1、第二章 采矿工业对环境的影响,第一节 环境的基本概念 第二节 采矿工业对环境的影响 第三节 开采沉陷对环境影响的评价 第四节 露天开采对环境影响的评价,第一节 环境的基本概念,一、环境的概念 二、生态系统与生态平衡三、环境科学的研究内容和方法,一、环境的概念,1、环境的定义2、环境的分类,1、环境的定义,我国环境保护法对环境的概念作了明确规定，并列举了较为重要的环境要素。它所称的环境，是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。,2、环境的分类,环境是一个非常复
2、杂的体系，目前尚未形成统一的分类方法，一般情况下，按环境的主体、范围、环境的要素和人类对环境的利用或环境的功能进行分类，可分为人类环境与生态环境、大环境与小环境、自然环境与社会环境等。 在我国的环境保护法规中，是根据环境的要素和人类对环境的利用或环境的功能将其分为自然环境与社会环境两大类。,1）自然环境 是指环绕着人群的空间可以直接、间接影响到人类生活、生产的一切自然形成的物质、能量的总体，是人类赖以生存的物质基础； 2）社会环境 是相对于自然环境而言的，是指在自然环境的基础上，人类通过长期有意识的社会劳动，加工和改造了的自然物质、创造的物质生产体系、积累的物质文化等所形成的体系。,二、生态系
3、统与生态平衡,1生态系统的概念 2生态平衡3矿区生态系统,1、生态系统的概念,某种生物所有个体的总和叫做生物种群，生活在一定区域内的所有生物种群组成生物群落。 生态系统就是生物群落与其非生物环境之间相互作用、相互依存的综合体。 自然界包含有多种多样的生态系统，如森林生态系统、草原生态系统、沼泽生态系统、农田生态系统、高山生态系统、海洋生态系统等。,2生态平衡,任何一个正常的生态系统中，能量流动和物质循环总是在不断地进行。但在一定的时期内，生态系统内部的生产、消费和分解之间保持一种相对的平衡状态，即能量流动和物质循环较长时间保持稳定，这种平衡状态叫做生态平衡。生态平衡包括结构上的平衡、功能上的平
4、衡以及能量和物质的输入、输出数量上的平衡。,3矿区生态系统,我国的含煤面积很广，已勘探和预测的煤田面积约有55104km2，占我国国土面积的5.7。主要的煤田集中在西北和华北地区，主要的开发矿区集中在华北、东北、华东和中原地区。这些地区都是我国著名的农业区，矿区生态系统往往就是在对原有农业生态系统进行一定程度的破坏之后建立起来的。它采取原生态系统中的组成元素作为自己的输入，强行向原系统输出废物，削弱原系统的功能，甚至导致原系统的瘫痪或崩溃。,矿区开发之后，随着物质流、能源流、信息流的输入和大量非农业人口的涌入，原有农业生态系统的结构已发生了变化。生命系统由以绿色植物为主转变为以人为主，环境系统
5、由于其功能的改变也演化为以矿产资源和交通条件为主。在矿产资源开发过程中，由于直接挖损、采掘引起地表沉陷和废弃土石堆积等原因，破坏和占用大量的土地，使绿色植物大幅度减少，动物迁移，耕地数量急剧下降，农作物减产，并引起大气、水体和土壤的污染。,矿区生态系统一般具有的特性：,(1)是以人为中心的生态系统，且该系统的产生、存在、发展和消亡都是按人的意愿进行的。(2)是一个开放型系统，它与整个社会的自然一经济一社会复合系统息息有关。因而，既受自然生态规律的支配，又受社会经济规律的支配。,(3)系统中的生物群落改变，主要表现在：生产者数量减少，生物性生产下降；有相当数量的家养动物和一定数量的野生走兽及飞禽
6、，但主要的消费者是人。(4)特殊的能量流动和物质循环，主要表现在：能流与物流是开放式的；需要大量的辅助能源和辅助物质。,开展矿区土地复垦工作，要考虑矿区生态系统的上述特性，选择最佳的复垦方向，以取得良好的经济效益、生态效益和社会效益。,三、环境科学的研究内容和方法,1环境科学的产生2环境科学的研究内容3环境科学的研究方法,1环境科学的产生,在自然界中，任何生物都是在一定的环境条件下生存，人类也不例外，所不同的是人类不但在环境中生存，而且还利用和改造着环境。近百年来，由于人类活动的干扰，特别是现代工农业的迅猛发展、自然资源的大规模开发利用、大型工程的兴建以及人口的过快增长，已经引起了一系列的环境
