解決礦山環(huán)境問題的“九節(jié)鞭”

武 強，劉宏磊,4，趙海卿，張 萌，劉守強，曾一凡

(1.中國礦業(yè)大學(北京) 地球科學與測繪工程學院,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量16 666.7億t，原煤產(chǎn)量34.5億t，消費量38.0億t，在能源消費結(jié)構(gòu)中占60.4%[1]。礦產(chǎn)資源的高強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)境帶來了負面的影響和嚴峻的挑戰(zhàn)[4-6]。我國在礦山環(huán)境問題修復治理中投入巨大，據(jù)“十二五”統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中央財政投入礦山地質(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)境修復工程時空跨度大、對象復雜，在實踐成果的基礎(chǔ)上，礦山環(huán)境理論研究、評價預測、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環(huán)境體，是由人類采礦活動產(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)的客觀地質(zhì)體[8]。而礦山環(huán)境問題是一種以礦山環(huán)境為載體的負效應作用，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)過程中對礦山環(huán)境造成的不良影響，其影響范圍遠大于采礦邊界且時效超過礦山生產(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)地形地貌條件復雜，礦山生產(chǎn)開發(fā)方式與工藝多樣，產(chǎn)生了復雜多樣且數(shù)量眾多的礦山環(huán)境問題。要解決這些問題，首先應科學梳理礦山環(huán)境問題的類型，確定問題分類依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，運用有針對性的調(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)，對礦山環(huán)境現(xiàn)狀進行評價，并結(jié)合礦山工程規(guī)劃對礦山環(huán)境演化趨勢進行預測。礦山環(huán)境研究的目的不僅僅局限在分析、評價與預測，而是要落腳到已被破壞的礦山環(huán)境的修復治理。目前礦山環(huán)境修復治理主要的技術(shù)方法有工程治理、生態(tài)修復和生物修復3種類型。實際工程中修復環(huán)境一定會涉及到多種技術(shù)的有機組合，繼而形成礦山環(huán)境修復治理模式。模式將成為修復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)境修治理實施后，對被礦山占用和損毀的土地資源進行礦山土地適宜性評價，厘定可行的開發(fā)利用類型，實現(xiàn)礦山土地資源類型的扭轉(zhuǎn)和開發(fā)再利用。在修復治理前后，對礦山環(huán)境實施動態(tài)監(jiān)測與預警，以及時發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，并實時捕捉先兆進行預警，同時也成為評價修復治理效果的重要手段之一。采用現(xiàn)代化云平臺、大數(shù)據(jù)等先進的信息技術(shù)手段，研發(fā)礦山信息管理系統(tǒng)，其目的是保存調(diào)查評價、修復治理、監(jiān)測預警的有效數(shù)據(jù)與報告資料，并向社會及時通告企業(yè)在礦山環(huán)境修復治理中的成果，相互共享經(jīng)驗和教訓。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軟科學，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法規(guī)體系建設(shè)，同時通過構(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)狀評價與演化趨勢預測、修復治理技術(shù)與模式體系、修復治理后的礦山土地適宜性評價、動態(tài)監(jiān)測與預警、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環(huán)境修復與防治環(huán)節(jié)。

3.1 礦山環(huán)境問題分類與效應

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)境修復中的首要研究對象，研究主要包括礦山環(huán)境問題類型、綜合環(huán)境效應和分區(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礦山環(huán)境調(diào)查、評價、修復治理等工作的前提[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)律性及異常性響應特點，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]進行礦山環(huán)境問題類型劃分(表1)。

