矿山环境单一环境问题评价多环境问题综合评价
一.导言
矿产资源的开发利用促进了国民经济的发展。然而，随着矿产资源开发规模的不断扩大，特别是长期无序、不合理的开发，诱发了相当严重的矿山环境问题，改变甚至破坏了人类的生存环境。因此，如何科学合理地评价矿山环境问题是矿山环境研究的重要课题。
按照提出问题、分析评价问题、解决问题的研究思路，在进行矿山环境评价之前，首先要对矿山环境存在的问题进行分类研究。然后，根据不同精度的矿山环境调查结果和基础数据，针对不同的问题选择不同的方法和方案进行矿山环境评价。在此基础上，可以提出合理解决矿山环境问题、保护和修复矿山环境的各种治理方案。最后，应用现代信息技术和可视化技术开发了矿山环境信息系统。因此，矿山环境问题的分类、调查、评价、恢复和信息系统建设相互联系，缺一不可，是矿山环境研究的五大内容。
矿山环境评价是在实地调查、收集、分析和整理现有资料的基础上，对矿区存在的各种环境问题进行现状模拟和预测。根据评价的环境因素，矿山环境评价可分为两类:单一环境问题(因素)评价和多环境问题(因素)综合评价。
二。矿山环境分类
矿山环境评价的对象是矿山环境问题。根据问题的性质，矿山环境问题可分为五类:三废问题、地面变形、矿山排水、供水与生态环境保护的矛盾、荒漠化和水土流失。
三。矿山环境问题评价
以上矿山环境问题分类，综合概括了我国各类矿山企业不合理开采矿产资源造成的主要环境问题。这些问题在一些矿山中以单独的形式存在，但我国大多数矿山往往同时存在多个矿山环境问题，只是其中一些相对严重，而另一些相对较轻。因此，矿山环境问题的评价应分为两类:单问题评价和多问题综合评价。另外，从时间上看，矿山环境评价包括三个部分:过去演化历史评价、现状评价和演化趋势预测评价。
(一)单一环境问题的评价
1.“三废”固体废物问题固体废物的堆积是矿山环境面临的一个主要问题。一般包括煤矸石、粉煤灰、剥离废料、废石(渣)、尾矿库和含放射性物质的固体废物。一般来说，固体废物堆积具有较大的环境影响，即土地占用、堆积体边坡稳定性、淋溶污染、风化粉尘、污染、自燃、空气污染和放射性影响。
占地效果评价:根据航空照片上固体废物的形状、色调、图案等识别标志，进行遥感解译，圈定固体废物堆积范围，确定占地大小。不同性质和类型的固体废物在彩色红外航拍照片中表现出不同的颜色和形态特征。此外，GPS技术对其占地效果的实地调查和评估也具有明显的优势。遥感解译具有直观性强、内容丰富、视野开阔、不受调查条件限制等一系列优点。但由于气候和译员主观经验的影响，其口译效果有时是有限的。因此，建议采用宏观与微观、已知与未知、室内与室外、定性与定量、遥感解译与实地调查、目视解译与计算机图像处理等相结合的技术路线。以减少误差并提高评估准确性。
堆积体边坡稳定性效果评价:边坡稳定性评价理论主要是针对由岩石和土壤组成的边坡。由于固体废弃物堆积边坡只是成分不同，因此可以用岩土边坡稳定性评价的理论和方法进行评价。
固体废弃物堆积形成的边坡属于人工边坡。边坡稳定性评价的内容主要包括:确定边坡的破坏模式、变形形式和演化阶段；确定促使边坡失稳的主要控制因素；计算边坡的稳定系数和失稳概率。其中，计算已知边坡稳定系数、判断边坡稳定性、确定稳定坡角和稳定坡高、边坡设计是需要解决的两个主要问题。控制边坡稳定性的因素主要有两个方面，即自然因素和人为因素，具体来说就是边坡的物质组成和性质，边坡的高度、坡度、形状、结构和裂隙，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，在边坡评价中起着重要的作用。通过调查、测量、实验等方法找出这些因素，是对其进行评价的基础。
边坡稳定性的评价方法很多。根据其评价机制的不同，一般可分为以下六种主要的评价方法:安全系数；可靠性或故障概率；位移、应力、位移速度等。斜坡的；定性的经验结论；干扰能量和声发射率。
浸出污染效应评价:固体废物的浸出污染可分为土壤污染和水污染。渗滤液和渗滤液中含有的有害物质可改变土壤质量和土壤结构，影响土壤中微生物的活性，阻碍植物根和茎的生长，有毒物质会在植物体内积累，对人体健康危害极大。水污染的评价可参照液体废物的评价方法。土壤污染评价采用土壤中微量元素和有害元素的评价方法。通常采用浸出试验。
