[科普中国]-矿山环境工程

相关概念

一、环境

环境是相对于中心事物而言的。与某一中心事物有关的周围环境，就是这个事物的环境。对我们来说，中心事物是人，环境就是人类赖以生存并以人为中心围绕着人的物质世界。

二、环境科学

环境科学是研究环境的质量及其保护和改善的学科。它是人类认识、利用改造环境的需要，是自然科学发展到一定阶段时，各个学科相互交叉、渗透和发展的必然结果，是自然科学发展的一个新领域。

三、环境工程学

环境工程学就是运用工程技术的原理和方法，保护和合理利用自然资源，防治环境污染，以改善环境质量的学科。主要研究内容包括大气污染防治工程、水污染防治工程、固体废弃物的处理和利用以及噪声控制等。环境工程学还研究环境污染综合防治的方法和措施，以及利用系统工程方法，从区域的整体上寻求解决环境问题的最佳方案。2

形成过程人类早已认识到采矿工业对自然生态环境造成的破坏。古以色列国王所罗门（Solomon公元前1018～前978）曾准备把20个采矿城镇作为礼物赠给太尔（Tyre）国王亥兰（Hiram），由于矿石含硫，气味难闻且有害，亥兰国王婉言谢绝了。德国人阿格里科拉（G.Agricola）在1556年所著《论冶金》一书中，全面描述了矿业对环境造成的破坏，列举了意大利早期的一项法律，禁止在葡萄园、橄榄树林等地区和其他肥沃的土地上开采矿石，并提出了矿山土地复垦的问题。1791年英国萨默塞特煤矿在租借土地时，租约要求矿主在煤矿关闭后要回填矿井，并播种黑麦草种籽。第二次世界大战后，一些矿业先进国家制定了土地复垦计划，通过并颁布了有关矿业法律。例如，英国1951年颁布了《矿业法》；美国国会1971年通过，并于1977年颁布了《露天采矿管理和复垦法》。中国于1986年颁布了《中华人民共和国矿产资源法》，随后又颁布了《土地管理法》等。这些法律对矿山土地复垦都提出了严格的要求，从而把矿山土地复垦纳入了法治，加速了土地复垦的进程。与此同时，有些国家设立了专门管理机关和科研机构，出版了有关书刊。矿山土地复垦逐渐成为矿山环境工程的重要组成部分。

矿山大气污染防治的发展经历了漫长的年代。16世纪初期，人类使用简单的通风装置来排除矿内的有毒有害气体，1637年中国宋代宋应星在其《天工开物》一书中记载了处理矿内有毒气体的方法。1851年左右，英国首先把离心式扇风机应用于矿山通风。三年以后，英国人阿特肯逊（J.J.Atkinson）发表了《矿井通风原理》一书，奠定了矿井通风工程的计算基础。直到20世纪50年代，人们才把矿山通风纳入矿内环境问题来研究，从而形成了矿山环境工程中的一个重要内容。

矿山水污染防治是从矿山防排水工程逐渐发展起来的。人类进行地下采矿以来，便遇到了矿坑水的问题，古埃及发明了名叫“Cochlea”（蜗牛）的螺旋扬水器，作为矿井排水的工具。1712年人类首次把纽阔门蒸汽机驱动的水泵用于矿山排水。19世纪末，随着电动机的问世，离心式水泵日益广泛应用于矿山排水。人们为了解决水泵和管道的锈蚀和磨损问题，采用了石灰中和法和沉淀过滤法来处理矿坑水，开创了矿山废水处理的先例。到了20世纪70年代。人们进一步认识到矿山水污染对生态环境造成破坏的严重性，根据各种不同的水污染情况，采取了综合防治措施。矿山水污染防治便成了研究矿山环境工程中的另—个重要内容。

关于矿山固体废物处理，19世纪后期，人们开始从废石中回收有用矿物。1890年以来。英国在原铅矿废石堆里二次回收萤石；1894年以来，美国应用重介质分选回收煤矸石中的烟煤。20世纪60年代，许多国家对矿山废石场和尾矿库加强了管理，进行了广泛的综合利用的研究，既取得了很大的经济效益又改善了环境质量，形成了以无害化处理和综合利用为中心内容的矿山固体废物处理法。