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

3.1.2 礦山環(huán)境綜合效應特征

當多種類型問題先后發(fā)生并疊加響應時，便會產(chǎn)生礦山環(huán)境綜合效應，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、水環(huán)境擾動效應、次生災害效應以及景觀與生態(tài)效應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，是問題預防與修復治理工作的區(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)等因素或者問題嚴重程度[18]，或者問題種類、影響程度和修復治理難度，分區(qū)的尺度分為礦山礦區(qū)級、行政地區(qū)級以及國家級等[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態(tài)失衡開采沉陷與伴生地裂縫、山體開裂、次生地質(zhì)災害、人工堆載體邊坡失穩(wěn)等地下開挖掘進、爆破、削坡、固廢堆積等水動力條件擾動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)境效應特征
Table2Comprehensiveenvironmentaleffectsofmineenvironmentalproblems

綜合環(huán)境效應作用形式與機理相關(guān)的礦山環(huán)境問題土地資源損毀以占用、機械破壞或化學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)境擾動地下水降落漏斗導致的水量減少或廢液、廢棄物滲透與淋濾導致的地下水、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)破壞等礦山次生災害諸多礦山環(huán)境問題防治不當誘發(fā)或加劇礦山次生地質(zhì)災害開采沉陷、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)范與標準逐漸興起，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、標準一致。對特殊地形地貌、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)狀評價與演化趨勢預測

礦山環(huán)境現(xiàn)狀評價與演化趨勢預測在礦山環(huán)境的現(xiàn)狀分析、演化趨勢預測研究中至關(guān)重要。礦山環(huán)境問題以獨立或多類并存出現(xiàn)，對應的現(xiàn)狀評價理論分為“單問題評價”與“多問題綜合評價”兩類(表3)。常見的單因素環(huán)境評價問題有“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;多因素綜合評價常用于多問題疊加評價或者多效應疊加評價的環(huán)境中。建立客觀、真實的現(xiàn)狀評價理論模型和評價參數(shù)，避免主觀確定評價指標模型和標準[25]為一直以來的研究重點。

表3礦山環(huán)境問題常用評價理論與方法
Table3Evaluationtheoriesandmethodsofmineenvironmentalproblems

評價類型礦山環(huán)境問題主要評價方法單問題“三廢”問題固體廢棄物遙感動態(tài)監(jiān)測評價、邊坡穩(wěn)定性評價(安全系數(shù)、可靠度等)、淋濾污染效應評價(土壤污染評價、地表(下)水體污染評價)、風化揚塵污染評價、大氣污染評價、放射性效應評價等液體廢棄物綜合指數(shù)法、國家標準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)量評價、對標法等地面變形問題經(jīng)驗公式法、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-雙預測”模型、華北型煤炭底板突水評價、矽卡巖型礦床充水評價等沙漠化問題監(jiān)測指標評價、遙感(RS)解譯評價、沙漠化危險度分區(qū)評價、地理信息系統(tǒng)(GIS)等水土流失問題預測模型法、地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)與其他評價方法耦合法等多問題多問題疊加多效應疊加礦山環(huán)境承載力評價、突變數(shù)評價方法、常(變)權(quán)評價方法、網(wǎng)絡(luò)數(shù)字統(tǒng)計綜合評價法、模糊數(shù)學法、加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、不確定性分析評價、信息熵評價等

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”預測對礦山環(huán)境演化趨勢進行預測，提出一套從宏觀到微觀逐級分析、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”礦山環(huán)境預判區(qū)，圈定環(huán)境問題可能發(fā)生區(qū)域，初步預判區(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)生機理與外在影響因素，“中級”確定圈定區(qū)內(nèi)發(fā)生礦山環(huán)境問題的嚴重程度;最后，詳細分析礦山環(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，利用對礦山環(huán)境問題信息量變化的描述，預測礦山環(huán)境系統(tǒng)的狀態(tài)和穩(wěn)定性，建立信息變量與環(huán)境問題的動態(tài)聯(lián)系模型。

