矿山地质环境监测现状

一、矿山地质环境监测现状

湖南省矿山地质环境监测主要开展了三个方面的工作：一是汛期巡查监测，每年汛期开展的全省地质灾害巡查工作，包含了矿山地质灾害，巡查监测记录了部分矿山地质灾害的动态变化趋势及危害特征；二是遥感监测，对部分矿区采用不同时段的遥感影像对比监测，从宏观上判别矿区环境质量的变化趋势，如湘中南、湘西重点成矿带遥感调查与监测项目，已连续3年监测了部分重点矿区占用破坏土地情况、固体废弃物排放情况、矿区水土污染情况以及矿山地质环境恢复治理情况；三是建立了国家级冷水江锡矿山采空区地面变形监测示范区。这些监测工作对保护矿山环境、预防地质灾害起到了一定的作用，并且探索研究了矿山地质环境监测方法，初步积累了矿山地质环境监测工作经验。

（一）矿山地质环境常规监测

湖南省矿山地质环境常规监测主要分两部分进行，一是汛期巡查监测，每年汛期开展的全省地质灾害巡查工作，包含了矿山地质灾害，巡查监测记录了部分矿山地质灾害的动态变化趋势及危害特征；二是巡查监测和数据库更新，基于湖南省矿山地质环境数据库的运行，每年通过对50多个重点矿区的动态巡查监测，收集分析每年的矿山地质环境影响评估报告和矿山地质环境恢复治理验收报告，及时进行数据库更新，开展矿山地质环境的动态监测。

（二）矿山地质环境遥感监测

2006年以来，湖南省利用多种影像数据（IKONOS、GEOEYE、WORLDVIEW2、SPOT-5、RAPIDEYE、TM），结合矿山生态环境保护与恢复治理的相关资料，通过野外实地验证，调查监测区内的矿山地质环境现状及生态环境恢复治理情况。

1.矿山地质灾害遥感监测

通过对张家界镍钼矿区、金竹山煤矿区、新田岭钨矿区、柿竹园多金属矿区、花垣铅锌矿区、新生煤矿区等六个工作区的遥感监测，结合工作区地质条件、地形地貌条件、气候条件、水文条件、植被条件等，确定其范围内崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝等五种与矿业活动有关的地质灾害点的数量和位置（图7-1～图7-3）。以上六个工作区共监测出地质灾害点227处，其中塌陷点132处，滑坡54处，泥石流26处，地裂缝9处氏亏丛，塌陷6处。其中，能源矿引发的地质灾害点121处，金属矿引发的地质灾害92处，非金属矿引发的地质灾害14处。

2.矿山环境污染情况遥感监测

不同的监测区，开采的主要矿种不同，引起的环境问题也各有差异，新生煤区和新田岭钨矿区的煤矿开采造成了周围水体的严重污染和农田的严重破坏；湘西花垣铅锌矿的开采、选矿等，造成了清江河流的污染（图7-4）。

3.矿山地质环境遥感监测成果

通过5年连续的调查与监测，共调查矿山占地面积6317.38hm2，其中固体废弃物占地占整个矿业活动占地的比例最大，占地面积3556.08hm2，占总矿业活动占地的56.29%。

图7-1 武冈市龙溪镇采石场崩塌地质灾害航空影像

图7-2 耒阳市锰矿区泥石流隐患遥感影像

图7-3 郴州市采石场滑坡地质灾害隐患点遥感影像

图7-4 花垣县铅锌矿占用破坏土地资源遥感空野影像

1）湖南省监测区矿业活动占地中，金属矿开采导致的占地占主导部分，其中又以铅锌矿的占地最多。

2）调查统计分析得出矿业活动占地面积的与当地矿业开采活动强度成正比、市场需求、违法开采比例成正比。

3）政府部门宏观政策直接作用于开采行为，间接影响矿业活动占地。宏观政策对调控矿业市场和间接控制矿业活动占地有着积极的作用。

4）不同的开采类型与矿种，导致的地质灾害不同，所引发的地质灾害隐患存在明显差别。露天开采的矿种，主要引发的地质灾害有泥石流等，而地下开采的矿种主要是塌陷、地裂缝等。

