礦山環(huán)境地質(zhì)調(diào)查技術(shù)要求研究

1、 礦山環(huán)境地質(zhì)調(diào)查技術(shù)要求研究武強(qiáng),李云龍,董東林(中國礦業(yè)大學(xué)煤炭資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100083摘要:本文提出了礦山環(huán)境調(diào)查的基本原則就是區(qū)域展開、重點(diǎn)突破、吸取前人成果、結(jié)合高新技術(shù);將礦山環(huán)境調(diào)查劃分為普通調(diào)查、驗(yàn)核調(diào)查和解剖調(diào)查三大類型;指出3S 技術(shù)、野外和室內(nèi)測試試驗(yàn)、長觀動(dòng)態(tài)監(jiān)測和地球物理勘探等是礦山環(huán)境調(diào)查的主要技術(shù)手段和方法;認(rèn)為調(diào)查組織形式和通訊保障系統(tǒng)建設(shè)也是決定礦山環(huán)境調(diào)查質(zhì)量和水平的關(guān)鍵因素。關(guān)鍵詞:礦山環(huán)境;調(diào)查原則;調(diào)查類型;3S 技術(shù)中圖分類號(hào):T D167文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):100023665(20040220097204收稿日期:2003207

2、223;修訂日期:2003211206基金項(xiàng)目:教育部跨世紀(jì)優(yōu)秀人才基金(200023和教育部青年骨干教師基金(2000265資助作者簡介:武強(qiáng)(19592,男,教授,博導(dǎo),從事水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)研究。礦山環(huán)境研究對(duì)象主要包括礦山地質(zhì)環(huán)境、水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境和空間環(huán)境。礦山環(huán)境研究內(nèi)容主要包括礦山環(huán)境問題分類、調(diào)查、模擬預(yù)測評(píng)價(jià)、環(huán)境修復(fù)與復(fù)墾治理和信息系統(tǒng)建設(shè)五個(gè)方面。礦山環(huán)境調(diào)查是礦山環(huán)境評(píng)價(jià)、環(huán)境修復(fù)與復(fù)墾治理和信息系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)等后續(xù)研究的基礎(chǔ)。礦山環(huán)境調(diào)查就是根據(jù)不同的任務(wù),按照經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理的原則,運(yùn)用各種技術(shù)方法,揭示礦山環(huán)境基本狀況和背景條件,為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃制定提供科學(xué)

3、依據(jù)。其內(nèi)容包括礦山環(huán)境調(diào)查的手段、應(yīng)用原則、工作量、技術(shù)要求及成果整理等。礦山環(huán)境調(diào)查的一般技術(shù)手段應(yīng)包括地面調(diào)查、物探、鉆探、坑槽探、實(shí)驗(yàn)測試和長觀監(jiān)測等。1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在發(fā)達(dá)國家中,企業(yè)在采礦申請(qǐng)和資源開發(fā)與洗選過程中就十分重視可能誘發(fā)的礦山環(huán)境問題,因此,在礦山環(huán)境監(jiān)測、調(diào)查與保護(hù)等方面,涌現(xiàn)出一大批新技術(shù)和新方法1,如全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(G PS 、光柵顯示、并行計(jì)算機(jī)和微觀物質(zhì)分析以及小波變化等技術(shù),為礦山環(huán)境調(diào)查與保護(hù)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障,為調(diào)查所獲數(shù)據(jù)的分析處理提供了有效的方法;利用重力梯度測量法進(jìn)行礦山勘探;利用遙感進(jìn)行礦山環(huán)境調(diào)查;運(yùn)用電波法調(diào)查礦山中巖體的性質(zhì)、分布等情

4、況2,并應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法減少數(shù)據(jù)中的噪音干擾3;建立空氣監(jiān)測站調(diào)查礦區(qū)空氣污染情況4,5;利用三維地震反射波調(diào)查礦山堆積的廢棄物;所有調(diào)查所獲數(shù)據(jù)應(yīng)用三維可視化技術(shù)直觀地顯示出來,以進(jìn)行準(zhǔn)確清晰的分析、處理與評(píng)價(jià)6,7。我國礦山環(huán)境研究工作始于20世紀(jì)90年代中后期,由于當(dāng)時(shí)各級(jí)政府和一些礦山企業(yè)開始注意到礦產(chǎn)資源不合理開發(fā)引起的環(huán)境問題,故初步開展了一些礦山土地復(fù)墾和恢復(fù)治理等工作,但未能對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)綜合地調(diào)查研究。較為系統(tǒng)的以省為單位的區(qū)域礦山環(huán)境調(diào)查研究起步于近幾年,由于工作剛開始,急需制定一個(gè)統(tǒng)一的礦山環(huán)境調(diào)查技術(shù)規(guī)范和要求,以便指導(dǎo)我國正在興起的礦山環(huán)境調(diào)查工作8。2調(diào)查基本原則礦山