3.4 礦山環(huán)境修復治理技術(shù)與模式體系

礦山環(huán)境修復治理技術(shù)與模式體系是我國學者近年來提出的礦山環(huán)境修復治理新理論，內(nèi)容主要由環(huán)境問題研究、修復治理目標研究、修復治理技術(shù)研究及修復治理模式研究等組成，旨以礦山環(huán)境問題為對象，樹立工程治理、土地修復和生態(tài)修復等修復治理目標類型，通過對修復治理技術(shù)適用對象、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、修復治理目標要求，通過對技術(shù)方法進行有機的、系統(tǒng)的優(yōu)化組合而構(gòu)成礦山環(huán)境修復治理模式的環(huán)境修復治理理論體系。筆者重點梳理了常見修復治理技術(shù)的類型和特征，并示例針對露天礦山采坑進行礦山環(huán)境修復與開發(fā)利用實踐中提出的一些露天礦山環(huán)境修復治理模式。

3.4.1 礦山環(huán)境修復治理技術(shù)

根據(jù)修復技術(shù)的特征，將礦山環(huán)境修復治理技術(shù)分為工程治理技術(shù)、生態(tài)修復技術(shù)、生物修復技術(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)，通過對已有的或即將發(fā)生的問題采取改變物理力學性質(zhì)、化學成分等措施來改變或加強地質(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){液進入巖體裂縫或軟弱夾層,提高抗水性,降低透水性錨噴護坡錨桿或錨索埋入滑動面以下的穩(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化剝落、表水沖刷、泥流沖溝及表層溜坍等防護網(wǎng)覆蓋和攔截風化剝落、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,減少礦山泥石流對下游的沖刷、撞擊和淤積等危害排導工程改變礦山泥石流流勢,增大礦山的泄洪能力淤積平臺改善泥石流運動坡降,起到減緩泥石流流速,減小泥石流對下游構(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)修復技術(shù)底板加固注漿加強隔水層穩(wěn)定性,同時將強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)修復污水處理循環(huán)技術(shù)曝氣中和使低價鐵、錳等離子在堿性環(huán)境下變?yōu)楦邇r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形成旋流,再通過格網(wǎng)格柵,使原水細小礬花充分接觸、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)修復工程和生物修復工程創(chuàng)造適宜的場地或立地條件，相互配合實現(xiàn)礦山地質(zhì)環(huán)境、礦山水環(huán)境、礦山生態(tài)環(huán)境的修復治理工作[27]。

(2)生態(tài)修復技術(shù)。

生態(tài)修復技術(shù)是以修復被破壞、廢棄土地中的植被、景觀以及生物群落環(huán)境等為主要對象[28]，既要用工程措施恢復被破壞的生態(tài)系統(tǒng)功能，又要充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)本身的恢復功能[29-30]，分為自然修復與人工輔助修復兩種類型，主要有植被修復、景觀與生態(tài)修復及其他生態(tài)修復技術(shù)(表6)。

(3)生物修復技術(shù)。

生物修復技術(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)境中遭受嚴重污染的巖土體及水體的化學成分[31-32]，多使用原位生物修復技術(shù)，工程條件不利時也可采取異位生物修復技術(shù)(表7)。利用生物修復技術(shù)在一定程度上可改善礦山環(huán)境質(zhì)量，提升生態(tài)修復技術(shù)的實施效果。

3.4.2 礦山環(huán)境修復治理模式

礦山環(huán)境是一個復雜的系統(tǒng)，當面對礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中誘發(fā)的眾多礦山環(huán)境問題時，礦山環(huán)境修復治理模式將成為一把礦山環(huán)境修復的利器，旨在以問題為對象，以土地開發(fā)利用規(guī)劃的最終目標和植被修復等為具體要求，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+……”由修復治理技術(shù)優(yōu)化組成，也可以由最終防治修復目標簡短抽象表達[33]。表8指出了針對露天礦山環(huán)境問題修復治理實踐中，依據(jù)不同的修復治理目標提出的露天礦山采坑修復治理模式。

