武 強(qiáng)，劉宏磊,4，趙海卿，張 萌，劉守強(qiáng)，曾一凡

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院,北京 100083; 2.國家煤礦水害防治工程技術(shù)研究中心,北京 100083; 3.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心,遼寧 沈陽 110000; 4.University of Illinois at Urbana-Champaign,Champaign 61820)

我國一次能源產(chǎn)量與消費(fèi)量占全球首位并呈逐年上漲趨勢，截至2017年末我國煤炭查明資源儲(chǔ)量16 666.7億t，原煤產(chǎn)量34.5億t，消費(fèi)量38.0億t，在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占60.4%[1]。礦產(chǎn)資源的高強(qiáng)度采掘打破了自然與人居環(huán)境之間的平衡并帶來突出的礦山環(huán)境問題[2-3]，眾多遺留問題給環(huán)境帶來了負(fù)面的影響和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[4-6]。我國在礦山環(huán)境問題修復(fù)治理中投入巨大，據(jù)“十二五”統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中央財(cái)政投入礦山地質(zhì)環(huán)境治理中的資金為180.7億元，治理礦山3 310座，治理總面積逾10.3萬hm2[7]。由于礦山環(huán)境修復(fù)工程時(shí)空跨度大、對(duì)象復(fù)雜，在實(shí)踐成果的基礎(chǔ)上，礦山環(huán)境理論研究、評(píng)價(jià)預(yù)測、技術(shù)優(yōu)化與模式、大數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)等方面擁有較大的拓展空間和研究價(jià)值。

1 礦山環(huán)境及其問題的內(nèi)涵

礦山環(huán)境，指礦山周圍的自然與社會(huì)環(huán)境體，是由人類采礦活動(dòng)產(chǎn)生的礦建系統(tǒng)和選、冶系統(tǒng)等為環(huán)境與自然環(huán)境構(gòu)成，主要包括開采地段、閉坑停采的含礦地段以及所影響到的毗鄰地區(qū)的巖石圈、水圈、生物圈、大氣圈之間相互作用(物質(zhì)交換與能量流動(dòng))的客觀地質(zhì)體[8]。而礦山環(huán)境問題是一種以礦山環(huán)境為載體的負(fù)效應(yīng)作用，指在礦產(chǎn)資源勘查、礦床開采、洗選加工以及廢棄閉坑等礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中對(duì)礦山環(huán)境造成的不良影響，其影響范圍遠(yuǎn)大于采礦邊界且時(shí)效超過礦山生產(chǎn)年限的數(shù)倍。雖然礦山環(huán)境問題的產(chǎn)生均具有一定機(jī)理，但難以一概而論，同一問題在同一礦區(qū)的表現(xiàn)特征也可能截然不同。

2 解決礦山環(huán)境問題的基本思路

解決礦山環(huán)境問題要像中華武術(shù)中的軟器械“九節(jié)鞭”一樣，動(dòng)作協(xié)調(diào)連貫、順勢而出、靈活多變、收放自如(圖1)。由于我國大部分礦區(qū)地形地貌條件復(fù)雜，礦山生產(chǎn)開發(fā)方式與工藝多樣，產(chǎn)生了復(fù)雜多樣且數(shù)量眾多的礦山環(huán)境問題。要解決這些問題，首先應(yīng)科學(xué)梳理礦山環(huán)境問題的類型，確定問題分類依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用有針對(duì)性的調(diào)查技術(shù)和方法，開展礦山環(huán)境現(xiàn)狀與背景的調(diào)查，以獲取可靠的礦山環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?；讷@取的礦山環(huán)境背景與數(shù)據(jù)，對(duì)礦山環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，并結(jié)合礦山工程規(guī)劃對(duì)礦山環(huán)境演化趨勢進(jìn)行預(yù)測。礦山環(huán)境研究的目的不僅僅局限在分析、評(píng)價(jià)與預(yù)測，而是要落腳到已被破壞的礦山環(huán)境的修復(fù)治理。目前礦山環(huán)境修復(fù)治理主要的技術(shù)方法有工程治理、生態(tài)修復(fù)和生物修復(fù)3種類型。實(shí)際工程中修復(fù)環(huán)境一定會(huì)涉及到多種技術(shù)的有機(jī)組合，繼而形成礦山環(huán)境修復(fù)治理模式。模式將成為修復(fù)治理工程中制定技術(shù)方案、組織施工最理想的選擇。在礦山環(huán)境修治理實(shí)施后，對(duì)被礦山占用和損毀的土地資源進(jìn)行礦山土地適宜性評(píng)價(jià)，厘定可行的開發(fā)利用類型，實(shí)現(xiàn)礦山土地資源類型的扭轉(zhuǎn)和開發(fā)再利用。在修復(fù)治理前后，對(duì)礦山環(huán)境實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測與預(yù)警，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，并實(shí)時(shí)捕捉先兆進(jìn)行預(yù)警，同時(shí)也成為評(píng)價(jià)修復(fù)治理效果的重要手段之一。采用現(xiàn)代化云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)的信息技術(shù)手段，研發(fā)礦山信息管理系統(tǒng)，其目的是保存調(diào)查評(píng)價(jià)、修復(fù)治理、監(jiān)測預(yù)警的有效數(shù)據(jù)與報(bào)告資料，并向社會(huì)及時(shí)通告企業(yè)在礦山環(huán)境修復(fù)治理中的成果，相互共享經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。雖然法律法規(guī)與管理作為礦山環(huán)境問題解決中的兩項(xiàng)軟科學(xué)，但是其重要性不次于其他措施。我國礦山環(huán)境相關(guān)法律法規(guī)仍需要更多的借鑒和加強(qiáng)法規(guī)體系建設(shè)，同時(shí)通過構(gòu)建政府和企業(yè)成熟完善的管理體系以保障礦山環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

圖1 解決礦山環(huán)境問題“九節(jié)鞭”的基本思路Fig.1 Basic thinking of mine environmental problems solution in nine aspects

3 解決礦山環(huán)境的九大基礎(chǔ)內(nèi)容

礦山環(huán)境問題的九大基礎(chǔ)內(nèi)容，即礦山環(huán)境問題梳理與歸納、原位調(diào)查技術(shù)、現(xiàn)狀評(píng)價(jià)與演化趨勢預(yù)測、修復(fù)治理技術(shù)與模式體系、修復(fù)治理后的礦山土地適宜性評(píng)價(jià)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測與預(yù)警、信息系統(tǒng)、法律法規(guī)、監(jiān)督管理(圖2)，是礦山環(huán)境與資源開發(fā)協(xié)同發(fā)展的系統(tǒng)化研究體系，涉及礦山全生命周期的各個(gè)環(huán)境修復(fù)與防治環(huán)節(jié)。

3.1 礦山環(huán)境問題分類與效應(yīng)

礦山環(huán)境問題因礦產(chǎn)資源的開發(fā)而產(chǎn)生，是礦山環(huán)境修復(fù)中的首要研究對(duì)象，研究主要包括礦山環(huán)境問題類型、綜合環(huán)境效應(yīng)和分區(qū)。