7、问题。归纳起来，可将环境问题分为两大类。一是不合理地开发自然资源，使人类的自然环境遭受破坏；二是城市生活和工业发展引起的环境污染。,环境的污染和破坏，已经严重影响着人类的生产、生活和健康状况，甚至威胁着人类的生存条件，这也使人类懂得了保护环境的重要性。为了适应人类治理、保护和改善环境的需要，经过一段时间的孕育和发展，上世纪70年代初产生了环境科学。 环境科学研究人类环境的质量及其控制，是一门综合性很强的学科。,2环境科学的研究内容,(1)环境调查和环境评价； (2)污染物质在自然环境中的转移、循环和积累规律； (3)污染物的处理； (4)区域环境规划的研究； (5)自然资源的保护和合理利用；
8、(6)环境监测和分析技术的研究。,3环境科学的研究方法,环境科学是一个庞大的学科体系，研究内容涉及到各种自然科学和工程技术领域。目前，环境科学的发展趋势是：以整体观念剖析环境问题；注重研究生命维持系统；扩大生态学原理的应用范围；提高环境监测的效率；注重全球性问题的研究。,上述发展趋势改变了以大气、水、土壤、生物等自然介质来划分环境的传统方法，要求环境科学从环境整体出发，实行跨学科的合作，进行系统分析，运用宏观和微观相结合的方法进行研究。在宏观上，研究人类同环境之间的相互作用、相互促进、相互制约的对立统一关系，揭示社会经济发展与环境保护协调发展的基本规律；在微观上，研究环境中的物质对生命的影响及
9、其作用机理。 我国在环境科学研究上，实行应用技术与基础理论相结合，以应用研究为主的原则。重点是针对那些量大面广、污染严重的污染源，尽快研究出投资少、资源利用率高、污染物排放量少的防治技术。,第二节 采矿工业对环境的影响,一、开采沉陷对环境的影响 二、露天开采对环境的破坏三、矿区固体废弃物对环境的影响,一、开采沉陷对环境的影响,开采沉陷对环境的影响，可分为景观破坏和生态破坏(表21)，其中景观破坏只局限于某一地区，而生态破坏范围较大，有超地区性的影响。,表21 开采沉陷对环境的影响,(一)开采沉陷对景观的破坏形式,1地表下沉盆地 2矸石山 3破坏建(构)筑物、道路及其它管线,1地表下沉盆地,地下
10、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。当地下潜水位很高时，地面沉陷后潜水出露地表，还会使盆地内常年大面积积水。可见，开采沉陷对矿区原有的地表形态产生影响。 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。有的风景区因地形、地貌改变，植被被大量破坏，其秀美的风光受到损害，失去了诱人的魅力。
11、,山东华丰煤矿区沉陷盆地,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。据统计，我国现有矸石山1100余座压占土地约15万亩；全国曾经发生或正在发生自燃的矸石山有250座，约占矸石山总数的23。 矸石山是矿区主要的污染源之一。矸石风化产生的粉尘随风飞扬，自燃的矸石山还排放大量有毒、有害气体，严重污染大气、损害景观。尤其是那些位于风景区和市区附近的矸石山，它们与周围的环境极不协调，既压占着大量宝贵的土地资源使其不能利用，又影响游人的观景情绪和城市的文明风貌。,山东华丰煤矿区矸石山,山东华丰煤矿区矸石山,3破坏建(构)筑物、道路及其它管线,地表倾斜使采动影响范围内
12、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。此外，地表倾斜会使管道、公路和铁路的坡度改变。道路坡度的变化使车辆的运行阻力增大或减小，以致交通事故增加。 地表的负曲率变形(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；地表的正曲率变形(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。在水平变形作用下，还可能使地下管道被拉断，公路路面开裂，铁路的轨距和轨缝等发生变化。,(二)开采沉陷对生物的影响,1