5、環(huán)境調(diào)查的基本原則就是根據(jù)調(diào)查項(xiàng)目任務(wù)書的要求,針對(duì)研究區(qū)礦山環(huán)境的具體地質(zhì)特征,以前人的調(diào)查研究成果為基礎(chǔ),以現(xiàn)代生態(tài)環(huán)境地學(xué)理論為指導(dǎo),以先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和方法手段為支撐,本著區(qū)域展開、重點(diǎn)突破、吸取前人成果、結(jié)合高新技術(shù)的原則進(jìn)行。211調(diào)查與遙感技術(shù)(RS 相結(jié)合原則遙感技術(shù)具有視野開闊、信息量大、時(shí)段長等特點(diǎn),是區(qū)域環(huán)境地質(zhì)調(diào)查最有效的手段之一,尤其對(duì)調(diào)查土地沙漠化、水土流失、礦山泥石流、固體廢棄物堆積、開采沉陷、植被發(fā)育和地表水資源等具有顯著的效果。212區(qū)域展開、重點(diǎn)突破原則由于研究區(qū)礦山環(huán)境地質(zhì)條件、建設(shè)規(guī)模及礦山環(huán)境地質(zhì)問題存在有較大差異,因而調(diào)查工作要按區(qū)域展開、重點(diǎn)災(zāi)破的原

6、則開展,對(duì)于礦山環(huán)境問題比較突出的地區(qū),應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行拉網(wǎng)式地全面、宏觀的區(qū)域調(diào)查;在此基礎(chǔ)上,對(duì)所發(fā)現(xiàn)的有代表性的典型礦山環(huán)境問題應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的解剖調(diào)查研究,重點(diǎn)突破,以便更好指導(dǎo)區(qū)域礦山環(huán)境的調(diào)查工作。213調(diào)查與科研相結(jié)合原則針對(duì)礦山環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的難點(diǎn)和帶有普遍意義的典型問題,設(shè)立專項(xiàng)研究課題作為技術(shù)支撐,進(jìn)行多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)和創(chuàng)新性研究,以保證項(xiàng)目的順利實(shí)施,提高調(diào)查成果的質(zhì)量檔次及高新技術(shù)含量。214調(diào)查與資料收集相結(jié)合原則根據(jù)調(diào)查區(qū)以往工作程度,對(duì)區(qū)內(nèi)以往所做的各項(xiàng)工作成果,應(yīng)進(jìn)行充分全面收集,特別對(duì)于工作程度較高的地區(qū),更應(yīng)如此。配合遙感解譯,可適當(dāng)減少實(shí)物工作量。215突出主要礦山環(huán)

7、境問題原則水環(huán)境變化、地面變形、“三廢”問題、水土流失和土地沙漠化等,是控制影響礦區(qū)的主要礦山環(huán)境問題,應(yīng)抓住重點(diǎn),以點(diǎn)帶面。216充分利用現(xiàn)代高新技術(shù)和方法原則為了全面提升調(diào)查的技術(shù)水平及成果質(zhì)量,應(yīng)充分利用3S技術(shù)、先進(jìn)的地球物理勘探方法和手段、測試技術(shù)、現(xiàn)代非線性數(shù)學(xué)方法(如ANN、分形幾何,等以及傳統(tǒng)有效的數(shù)學(xué)理論等(如AHP。3調(diào)查基本類型由于調(diào)查的對(duì)象、要求、精度和調(diào)查工作投資等不同,礦山環(huán)境調(diào)查應(yīng)根據(jù)調(diào)查項(xiàng)目的具體工作任務(wù),劃分出不同層次9,10。礦山環(huán)境調(diào)查可劃分為普通調(diào)查、驗(yàn)核調(diào)查和解剖調(diào)查三大類型。311普通調(diào)查為中、小比例尺的填表調(diào)查,調(diào)查過程盡可能全面,應(yīng)包括組織培訓(xùn)、