3.1.1 礦山環(huán)境問題類型

礦山環(huán)境問題類型的劃分是指導(dǎo)礦山環(huán)境調(diào)查、評(píng)價(jià)、修復(fù)治理等工作的前提[9]。因礦種、開發(fā)方式、地質(zhì)環(huán)境背景等差異，問題表現(xiàn)出區(qū)域性、規(guī)律性及異常性響應(yīng)特點(diǎn)，此外因資源集中程度差異，問題發(fā)生頻度、區(qū)域影響性也有所差別。問題類型劃分依據(jù)有礦山環(huán)境問題特征[10]、礦山環(huán)境問題性質(zhì)及其環(huán)境影響[11]、表現(xiàn)形式和影響結(jié)果[12-14]等。根據(jù)礦山生命周期中礦山環(huán)境問題的表現(xiàn)特征，可依據(jù)礦山環(huán)境損毀方式[15]進(jìn)行礦山環(huán)境問題類型劃分(表1)。

隨著開采的進(jìn)行，礦山環(huán)境受到持續(xù)擾動(dòng)，對(duì)應(yīng)的礦山環(huán)境問題也在連續(xù)變化，依據(jù)礦山環(huán)境損毀方式進(jìn)行的分類能夠反映問題發(fā)生的基本條件和誘發(fā)機(jī)理，尤其是能夠反映利用問題線索反映礦山環(huán)境對(duì)礦山開采過程的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

3.1.2 礦山環(huán)境綜合效應(yīng)特征

當(dāng)多種類型問題先后發(fā)生并疊加響應(yīng)時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生礦山環(huán)境綜合效應(yīng)，是礦產(chǎn)資源在勘查、開采、選冶加工和閉坑等礦山生命周期中對(duì)礦山環(huán)境造成的不良影響和破壞的綜合后果[16]，分為土地資源損毀效應(yīng)、水環(huán)境擾動(dòng)效應(yīng)、次生災(zāi)害效應(yīng)以及景觀與生態(tài)效應(yīng)4類(表2)。

3.1.3 礦山環(huán)境問題分區(qū)

礦山環(huán)境問題分區(qū)是問題特征的區(qū)域性空間表達(dá)，是問題預(yù)防與修復(fù)治理工作的區(qū)域性控制[17]，主要有環(huán)境條件分區(qū)與問題發(fā)育特征兩種。其中，條件分區(qū)是基于問題載體的地形地貌、氣象水文、植被、巖土體性質(zhì)等因素或者問題嚴(yán)重程度[18]，或者問題種類、影響程度和修復(fù)治理難度，分區(qū)的尺度分為礦山礦區(qū)級(jí)、行政地區(qū)級(jí)以及國家級(jí)等[19]。各類分區(qū)均有定性、定量和定性定量相結(jié)合的方式，內(nèi)容包括影響程度分區(qū)和防治分區(qū)等。

圖2 解決礦山環(huán)境問題的九大基本方面內(nèi)容Fig.2 Nine basic aspects of solving mine environment problems

環(huán)境損毀方式相關(guān)的礦山環(huán)境問題相關(guān)的工程行為巖土體動(dòng)態(tài)失衡開采沉陷與伴生地裂縫、山體開裂、次生地質(zhì)災(zāi)害、人工堆載體邊坡失穩(wěn)等地下開挖掘進(jìn)、爆破、削坡、固廢堆積等水動(dòng)力條件擾動(dòng)開采沉陷與伴生地裂縫、地面沉降、地下水水位下降、含水層結(jié)構(gòu)破壞、水土流失、土地沙化等礦山疏排水、礦山液廢排放等污染源擴(kuò)散污染巖土體淋濾污染、地表(地下)水污染、煤矸石自燃等礦山液廢排放、固廢堆積等多因素綜合疊加礦山泥石流、尾礦庫(壩)潰決等削坡、爆破、固廢堆積、尾礦筑壩等

表2礦山環(huán)境問題綜合環(huán)境效應(yīng)特征
Table2Comprehensiveenvironmentaleffectsofmineenvironmentalproblems

綜合環(huán)境效應(yīng)作用形式與機(jī)理相關(guān)的礦山環(huán)境問題土地資源損毀以占用、機(jī)械破壞或化學(xué)污染破壞等形式減少可用土地資源量固相廢棄物堆積與淋濾污染、開采沉陷、水土流失、沙漠化等水環(huán)境擾動(dòng)地下水降落漏斗導(dǎo)致的水量減少或廢液、廢棄物滲透與淋濾導(dǎo)致的地下水、地表水水質(zhì)污染兩種形式損毀水資源液(固)相廢棄物滲透與淋濾污染、礦山疏排水與突水引起水位大幅降落、含水層結(jié)構(gòu)破壞等礦山次生災(zāi)害諸多礦山環(huán)境問題防治不當(dāng)誘發(fā)或加劇礦山次生地質(zhì)災(zāi)害開采沉陷、巖土體堆積、尾礦庫(壩)潰決、放射性污染等景觀與生態(tài)破壞對(duì)地貌形態(tài)和地表景觀的改造超出其承載能力,以景觀破壞、資源量和生物種屬減少為代價(jià)水土流失、沙漠化、地面變形、固體廢棄物堆積、煤矸石自燃、山巖裸露、崩塌和邊坡失穩(wěn)等

3.2 礦山環(huán)境原位調(diào)查技術(shù)與方法

礦山環(huán)境原位調(diào)查技術(shù)針對(duì)礦山所處的地質(zhì)環(huán)境、水環(huán)境、大氣環(huán)境、生態(tài)環(huán)境以及空間環(huán)境進(jìn)行的調(diào)查研究，是解決礦山環(huán)境問題各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)來源和治理根據(jù)，旨在查明礦山環(huán)境背景、開發(fā)利用現(xiàn)狀、問題分布與發(fā)育特征等[20]。相關(guān)礦山環(huán)境調(diào)查技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)逐漸興起，主要分為原位觀測技術(shù)、原位測量技術(shù)、原位取樣測試技術(shù)、原位勘察試驗(yàn)技術(shù)等原位調(diào)查技術(shù)類型，常見的調(diào)查手段如野外勘測、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、地球物理勘探、水文與巖土原位測試等。我國已基本建立公益服務(wù)性質(zhì)的礦山環(huán)境基礎(chǔ)調(diào)查體系，依據(jù)礦山全生命周期，調(diào)查成果分為新建或生產(chǎn)礦山調(diào)查成果與閉坑礦山調(diào)查成果兩類。依據(jù)調(diào)查成果需求，分為普通調(diào)查、核驗(yàn)調(diào)查和解剖調(diào)查[21-22]。

礦山環(huán)境原位調(diào)查中，既要獲取全面可靠的礦山環(huán)境數(shù)據(jù)，同時(shí)要規(guī)范調(diào)查內(nèi)容和數(shù)據(jù)的采集流程與模式，確保全國調(diào)查數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)一致。對(duì)特殊地形地貌、礦種、開發(fā)方式等背景下的礦山環(huán)境調(diào)查工作，要明確更為細(xì)化的專門性質(zhì)調(diào)查內(nèi)容和技術(shù)手段，確保采集到的高質(zhì)量調(diào)查數(shù)據(jù)能夠被利用到未來礦山環(huán)境相關(guān)研究之中。

3.3 礦山環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)與演化趨勢預(yù)測

礦山環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)與演化趨勢預(yù)測在礦山環(huán)境的現(xiàn)狀分析、演化趨勢預(yù)測研究中至關(guān)重要。礦山環(huán)境問題以獨(dú)立或多類并存出現(xiàn)，對(duì)應(yīng)的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)理論分為“單問題評(píng)價(jià)”與“多問題綜合評(píng)價(jià)”兩類(表3)。常見的單因素環(huán)境評(píng)價(jià)問題有“三廢”問題、地面變形問題、礦山排-供-生態(tài)環(huán)保3者間矛盾[23-24]、沙漠化問題以及水土流失問題等;多因素綜合評(píng)價(jià)常用于多問題疊加評(píng)價(jià)或者多效應(yīng)疊加評(píng)價(jià)的環(huán)境中。建立客觀、真實(shí)的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)理論模型和評(píng)價(jià)參數(shù)，避免主觀確定評(píng)價(jià)指標(biāo)模型和標(biāo)準(zhǔn)[25]為一直以來的研究重點(diǎn)。