13、对植物的影响 2对野生动物和微生物的影响,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。土地塌陷对植物的影响情况与矿区的地形、地貌、地质、区域气候、地下潜水位高低等自然要素和采矿条件有关，可按地形、地貌和潜水位高低大致划分为四个影响区类： (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,(1)高潜水位的平原矿区,在地下潜水位很高的平原矿区，如位于华东地区的淮南、淮北、徐州等矿区，通常地面沉陷后潜水出露地表，下沉盆地内常年大面积积水，造成大量土地不能耕种，使绿色植物大幅度减少；有盆地的季节性积水部分，减少种
14、植茬数或造成严重减产，盆地的其余部分因产生附加坡度而形成坡耕地，不利于农作物生长。 据统计，淮北矿区每采万吨煤塌陷土地4.2亩，其中积水面积占35；季节性积水或荒芜面积占34；仍可耕种但减产的面积占3l。,(2)低潜水位的平原矿区,在潜水位较低的平原矿区，由于开采沉陷使地势变低和抬高潜水位，一方面使地面、地下径流不畅，在雨季很容易出现洪涝，使土地沼泽化；另一方面，在旱季潜水蒸发变得强烈，地下水易于携带盐分上升到地表，使土地盐碱化。 土地出现沼泽化和盐碱化，使作物生长明显受到抑制，在一些重盐碱土上甚至寸草不生。在草原地带，由于潜水位上升影响牧草的生长发育，积水区会变成沼泽地，使牧草绝产。,(3)
15、丘陵矿区,在丘陵地区，开采沉陷对植物的影响既有有利的一面，又有不利的一面。 当地下开采使地表上凸部分下沉时，将减小地面凸凹不平的程度，使地面变得较平坦，对植物生长有利；当地下开采使地表下凹部分下沉时，将增大地面凸凹不平的程度，同时使地面坡度变陡，对植物生长不利。 另外，在干旱的丘陵矿区，如果地下开采引起地表裂缝发育，将使地表水易于流失，土壤变得更为干燥，也影响植物生长。但总的看来，丘陵矿区的开采沉陷对地形、地貌的影响不大，并且地表沉陷后不积水或积水很少，对植物的影响很小。,(4)山区矿区,在山区，开采沉陷对植物的影响情况主要与区域气候和地质条件有关。 一般情况下，山区开采沉陷对植物的影响不大，
16、与丘陵矿区的影响情况类似。但在某些干旱的山区，如山西省的一些矿区，由于开采沉陷引起的地表非连续变形(裂缝、台阶、塌陷坑、滑坡)发育，地表水流失严重，土壤微气候变得更为干燥，土地更容易被风、水等侵蚀，也严重影响植物生长，造成农作物减产。,目前，我国主要是采用地下开采方法采煤，其煤炭产量约占煤炭总产量(11.8亿t)的95。因此，开采沉陷是我国采矿工业破坏土地的主要形式。若按万吨塌陷率3亩计算，每年塌陷土地约40万亩，再以12在平原地区计，则有20万亩是良田。这些良田塌陷后，绝大部分要减产或严重减产，一部分甚至绝产。 地下开采引起的土地塌陷使我国人多地少、耕地资源不足的问题变得越来越严重，对社会和
17、经济的发展产生了一定的影响。,2对野生动物和微生物的影响,1）对野生动物的影响 2）对微生物的影响,1）对野生动物的影响,野生动物的生长繁殖要有适宜的环境条件。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，因而，使一些野生物由于不适应环境的变化或由于缺少食物而死亡或迁移。一般说来，开采沉陷会导致矿区原有野生动物的种群和数量下降。,2）对微生物的影响,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。另外，土壤微生物的繁殖还要求土壤中的水分不能过多。由于开采沉陷对水体和土地的损害都是无毒的，且一般不会引起水
