矿山环境地质调查技术要求研究

矿山环境地质调查技术要求研究

武　强,李云龙,董东林

(中国矿业大学煤炭资源教育部重点实验室,北京　100083)

摘要:本文提出了矿山环境调查的基本原则就是区域展开、重点突破、吸取前人成果、结合高新技术;将矿山环境调查划分为普通调查、验核调查和解剖调查三大类型;指出3S技术、野外和室内测试试验、长观动态监测和地球物理勘探等是矿山环境调查的主要技术手段和方法;认为调查组织形式和通讯保障系统建设也是决定矿山环境调查质量和水平的关键因素。

关键词:矿山环境;调查原则;调查类型;3S技术

中图分类号:TD167　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:100023665(2004)0220097204

　　矿山环境研究对象主要包括矿山地质环境、水环境、生态环境、大气环境和空间环境。矿山环境研究内容主要包括矿山环境问题分类、调查、模拟预测评价、环境修复与复垦治理和信息系统建设五个方面。矿山环境调查是矿山环境评价、环境修复与复垦治理和信息系统开发建设等后续研究的基础。矿山环境调查就是根据不同的任务,按照经济技术合理的原则,运用各种技术方法,揭示矿山环境基本状况和背景条件,为国民经济发展规划制定提供科学依据。其内容包括矿山环境调查的手段、应用原则、工作量、技术要求及成果整理等。矿山环境调查的一般技术手段应包括地面调查、物探、钻探、坑槽探、实验测试和长观监测等。

建立空气监测站调查矿区空气污染情况;利用三维

地震反射波调查矿山堆积的废弃物;所有调查所获数据应用三维可视化技术直观地显示出来,以进行准确

[6,7]

清晰的分析、处理与评价。

我国矿山环境研究工作始于20世纪90年代中后期,由于当时各级政府和一些矿山企业开始注意到矿产资源不合理开发引起的环境问题,故初步开展了一些矿山土地复垦和恢复治理等工作,但未能对其进行系统综合地调查研究。较为系统的以省为单位的区域矿山环境调查研究起步于近几年,由于工作刚开始,急需制定一个统一的矿山环境调查技术规范和要求,以

[8]

便指导我国正在兴起的矿山环境调查工作。

[4,5]

1　国内外研究现状

在发达国家中,企业在采矿申请和资源开发与洗选过程中就十分重视可能诱发的矿山环境问题,因此,在矿山环境监测、调查与保护等方面,涌现出一大批新

[1]

技术和新方法,如全球卫星定位系统(GPS)、光栅显示、并行计算机和微观物质分析以及小波变化等技术,为矿山环境调查与保护提供了强有力的技术保障,为调查所获数据的分析处理提供了有效的方法;利用重力梯度测量法进行矿山勘探;利用遥感进行矿山环境调查;运用电波法调查矿山中岩体的性质、分布等情[2][3]况,并应用统计学的方法减少数据中的噪音干扰;

2　调查基本原则

矿山环境调查的基本原则就是根据调查项目任务书的要求,针对研究区矿山环境的具体地质特征,以前人的调查研究成果为基础,以现代生态环境地学理论为指导,以先进的科学技术和方法手段为支撑,本着区域展开、重点突破、吸取前人成果、结合高新技术的原则进行。211　调查与遥感技术(RS)相结合原则

遥感技术具有视野开阔、信息量大、时段长等特点,是区域环境地质调查最有效的手段之一,尤其对调查土地沙漠化、水土流失、矿山泥石流、固体废弃物堆积、开采沉陷、植被发育和地表水资源等具有显著的效果。212　区域展开、重点突破原则

由于研究区矿山环境地质条件、建设规模及矿山环境地质问题存在有较大差异,因而调查工作要按区域展开、重点灾破的原则开展,对于矿山环境问题比较

收稿日期:2003207223;修订日期:2003211206

基金项目:教育部跨世纪优秀人才基金(200023)和教育部青年

骨干教师基金(2000265)资助

作者简介:武强(19592),男,教授,博导,从事水文地质、环境地

质研究。

突出的地区,应优先进行拉网式地全面、宏观的区域调查;在此基础上,对所发现的有代表性的典型矿山环境问题应进行详细的解剖调查研究,重点突破,以便更好指导区域矿山环境的调查工作。213　调查与科研相结合原则

针对矿山环境地质调查中的难点和带有普遍意义

的典型问题,设立专项研究课题作为技术支撑,进行多学科联合攻关和创新性研究,以保证项目的顺利实施,提高调查成果的质量档次及高新技术含量。214　调查与资料收集相结合原则

根据调查区以往工作程度,对区内以往所做的各

项工作成果,应进行充分全面收集,特别对于工作程度较高的地区,更应如此。配合遥感解译,可适当减少实物工作量。

215　突出主要矿山环境问题原则

水环境变化、地面变形、“三废”问题、水土流失和土地沙漠化等,是控制影响矿区的主要矿山环境问题,应抓住重点,以点带面。216　充分利用现代高新技术和方法原则为了全面提升调查的技术水平及成果质量,应充分利用3S技术、先进的地球物理勘探方法和手段、测试技术、现代非线性数学方法(如ANN、分形几何,等)以及传统有效的数学理论等(如AHP)。

