护要求的生态型充填 材料或矿用充填添加剂,确保在充分利用废物、 解决 矿业环境问题的同时,避免二次环境问题的产生; 3原地浸出采矿工程技术。原地浸出采矿工 程技术是非煤矿产资源开采技术发展的必然方向, 它类似于煤炭地下气化工程技术,通过采用生物或 化学溶解介质浸出和回收有用矿物成份,基本实现 无废气、 废水和固体废弃物排放,彻底解决传统矿床 开采技术不可避免的环境污染问题、 环境岩土工程 问题和环境安全卫生问题; 4生物矿冶工程技术。以生物技术替代传统 的化学选矿技术和化学、 火法冶金技术,解决化学药 剂及冶炼烟气带来的环境问题和危害; 5矿业微环境调节技术。采用人工环境技术, 如人工微气侯环境技术、 计算机远距离遥控控制技 术和岩层加固技术等,强化矿业工人劳动安全保护 和个人健康卫生防护; 6矿山复垦技术。矿山复垦技术的研究必须 贯穿矿产资源开发的各个阶段,使矿产资源开发整 个过程始终保持一个与周围自然环境协调一致并能 自我维持的生态环境,最终恢复被矿产资源开发扰 动和破坏的生态,使生物种群达到破坏前的程度。 15第3卷第1期 王洪武 吴爱祥 矿业环境问题及防治对策 3. 3 资源化利用矿业工业废弃物 根据工业普查材料,我国有色金属矿产中共生、 伴生矿种为45种,黑色金属矿产中共生、 伴生矿种 为30多种,煤炭中共生、 伴生矿种为20余种。我国 在矿产资源综合利用方面虽然取得了大的成效,但 由于受技术经济因素的制约,矿产资源综合利用程 度仍很低,大量共生、 伴生矿物组分成为工业废料。 矿业工业废弃物的这一特性决定了其作为二次资源 的开发利用价值。视矿业工业废弃物为二次资源并 进行开发利用是处理处置矿业工业废弃物的最有效 途径之一,资源化利用矿业工业废弃物不仅可以解 决由废弃物引起的一系列矿业环境问题,而且可以 创造巨大的经济效益。 资源化利用矿业工业废弃物,应特别关注以下 两个方面 1尾矿资源的再生利用。我国有大量的老尾 矿存量,由于受当时经济技术水平的局限,老尾矿不 仅含有多种有用矿物组分,而且有许多元素的品位 还很高,具有极高的再生利用价值,但尾矿资源的再 生利用必须以先进的选冶工艺技术为依托,确保既 能解决老尾矿堆存带来的环境问题,又不会因开发 利用而引发新的环境问题。 2冶炼炉碴的资源化利用。冶炼炉碴具有火 山灰的特性,目前,我国常以冶炼炉碴作为生产水泥 的原料或掺和料,其缺点是须经二次高温煅烧,不仅 没有利用冶炼炉碴的特性,而且还带来了严重的二 次环境问题,因此,必须研究开发新的工艺技术,充 分利用冶炼炉碴的火山灰特性,以物理的、 化学的或 生物的方法,通过对冶炼炉碴活性的激发或强化,利 用冶炼炉碴生产水泥或具有水泥特性的胶凝材料, 以实现冶炼炉碴资源化利用和无废排放。 参考文献 [1]张克仁,张兴仁.我国矿产资源的综合利用.八十年代中国地 质科学[M] .北京北京科技出版社,1992 ,68～75. [2]李晓红.面向21世纪的环境保护与能源综合开发利用[J ]. 世界科技研究与发展,1997 ,191 . [3]辜伟中.发展21世纪矿山 “绿色工程”.矿冶科学与工程新进 展[M].北京冶金工业出版社,1996 , 394～399. [4]哈承佑,郝爱兵.加强环境地质研究,推动新兴学科的发展.八 十年代中国地质科学[M].北京北京科技出版社,1992 ,105 ～109. 收稿日期2003 - 01 - 18 作者简介王洪武1963 , 男,湖南湘乡人,高级工程师,博 士研究生,主要从事充填采矿技术和矿业经济研究。 国家安全生产监督管理局将深化非煤矿山安全整治工作 2003年2月25日,国家安全生产监督管理局召开了 “全国非煤矿山安全整治电话会” 全面部署 2003年非煤矿山安全整治工作。 2002年全国非煤矿山发生事故次数和死亡人数比2001年上升了24. 4 和6. 2 ,安全生产形势 严峻。国家安全生产监督管理局要在连续两年集中开展非煤矿山安全整治的基础上,以伤亡事故仍然 多发的行业、 地区和企业为重点,深化专项整治工作。 国家安全生产监督管理局副局长王德学说,2003年深化非煤矿山安全整治的主要目标是一是依 法关闭不具备基本安全生产条件的各类小矿山、 小采石场,防止已取缔的非法矿山死灰复燃;二是结合 整治,对70 以上的非煤矿山进行安全评估,实施分类指导,使其安全技术水平明显提高,消除重大事 故隐患;三是非煤矿山总的伤亡事故增幅下降,力争重、 特大事故比去年下降15 ,遏制发生一次伤亡 30人以上的事故,实现非煤矿山安全生产状况的明显好转。 根据初步统计,全国共有非煤矿山134058座处 , 其中小型矿山占98. 6 ,无证矿山占14. 8 。 王德学指出,深化非煤矿山安全整治有四类重点对象一是事故频发、 破坏资源、 污染环境、 不具备基本 安全生产条件的非金属、 有色和黑色矿山;二是去年事故和死亡人数比较集中的浙江、 广西、 湖北、 广东、 云南、 辽宁等省区;三是矿山数量比较多的山东、 河北、 福建等省;四是各类私营、 个体小矿山和小采石 场。 国家安全生产监督管理局计划在2003年4月至6月,对部分地区非煤矿山安全整治工作的情况进 行一次综合调研。三季度时将组织力量,采取异地互检互验的方法进行督察。今年四季度国家安全生 产局、 公安、 监察、 国土资源、 工商、 环保等部门将联合开展验收督察工作。 25采矿技术 2003年3月