18、体的pH值发生明显的变化，因此，开采沉陷不会对水体微生物产生明显的影响。但在某些地区，由于开采沉陷会引起土壤中水分过多以及pH值发生变化，因而会影响土壤中微生物的活动。 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，矿井水一般含有大量的悬浮物，流入农田会堵塞孔隙，影响通风，不利于作物生长。所采矿层或围岩中有黄铁矿或其它硫化物时，还会产生大量的酸性矿井水，流入水体和渗入土壤后，可能引起其pH值过低，危害陆生和水生植物及微生物的生长。,(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,1使岩层和地表移动、变形,2引起滑坡和泥石流,在山区，
19、当开采地区存在滑坡条件或有古老滑坡时，由于地下开采使覆岩产生破坏，影响岩石的物理力学性质和滑体的稳定性，很容易诱发滑坡或引起新的滑坡。当地面天然坡度较大，在雨季含水达到饱和时，随着表土层重量增大，在采动影响下还可能发生泥石流。 另外，当矸石堆积过高且坡角过大时，也容易产生滑坡事故。直接威胁其周围的农田、道路和居民的生命财产。长期堆积、自燃的矸石山，由于内部积蓄大量热能，形成高温、高压的热力学条件，可能使矸石山爆发崩落，危及周围居民的人身安全。,3加剧岩石的风化和剥蚀,地表受采动影响后容易发生水土流失。因此，在表土层不厚的情况下，容易使基岩棵露而遭受风化和剥蚀。在基岩直接出露地表的地方，表层岩石
20、长期受风化作用已变得较为松软，受采动影响后其强度将大为降低，因而会加剧岩石的风化和剥蚀，在山区，当产生滑坡和泥石流时，将暴露出较大范围的新鲜岩石被风化和剥蚀。,二、露天开采对环境的破坏,(一)露天开采对景观的破坏形式 1露天采空区 2排土场 3尾矿场(二)露天开采对生态的破坏 1改变水文地质条件 2污染土地、空气和水体,露天开采对环境的破坏,露天矿通常由露天采矿场(主要生产场地)、排土场(剥离土岩堆弃场地)、尾矿场(原矿经破碎选出精矿后的废料堆弃场地)、运输线路及工业场地等组成。 目前，我国露天煤矿较少，其产煤量只占煤炭总产量的5左右。实施露天采矿工程对环境产生的破坏也包括景观破坏和生态破坏(
21、表22)，其破坏程度比地下开采更为严重。,表22 露天开采对环境的影响,1露天采空区,露天开采是把矿层上方的表土和岩层剥离之后进行的，直接挖损形成露天采空区是破坏土地的一个主要形式。对土地的破坏非常严重，如抚顺西露天煤矿，采煤2亿t，已开挖形成一个长1l km、宽2.5 km、深288 m的露天采空区，破坏土地近4万亩，另一个著名的阜新海州露天煤矿，至今采煤1.3亿t，已形成一个深193 m、面积1.1万亩的露天采空区。 据对我国一些露天矿的调查,每采1万t煤要挖损土地0.871.98亩，平均约1.56亩。按我国目前露天矿产煤量占总产煤量的5估算，每年约挖损土地9200亩。随着霍林河、伊敏河、
22、平塑、准格尔和元宝山等大型露天煤矿的开发，到2000年全国露天煤矿的年产量达到2亿t，年挖损土地达到3.12万亩。,辽宁阜新海州露天矿一角,2排土场,排土场一般分为内、外排土场。外排土场是向露天采空区以外排放废弃土石的场地，而内排土场是利用露天采空区堆积废弃土石的场地，它不另占土地，但仍然对环境产生影响。 排土场的占地面积一般为露天矿总占地面积的50，它是露天开采情况下规模最大的土地破坏形式。我国抚顺西露天煤矿已压占土地2.7万亩，阜新海州露天矿压占2.4万亩，新丘露天矿压占1.3万亩。 据调查统计，每采1万t煤排土场压占土地面积为1.233.18亩，平均1.61亩。按目前的产煤量计算，全国每
23、年因露天矿排放废弃物压占土地约9500亩。到2000年全国露天矿年压占土地增至3.22万亩。由于排土场的废弃土石混堆，植物难以生长。整个排土场呈现一片荒凉景象。,抚顺西露天煤矿西舍场,阜新海州露天矿排土场,3尾矿场,选矿过程中要产生大量的尾矿。 据估计，我国非煤矿山每年排弃的废石量约有7亿t 尾矿量约有2亿t。堆积尾矿也占用大量土地，不可避免地要覆盖植物或填充水体，同时污染环境，破坏自然景观。,(二)露天开采对生态的破坏,1改变水文地质条件2污染土地、空气和水体,1改变水文地质条件,露天开采对采矿地区水文地质条件的影响程度，取决于采矿工程的规模、采矿技术条件、地下水位、底土的水文地质情况、采矿