8、調(diào)查表發(fā)放、調(diào)查表收集和調(diào)查表核查等工作。普通調(diào)查以收集資料和地面拉網(wǎng)式調(diào)查為主,一般不布置任何實(shí)物工作量。具體工作程序主要包括:(1組織與培訓(xùn)國土資源部應(yīng)委派各省國土資源廳召集各地市國土資源(地礦局的礦管、地質(zhì)環(huán)境等部門的管理人員和技術(shù)人員召開礦山環(huán)境調(diào)查動(dòng)員會(huì)和培訓(xùn)班,由各省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站負(fù)責(zé)解釋礦山環(huán)境調(diào)查的目的和內(nèi)容等,并詳細(xì)介紹調(diào)查表如何發(fā)放、填寫和回收;各地市礦管或地質(zhì)環(huán)境部門召集縣級(jí)礦管或地質(zhì)環(huán)境部門召開礦山環(huán)境調(diào)查動(dòng)員會(huì),并在項(xiàng)目組技術(shù)人員的協(xié)助下,舉辦礦山環(huán)境調(diào)查表填寫培訓(xùn)班。(2調(diào)查表發(fā)放國土資源部應(yīng)委派各省(市國土資源廳將調(diào)查表下發(fā)給地(市級(jí)國土資源局,然后通過縣(市、

9、區(qū)國土資源局下發(fā)給管區(qū)范圍內(nèi)的各個(gè)礦山,覆蓋范圍為全省所有登記礦山,閉坑礦山調(diào)查表由縣(市、區(qū)國土資源局地質(zhì)環(huán)境管理部門填寫。(3調(diào)查表收集下發(fā)的調(diào)查表回收率力爭達(dá)到100%,調(diào)查表要及時(shí)回收,通過電話、走訪、補(bǔ)發(fā)調(diào)查表等形式提高回收率。(4調(diào)查表核查對(duì)回收的調(diào)查表全部驗(yàn)收,對(duì)不合格的調(diào)查表,進(jìn)行電話核查或?qū)嵉卣{(diào)查。312驗(yàn)核調(diào)查在普通調(diào)查工作基礎(chǔ)上,應(yīng)采取驗(yàn)核的方式對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證、對(duì)比,去偽存真,以取得更為真實(shí)的結(jié)果。對(duì)大型礦山全部實(shí)地驗(yàn)核調(diào)查;對(duì)中型礦山驗(yàn)核數(shù)要求達(dá)到80%以上;對(duì)小型礦山或群采點(diǎn),應(yīng)選擇不同礦種、不同地域、不同開采方式及礦山環(huán)境地質(zhì)問題嚴(yán)重區(qū)或恢復(fù)治理效果良好的代表性

10、礦山,進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)核調(diào)查。313解剖調(diào)查在前兩項(xiàng)調(diào)查工作結(jié)束后,如果在重點(diǎn)區(qū)域或重點(diǎn)地段發(fā)現(xiàn)了一些有代表意義的典型礦山環(huán)境地質(zhì)問題,應(yīng)進(jìn)行有針對(duì)性的大、中比例尺的詳細(xì)解剖調(diào)查研究。如果需要,可適當(dāng)布置一些測繪、鉆探、物探、坑槽探、取樣測試或長觀監(jiān)測等方面工作,以期重點(diǎn)突破,更好地指導(dǎo)區(qū)域礦山環(huán)境的調(diào)查工作。4調(diào)查技術(shù)手段和方法411遙感技術(shù)(RS由于遙感技術(shù)能動(dòng)態(tài)、周期性地獲取地表信息,故廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。RS主要是針對(duì)大面積區(qū)域宏觀解釋,可形成不同比例尺所需要的航衛(wèi)片解譯結(jié)果。利用航、衛(wèi)片進(jìn)行解譯,具有直觀、真實(shí)、準(zhǔn)確、實(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn),可大大提高工作效率和質(zhì)量。在解譯過程中應(yīng)注意以下幾方面問