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

分類土地修復相關(guān)技術(shù)原理與特點適用環(huán)境問題適用特征巖土體平整技術(shù)地形平整對地面塌陷回填后地表面進行平整,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)臺階狀平整對臺階狀塌陷的局部淺坑、地裂縫進行回填,或并對不穩(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)修整主要針對排土場和矸石山,調(diào)整平臺寬度、坡度,保證排土場穩(wěn)定逆排構(gòu)筑采用新鮮、強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)域堆置塊度相對較小的散體和細粒物料邊坡排水防止地表水沿開口張裂隙或裂隙進入坡體內(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)災害提高固廢堆整體穩(wěn)定性,預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)修復技術(shù)
Table6Ecologicalrestorationtechnologiesofmineenvironmentalproblems

分類生態(tài)修復技術(shù)原理與特點適用環(huán)境問題適用特征植被修復技術(shù)人工生態(tài)林選擇合適樹種,確定合理的配置參數(shù),以有效復綠為目標人工灌木林利用灌木植被對礦區(qū)進行固坡、護土,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坡,主要為植被修復如修復草地,草種存活率較高大氣污染、水土流失、礦山次生地質(zhì)災害、水土流失露天礦排土場生態(tài)修復干旱地區(qū)礦山生態(tài)修復巖體裸露山體、排土場坡體、矸石山等生態(tài)修復干旱地區(qū)礦區(qū)沙漠化景觀與生態(tài)修復技術(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、動物等基塘法按生態(tài)學原理對礦山內(nèi)水面和土地進行生態(tài)修復,集約度高,初期投資大,對種養(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間段生態(tài)環(huán)境自然修復水土流失、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)修復其他修復技術(shù)植生袋植被修復特制的植生袋按順序碼放在做好防護支撐的土質(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

3.5 修復治理后的礦山土地適宜性評價

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、修復治理狀況、開發(fā)利用投資計劃、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)利用前必須進行礦山土地適宜性評價，根據(jù)礦山環(huán)境修復治理后土地資源開發(fā)利用條件，評估礦山土地資源可行的利用類型和開發(fā)方案。

修復治理后的礦山土地適宜性評價，旨在礦山環(huán)境修復治理工作實施后，對礦山工業(yè)損毀和廢棄土地資源進行土地利用目標評估，尤其注重對修復治理后礦山環(huán)境的實際狀況評估，確定礦山土地利用類型，并利用礦山土地適應性評價成果指導企業(yè)與政府科學合理的開發(fā)利用礦山土地資源，實現(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)境修復治理情況等基礎(chǔ)上，結(jié)合礦山土地利用目標、已有修復治理效果、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)土地修復投資規(guī)劃等內(nèi)容，針對礦山環(huán)境修復后的土地進行礦山土地適宜性評價，探討和評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)濟體制轉(zhuǎn)型，通過對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價方法與內(nèi)容，礦山環(huán)境修復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)礦山土地適宜性評價的要求并結(jié)合礦山土地特征等內(nèi)容綜合評估、擬定。

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

分類生物修復技術(shù)原理與特點適用環(huán)境問題適用特征原位生物修復技術(shù)異位生物修復技術(shù)生物通氣將氧氣流導入不飽和土層中,增強土著細菌活性,促進土壤中有機污染物自然降解空氣注射將空氣壓入飽和層中,使揮發(fā)性污染物隨氣流進入不飽和層進行生物降解,同時促進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,提供細菌生長所需養(yǎng)分土壤耕作利用耕翻土壤,補充氧和營養(yǎng)物質(zhì)以提高土壤微生物的活性,促進污染物生物降解植被品種篩選針對不同類別的污染及污染程度選取對應的生態(tài)型植被吸收重金屬元素或污染物,改善土壤肥力,降低污染程度預制床技術(shù)在預制床內(nèi)鋪石子、砂子,將污染土壤平鋪于預制床,加營養(yǎng)液和水、表面活性劑,定期充氧翻動,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,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)化而促進污染物的生物降解生物反應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)在反應器中混合,添加適量表面活性劑或分散劑,促進吸附的有機污染物解離土壤有機物污染土壤重金屬污染、土壤有機物污染土壤有機物污染有機污染土壤揮發(fā)性有機污染物和燃油污染土壤需提供外源細菌生長所需營養(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)境修復治理模式
Table8Restorationmodelsofopen-pitmines