表3礦山環(huán)境問題常用評(píng)價(jià)理論與方法
Table3Evaluationtheoriesandmethodsofmineenvironmentalproblems

評(píng)價(jià)類型礦山環(huán)境問題主要評(píng)價(jià)方法單問題“三廢”問題固體廢棄物遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測評(píng)價(jià)、邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)(安全系數(shù)、可靠度等)、淋濾污染效應(yīng)評(píng)價(jià)(土壤污染評(píng)價(jià)、地表(下)水體污染評(píng)價(jià))、風(fēng)化揚(yáng)塵污染評(píng)價(jià)、大氣污染評(píng)價(jià)、放射性效應(yīng)評(píng)價(jià)等液體廢棄物綜合指數(shù)法、國家標(biāo)準(zhǔn)F值打分法、環(huán)境污染指數(shù)法等氣體廢棄物大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)、對(duì)標(biāo)法等地面變形問題經(jīng)驗(yàn)公式法、剖面函數(shù)、影響函數(shù)、解析模型、物理模型、三維數(shù)值模擬等礦山排-供-生態(tài)環(huán)保3者間矛盾“三圖-雙預(yù)測”模型、華北型煤炭底板突水評(píng)價(jià)、矽卡巖型礦床充水評(píng)價(jià)等沙漠化問題監(jiān)測指標(biāo)評(píng)價(jià)、遙感(RS)解譯評(píng)價(jià)、沙漠化危險(xiǎn)度分區(qū)評(píng)價(jià)、地理信息系統(tǒng)(GIS)等水土流失問題預(yù)測模型法、地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)與其他評(píng)價(jià)方法耦合法等多問題多問題疊加多效應(yīng)疊加礦山環(huán)境承載力評(píng)價(jià)、突變數(shù)評(píng)價(jià)方法、常(變)權(quán)評(píng)價(jià)方法、網(wǎng)絡(luò)數(shù)字統(tǒng)計(jì)綜合評(píng)價(jià)法、模糊數(shù)學(xué)法、加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、不確定性分析評(píng)價(jià)、信息熵評(píng)價(jià)等

礦山生產(chǎn)規(guī)劃開發(fā)方案多樣，不同地區(qū)礦山環(huán)境背景、面臨的環(huán)境問題影響差異懸殊。筆者通過礦山環(huán)境“三級(jí)”預(yù)測對(duì)礦山環(huán)境演化趨勢進(jìn)行預(yù)測，提出一套從宏觀到微觀逐級(jí)分析、區(qū)域化的環(huán)境問題與環(huán)境之間關(guān)系的模型。首先是建立“初級(jí)”礦山環(huán)境預(yù)判區(qū)，圈定環(huán)境問題可能發(fā)生區(qū)域，初步預(yù)判區(qū)域發(fā)生環(huán)境問題的范圍;其次，根據(jù)環(huán)境問題發(fā)生機(jī)理與外在影響因素，“中級(jí)”確定圈定區(qū)內(nèi)發(fā)生礦山環(huán)境問題的嚴(yán)重程度;最后，詳細(xì)分析礦山環(huán)境問題的發(fā)生條件、人為干擾方式，基于信息熵理論獲取環(huán)境監(jiān)測變量，利用對(duì)礦山環(huán)境問題信息量變化的描述，預(yù)測礦山環(huán)境系統(tǒng)的狀態(tài)和穩(wěn)定性，建立信息變量與環(huán)境問題的動(dòng)態(tài)聯(lián)系模型。

3.4 礦山環(huán)境修復(fù)治理技術(shù)與模式體系

礦山環(huán)境修復(fù)治理技術(shù)與模式體系是我國學(xué)者近年來提出的礦山環(huán)境修復(fù)治理新理論，內(nèi)容主要由環(huán)境問題研究、修復(fù)治理目標(biāo)研究、修復(fù)治理技術(shù)研究及修復(fù)治理模式研究等組成，旨以礦山環(huán)境問題為對(duì)象，樹立工程治理、土地修復(fù)和生態(tài)修復(fù)等修復(fù)治理目標(biāo)類型，通過對(duì)修復(fù)治理技術(shù)適用對(duì)象、范圍、關(guān)鍵技術(shù)和工藝的探討，參照礦山環(huán)境背景、出現(xiàn)問題類型與特征、修復(fù)治理目標(biāo)要求，通過對(duì)技術(shù)方法進(jìn)行有機(jī)的、系統(tǒng)的優(yōu)化組合而構(gòu)成礦山環(huán)境修復(fù)治理模式的環(huán)境修復(fù)治理理論體系。筆者重點(diǎn)梳理了常見修復(fù)治理技術(shù)的類型和特征，并示例針對(duì)露天礦山采坑進(jìn)行礦山環(huán)境修復(fù)與開發(fā)利用實(shí)踐中提出的一些露天礦山環(huán)境修復(fù)治理模式。

3.4.1 礦山環(huán)境修復(fù)治理技術(shù)

根據(jù)修復(fù)技術(shù)的特征，將礦山環(huán)境修復(fù)治理技術(shù)分為工程治理技術(shù)、生態(tài)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)。

(1)工程治理技術(shù)。

工程治理技術(shù)旨在消除環(huán)境中存在的不安全隱患(表4)，通過對(duì)已有的或即將發(fā)生的問題采取改變物理力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)成分等措施來改變或加強(qiáng)地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖土體結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，改善或緩解問題危險(xiǎn)和影響程度[26]。

表4礦山環(huán)境問題工程治理技術(shù)
Table4Disaster-reliefengineeringtechnologiesofmineenvironmentalproblems