11、題:(1必須選擇天空云量少、衛(wèi)星飛行平穩(wěn)的衛(wèi)片,像片要求色彩飽和,反差適中。(2圖像判讀應(yīng)遵循從整體到局部,從明顯到模糊,從粗到細(xì),從易到難,從具體到抽象的原則。(3在航衛(wèi)片解譯時(shí),應(yīng)首先注意了解所研究礦區(qū)的整個(gè)開發(fā)歷史,確定礦區(qū)在整個(gè)開發(fā)過程中幾個(gè)重要開發(fā)階段的具體時(shí)間,盡可能選取研究區(qū)這幾個(gè)重要開發(fā)期的遙感圖像。這樣通過解譯礦區(qū)不同開發(fā)階段遙感圖像的礦山環(huán)境要素,即可很方便地重演礦區(qū)整個(gè)開發(fā)演化歷史,恢復(fù)礦區(qū)開發(fā)發(fā)展的全過程,推斷出礦山環(huán)境發(fā)展演化規(guī)律。(4在圖像解譯過程中,應(yīng)注意采用多個(gè)波段的航衛(wèi)片進(jìn)行對(duì)比、判讀解譯,以便提高礦山環(huán)境要素解譯質(zhì)量和水平。(5根據(jù)礦山環(huán)境研究范圍和研究精度

12、以及經(jīng)費(fèi)情況,可采用不同比例尺航衛(wèi)片進(jìn)行解譯。解譯工作以立體鏡目視解譯為主。412全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(G PSG PS是利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行授時(shí)和測距的全球定位系統(tǒng)。由于G PS具有全天候、全球覆蓋和高精度的優(yōu)良性能,而且其用戶設(shè)備無源工作,體積小,重量輕,耗電少,使用方便和價(jià)格低廉,因此,G PS的應(yīng)用越來越廣泛。在礦山環(huán)境野外調(diào)查中,可采用G PS定位儀進(jìn)行礦山環(huán)境三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集工作。413地理信息系統(tǒng)技術(shù)(GIS由于礦山環(huán)境的許多問題都是由多種空間域因子共同作用的結(jié)果,而GIS本身又具有強(qiáng)大的空間分析操作功能和多源多因素信息復(fù)合疊加技術(shù),因此GIS 完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山環(huán)境和生態(tài)問題進(jìn)行

13、動(dòng)態(tài)模擬與評(píng)價(jià)的目的。其評(píng)價(jià)思路首先是在對(duì)礦山環(huán)境的具體實(shí)際地質(zhì)條件分析基礎(chǔ)上,建立影響礦山環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的各主控因素的子專題層圖(如水土流失,土地沙漠化,地下水環(huán)境,礦山泥石流等,然后通過對(duì)這些子專題層進(jìn)行空間分析與操作,從而對(duì)相關(guān)礦山環(huán)境問題作出定量評(píng)價(jià)。414水文地質(zhì)與巖土力學(xué)試驗(yàn)水文地質(zhì)與巖土力學(xué)試驗(yàn)類型很多,是礦山環(huán)境調(diào)查的重要手段之一,許多調(diào)查成果的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料,均需水文地質(zhì)與巖土力學(xué)試驗(yàn)而獲得。在礦山環(huán)境調(diào)查工作中,水文地質(zhì)試驗(yàn)主要包括水質(zhì)測試、淋濾試驗(yàn)、浸泡試驗(yàn)、含水層吸附試驗(yàn)、含水層頂板滲透性試驗(yàn)、采礦引起周圍地層滲透性變化試驗(yàn)、礦石及固體廢棄物中有毒有害元素測試試驗(yàn)、土壤

14、污染試驗(yàn)、溶質(zhì)遷移與富集規(guī)律試驗(yàn)等;巖土力學(xué)試驗(yàn)主要包括室外原位力學(xué)試驗(yàn)和室內(nèi)巖土物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)等。415長期動(dòng)態(tài)監(jiān)測礦山環(huán)境的長期動(dòng)態(tài)監(jiān)測,對(duì)于深入認(rèn)識(shí)礦區(qū)環(huán)境主控因素和相互間關(guān)系以及地質(zhì)環(huán)境演變規(guī)律等,均具有重要的意義。礦山環(huán)境監(jiān)測的主要對(duì)象包括:地面變形、地表水、地下水、土壤、大氣等;監(jiān)測的主要內(nèi)容包括:水質(zhì)、水位、水溫、徑流量、泉流量、應(yīng)力、應(yīng)變、壤土質(zhì)量和大氣質(zhì)量等;監(jiān)測的主要任務(wù)包括:正確布設(shè)動(dòng)態(tài)監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn),規(guī)定動(dòng)態(tài)監(jiān)測時(shí)間和監(jiān)測頻率,分析動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)資料,預(yù)測預(yù)報(bào)礦山環(huán)境演化規(guī)律等。416地球物理勘探在礦山環(huán)境調(diào)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測井兩大類。41