24、坑道的排水能力和恢复工作的完全性及完成时间。在采场及其附近的排土场内，通常地形上凸部分明显地表现为疏干，而在地形下凹部分则水量过多，使地表湿度过大或被水淹没。 据国外资料，露天开采可对采场以外相当远的范围内的水文地质条件产生影响。例如：原苏联某露天矿区开采引起水文地质条件发生变化的面积超过开采面积的9倍；波兰一面积为2100公顷的露天采场，引起12万公顷的面积上水文情况有变化；法国有几个露天褐煤矿，开采后使地下水位降到200m以下，造成矿区周围几平方公里的地面沉陷。 另外，因排放露天矿坑水未进行净化处理，还造成地表水和地下水的酸化。露天开采引起的土地缺水和水质酸化，大大降低了土地的生产效能。同
25、时使生态环境遭受严重破坏。,2污染土地、空气和水体,露天矿大爆破是巨大的周期性污染源。大爆破产生的烟尘冲向空中，使空气受到污染，然后粉尘又降落下来，使土地和水体受到污染，烟尘量的多少取决于矿岩硬度、含水量和药量等。 据原苏联的资料，大爆破产生的烟尘总量超过1520 Mm3，粉尘及有害气体可飘浮1012 km之远，在14昼夜可在直径24 km的范围内降落200500 t粒度1.5 mm以下的粉尘。在鲁尔斯克和上西里西亚地区，每年每昼夜在100 m2的地面上降尘23 kg，土壤被埋没在一层厚达0.5 m的粉尘之下。 据捷克和波兰学者的研究资料，由于粉尘污染使谷物收成损失2729，土豆和糖用甜菜收成
26、减少510。 各种采矿设备发出的噪声对环境的污染也很大，它影响邻近居民的正常生活和安全生产，降低劳动生产率，还能使人体产生多种疾病。,三、矿区固体废弃物对环境的影响,(一)采、选矸石对环境的影响 (二)粉煤灰对环境的影响,(一)采、选矸石对环境的影响,矸石长期在露天堆积，易于风化破碎，产生的大量粉尘随风飘扬，对空气造成一定的污染。自燃的矸石山燃烧时排放大量有害、有毒气体(如CO、CO2、SO2等)。因燃烧产生的灰渣引起空气中颗粒物含量增加。 据原苏联的资料，在顿涅茨克地区，距离燃烧的矸石山300 m外，二氧化碳和硫化物的浓度分别达到125 mgm3和1.65mgm3。矸石山的燃烧可长达几年、几
27、十年，剧烈燃烧时进入空气的二氧化碳的总体积可达每天数万立方米。自燃矸石山对空气的严重污染，不仅使矿区附近的草木枯萎，农业减产，而且使矸石山附近居民的呼吸道疾病和癌症发病率上升。,采、选矸石对环境的影响（续）,矸石山经雨水、雪水等的浸淋产生的淋溶水含有酸性物质、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。由于这些淋溶水酸性大且有毒，盐类高度集中，渗入土壤后会改变土壤结构，影响植物生长；流入水体后则使水质发生变化，危害水生生物和人类。如当淋溶水引起水体的pH值小于5时，就能消灭或抑制水中微生物的生长，妨碍水体自净，并使鱼丧生。 此外，野生动物和牲畜摄入被矸石中的有害、有毒物质污染了的
28、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。,(二)粉煤灰对环境的影响,燃煤电厂在生产过程中，将煤块破碎研磨成煤粉，再送入锅炉在13001 500 的高温下燃烧。煤粉燃烧后剩余的残灰就是粉煤灰。每燃烧1 t煤要产生250300 kg粉煤灰。目前，除一小部分粉煤灰被工业利用外，其余大部分以1：10l ：20的灰水比排入到储灰场贮存起来。,粉煤灰对环境的影响（续）,压占土地： 我国火力发电厂以燃煤为主，每年发电用煤1.8亿t，年排放粉煤灰5000万t左右，利用率仅为23，现在全国储灰场地占地面积已达20万亩。到2000年，年发电用煤5亿t，排放粉煤灰1.6亿t，灰场占地面积达到50万
29、亩。,粉煤灰对环境的影响（续）,污染环境： 刮风天灰渣随风扬散，加重空气的粉尘污染。如我国包头市的粉煤灰场，遇四级风可剥离11.5 cm，灰尘飞扬高度达2050 m，使平均视线降低3070。我国城市尤其是北方城市的降尘和总悬浮物普遍超标，与粉煤灰关系很大。 降尘对人体的直接危害较小，主要是损害设备、农作物和景观；飘尘可长期悬浮在大气中，易进入人体的呼吸道深部，且由于飘尘的表面积很大，能吸附芘、苯并(a)芘、苯并(e)芘、苯并苊、苯并蒽等有机毒物，它们协同作用毒性更大。因此，对人体危害甚大。 若煤炭中含有微量元素和放射性元素，尤其是镉、汞、砷、铀、钍等元素，能引起骨痛、白血球减少、呕吐以及癌症等