分類工程治理技術(shù)原理與特點(diǎn)適用環(huán)境問題適用特征地質(zhì)體加固與改造技術(shù)充填開采利用矸石、廢石、高水及其混合物等材料在開采過程中充填采空區(qū)冒落矸石空隙注漿通過注漿技術(shù)固結(jié)采空區(qū)垮落帶矸石空隙、裂隙地表回填利用礦山周邊固體廢棄物回填或充填地面塌陷或變形區(qū)域覆巖離層注漿地面鉆孔向覆巖離層帶內(nèi)注漿液控制覆巖下沉裂隙注漿使?jié){液進(jìn)入巖體裂縫或軟弱夾層,提高抗水性,降低透水性錨噴護(hù)坡錨桿或錨索埋入滑動(dòng)面以下的穩(wěn)定巖體中,增大滑面上的抗滑阻力,邊坡表面利用噴砼防止風(fēng)化剝落、表水沖刷、泥流沖溝及表層溜坍等防護(hù)網(wǎng)覆蓋和攔截風(fēng)化剝落、崩塌落石、爆破飛石等削坡減載、坡腳加載降低邊坡滑坡驅(qū)動(dòng)力或增加有效抗滑力攔擋(渣)壩削弱礦山泥石流的流量、下泄總量和能量,減少礦山泥石流對(duì)下游的沖刷、撞擊和淤積等危害排導(dǎo)工程改變礦山泥石流流勢,增大礦山的泄洪能力淤積平臺(tái)改善泥石流運(yùn)動(dòng)坡降,起到減緩泥石流流速,減小泥石流對(duì)下游構(gòu)筑物的沖擊排水系統(tǒng)采用引水、蓄水、截水等工程措施,減少地表徑流,引排洪水,調(diào)節(jié)水量開采沉陷露天采坑邊坡穩(wěn)定性問題、礦山邊坡穩(wěn)定性問題礦山泥石流問題生產(chǎn)礦山地表變形控制已有地面塌陷修復(fù)生產(chǎn)礦山頂板加固裂隙發(fā)育的邊坡表層破碎的巖質(zhì)邊坡礦山小型崩塌、滑坡露天采坑滑坡、礦山小型滑坡礦山泥石流防治水文地質(zhì)修復(fù)技術(shù)底板加固注漿加強(qiáng)隔水層穩(wěn)定性,同時(shí)將強(qiáng)含水層改造成弱含水層充填開采在煤炭開采過程中,在回采結(jié)束后即開始利用高水、矸石、粉煤灰等材料充填采空區(qū)含水層結(jié)構(gòu)破壞含水層結(jié)構(gòu)修復(fù)污水處理循環(huán)技術(shù)曝氣中和使低價(jià)鐵、錳等離子在堿性環(huán)境下變?yōu)楦邇r(jià)離子,使之成為沉淀物并去除高效絮凝沉淀利用原水的流動(dòng)形成旋流,再通過格網(wǎng)格柵,使原水細(xì)小礬花充分接觸、混合、凝聚、絮凝,迅速形成較大的凝結(jié)體地表水與地下水污染問題礦山廢水處理

此外，在工程治理技術(shù)中有專門用于解決地表土地修復(fù)相關(guān)問題的相關(guān)技術(shù)，分為巖土體平整技術(shù)與地質(zhì)體整形技術(shù)(表5)，作為銜接工藝為生態(tài)修復(fù)工程和生物修復(fù)工程創(chuàng)造適宜的場地或立地條件，相互配合實(shí)現(xiàn)礦山地質(zhì)環(huán)境、礦山水環(huán)境、礦山生態(tài)環(huán)境的修復(fù)治理工作[27]。

(2)生態(tài)修復(fù)技術(shù)。

生態(tài)修復(fù)技術(shù)是以修復(fù)被破壞、廢棄土地中的植被、景觀以及生物群落環(huán)境等為主要對(duì)象[28]，既要用工程措施恢復(fù)被破壞的生態(tài)系統(tǒng)功能，又要充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)本身的恢復(fù)功能[29-30]，分為自然修復(fù)與人工輔助修復(fù)兩種類型，主要有植被修復(fù)、景觀與生態(tài)修復(fù)及其他生態(tài)修復(fù)技術(shù)(表6)。

(3)生物修復(fù)技術(shù)。

生物修復(fù)技術(shù)適用于受污染的礦山環(huán)境載體，如受到污染的地表與地下水體、直接或間接受到污染的巖土體，其所起作用是改變礦山環(huán)境中遭受嚴(yán)重污染的巖土體及水體的化學(xué)成分[31-32]，多使用原位生物修復(fù)技術(shù)，工程條件不利時(shí)也可采取異位生物修復(fù)技術(shù)(表7)。利用生物修復(fù)技術(shù)在一定程度上可改善礦山環(huán)境質(zhì)量，提升生態(tài)修復(fù)技術(shù)的實(shí)施效果。

3.4.2 礦山環(huán)境修復(fù)治理模式

礦山環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，當(dāng)面對(duì)礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中誘發(fā)的眾多礦山環(huán)境問題時(shí)，礦山環(huán)境修復(fù)治理模式將成為一把礦山環(huán)境修復(fù)的利器，旨在以問題為對(duì)象，以土地開發(fā)利用規(guī)劃的最終目標(biāo)和植被修復(fù)等為具體要求，在地形地貌和地質(zhì)環(huán)境背景以及礦產(chǎn)資源開發(fā)方案基礎(chǔ)上的，通過適宜、有效的修復(fù)治理技術(shù)與方法，從土地使用者角度構(gòu)建的一套結(jié)構(gòu)合理、層次分明、系統(tǒng)完整的修復(fù)治理技術(shù)與方法的優(yōu)化組合體系[11]，命名形如“Ai+Bj+Ck+Dl+……”由修復(fù)治理技術(shù)優(yōu)化組成，也可以由最終防治修復(fù)目標(biāo)簡短抽象表達(dá)[33]。表8指出了針對(duì)露天礦山環(huán)境問題修復(fù)治理實(shí)踐中，依據(jù)不同的修復(fù)治理目標(biāo)提出的露天礦山采坑修復(fù)治理模式。

表5礦山環(huán)境工程治理技術(shù)中土地修復(fù)相關(guān)技術(shù)
Table5Landremediationindisaster-reliefengineeringtechnologiesofmineenvironmentalproblems

分類土地修復(fù)相關(guān)技術(shù)原理與特點(diǎn)適用環(huán)境問題適用特征巖土體平整技術(shù)地形平整對(duì)地面塌陷回填后地表面進(jìn)行平整,將地面塌陷坑、地裂縫回填區(qū)域平整后維持原有自然起伏的地表形態(tài)臺(tái)階狀平整對(duì)臺(tái)階狀塌陷的局部淺坑、地裂縫進(jìn)行回填,或并對(duì)不穩(wěn)定邊坡修整挖深墊淺將塌陷區(qū)域挖深、挖大,形成大面積的“挖深區(qū)”,挖除的土體用來修復(fù)塌陷較小區(qū)域開采沉陷、水土污染沉陷區(qū)域地表處理分期開采形成的臺(tái)階狀地面變形處理塌陷坑集中且塌陷面積較大地段處理地質(zhì)體整形技術(shù)固廢堆形態(tài)修整主要針對(duì)排土場和矸石山,調(diào)整平臺(tái)寬度、坡度,保證排土場穩(wěn)定逆排構(gòu)筑采用新鮮、強(qiáng)度高的塊石物料碾壓堆筑底部,底部堆置大塊物料,上部區(qū)域堆置塊度相對(duì)較小的散體和細(xì)粒物料邊坡排水防止地表水沿開口張裂隙或裂隙進(jìn)入坡體內(nèi),排出坡體內(nèi)或坡表的水固廢堆放占地、人工堆積體邊坡穩(wěn)定性問題、礦山次生地質(zhì)災(zāi)害提高固廢堆整體穩(wěn)定性,預(yù)防排土場泥石流固廢堆構(gòu)筑固廢堆邊坡穩(wěn)定性

表6常見礦山環(huán)境生態(tài)修復(fù)技術(shù)
Table6Ecologicalrestorationtechnologiesofmineenvironmentalproblems