修復治理對象修復治理目標露天采坑修復治理模式露天礦山環(huán)境修復邊坡穩(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”模式“裂縫變形監(jiān)測+坡面變形監(jiān)測”采坑邊坡監(jiān)測預警模式景觀與水域“露天采坑臺階與邊坡土地修復”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修復治理后的礦山土地適宜性評價
Table9Suitabilityevaluationforminelandaftermineenvironmentrestoration

土地利用類型礦山土地開發(fā)利用內(nèi)容適宜性評價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)多樣性受損嚴重、地表植被破壞嚴重、水土環(huán)境受采礦活動影響嚴重,土壤受損程度較高、水體質(zhì)量受損、水土流失嚴重等農(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)境動態(tài)監(jiān)測與預警

礦山環(huán)境動態(tài)監(jiān)測與預警的作用是實時監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀、分析變化趨勢以及預警突發(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)自動化分析處理形成可視化曲線或圖形，實現(xiàn)礦山環(huán)境遠程實時監(jiān)測與預警[38]，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)對礦山環(huán)境修復治理項目修復效果的檢驗與把關(guān)。礦山環(huán)境常見的動態(tài)監(jiān)測與預警內(nèi)容(表10)如應力(應變)、濃度(頻度)、面積(長度)、生態(tài)(環(huán)境)等，可實現(xiàn)對開采沉陷、露天礦坑、“三廢”問題、礦山次生地質(zhì)災害、生態(tài)環(huán)境、井下泥石流等問題多點、高精度、實時連續(xù)監(jiān)測與預警。

表10礦山環(huán)境動態(tài)監(jiān)測與預警技術(shù)
Table10Monitoringandearly-warningtechnologiesofmineenvironment

動態(tài)監(jiān)測內(nèi)容礦山環(huán)境動態(tài)監(jiān)測與預警技術(shù)適用對象應力(應變)遠程應力監(jiān)測、雷達位移監(jiān)測、GPS自動化監(jiān)測、智能全站儀監(jiān)測、地應力(應變)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)測與預警濃度(頻度)固定點噪聲監(jiān)測、降水監(jiān)測、水污染實時監(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)測與預警面積(長度)自動化視頻圖形采集監(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)境動態(tài)監(jiān)測與預警依托于礦山環(huán)境數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺進行實時數(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、動態(tài)監(jiān)測與預警的數(shù)字化表達，已在礦山次生地質(zhì)災害、頂?shù)装遄冃晤A測及瓦斯監(jiān)測預警等方面實踐[39]。在今后發(fā)展中，通過搭建礦山環(huán)境數(shù)字化實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合專家分析、智能模擬、多源數(shù)據(jù)耦合等功能實現(xiàn)礦山環(huán)境多時段動態(tài)變化實時監(jiān)測與預警功能。

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)、云平臺信息技術(shù)將礦山環(huán)境相關(guān)的報告與數(shù)據(jù)儲存并通過信息化處理直觀地向社會和企業(yè)展示礦山環(huán)境問題修復治理成果[40]，共享修復治理中的經(jīng)驗和教訓。國土、環(huán)保等相關(guān)部門已利用虛擬現(xiàn)實、地理空間分析、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，對監(jiān)測數(shù)據(jù)實時更新，基本實現(xiàn)礦山環(huán)境數(shù)據(jù)動態(tài)采集、實時分析環(huán)境數(shù)據(jù)信息并預報的功能[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價分區(qū)圖)以及地下水模擬和科學可視化技術(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)才能實現(xiàn)煤層頂板含水層結(jié)構(gòu)三維動態(tài)時空表達[43]。