30、病症，对人体危害很大。另外，粉煤灰在露天堆放，其中的有害成分经风化、雨淋、地表径流容易渗入土壤和流入水体，使土壤盐碱化、中毒，使水体的水质恶化，危害动、植物和人类。,粉煤灰显微形貌,山东华丰煤矿区粉煤灰池,辽宁阜新粉煤灰场,第三节 开采沉陷对环境影响的评价,一、开采沉陷的预测 二、开采沉陷对环境影响的评价,一、开采沉陷的预测,(一)地表移动变形预计(二)地表移动持续时间和下沉速度预测(三)开采沉陷范围的预测(四)冒落带和导水裂隙带高度的预测(五)地表非连续变形的预测,(一)地表移动变形预计,为了预测开采沉陷对采动影响范围内的地表及其上附着物的破坏程度，需要预计地表下沉盆地内的下沉、倾斜、曲率、
31、水平移动和水平变形值。 目前，我国常用的地表移动变形预计方法有概率积分法、典型曲线法和负指数函数法，其具体预计方法可参考有关文献，在此不再熬述。,(二)地表移动持续时间和下沉速度预测,地表点移动的初始期、活跃期、衰退期、移动持续时间及其最大下沉速度可用下列公式计算： 初始期(下沉速度小于50mm月)：T1=K1H/C，d （21） 活跃期(下沉速度大于50 mm月)：T2=K2H/C，d (22) 衰退期(下沉速度小于50 mm月)：T3=K3H/C，d (23) 移动持续时间：T=T1+T2+T3，d (24) 最大下沉速度：Vmax=K4Cqmcos/H，d （25）式中K1、K2、K3、
32、K4系数； C工作面推进速度，m/d； H开采深度，m； q地表下沉系数； m开采厚度，mm； 矿层倾角。 系数K1、K2、K3、K4、q均与地质采矿条件有关，由矿区的实测资料确定，当评价地区为新开发建设矿区或开采沉陷的实测资料不足时，也可采用类比法确定。,(三)开采沉陷范围的预测,1地表最大塌陷深度、积水深度 和塌陷体积预测2地表塌陷面积预测,1地表最大塌陷深度、积水深度和塌陷体积预测,地表最大塌陷深度即是地表最大下沉值Wmax，其计算公式为 Wmax=qmcos (26)式中m开采厚度，m。 塌陷区地表最大积水深度hmax可按下式估算： hmax=H潜（H地Wmax）) (27)式中H潜地
33、下潜水位的标高，m；H地地表塌陷前的标高，m。 当计算出hmax 0时，说明塌陷后无潜水出露地表，不积水。 地表塌陷体积V可利用下沉系数来估算： V=qV (28)式中V采空区的体积，m3。,2地表塌陷面积预测,地下开采引起地表塌陷的面积S，可用万吨塌陷率或塌陷面积与开采面积的比率来预测，即 S=dQ (29)或 S=PS (210)式中d万吨塌陷率，亩万t； Q开采矿产总量，万t； P塌陷面积与开采面积的比率； S地下开采面积，m2。 - 参效d和P的大小与地质采矿条件有关，各矿区之间的差异较大。,附：万吨塌陷率计算,据对部分矿区的调查结果，P的数值一般为1.2，d的数值为1.54.5。 在
34、我国东部平原煤矿区，万吨塌陷率可用下式计算： d=15ncos/Km式中：n影响系数，其值为1.11.3； K采区或水平回采率； m 采厚，m； 煤的容重，tm3； 煤层的倾角。,塌陷面积其它计算方法,当采空区的形状近似为矩形时，因地表下沉盆地近似为椭圆形，此时塌陷面积可用下式计算： S=/4（l+2Hctg0）（Lcos +H1ctg0+H2ctg0） (212)式中：H1 开采上边界的深度，m； H2 开采下边界的深度，m； H平均开采深度，m； l 走向开采长度，m； L 倾向开采长度，m； 矿层倾角； 0、0、0 分别为走向、下山和上山边界角。 此外，地表塌陷面积还可直接根据预计的地表