分類生態(tài)修復(fù)技術(shù)原理與特點(diǎn)適用環(huán)境問題適用特征植被修復(fù)技術(shù)人工生態(tài)林選擇合適樹種,確定合理的配置參數(shù),以有效復(fù)綠為目標(biāo)人工灌木林利用灌木植被對(duì)礦區(qū)進(jìn)行固坡、護(hù)土,改善土壤條件土工網(wǎng)墊利用三維結(jié)構(gòu)織網(wǎng)固定土壤與草籽,將網(wǎng)墊平鋪固定在斜坡面,在網(wǎng)的空腔內(nèi)撤播草籽和土,使坡面固定土壤并保存一定水分人工草柵格利用人工草柵格有效固沙護(hù)坡,主要為植被修復(fù)如修復(fù)草地,草種存活率較高大氣污染、水土流失、礦山次生地質(zhì)災(zāi)害、水土流失露天礦排土場生態(tài)修復(fù)干旱地區(qū)礦山生態(tài)修復(fù)巖體裸露山體、排土場坡體、矸石山等生態(tài)修復(fù)干旱地區(qū)礦區(qū)沙漠化景觀與生態(tài)修復(fù)技術(shù)人工濕地法人工構(gòu)建或改造為濕地生態(tài)系統(tǒng),引入適宜的植被、動(dòng)物等基塘法按生態(tài)學(xué)原理對(duì)礦山內(nèi)水面和土地進(jìn)行生態(tài)修復(fù),集約度高,初期投資大,對(duì)種養(yǎng)技術(shù)要求高生態(tài)演替法利用生態(tài)自然演替規(guī)律,工程治理完成一定時(shí)間段生態(tài)環(huán)境自然修復(fù)水土流失、土地沙漠化水體豐富或存在水體污染水體豐富、高潛水位區(qū)域露天礦山及排土場生態(tài)修復(fù)其他修復(fù)技術(shù)植生袋植被修復(fù)特制的植生袋按順序碼放在做好防護(hù)支撐的土質(zhì)、石質(zhì)和水土易流失的邊坡上,并用錨桿等方式固定矸石改良土壤利用矸石中含有的C,K+,CaCO3等營養(yǎng)物,提高土壤肥力并改良土壤土質(zhì)生態(tài)環(huán)境破壞、水土流失排土場、矸石山以及土壤貧瘠沉陷區(qū)生態(tài)修復(fù)

3.5 修復(fù)治理后的礦山土地適宜性評(píng)價(jià)

礦產(chǎn)資源開發(fā)企業(yè)通過行政劃撥、有償出讓、租賃、作價(jià)出資或入股等方式征用了大量的采礦用地，并且在生產(chǎn)過程中占用、損毀了大量的土地資源，造成地形地貌改變、巖土體失穩(wěn)變形、含水層結(jié)構(gòu)破壞、地表土壤不同程度污染[34]。在礦區(qū)內(nèi)，大量的土地資源亟待修復(fù)治理后再次被開發(fā)利用。然而，礦山土地資源的開發(fā)潛力與土地破壞程度、修復(fù)治理狀況、開發(fā)利用投資計(jì)劃、政府宏觀規(guī)劃等因素息息相關(guān)[35-36]，影響著礦山企業(yè)未來可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，在礦山土地開發(fā)利用前必須進(jìn)行礦山土地適宜性評(píng)價(jià)，根據(jù)礦山環(huán)境修復(fù)治理后土地資源開發(fā)利用條件，評(píng)估礦山土地資源可行的利用類型和開發(fā)方案。

修復(fù)治理后的礦山土地適宜性評(píng)價(jià)，旨在礦山環(huán)境修復(fù)治理工作實(shí)施后，對(duì)礦山工業(yè)損毀和廢棄土地資源進(jìn)行土地利用目標(biāo)評(píng)估，尤其注重對(duì)修復(fù)治理后礦山環(huán)境的實(shí)際狀況評(píng)估，確定礦山土地利用類型，并利用礦山土地適應(yīng)性評(píng)價(jià)成果指導(dǎo)企業(yè)與政府科學(xué)合理的開發(fā)利用礦山土地資源，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

修復(fù)礦山土地的目的在于土地資源再利用，必須在摸清礦山環(huán)境背景、礦山環(huán)境現(xiàn)狀、礦山環(huán)境修復(fù)治理情況等基礎(chǔ)上，結(jié)合礦山土地利用目標(biāo)、已有修復(fù)治理效果、未來礦山礦產(chǎn)資源開發(fā)利用規(guī)劃方案、政府和企業(yè)土地修復(fù)投資規(guī)劃等內(nèi)容，針對(duì)礦山環(huán)境修復(fù)后的土地進(jìn)行礦山土地適宜性評(píng)價(jià)，探討和評(píng)估可行的礦山土地開發(fā)類型，與周邊工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)結(jié)合[37]，輔助礦業(yè)城市或者資源枯竭型城市經(jīng)濟(jì)體制轉(zhuǎn)型，通過對(duì)礦山廢棄土地利用類型的扭轉(zhuǎn)，讓土地發(fā)揮新的功能和作用。根據(jù)國內(nèi)外礦山土地適宜性評(píng)價(jià)方法與內(nèi)容，礦山環(huán)境修復(fù)治理后常見的礦山土地利用類型有生態(tài)用地、農(nóng)牧用地和建設(shè)用地等(表9)，具體的開發(fā)內(nèi)容需要根據(jù)礦山土地適宜性評(píng)價(jià)的要求并結(jié)合礦山土地特征等內(nèi)容綜合評(píng)估、擬定。

表7常見礦山環(huán)境生物修復(fù)技術(shù)
Table7Biologicalrestorationtechnologiesofmineenvironmentalproblems

分類生物修復(fù)技術(shù)原理與特點(diǎn)適用環(huán)境問題適用特征原位生物修復(fù)技術(shù)異位生物修復(fù)技術(shù)生物通氣將氧氣流導(dǎo)入不飽和土層中,增強(qiáng)土著細(xì)菌活性,促進(jìn)土壤中有機(jī)污染物自然降解空氣注射將空氣壓入飽和層中,使揮發(fā)性污染物隨氣流進(jìn)入不飽和層進(jìn)行生物降解,同時(shí)促進(jìn)飽和層的生物降解投菌技術(shù)向被污染土壤投入外源的污染降解菌,提供細(xì)菌生長所需養(yǎng)分土壤耕作利用耕翻土壤,補(bǔ)充氧和營養(yǎng)物質(zhì)以提高土壤微生物的活性,促進(jìn)污染物生物降解植被品種篩選針對(duì)不同類別的污染及污染程度選取對(duì)應(yīng)的生態(tài)型植被吸收重金屬元素或污染物,改善土壤肥力,降低污染程度預(yù)制床技術(shù)在預(yù)制床內(nèi)鋪石子、砂子,將污染土壤平鋪于預(yù)制床,加營養(yǎng)液和水、表面活性劑,定期充氧翻動(dòng),以完全清除污染物、減少污染物的遷移堆肥處理將挖出的污染土壤被堆成長條形的靜態(tài)對(duì),添加必要的養(yǎng)分和水分、表面活性劑,使土堆內(nèi)的條件最優(yōu)化而促進(jìn)污染物的生物降解生物反應(yīng)器將挖出的土壤加水制成漿狀,與降解微生物和營養(yǎng)物質(zhì)在反應(yīng)器中混合,添加適量表面活性劑或分散劑,促進(jìn)吸附的有機(jī)污染物解離土壤有機(jī)物污染土壤重金屬污染、土壤有機(jī)物污染土壤有機(jī)物污染有機(jī)污染土壤揮發(fā)性有機(jī)污染物和燃油污染土壤需提供外源細(xì)菌生長所需營養(yǎng)物質(zhì)土壤通透性較差、污染較輕且污染物易降解土壤利用植物生長吸收作用去除污染物土壤清除土壤中污染物易腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化和降解的有機(jī)物污染滿足微生物降解所需最適宜條件