淋滤实验可分为三种类型:分批淋滤、柱状淋滤和野外淋滤仪。美国环境保护局(1988年)制定的“毒性特性浸出试验(TCLP)”代表了浸出试验程序。该工序使用两种浸提液，即pH为4193的乙酸钠缓冲液和pH为2188的乙酸溶液，浸提时间为18h。间歇浸出和柱浸要求设备条件简单，成本低，而现场液位估算法所需设备和维护费用昂贵，因此目前广泛采用间歇浸出和柱浸实验。
粉尘污染效应评价:在空气体、水、太阳能、生物的共同作用和影响下，长时间暴露于地面的固体废弃物会发生物理化学变化，固体废弃物会风化解体，形成碎屑、粘土、溶解物质三种风化物。在风的作用下，这些物质会产生风化粉尘，污染矿区的大气环境。
风化粉尘的矿物成分不同，危害不同，颗粒大小和形状不同，危害也不同。能进入人体肺部的粉尘小于5 μ m，对于粉尘来说，1 ~ 2微米的危害最大，有棱角的粉尘颗粒远比圆形的粉尘颗粒危害大。粉尘污染影响的评价可参照空气质量评价方法。
煤矸石自燃的大气污染效应评价:含碳煤矸石自燃是一个氧化过程。暴露在大气中的煤矸石堆在氧化和压实的作用下，当温度上升到燃点时会自燃，当热量无法散失或煤矸石中混入可燃物质时，燃烧会更加明显。煤矸石自燃会产生大量一氧化碳、二氧化硫等有毒有害气体，严重污染环境，危害人体健康。
由于煤矸石氧化自燃的增温效应，自燃区和燃烧区的热辐射温度和反射光谱明显不同于其他正常地层，其红外遥感图像特征(颜色、色调、纹理、亮度、对比度)也明显不同。因此，利用不同时期的红外遥感影像作为信息载体解译自燃元素，可以圈定煤矸石山或煤层露头的自燃范围和具体边界，影像的地面分辨率可达10 ~ 15m。RS和GPS获取的数据按照空的数据库标准进行构建，并进行相关查询计算，形成符合GIS标准的空分析数据，可以进一步提高煤矸石自燃的评价精度。
放射性效应评价:除四种环境效应外，铀矿等废物还具有放射性污染效应。生物效应评价方法可用于评价放射性效应。所谓生物效应评价法，就是计算受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生物体的吸收剂量率不仅取决于核素的浓度，还取决于生物体的大小和形状。为了便于计算，首先要选取遭受过放射性污染地区的生物，对复杂的生物形态进行归纳和简化；(2)确定受污染生物的放射性暴露途径；③结合IAEA推荐的点源剂量分布公式得到α粒子和β射线的剂量率，利用MCNPV13A π PC Monte 2 Carlo程序，编写所需辐射源及其采样方法的描述，得到γ射线的剂量率。先计算能量吸收分数，再得到无限体积内的剂量率计算公式。宇宙射线的剂量率应用于辐射科委会的相关数据。
(1)废液矿山废液一般是指矿山在勘探、开采、采后和洗矿过程中产生的废水。目前，水环境质量的评价方法有几十种，但由于评价视角不同，尚未形成统一的标准评价方法。目前常用的评价方法主要有:综合指数法、模糊数学法、加权灰色关联法、人工神经网络法、国标F值评分法和层次分析法。
(2)前面已经讨论了瓦斯治理对采场和矸石山风化粉尘和煤矸石自燃的影响。天然气和煤层气自燃产生的废气问题，可以用大气环境质量评价的方法来研究。空气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的分布和扩散情况，根据三年内获得的监测数据，绘制大气污染中粉尘、二氧化硫、锰、铁、镉的分布图；②确定计算环境质量系数的数学模型“环境质量系数”，可以表示各种污染物的综合和污染状况；③根据计算出的环境质量系数，将环境质量分为等级或类型，绘制环境质量图。
2.地表变形开采沉陷:主要评价方法有: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。经验公式法是在综合分析地表移动实测数据的基础上，进而应用于类似地质开采条件下开采沉陷的评价与预测。由于经验公式法只能应用统计学知识进行预测，这种方法不能真正模拟开采沉陷的全过程，考虑的因素也不全面，因此只适用于开采沉陷的估算。