15、7人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法(ANN由于礦山環(huán)境問題的發(fā)生往往具有不確定性、隨機(jī)性和非線性等特征,故人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是較適合的一種評(píng)價(jià)處理方法。非線性人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在礦山泥石流、沙漠化、水土流失等礦山環(huán)境區(qū)劃評(píng)價(jià)預(yù)測中具有非常重要的意義。418層次分析法(AHPAHP法是一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法,它是一種將決策者對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的決策思維過程模型化、數(shù)量化的過程。在礦山環(huán)境問題評(píng)價(jià)中,AHP 方法可對(duì)各問題的各個(gè)主控因素的影響程度做出權(quán)重量化評(píng)價(jià)。5調(diào)查組織形式(1成立由省(自治區(qū)、直轄市國土資源廳(國土資源環(huán)境廳、國土資源和房屋管理局、房屋土地資源管理局、規(guī)劃和國土資源局主管領(lǐng)導(dǎo)任組長、承擔(dān)調(diào)查任務(wù)的

16、單位領(lǐng)導(dǎo)及有關(guān)部門成員參加的項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)小組,負(fù)責(zé)組織和協(xié)調(diào)項(xiàng)目的實(shí)施;(2在領(lǐng)導(dǎo)小組統(tǒng)一協(xié)調(diào)下,由承擔(dān)調(diào)查任務(wù)單位和各地(市國土資源局組成聯(lián)合調(diào)查工作組開展工作;(3承擔(dān)調(diào)查任務(wù)單位成立項(xiàng)目組,組長由具有高級(jí)技術(shù)職稱并有相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員擔(dān)任,成員由具有中、高級(jí)技術(shù)職稱的專業(yè)人員組成,其中包括至少一名信息系統(tǒng)技術(shù)人員,項(xiàng)目組不得少于6人。6調(diào)查通訊保障系統(tǒng)建設(shè)在礦山環(huán)境調(diào)查中,無論是區(qū)域調(diào)查,還是驗(yàn)核調(diào)查或解剖調(diào)查,應(yīng)保障通訊隨時(shí)暢通。特別在中、小比例尺的區(qū)域填表調(diào)查過程中,覆蓋研究區(qū)所有在冊登記的大小規(guī)模不等礦山,均需調(diào)查填表。由于礦山企業(yè)的工程技術(shù)人員一般業(yè)務(wù)素質(zhì)偏低,特別是一些中、小型

17、礦山,填表調(diào)查過程中肯定會(huì)存在一些技術(shù)問題,因此,隨時(shí)保障類似電話、傳真、信函或電子郵件等不同形式的通訊暢通,對(duì)提升礦山環(huán)境調(diào)查質(zhì)量至關(guān)重要。7結(jié)論(1礦山環(huán)境調(diào)查是礦山環(huán)境研究中最重要的前期內(nèi)容,也是礦山環(huán)境評(píng)價(jià)、保護(hù)與恢復(fù)治理和信息系統(tǒng)開發(fā)研制等礦山環(huán)境后續(xù)研究的基礎(chǔ)。(2礦山環(huán)境調(diào)查的基本原則就是區(qū)域展開、重點(diǎn)突破、吸取前人成果、結(jié)合高新技術(shù)。(3礦山環(huán)境調(diào)查可劃分為普通調(diào)查、驗(yàn)核調(diào)查和解剖調(diào)查三大類型。(43S技術(shù)、野外和室內(nèi)測試試驗(yàn)、長觀動(dòng)態(tài)監(jiān)測和地球物理勘探等是礦山環(huán)境調(diào)查的主要技術(shù)手段和方法。(5調(diào)查組織形式和通訊保障系統(tǒng)建設(shè)也是決定礦山環(huán)境調(diào)查質(zhì)量和水平的關(guān)鍵因素。參考文獻(xiàn):1

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