表8露天礦山環(huán)境修復(fù)治理模式
Table8Restorationmodelsofopen-pitmines

修復(fù)治理對(duì)象修復(fù)治理目標(biāo)露天采坑修復(fù)治理模式露天礦山環(huán)境修復(fù)邊坡穩(wěn)定性“固廢局部回填(采坑坡體壓腳)+削坡減載”模式“坡體后緣裂縫填埋+坡體裂縫壓力灌漿”模式“邊坡排供水系統(tǒng)+采坑填渣+植被修復(fù)”模式“裂縫變形監(jiān)測+坡面變形監(jiān)測”采坑邊坡監(jiān)測預(yù)警模式景觀與水域“露天采坑臺(tái)階與邊坡土地修復(fù)”模式“人工濕地公園”模式“礦山公園(礦山地質(zhì)博物館)改造”模式

表9修復(fù)治理后的礦山土地適宜性評(píng)價(jià)
Table9Suitabilityevaluationforminelandaftermineenvironmentrestoration

土地利用類型礦山土地開發(fā)利用內(nèi)容適宜性評(píng)價(jià)要求礦山土地資源特征生態(tài)用地草地、灌木林地、人工生態(tài)濕地等地形地貌條件、土地污染情況、土地巖土體破壞情況、土地涵養(yǎng)水源能力、土壤固氮能力、生態(tài)作物類型等生態(tài)環(huán)境脆弱、生態(tài)多樣性受損嚴(yán)重、地表植被破壞嚴(yán)重、水土環(huán)境受采礦活動(dòng)影響嚴(yán)重,土壤受損程度較高、水體質(zhì)量受損、水土流失嚴(yán)重等農(nóng)牧用地耕地、園地、林地、牧草地等地形地貌條件、土壤涵養(yǎng)能力、土壤質(zhì)量、灌溉條件、土地生產(chǎn)能力、土壤厚度、土壤物質(zhì)含量、適宜植被類型等氣候適宜、地勢平坦、土地易耕性良好、地表土壤厚度適宜、土地保水保肥性能適宜等建設(shè)用地工礦倉儲(chǔ)用地、公用設(shè)施用地、公共建筑用地、住宅用地、電力設(shè)施、水利設(shè)施用地等采空區(qū)充填與壓實(shí)程度、地基承載力、地形地貌條件、建設(shè)類型等地基承載力適宜、地表變形較小、土地利用價(jià)值高、地理位置適宜、土地集約程度良好等

3.6 礦山環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測與預(yù)警

礦山環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測與預(yù)警的作用是實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀、分析變化趨勢以及預(yù)警突發(fā)事件，精確的“天-空-地-井”等各類監(jiān)測信息傳回監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)終端，經(jīng)過數(shù)據(jù)自動(dòng)化分析處理形成可視化曲線或圖形，實(shí)現(xiàn)礦山環(huán)境遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警[38]，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦山環(huán)境修復(fù)治理項(xiàng)目修復(fù)效果的檢驗(yàn)與把關(guān)。礦山環(huán)境常見的動(dòng)態(tài)監(jiān)測與預(yù)警內(nèi)容(表10)如應(yīng)力(應(yīng)變)、濃度(頻度)、面積(長度)、生態(tài)(環(huán)境)等，可實(shí)現(xiàn)對(duì)開采沉陷、露天礦坑、“三廢”問題、礦山次生地質(zhì)災(zāi)害、生態(tài)環(huán)境、井下泥石流等問題多點(diǎn)、高精度、實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測與預(yù)警。

表10礦山環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)
Table10Monitoringandearly-warningtechnologiesofmineenvironment

動(dòng)態(tài)監(jiān)測內(nèi)容礦山環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)適用對(duì)象應(yīng)力(應(yīng)變)遠(yuǎn)程應(yīng)力監(jiān)測、雷達(dá)位移監(jiān)測、GPS自動(dòng)化監(jiān)測、智能全站儀監(jiān)測、地應(yīng)力(應(yīng)變)監(jiān)測、超聲波液位監(jiān)測等露天采坑邊坡、礦山泥石流、排土場邊坡等監(jiān)測與預(yù)警濃度(頻度)固定點(diǎn)噪聲監(jiān)測、降水監(jiān)測、水污染實(shí)時(shí)監(jiān)測、空氣污染物濃度監(jiān)測、土壤重金屬監(jiān)測、地下水污染物濃度監(jiān)測等“三廢”問題等監(jiān)測與預(yù)警面積(長度)自動(dòng)化視頻圖形采集監(jiān)測、InSAR變形監(jiān)測等礦山次生地質(zhì)災(zāi)害等監(jiān)測生態(tài)(環(huán)境)生態(tài)環(huán)境群落監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境密度監(jiān)測等礦山生態(tài)環(huán)境等監(jiān)測

礦山環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測與預(yù)警依托于礦山環(huán)境數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、分析，通過礦山環(huán)境數(shù)字技術(shù)形成礦山各生產(chǎn)階段環(huán)境監(jiān)測與管理、動(dòng)態(tài)監(jiān)測與預(yù)警的數(shù)字化表達(dá)，已在礦山次生地質(zhì)災(zāi)害、頂?shù)装遄冃晤A(yù)測及瓦斯監(jiān)測預(yù)警等方面實(shí)踐[39]。在今后發(fā)展中，通過搭建礦山環(huán)境數(shù)字化實(shí)時(shí)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合專家分析、智能模擬、多源數(shù)據(jù)耦合等功能實(shí)現(xiàn)礦山環(huán)境多時(shí)段動(dòng)態(tài)變化實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警功能。

3.7 礦山環(huán)境信息系統(tǒng)

礦山環(huán)境信息系統(tǒng)的構(gòu)建是基于大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)信息技術(shù)將礦山環(huán)境相關(guān)的報(bào)告與數(shù)據(jù)儲(chǔ)存并通過信息化處理直觀地向社會(huì)和企業(yè)展示礦山環(huán)境問題修復(fù)治理成果[40]，共享修復(fù)治理中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。國土、環(huán)保等相關(guān)部門已利用虛擬現(xiàn)實(shí)、地理空間分析、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，基本實(shí)現(xiàn)礦山環(huán)境數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集、實(shí)時(shí)分析環(huán)境數(shù)據(jù)信息并預(yù)報(bào)的功能[41]。

我國目前信息系統(tǒng)的研發(fā)水平、數(shù)字化程度與發(fā)達(dá)國家仍有差距，一些關(guān)鍵技術(shù)難題如空間數(shù)據(jù)不確定性、地質(zhì)體空間關(guān)系復(fù)雜性以及空間分析邊界局限性等仍亟待克服與發(fā)展。以礦山頂板含水層結(jié)構(gòu)破壞三維動(dòng)態(tài)可視化模擬信息系統(tǒng)為例，基于“三圖法”(即頂板冒裂安全性分區(qū)圖、頂板含水層富水性分區(qū)圖、頂板突水條件綜合評(píng)價(jià)分區(qū)圖)以及地下水模擬和科學(xué)可視化技術(shù)[42]，只有解決含水層結(jié)構(gòu)破壞問題的突發(fā)性、模糊性和不確定性等，信息系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)煤層頂板含水層結(jié)構(gòu)三維動(dòng)態(tài)時(shí)空表達(dá)[43]。

3.8 礦山環(huán)境法律法規(guī)

資源開發(fā)促進(jìn)著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但要實(shí)現(xiàn)自然環(huán)境與人居環(huán)境的和諧發(fā)展，礦產(chǎn)資源開發(fā)必須在礦山環(huán)境法律法規(guī)的約束下進(jìn)行。