3　调查基本类型

由于调查的对象、要求、精度和调查工作投资等不同,矿山环境调查应根据调查项目的具体工作任务,划

分出不同层次[9,10]

。矿山环境调查可划分为普通调查、验核调查和解剖调查三大类型。311　普通调查

为中、小比例尺的填表调查,调查过程尽可能全

面,应包括组织培训、调查表发放、调查表收集和调查表核查等工作。普通调查以收集资料和地面拉网式调查为主,一般不布置任何实物工作量。具体工作程序主要包括:

(1)组织与培训　国土资源部应委派各省国土资源厅召集各地市国土资源(地矿)局的矿管、地质环境等部门的管理人员和技术人员召开矿山环境调查动员会和培训班,由各省地质环境监测总站负责解释矿山环境调查的目的和内容等,并详细介绍调查表如何发放、填写和回收;各地市矿管或地质环境部门召集县级矿管或地质环境部门召开矿山环境调查动员会,并在项目组技术人员的协助下,举办矿山环境调查表填写

培训班。

(2)调查表发放　国土资源部应委派各省(市)国土资源厅将调查表下发给地(市)级国土资源局,然后通过县(市、区)国土资源局下发给管区范围内的各个矿山,覆盖范围为全省所有登记矿山,闭坑矿山调查表由县(市、区)国土资源局地质环境管理部门填写。

(3)调查表收集　下发的调查表回收率力争达到100%,调查表要及时回收,通过电话、走访、补发调查

表等形式提高回收率。

(4)调查表核查　对回收的调查表全部验收,对不合格的调查表,进行电话核查或实地调查。312　验核调查

在普通调查工作基础上,应采取验核的方式对调查结果进行验证、对比,去伪存真,以取得更为真实的结果。对大型矿山全部实地验核调查;对中型矿山验核数要求达到80%以上;对小型矿山或群采点,应选择不同矿种、不同地域、不同开采方式及矿山环境地质问题严重区或恢复治理效果良好的代表性矿山,进行实地验核调查。313　解剖调查

在前两项调查工作结束后,如果在重点区域或重

点地段发现了一些有代表意义的典型矿山环境地质问题,应进行有针对性的大、中比例尺的详细解剖调查研究。如果需要,可适当布置一些测绘、钻探、物探、坑槽探、取样测试或长观监测等方面工作,以期重点突破,更好地指导区域矿山环境的调查工作。

4　调查技术手段和方法

411　遥感技术(RS)

由于遥感技术能动态、周期性地获取地表信息,故广泛应用于各个领域。RS主要是针对大面积区域宏观解释,可形成不同比例尺所需要的航卫片解译结果。利用航、卫片进行解译,具有直观、真实、准确、实效性强等特点,可大大提高工作效率和质量。在解译过程中应注意以下几方面问题:

(1)必须选择天空云量少、卫星飞行平稳的卫片,像片要求色彩饱和,反差适中。

(2)图像判读应遵循从整体到局部,从明显到模糊,从粗到细,从易到难,从具体到抽象的原则。

(3)在航卫片解译时,应首先注意了解所研究矿区的整个开发历史,确定矿区在整个开发过程中几个重要开发阶段的具体时间,尽可能选取研究区这几个重要开发期的遥感图像。这样通过解译矿区不同开发阶

段遥感图像的矿山环境要素,即可很方便地重演矿区整个开发演化历史,恢复矿区开发发展的全过程,推断出矿山环境发展演化规律。

(4)在图像解译过程中,应注意采用多个波段的航卫片进行对比、判读解译,以便提高矿山环境要素解译质量和水平。

(5)根据矿山环境研究范围和研究精度以及经费情况,可采用不同比例尺航卫片进行解译。解译工作以立体镜目视解译为主。412　全球卫星定位系统(GPS)

GPS是利用导航卫星进行授时和测距的全球定位

系统。由于GPS具有全天候、全球覆盖和高精度的优

良性能,而且其用户设备无源工作,体积小,重量轻,耗电少,使用方便和价格低廉,因此,GPS的应用越来越广泛。在矿山环境野外调查中,可采用GPS定位仪进行矿山环境三维坐标数据的现场采集工作。413　地理信息系统技术(GIS)由于矿山环境的许多问题都是由多种空间域因子共同作用的结果,而GIS本身又具有强大的空间分析操作功能和多源多因素信息复合叠加技术,因此GIS完全可以实现对矿山环境和生态问题进行动态模拟与评价的目的。其评价思路首先是在对矿山环境的具体实际地质条件分析基础上,建立影响矿山环境和生态系统的各主控因素的子专题层图(如水土流失,土地沙漠化,地下水环境,矿山泥石流等),然后通过对这些子专题层进行空间分析与操作,从而对相关矿山环境问题作出定量评价。414　水文地质与岩土力学试验