3.8 礦山環(huán)境法律法規(guī)

資源開發(fā)促進著經(jīng)濟的發(fā)展，但要實現(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其進行嚴格的環(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，先后出臺了《礦產(chǎn)資源法》、《土地復墾法》、《礦山地質(zhì)環(huán)境保護條例》、《礦山地質(zhì)環(huán)境保護規(guī)定》、《環(huán)境保護法》、《環(huán)境影響評價法》、《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)的頒布與實施(表11)代表著政府對礦山環(huán)境保護重視程度的提高。但在諸如設(shè)立礦山環(huán)境保護專門法律、深化保護內(nèi)容、明確保護依據(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)驗和實例，目標是盡早將礦山環(huán)境保護制度化、系統(tǒng)化，最大限度地約束礦山開采對環(huán)境的破壞行為，促進礦山環(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)境修復治理的軟科學，兼具資源管理與環(huán)境管理的特點，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)境保護與修復治理規(guī)劃編制、執(zhí)行情況監(jiān)督、標準規(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)實踐環(huán)境保護職責、公民提高環(huán)境保護意識，使礦業(yè)開發(fā)與環(huán)境保護協(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)境影響評價要求,要求礦業(yè)公司新建礦井前提交環(huán)境影響報告環(huán)境保護類環(huán)境保護法(Australia,1974)規(guī)定礦山環(huán)境影響評價項目及評價范圍,規(guī)定資源開發(fā)利用流程與政府環(huán)境保護職能環(huán)境保護法(Canada,1988)規(guī)定政府對礦山污染影響土地執(zhí)行環(huán)境影響評價制度,規(guī)定環(huán)境評價的主管部門與政府監(jiān)督職能中華人民共和國環(huán)境保護法(2014修訂)規(guī)定對大氣、水、土壤等的保護,建立和完善相應的調(diào)查、監(jiān)測、評估和修復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)采礦活動與環(huán)境保護的關(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,應當遵守有關(guān)環(huán)境保護的法律、法規(guī),防治污染和其他公害,保護生態(tài)環(huán)境金屬礦業(yè)等礦害對策特別措施法(Japan,1971)多種金屬礦產(chǎn)制定針對性的礦山環(huán)境保護與治理法律,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墾法(USA,1977)規(guī)定州和聯(lián)邦政府在采礦與復墾方面的法律職責,建立聯(lián)邦政府有效的管理機制,包括露天采礦、復原活動等綜合環(huán)境反應、賠償和責任法(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損害賠償責任機制礦山環(huán)境專項保護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)定對固體廢物污染環(huán)境的防治,實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,促進清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展中華人民共和國環(huán)境影響評價法(2016修正)要求開展工程項目對環(huán)境可能造成影響的分析、預測和評估工作礦山地質(zhì)環(huán)境保護規(guī)定(2016修正)礦山地質(zhì)環(huán)境保護領(lǐng)域?qū)ｉT性法規(guī),礦山地質(zhì)環(huán)境規(guī)劃、修復治理、監(jiān)督管理、法律責任方面適用

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)點之一，還不能平衡國家當前的能源消費形勢與環(huán)境間的關(guān)系?，F(xiàn)階段有關(guān)礦山環(huán)境研究挑戰(zhàn)與機遇并存，很多礦山環(huán)境專門研究正處起步不久，在消除礦山環(huán)境問題對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的負面影響，開發(fā)閉坑礦山正效應資源并服務(wù)礦業(yè)城市經(jīng)濟建設(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)閉坑礦山正負生態(tài)環(huán)境效應研究。