能源產(chǎn)業(yè)是我國很多地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)，但在一定程度上卻不能對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的環(huán)境管理把控。隨著矛盾的日益突顯，我國礦山環(huán)境法規(guī)體系建設(shè)逐步升級(jí)，先后出臺(tái)了《礦產(chǎn)資源法》、《土地復(fù)墾法》、《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)條例》、《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定》、《環(huán)境保護(hù)法》、《環(huán)境影響評(píng)價(jià)法》、《固體廢物污染環(huán)境防治法》、《礦山安全法》、《水土保持法》等礦山環(huán)境相關(guān)法律法規(guī)。

以上法律、法規(guī)的頒布與實(shí)施(表11)代表著政府對(duì)礦山環(huán)境保護(hù)重視程度的提高。但在諸如設(shè)立礦山環(huán)境保護(hù)專門法律、深化保護(hù)內(nèi)容、明確保護(hù)依據(jù)等方面仍有必要借鑒、吸納國內(nèi)外相關(guān)法律法規(guī)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)例，目標(biāo)是盡早將礦山環(huán)境保護(hù)制度化、系統(tǒng)化，最大限度地約束礦山開采對(duì)環(huán)境的破壞行為，促進(jìn)礦山環(huán)境與資源開采的可持續(xù)發(fā)展。

3.9 礦山環(huán)境監(jiān)督管理

礦山環(huán)境監(jiān)督與管理是礦山環(huán)境修復(fù)治理的軟科學(xué)，兼具資源管理與環(huán)境管理的特點(diǎn)，涉及監(jiān)督管理與政策、規(guī)范制訂等[44]，如擬定礦山環(huán)境管理辦法與政策、礦山環(huán)境保護(hù)與修復(fù)治理規(guī)劃編制、執(zhí)行情況監(jiān)督、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定、技術(shù)要求或指南等，監(jiān)督檢查礦山企業(yè)的礦山環(huán)境防治、監(jiān)測與績效跟蹤等內(nèi)容[45]，以引導(dǎo)礦產(chǎn)資源的管理與開發(fā)，減少或避免采礦引發(fā)的礦山環(huán)境問題。隨著更多國內(nèi)外、相關(guān)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的注入以及自身案例的豐富，礦山環(huán)境管理體制將日益完善，確保政府履行環(huán)境管理職能、企業(yè)實(shí)踐環(huán)境保護(hù)職責(zé)、公民提高環(huán)境保護(hù)意識(shí)，使礦業(yè)開發(fā)與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

表11國內(nèi)外礦山環(huán)境管理與制度相關(guān)法律法規(guī)[46]
Table11Lawsandregulationsofmineenvironmentathomeandabroad[46]

類型法律法規(guī)名稱與礦山環(huán)境相關(guān)內(nèi)容國家環(huán)境政策法(USA,1969)提出開展環(huán)境影響評(píng)價(jià)要求,要求礦業(yè)公司新建礦井前提交環(huán)境影響報(bào)告環(huán)境保護(hù)類環(huán)境保護(hù)法(Australia,1974)規(guī)定礦山環(huán)境影響評(píng)價(jià)項(xiàng)目及評(píng)價(jià)范圍,規(guī)定資源開發(fā)利用流程與政府環(huán)境保護(hù)職能環(huán)境保護(hù)法(Canada,1988)規(guī)定政府對(duì)礦山污染影響土地執(zhí)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)制度,規(guī)定環(huán)境評(píng)價(jià)的主管部門與政府監(jiān)督職能中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法(2014修訂)規(guī)定對(duì)大氣、水、土壤等的保護(hù),建立和完善相應(yīng)的調(diào)查、監(jiān)測、評(píng)估和修復(fù)制度中華人民共和國礦山安全法(2009修正)規(guī)定礦山企業(yè)必須對(duì)開采沉陷、含水層結(jié)構(gòu)破壞、粉塵有毒物質(zhì)等問題隱患采取預(yù)防措施礦產(chǎn)資源類礦業(yè)法(Philippines,1995)要求在可持續(xù)發(fā)展框架中協(xié)調(diào)采礦活動(dòng)與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系中華人民共和國煤炭法(2016修正)規(guī)定開發(fā)利用煤炭資源,應(yīng)當(dāng)遵守有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律、法規(guī),防治污染和其他公害,保護(hù)生態(tài)環(huán)境金屬礦業(yè)等礦害對(duì)策特別措施法(Japan,1971)多種金屬礦產(chǎn)制定針對(duì)性的礦山環(huán)境保護(hù)與治理法律,規(guī)定礦山環(huán)境防治的公積金制度以及礦山環(huán)境懲罰制度地表采礦控制與復(fù)墾法(USA,1977)規(guī)定州和聯(lián)邦政府在采礦與復(fù)墾方面的法律職責(zé),建立聯(lián)邦政府有效的管理機(jī)制,包括露天采礦、復(fù)原活動(dòng)等綜合環(huán)境反應(yīng)、賠償和責(zé)任法(USA,1980)建立了侵權(quán)法上的污染場地的清理和受損自然資源的修復(fù)損害賠償責(zé)任機(jī)制礦山環(huán)境專項(xiàng)保護(hù)類中華人民共和國固體廢棄物污染環(huán)境防治法(2016修正)規(guī)定對(duì)固體廢物污染環(huán)境的防治,實(shí)行減少固體廢物的產(chǎn)生量和危害性、充分合理利用固體廢物和無害化處置固體廢物的原則,促進(jìn)清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中華人民共和國環(huán)境影響評(píng)價(jià)法(2016修正)要求開展工程項(xiàng)目對(duì)環(huán)境可能造成影響的分析、預(yù)測和評(píng)估工作礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定(2016修正)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域?qū)ｉT性法規(guī),礦山地質(zhì)環(huán)境規(guī)劃、修復(fù)治理、監(jiān)督管理、法律責(zé)任方面適用

注:部分摘引自徐曙光《國外礦山環(huán)境立法綜述》(2009)。

4 礦山環(huán)境研究展望

我國礦山環(huán)境態(tài)勢窘迫，解決好礦山環(huán)境問題僅僅是礦山環(huán)境研究中的節(jié)點(diǎn)之一，還不能平衡國家當(dāng)前的能源消費(fèi)形勢與環(huán)境間的關(guān)系。現(xiàn)階段有關(guān)礦山環(huán)境研究挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，很多礦山環(huán)境專門研究正處起步不久，在消除礦山環(huán)境問題對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響，開發(fā)閉坑礦山正效應(yīng)資源并服務(wù)礦業(yè)城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)與轉(zhuǎn)型，深部開采礦山環(huán)境問題防治理論與方法，地下礦山生態(tài)環(huán)境，礦山環(huán)境問題及其公共安全防治理論與技術(shù)裝備研發(fā)，礦山環(huán)境大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)與人工智能等方面都有巨大的研究發(fā)展勢頭。