35、下沉等值线图，采用面积量算方法从图上量得。,(四)冒落带和导水裂隙带高度的预测,地下煤层开采后，采空区上覆岩层中的冒落带和导水裂隙带的高度与煤层倾角、覆岩性质和分层开采厚度有关。水平及倾斜煤层(倾角为00540)开采时冒落带和导水裂隙带高度的计算公式列入表23中，急斜煤层(倾角为550900)开采时冒落带和导水裂隙带高度的计算公式列入表24中。,表23 水平及倾斜煤层冒落带和导水裂隙带高度的计算公式,表24 急倾斜煤层冒落带和导水裂隙带高度的计算公式,(五)地表非连续变形的预测,地表非连续变形通常是指地表出现裂缝、台阶状塌陷盆地和塌陷坑。在这种情况下，建筑物、铁路、水体受到的危害极大。 开采缓
36、斜煤层时，在地表移动盆地的外边沿区可能出现裂缝。裂缝的深度和宽度与表土层的厚度、塑性大小和地表拉伸变形值的大小密切相关。塑性大的粘性土，一般在拉伸变形值超过610 mmm时才出现裂缝；塑性小的砂质粘土、粘土质砂或岩石，拉仲变形值达到23 mmm时就可能出现裂缝。地表裂缝一般平行于采空区边界发展，其形状为楔形，地表的开口大，随深度的增大宽度变小，到一定深处尖灭。,地表非连续变形的预测（续）,在开采急斜煤层条件下，当采深与采厚的比值较大时，地表可能出现一种台阶状平底塌陷盆地。这种塌陷盆地的范围很大，盆地中央平坦，在边缘部分形成多级台阶。 地表塌陷坑通常出现在开采急斜煤层条件下，当开采埋藏深度不大的
37、厚及特厚煤层或近距煤层群时，大多出现在煤层露头上方的地表。在开采缓斜煤层时，只是在某些特殊的地质采矿条件下才可能出现塌陷坑，如采用不恰当的采矿方法；不适当地提高回采上限；掘进头误入含水砂层造成水、砂溃入巷道等。,二、开采沉陷对环境影响的评价,(一)开采沉陷对环境影响评价的一般程序 (二)开采沉陷环境影响评价报告书的内容(三)开采沉陷对环境影响的分项评价(四)开采沉陷对环境影响的综合评价(五)开采沉陷对环境影响的保护措施,(一)开采沉陷对环境影响评价的一般程序,图22 评价工作技术程序框图开采沉陷对环境影响的评价，应按图22所示的评价工作技术程序进行。,开采沉陷对环境影响评价的一般程序（续）,(
38、1)根据国家环境保护法和其它方针政策的有关规定以及建设项目的初步设计，制定环境影响的评价大纲。 (2)利用已有的开采沉陷资料建立开采沉陷的预测模型(当评价区为新开发建设矿区或开采沉陷观测资料不足时，可用类比法确定预测模型及其参数)，根据预测模型和采矿工程的初步设计，进行开采沉陷预测。 (3)通过对自然环境和社会经济环境的调查与分析，依照有关的环境标准，进行开采沉陷对环境影响的分项评价和综合评价。,开采沉陷对环境影响评价的一般程序（续）,(4)邀请采矿、测绘、环境保护和土地管理等有关方面的专家和群众代表，就开采沉陷对环境影响的保护措施在技术、经济上的可行性与合理性进行论证。若论证不通过，则重新确
39、定环境保护措施，修改采矿工程设计，再进行环境影响的分析、评价和论证。 (5)在技术、经济论证通过之后，编写开采沉陷环境影响评价报告书，并上报主管部门审批备案。,(二)开采沉陷环境影响评价报告书的内容,根据我国环境保护法和基本建设环境保护管理办法的要求，结合开采沉陷环境影响评价的具体情况开采沉陷环境影响评价报告书应包括以下内容： (1)前言：说明评价的目的和依据，评价的范围、深度、内容和程序等； (2)矿区(井)开发概况：矿区(井)的名称及建设的地点，井田范围，矿层层数及厚度，地质和水文地质条件，矿井服务年限和年产量，开拓方案和开采方法，开采计划，矸石的排放地点、排放方式和排放量，矿区(井)发展
40、计划等；,开采沉陷环境影响评价报告书的内容（续）,(3)矿区(井)周围地区的环境状况：地理位置和交通情况，地形、地貌和气候概况，周围地区的其它矿藏以及森林、草原、水产、野生动植物等自然资源条件，现有的工矿企业和生活居住区的分布及人口密度，周围地区的自然保护区、风景游览区，名胜古迹及重要的政治、文化设施； (4)矿区开采沉陷环境影响现状及其处理(未产生沉陷的地区不写此项内容)：矿产开采及地表沉陷情况，对土地、建筑物、水体及其它环境因子的破坏、整治和赔偿情况，环保工程量及经费使用情况；,开采沉陷环境影响评价报告书的内容（续）,(5)开采沉陷预测：沉陷模型及其参数的选择，开采沉陷的特点分析，开采沉陷