開展推進資源枯竭型城市轉(zhuǎn)型、減小礦山環(huán)境對城市發(fā)展和經(jīng)濟的阻礙、控制和消除閉坑礦山的生態(tài)環(huán)境負效應、挖掘閉坑礦山生態(tài)環(huán)境正效應等相關(guān)研究正當其時[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生態(tài)效應研究。如何有效的控制巖土體動態(tài)失衡、修復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)境負效應的關(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，另一方面是地熱、伴生能源、固廢和液廢有用物質(zhì)提取，2者的開發(fā)利用效益都相當可觀。同時，礦山閉坑的管理與程序、礦山環(huán)境正效應開發(fā)相關(guān)法規(guī)和標準也應當及時跟進研究，密切結(jié)合我國地區(qū)宏觀經(jīng)濟規(guī)劃，科學規(guī)劃正效應資源，將修復和開發(fā)后的礦山盡可能回饋效益于社會并服務(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)境問題仍將令人擔憂。由于深部采動的工藝、高地應力、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態(tài)平衡響應、地下水運移規(guī)律響應以及污染擴散響應會與當前因淺層開采出現(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)境問題的響應特征、問題影響評價和預測模型、監(jiān)測與預警技術(shù)方法、修復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)都會受到礦山環(huán)境的影響。因此，礦山環(huán)境對礦業(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展到由礦山環(huán)境問題引發(fā)的人員和財產(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)境問題的修復治理或者應急搶險救援工作中，由于礦區(qū)道路蜿蜒曲折，許多發(fā)生環(huán)境問題的地點限制了現(xiàn)代化大型、重型工程機械設(shè)備運輸?shù)浆F(xiàn)場，對修復治理和搶險救援造成巨大挑戰(zhàn)和影響。有必要專門針對礦山特殊的環(huán)境背景下研發(fā)場地條件和問題特征適用的修復治理與應急救援技術(shù)裝備和設(shè)備，防患礦山環(huán)境對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，在高強度的資源開發(fā)過后，地下礦山環(huán)境也同樣遭受嚴重的擾動和破壞。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。研究采礦活動造成的淺地表下和地下深部微生物環(huán)境的擾動和破壞特征和規(guī)律，對了解地下礦山地下生態(tài)環(huán)境狀態(tài)有重要作用。采礦活動不僅影響地下水的流場，也會嚴重擾動地下水化學場，進而產(chǎn)生對人類地下水飲用安全，對農(nóng)林業(yè)灌溉、畜牧業(yè)漁業(yè)養(yǎng)殖等造成嚴重影響，甚至對地球水化學場、熱流場甚至是全球氣候產(chǎn)生負面擾動，因而對礦山地下水環(huán)境的研究，對修復地下水環(huán)境、維護良好人居環(huán)境意義重大。

(5)礦山環(huán)境大數(shù)據(jù)平臺與人工智能。

通過搭建全國統(tǒng)一的礦山環(huán)境調(diào)查、評價、監(jiān)測預警、修復治理等內(nèi)容的大數(shù)據(jù)采集平臺，經(jīng)過采集、存儲、分析處理過程，利用礦山環(huán)境信息系統(tǒng)輸出實時礦山環(huán)境狀況，為國家礦山環(huán)境修復宏觀調(diào)控、修復治理效益監(jiān)測與數(shù)據(jù)反饋提供可靠信息。在數(shù)據(jù)平臺的構(gòu)建基礎(chǔ)上，開發(fā)礦山環(huán)境人工智能預警功能，其研究將借助于數(shù)據(jù)平臺、判斷模型和可視化等信息系統(tǒng)平臺，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)狀與模擬預測輸出模型直觀地呈現(xiàn)給社會公眾。

礦山信息系統(tǒng)平臺不僅提供礦山環(huán)境數(shù)據(jù)分析和預測模型，利用大數(shù)據(jù)平臺共享礦山環(huán)境問題現(xiàn)狀、監(jiān)測數(shù)據(jù)、修復治理經(jīng)驗等信息成果，并研發(fā)礦山環(huán)境虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用到未來礦山環(huán)境各領(lǐng)域合作研究中，通過由計算機創(chuàng)建和體驗虛擬礦山環(huán)境讓各領(lǐng)域?qū)＜覍W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，同時利用模擬修復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。