20世纪以来，根据物理、化学、生物、地学等基础理论，运用安全卫生工程、通风工程、防排水工程、机械工程和化学工程等技术原理和方法，解决矿山水、大气、固体废物、噪声等污染问题，使单项治理技术有了较大的发展，逐渐形成了治理技术的单元过程。50年代末，中国提出了矿产资源综合利用的问题。随着采矿业的发展，环境意识的增强，人们认识到控制矿山环境污染，不仅要采用单项治理技术，而且还要采取综合防治措施；不仅要注意作业环境的保护，而且还要注意区域环境的保护。在这种形势下，陆续出现了矿山环境工程学的专门著作，形成了环境工程学的一个分支。

基本内容人们对矿山环境工程存在着不同的认识。有人认为，矿山环境工程是研究采矿活动外部环境的污染和破坏，以及减少或消除这种污染、破坏的最佳途径和措施，重点是矿山大气污染防治、矿山水污染防治、矿山固体废物处理和矿山土地复垦等；也有人认为。矿山环境工程是研究矿内作业环境的保护和改善，即研究矿内通风工程、矿内气体污染及其防治、矿内粉尘污染及其防治、矿内气候条件及其调节、矿内火灾及其防治、矿坑水及其处理等，总称矿内环境工程；还有人认为，无论是矿内环境还是外部环境，只要是采矿活动引起的污染和破坏，均应统筹安排，纳入矿山环境工程的研究范畴。

对矿山环境工程的研究对象虽有不同的看法，但从矿山环境工程发展的情况来看，它的基本内容可归纳为矿山环境污染与防治，矿山环境破坏与保护两方面。

(1)矿山环境污染与防治

采矿工艺过程及其引发的自然过程，产生并释放出有害物质、或改变环境的物理参量。污染环境大气、水体和土壤，称为矿山环境污染。矿山环境污染防治的内容包括矿山大气污染防治、矿山水污染防治、矿山噪声控制、矿井空气调节和矿山土壤污染防治。在防治措施方面，一般是对污染源进行调查、监测，对污染物和污染源进行分析和评价，确定防治对象。在此基础上，制定防治方案：如果是大气和水的化学物质（包括颗粒物）污染。则对污染源实行密闭、闭路循环和隔离，对污染物实行排放（包括矿山通风、矿山防排水），以及分离、分解、转化等处理措施；如果是噪声污染。则需先从噪声源着手控制和治理，然后在噪声传播途中应用吸声、消声、隔声、减振和阻尼的工程方法控制其传播，但最根本的措施是改革生产工艺，研制低污染和无污染的设备；如果是矿内大气的温度和湿度的变化偏离正常值，则需进行空气调节；如果是矿业造成的土壤污染，则需根据污染源的性质和类型，杜绝其污染途径，对污染的土壤。采用化学和生物等方法去除污染。

(2)矿山环境破坏和保护

岩矿的爆破与采挖过程，产生空气冲击波。造成地表振动、地表沉陷、地层裸露、废石尾矿堆积等作用和后果，破坏矿山及附近的水源、十地、景观和建（构）筑物等，称为矿山环境破坏。矿山环境保护的内容包括矿山水源保护、矿山固体废物处理、矿山爆破公害控制、矿山地表沉陷防治、矿山土地复垦和矿山景观保护等。在环境保护方面，一般是根据具体情况，采取以下相应的保护措施：隔断地表、地下水源与开采区的通路，涵养和保护水源；对废石、尾矿进行无害化处理和综合利用；限制一次装药量、改进爆破器材和爆破方法，控制爆破公害，应用留保安矿柱和充填采空区的方法，控制地表沉陷；根据地表移动规律，预防地表沉陷造成损害；采取重整土地、开发利用的方法，恢复破坏的土地；应用环境设计原理，屏蔽采区，美化环境。1