水文地质与岩土力学试验类型很多,是矿山环境调查的重要手段之一,许多调查成果的基础数据和资料,均需水文地质与岩土力学试验而获得。在矿山环境调查工作中,水文地质试验主要包括水质测试、淋滤试验、浸泡试验、含水层吸附试验、含水层顶板渗透性试验、采矿引起周围地层渗透性变化试验、矿石及固体废弃物中有毒有害元素测试试验、土壤污染试验、溶质迁移与富集规律试验等;岩土力学试验主要包括室外原位力学试验和室内岩土物理力学性质试验等。415　长期动态监测

矿山环境的长期动态监测,对于深入认识矿区环境主控因素和相互间关系以及地质环境演变规律等,均具有重要的意义。矿山环境监测的主要对象包括:地面变形、地表水、地下水、土壤、大气等;监测的主要内容包括:水质、水位、水温、径流量、泉流量、应力、应

变、壤土质量和大气质量等;监测的主要任务包括:正

确布设动态监测网点,规定动态监测时间和监测频率,分析动态监测数据资料,预测预报矿山环境演化规律等。

416　地球物理勘探

在矿山环境调查中常用的地球物理勘探方法包括地面物探方法和地球物理测井两大类。417　人工神经网络法(ANN)

由于矿山环境问题的发生往往具有不确定性、随机性和非线性等特征,故人工神经网络是较适合的一种评价处理方法。非线性人工神经网络方法在矿山泥石流、沙漠化、水土流失等矿山环境区划评价预测中具有非常重要的意义。418　层次分析法(AHP)

AHP法是一种定性与定量相结合的决策分析方

法,它是一种将决策者对复杂系统的决策思维过程模

型化、数量化的过程。在矿山环境问题评价中,AHP方法可对各问题的各个主控因素的影响程度做出权重量化评价。

5　调查组织形式

(1)成立由省(自治区、直辖市)国土资源厅(国土

资源环境厅、国土资源和房屋管理局、房屋土地资源管理局、规划和国土资源局)主管领导任组长、承担调查任务的单位领导及有关部门成员参加的项目领导小组,负责组织和协调项目的实施;

(2)在领导小组统一协调下,由承担调查任务单位和各地(市)国土资源局组成联合调查工作组开展工作;

(3)承担调查任务单位成立项目组,组长由具有高级技术职称并有相关工作经验的专业人员担任,成员由具有中、高级技术职称的专业人员组成,其中包括至少一名信息系统技术人员,项目组不得少于6人。

6　调查通讯保障系统建设

在矿山环境调查中,无论是区域调查,还是验核调查或解剖调查,应保障通讯随时畅通。特别在中、小比例尺的区域填表调查过程中,覆盖研究区所有在册登记的大小规模不等矿山,均需调查填表。由于矿山企业的工程技术人员一般业务素质偏低,特别是一些中、小型矿山,填表调查过程中肯定会存在一些技术问题,因此,随时保障类似电话、传真、信函或电子邮件等不同形式的通讯畅通,对提升矿山环境调查质量至关重

geostatisticalassessmentofenvironmentalcontamination[A].Proceedingsofthe1995SymposiumonGeostatisticsforEnvironmentalandGeotechnicalApplications[C].A.A.balkemapublishinghouse,1996.85-90.

要。

7　结论

(1)矿山环境调查是矿山环境研究中最重要的前

期内容,也是矿山环境评价、保护与恢复治理和信息系统开发研制等矿山环境后续研究的基础。

(2)矿山环境调查的基本原则就是区域展开、重点突破、吸取前人成果、结合高新技术。

(3)矿山环境调查可划分为普通调查、验核调查和解剖调查三大类型。(4)3S技术、野外和室内测试试验、长观动态监测和地球物理勘探等是矿山环境调查的主要技术手段和方法。

(5)调查组织形式和通讯保障系统建设也是决定矿山环境调查质量和水平的关键因素。参考文献:

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Studyontechnologyandmethodofminegeo2environmentsurvey

WUQiang,LIYun2long,DONGDong2lin

(ThekeyLaboratoryofCoalResources,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing　100083,China)Abstract:Thebasicprincipleofthemineenvironmentsurveyisconsideredtoberegionalextension,break2throughinlocalarea,adoptingpreviousachievementsandcombiningwiththeadvancedtechnologies.Threeprimarykindsofthemineenvironmentsurveyareclassified,theyaregeneralregionalsurvey,testingsurveyandanatomizingsurvey.Inthemeanwhile3Stechnology,fieldandlabexperiments,long2termdynamicobser2vationandgeo2physicalprospectingsarethoughttobethemaintechnologicalmeansandmethods.Finallytheorganizationformofthesurveyandtheestablishmentofcommunicationguaranteesystemareindicatedtobethekeyfactorsofthequalityofthemineenvironmentsurvey.

Keywords:mineenvironment;surveyprinciple;surveykinds;3Stechnology