影响函数法和剖面函数法都是根据实际地质开采条件，利用一定的数学公式确定参数，计算开采沉陷值。而这两种方法所采用的参数及其建立的模型只是简单地从一个或几个方面模拟开采沉陷，如影响函数法计算开采沉陷值，只是几个沉陷值的简单叠加，没有考虑点与点之间的影响；但剖面函数法的剖面函数不一定符合实际的沉陷盆地形状，尤其是在预测地表变形值时，沉陷盆地形状还可能取决于剖面函数中没有考虑的一些地质和开采条件。所以这两种方法计算出来的结果不一定可靠。
解析模型法是建立开采沉陷的数学模型，根据岩体的弹性特性建立开采沉陷预计方程。J.LitwiniSzyn提出的随机介质模型是应用最广泛的方法之一。理论模型采用正态分布密度函数，通过求解计算开采沉陷值。但是，用这种方法选取岩体特征参数比较困难，岩体特征参数往往不能反映实际地质情况。物理模型法是利用小尺度相似材料模拟实验方法，再现矿产资源开发过程中岩层和地表运动特征的方法。物理模型法比较方便地考虑地质采矿的参数，具有广泛的应用。易于观察开采沉陷过程中裂隙的生长扩展等伴随的移动变形特征，也可结合特殊地质开采条件进行反复实验，包括多煤层开采或矿柱布置等复杂情况。
应力数值模拟法是根据岩土的物理性质、开采方法和开采条件，利用数值计算软件系统，如基于有限差分法的FLAC3D软件系统，对开采沉陷进行评价。岩溶塌陷:评价方法主要有:GIS评价、二级模糊综合评价、人工神经网络评价和直接测氡法。其中，前三种方法是先确定控制岩溶塌陷的影响因素，如岩溶条件、地下水条件、覆盖层条件等，再结合一定的方法进行岩溶塌陷评价。直接测氡法是基于氡及其子体沿垂直通道向上运动的特性。它们可以沿着岩石的裂隙或微裂隙和松散介质的孔隙不断垂直向上运移至地表，然后缓慢逸入空。通过探测氡气在地表的分布特征，可以确定氡气的运移轨迹，从而判定和评价岩溶塌陷。地面沉降:地面沉降与深层液态或气态矿产资源的过度开采密切相关。只要在液(气)相的压力面以下存在可压缩的地层，随着压力(上覆地层的扬压力)减小，多孔介质的有效应力增大，其孔隙度减小，地层必然被压实，即诱发地面沉降。
评价地面沉降的方法主要有一维固结理论分析法和数值模拟法。一维固结理论的解析方法是利用太沙基固结理论来确定土地沉降范围和沉降值。采用数值模拟方法对地面沉降进行评估。首先，根据水文地质概念模型建立了地下水运移的数学和数值模型，分析确定了地下水的渗流场及其变化规律。然后，建立垂向一维沉降模型，数值求解地面沉降范围和数值。然而，目前我国地面沉降数值模拟评价方法仍存在一些不足。例如，大多数水流模型是只考虑溢流而不考虑弱透水层弹性释放的准三维模型。下沉过程中水流模型的水文地质参数不变，下沉模型为具有线弹性的垂向一维模型。不能实现水流模拟和沉降模拟的真正耦合。
边坡问题:除固体废物堆积边坡外，矿山环境地质的边坡问题还包括露天矿边坡、排土场边坡、尾矿库边坡和矿山边坡等。
边坡稳定性的评价方法除了边坡岩体结构的控制理论外，与固体废弃物边坡的评价方法相同。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，对其进行定量评价研究是困难的。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)、模糊综合评价法、神经网络法、数值模拟法等。
前五种方法是确定控制泥石流的影响因素，然后通过一定的方法确定各影响因素对泥石流发生的贡献，再建立模型对泥石流进行评价。数值模拟法是以理论方程和计算数学为基础，以泥石流的野外观测数据或实验数据为对照，通过数值求解泥石流运动的理论方程，反演识别，对泥石流进行评价。
地裂缝:目前地裂缝的主要评价方法有:土力学模型法、直接测氡法、探地雷达法等。土力学模型法是建立土层的动态计算模型，通过数值模拟对地裂缝进行评价。直接测氡是通过测量氡气的运动轨迹和分布特征来评价地裂缝。地质探测是基于电磁波的反射原理，通过发射天线向地下介质发射纳秒脉冲电磁波。电磁波在介质中传播时，其路径、速度和波形会随着介质的介电性质和几何形状而变化。因此，可以根据接收到的反射波的走时、强度、波形特征和天线位置来确定异常体的位置和规模。如果电磁波的连续性被打破，说明地层有断层；如果电磁波失真，是由于裂纹对电磁波的吸收或衰减造成的。然而，在裂缝和裂隙发育的区域，上述特征往往并存。