41、的范围，地表积水情况，地表移动变形值(附移动变形等值线图)，地表移动持续时间及其最大下沉速度，冒落带和导水裂隙带的高度，地表出现裂缝、台阶状塌陷盆地和塌陷坑的可能性； (6)开采沉陷对环境影响的分项评价：根据矿区具体情况选择环境影响因子，在现状调查和开采沉陷预测的基础上，按照有关的环境标准，对各影响因子逐项进行分析评价；,开采沉陷环境影响评价报告书的内容（续）,(7)开采沉陷对环境影响的综合评价：根据分项评价结果，选择适当的方法，如综合评分法、模糊聚类分析法等。进行开采沉陷对环境影响的综合评价； (8)与开采沉陷有关的环境保护措施及其技术经济论证：列出环境保护措施及技术、经济情况一览表，对环境
42、保护措施在技术、经济上的可行性与合理性的论证结果； (9)结论：开采沉陷对环境影响的程度，最优的防治对策以及决策的建议等。,(三)开采沉陷对环境影响的分项评价,开采沉陷的环境影响因子有：建(构)筑物、工程管网、水体、公路、铁路、土地、电力通讯系统、滑坡、地形、地质、水文、气象、植被、大气质量、野生动物等。下面仅给出一些主要环境因子的影响评价方法。 1建(构)筑物和工程管网 2水体 3公路、铁路 4土地 5电力通讯系统 6山体滑波,1建(构)筑物和工程管网,开采沉陷对建(构)筑物和工程管网的影响程度，可根据预计的地表移动变形值、建(构)筑物和工程管网的结构特征及其允许变形值来评定。 砖石结构建筑
43、物的破坏等级可从表25确定； 工业构筑物和工程管网的地表允许极限变形值分别列入表2-6和表2-7。,表25 砖石结构建筑物的破坏等级,表26 工业建筑物的地表允许和极限变形值,注：L构筑物的长度或直径，m。,表27 工程管网的地表允许和极限变形值,注：c接头的补偿能力，mm； L管子的长度，m。,值得指出的是，建筑物的影响评价常常是针对建筑群(如整个村庄)，而不是针对个别建筑物进行的。,2水体,开采沉陷对水体的影响主要与导水裂隙带的高度、地层结构、水体类型和所采矿层的位置等因素有关。 水体的影响程度应根据其遭受影响的范围、破坏的程度、矿井的涌水量、出现淡水的可能性以及其它一些影响因素来评定。,
44、地下采煤对水体的影响范围,可根据覆岩破坏的高度、破坏的形态和水体的位置来确定。水体破坏的程度和矿井出现溃水的可能性，可由煤层顶板至水体底面的距离Hd与安全煤(岩)柱的厚度Hs来估计。Hs=H1+H保 (213) 式中H1一导水裂隙带的高度，m； H保一防水安全煤(岩)柱保护层厚度，m。 若HdHs，则一般不会发生溃水事故。开采水平和倾斜煤层时，H保可按表28确定，开采急斜煤层时，H保可按表29确定。,表28 防水安全煤（岩）柱保护层厚度,注：A=M/n；M为累计采厚；n为分层层数。,表29 急斜煤层防水煤（岩）柱保护层厚度,预计矿井(或采区、工作面)的涌水量,首先要确定充水条件。矿井充水条件也
45、就是矿井水的形成条件，要形成矿井水，必须具有一定的充水水源和籍以流入矿井的透水通道。如果在开采上限与水体底面之间有一个或数个含水层，凡是导水裂隙带能波及到的含水层都会对矿井充水。另外，还要考虑各水体之间的水力联系，判断大气降水或地表水体向井下充水的可能性。矿井(或采区、工作面)的涌水量，可根据矿井观测资料采用水文地质比拟法进行计算。 (214)式中Q、Qo分别为预计矿井和已知矿井的涌水量，m3； F、F。分别为预计矿井和已知矿井的开采面积，m2； S预计矿井的开采水平深度，m； S。已知矿井的开采水平深度，m； m、n与地下水流态有关的根指数，其值可用最小二乘法确定。,在进行水体的影响评价时，还应考虑其它一些因素，如排到地面的矿井水对水源的污染情况，对人们的生产和生活用水造成的影响，地表积水的可能性和积水的范围等。,3公路、铁路,开采沉陷对公路的影响程度主要是根据沉陷稳定后其坡度的变化、路面出现裂缝的情况以及对其平整性的影响情况来评定。为此，首先预计位于采动影响范围内的公路线上的地表移动变形值，求得沉陷稳定后公路的坡度(将原来的坡度与预计的倾斜值迭加即得)，并分析路面出现裂缝的可能性以及对其平整性的影响情况。然后，对比公路管理的有关条例，便可评定公路的损害程度。,