(1)閉坑礦山正負(fù)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究。

開展推進(jìn)資源枯竭型城市轉(zhuǎn)型、減小礦山環(huán)境對(duì)城市發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的阻礙、控制和消除閉坑礦山的生態(tài)環(huán)境負(fù)效應(yīng)、挖掘閉坑礦山生態(tài)環(huán)境正效應(yīng)等相關(guān)研究正當(dāng)其時(shí)[47]。利用“九節(jié)鞭”手段解決閉坑帶來的環(huán)境問題將有助于閉坑礦山正負(fù)生態(tài)效應(yīng)研究。如何有效的控制巖土體動(dòng)態(tài)失衡、修復(fù)受損地表和地下水環(huán)境、控制污染源頭與路徑，將成為減小礦山生態(tài)環(huán)境負(fù)效應(yīng)的關(guān)鍵。更為重要的是，礦山之中可利用的土地資源、空間資源以及伴生資源極為豐富，一方面是土地與地下空間的合理開發(fā)利用，另一方面是地?zé)帷樯茉?、固廢和液廢有用物質(zhì)提取，2者的開發(fā)利用效益都相當(dāng)可觀。同時(shí)，礦山閉坑的管理與程序、礦山環(huán)境正效應(yīng)開發(fā)相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)當(dāng)及時(shí)跟進(jìn)研究，密切結(jié)合我國地區(qū)宏觀經(jīng)濟(jì)規(guī)劃，科學(xué)規(guī)劃正效應(yīng)資源，將修復(fù)和開發(fā)后的礦山盡可能回饋效益于社會(huì)并服務(wù)于公益事業(yè)。

(2)深部開采條件下礦山環(huán)境問題的防治理論與技術(shù)方法。

隨著越來越多的淺部資源面臨著資源枯竭的問題，深部開采成為滿足能源消費(fèi)需求的必然選擇。我國探明的煤炭資源中埋深在1 000 m以下的約占資源量的53%[48]，隨著淺部資源的枯竭，越來越多的深部礦井將涌現(xiàn)，由此引發(fā)的環(huán)境問題仍將令人擔(dān)憂。由于深部采動(dòng)的工藝、高地應(yīng)力、高地溫、高水壓、高瓦斯開采條件都有別于淺部開采，由此造成的巖土體動(dòng)態(tài)平衡響應(yīng)、地下水運(yùn)移規(guī)律響應(yīng)以及污染擴(kuò)散響應(yīng)會(huì)與當(dāng)前因淺層開采出現(xiàn)的環(huán)境問題特征有較大差異。因此，研究在深部“四高”開采條件的影響下，礦山環(huán)境問題的響應(yīng)特征、問題影響評(píng)價(jià)和預(yù)測模型、監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)方法、修復(fù)治理模式等是防治未來深部開采條件下礦山環(huán)境的重要理論基礎(chǔ)。

(3)礦山環(huán)境公共安全隱患的防治理論與技術(shù)設(shè)備研發(fā)。

礦業(yè)城市與礦山之間關(guān)系密切，礦業(yè)城市的地表與地下空間開發(fā)、城市空氣和水環(huán)境安全、城市的規(guī)劃與建設(shè)都會(huì)受到礦山環(huán)境的影響。因此，礦山環(huán)境對(duì)礦業(yè)城市公共安全隱患的防治理論研究至關(guān)重要。礦山中安全隱患多數(shù)是涉及生產(chǎn)和從業(yè)人員的安全防范，而隨著環(huán)境問題對(duì)周邊人居環(huán)境的破壞，城鎮(zhèn)道路路面坍塌積水、房屋結(jié)構(gòu)變形開裂、公共電力設(shè)施傾斜變形等問題出現(xiàn)，都提醒著政府和企業(yè)需要將安全隱患的防治范疇擴(kuò)展到由礦山環(huán)境問題引發(fā)的人員和財(cái)產(chǎn)損失上來。根據(jù)礦山環(huán)境問題的發(fā)生特征和響應(yīng)規(guī)律，提出礦山環(huán)境與城市公共安全隱患防治理論和技術(shù)體系，指導(dǎo)城市建立礦山影響條件下的城市公共安全的防范系統(tǒng)。

此外，在許多礦山環(huán)境問題的修復(fù)治理或者應(yīng)急搶險(xiǎn)救援工作中，由于礦區(qū)道路蜿蜒曲折，許多發(fā)生環(huán)境問題的地點(diǎn)限制了現(xiàn)代化大型、重型工程機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，對(duì)修復(fù)治理和搶險(xiǎn)救援造成巨大挑戰(zhàn)和影響。有必要專門針對(duì)礦山特殊的環(huán)境背景下研發(fā)場地條件和問題特征適用的修復(fù)治理與應(yīng)急救援技術(shù)裝備和設(shè)備，防患礦山環(huán)境對(duì)公共安全造成的隱患和威脅。

(4)礦山環(huán)境研究既要注重地表環(huán)境也要兼顧地下環(huán)境。

與地表礦山環(huán)境一樣，在高強(qiáng)度的資源開發(fā)過后，地下礦山環(huán)境也同樣遭受嚴(yán)重的擾動(dòng)和破壞。地下礦山環(huán)境需要重視地下微生物生態(tài)環(huán)境和地下礦山水環(huán)境的研究。研究采礦活動(dòng)造成的淺地表下和地下深部微生物環(huán)境的擾動(dòng)和破壞特征和規(guī)律，對(duì)了解地下礦山地下生態(tài)環(huán)境狀態(tài)有重要作用。采礦活動(dòng)不僅影響地下水的流場，也會(huì)嚴(yán)重?cái)_動(dòng)地下水化學(xué)場，進(jìn)而產(chǎn)生對(duì)人類地下水飲用安全，對(duì)農(nóng)林業(yè)灌溉、畜牧業(yè)漁業(yè)養(yǎng)殖等造成嚴(yán)重影響，甚至對(duì)地球水化學(xué)場、熱流場甚至是全球氣候產(chǎn)生負(fù)面擾動(dòng)，因而對(duì)礦山地下水環(huán)境的研究，對(duì)修復(fù)地下水環(huán)境、維護(hù)良好人居環(huán)境意義重大。

(5)礦山環(huán)境大數(shù)據(jù)平臺(tái)與人工智能。

通過搭建全國統(tǒng)一的礦山環(huán)境調(diào)查、評(píng)價(jià)、監(jiān)測預(yù)警、修復(fù)治理等內(nèi)容的大數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，經(jīng)過采集、存儲(chǔ)、分析處理過程，利用礦山環(huán)境信息系統(tǒng)輸出實(shí)時(shí)礦山環(huán)境狀況，為國家礦山環(huán)境修復(fù)宏觀調(diào)控、修復(fù)治理效益監(jiān)測與數(shù)據(jù)反饋提供可靠信息。在數(shù)據(jù)平臺(tái)的構(gòu)建基礎(chǔ)上，開發(fā)礦山環(huán)境人工智能預(yù)警功能，其研究將借助于數(shù)據(jù)平臺(tái)、判斷模型和可視化等信息系統(tǒng)平臺(tái)，涉及礦山環(huán)境中多場源數(shù)據(jù)耦合模型分析，最終將環(huán)境數(shù)據(jù)現(xiàn)狀與模擬預(yù)測輸出模型直觀地呈現(xiàn)給社會(huì)公眾。

礦山信息系統(tǒng)平臺(tái)不僅提供礦山環(huán)境數(shù)據(jù)分析和預(yù)測模型，利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)共享礦山環(huán)境問題現(xiàn)狀、監(jiān)測數(shù)據(jù)、修復(fù)治理經(jīng)驗(yàn)等信息成果，并研發(fā)礦山環(huán)境虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到未來礦山環(huán)境各領(lǐng)域合作研究中，通過由計(jì)算機(jī)創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬礦山環(huán)境讓各領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者能在共享的虛擬環(huán)境中親身近距離觀察到礦山環(huán)境，集思廣益，同時(shí)利用模擬修復(fù)后的虛擬場景讓更多投資者看到礦山環(huán)境能夠被開發(fā)的潛力和前景。