3.荒漠化目前，评价荒漠化的方法主要有监测指标评价、遥感(RS)解译评价、荒漠化风险区划评价、地理信息系统(GIS)、遥感(RS)和层次分析法(AHP)耦合法等。
荒漠化监测指标的评价是首先确定荒漠化的指标体系，然后监测各项指标来评价荒漠化。遥感解译方法是利用遥感信息的周期性、宏观性、现状性、系统性等优势，对荒漠化进行评价。该方法能快速获得理想的土地荒漠化动态监测结果。荒漠化风险区划评价方法是先确定影响荒漠化的因素，根据这些因素确定评价指标体系和分级标准，然后建立荒漠化风险综合评价模型，用该模型计算荒漠化风险指数(MHD)，再根据评价指数的分级标准将MHD分为四个等级，用该标准区分各地的荒漠化风险。地理信息系统(GIS)、遥感(rs)和层次分析法(AHP)的耦合方法是先分析确定荒漠化防治的影响因素，然后用RS解译得到各影响因素的空数据，再用GIS建立各影响因素的子专题图层图，用层次分析法确定各影响因素对荒漠化的权重。然后，根据多源地理信息叠加原理，建立耦合模型，对荒漠化进行动态评价。
4.水土流失目前，水土流失的评价方法主要有:预测模型法、地理信息系统(GIS)、遥感(RS)和层次分析法(AHP)耦合法等。
预测模型法是指通过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和评价，归纳和总结影响水土流失的各种因素的一般规律。在对影响水土流失的单因素进行分析评价的基础上，选取了坡位、坡形、坡度、土壤类型、有效土层厚度、植被覆盖度、土地利用类型等7个指标。利用该模型可以预测水土流失模数，及时准确地掌握水土流失的演变趋势。
地理信息系统(GIS)、遥感(RS)和层次分析法(AHP)的耦合方法与上述荒漠化评价思路相似。
5.矿井排水、供水与生态环境保护的矛盾。岩溶充水矿床的排水、供水与生态环境保护之间的矛盾主要有两类，即华北煤田底板突水引起的矛盾和矽卡岩矿床周围充水引起的矛盾。
从可持续发展和大系统理论出发，将矿区排水、供水和生态环境保护作为一个整体进行系统研究，建立合理开发利用矿井水资源的科学模式——排水、供水和生态环境保护的优化组合，是解决日益严重的排水、供水和生态环境保护矛盾的关键。三位一体优化组合的总体技术思路是既考虑排水子系统的排水效果和安全运行，又考虑供水子系统的供水需求和生态环境子系统的质量要求。主要技术手段是通过调度各类集水构筑物的运行，控制矿区各充水含水层的地下水位，既保证矿山安全生产和生态环境质量，又保证矿区及其周边地区的供水需求，是优化组合的水力要素部分。同时，根据不同供水用户的需求，通过比较不同供水对象所创造的经济效益，自动优化设计具体的供水方案，这就是优化组合的经济要素部分。通过同时考虑水力因素和经济因素，建立管理模式，可以解决二者之间的矛盾。
(2)多种环境问题的综合评价
对于大多数矿山来说，往往同时存在几个矿山环境问题。如何综合评价这些矿区的整体环境，是矿山环境评价的又一难题。就综合评价而言，我国学者在“上市行业绩效”、“现代化体系”、“指数相关性”等评价方面进行了卓有成效的研究，但这些方法基本上都是基于确定性数据；虽然国内很多学者对“环境”和“地质灾害危险性”的综合评价做了一些研究，提出了多指标综合评价等方法。但这些方法主要是基于人工划分，再加上各种环境地质问题的不可量化性，因此环境地质问题综合评价的可信度急剧下降。针对以上缺点，本文主要介绍一种变异数的评估方法。
所谓灾变数，就是同一级别的矿山环境问题叠加后，能够引发灾害的矿山环境问题的数量。在自然界中，任何一种现象的发生都充分体现了量变到质变的过程原理。因此，在空之间的运算或专题图层的代数叠加运算过程中，根据频率分布理论确定阈值。只要能找到突变数，就能判断出从一个层次跳到另一个层次的质变边界。因此，突变数法可以客观地对矿山多环境问题做出综合评价。
四。结论
矿山环境评价是矿山环境问题研究的重要环节。矿山环境问题的分类和调查是其评价的基础，矿山环境恢复和信息系统建设是其评价的后续研究内容。五者相互联系，缺一不可，是矿山环境研究的五大内容之一。
根据评价的环境因素，矿山环境评价可分为两类:单一环境问题(因素)评价和多环境问题(因素)综合评价。