（三）国家级冷水江锡矿山矿山地质环境监测示范区

1.项目概况

湖南省冷水江锡矿山矿山地质环境监测示范区是我国第一个国家级矿山地质环境监测示范区（图7-5），2009年起，湖南省地质环境监测总站在中国地质环境监测院和中国地质调查局水文地质环境地质调查中心的组织下，在湖南省国土资源厅、娄底市、冷水江市国土资源局和中南大学、中国矿业大学的大力配合下，经过近5年的建设，已初具规模，形成一套行之有效的监测体系和较完善的监测网络。建立了1个沙盘模型（图7-6），建立了现场监控中心办公歼樱室，初步形成了“天空、地面、地下”的三维立体监测网络。吸引多家单位前来考察交流，起到了监测示范和推广作用。培养了大批矿山地质环境监测方面的人才。已被国土资源部审批为全国第一批地质科学野外观测基地。

2.采用的监测方法

（1）应用1∶1万高精度遥感解译开展区域监测

采用多波段、多时相和高分辨率遥感影像，对区域内的矿山地质环境问题进行解译和判读。建立基于遥感波谱的具有一定精度保证的主要矿山地物类型、土地与植被破坏、地面塌陷等自动识别模型与方法，实现地物面积变化监测。其操作步骤为：

1）选取重点监测区域，充分了解研究区的地质环境背景，结合区内矿山分布，确定遥感监测方案。

2）遥感影像选取高分辨率卫星影像（QuickBird或IKONOS）数据。

图7-5 锡矿山锑矿区示范区标牌

图7-6 示范区监测沙盘模型

3）利用遥感影像数据，对矿产开采区侵占土地、植被破坏、固体废物堆放、尾矿库分布，采空区地面沉陷、滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害，矿产开发引发的水土流失和土地沙化，矿区地表水体污染、土壤污染等矿山环境地质问题进行解译和判读。

4）收集研究区1∶1万地形图数据，将遥感影像配准到地形图上，采用目视解译、人机结合解译和计算机自动提取等方法将解译的内容按实际规模大小标在地形图上，并填写遥感解译记录表。

（2）矿山地质环境问题采用1∶5万精度开展调查

调查方法与内容依据《全国矿山地质环境调查技术要求实施细则》（修改稿，中国地质环境监测院，2004）。调查内容包括：

1）矿山开发对土地资源和地质地貌景观的影响与破坏；

2）矿山开发对水资源特别是地下水系统的影响与破坏；

3）矿山地质灾害的类型、规模、损失及危害；

4）矿山环境污染问题。

（3）示范区塌陷区监测采用地面监测与深部监测相结合

（4）建立地面沉陷监测网

在未受开采影响的区域布设监测桩，作为基准点；在地面沉陷区内布置监测桩，建立地面塌陷监测网络。为了全面准确地获得整个采动影响范围的沉陷资料，监测点设计成网状。一般测点间距为300m×150m，在地面建筑物密集区的周边范围内为重点监测地区，测点加密，间距为150m×150m。监测点主要布置在宝大兴（北矿区）地面沉陷区，共布设测点100个，其中基准点4个，监测点96个。地表移动观测点布设在地表，用于研究地表移动和变形的规律。

（5）沉陷区监测方法

1）地面塌陷采用GPS、全站仪监测、水准仪等多种监测仪器相结合；采用全站仪测量水平位移，水准仪测量垂直位移。

2）地表裂缝监测采用裂缝计测量，测距仪、罗盘和皮尺测量最大地裂缝长度、宽度、深度、地裂缝走向（图7-7）；最大裂缝处两侧埋水泥墩、钢筋桩，定期监测其动态变化。

图7-7 设置的光栅光纤地裂缝监测仪

3）深部水平位移采用钻孔倾斜仪测量（图7-8）。

（6）监测技术培训

邀请有关专家对于GPS、全站仪、水准仪的使用进行系统培训。

（7）数据采集及整理标准化、规范化

示范区监测网络建立后，每隔60天采集一次监测数据。监测数据的记录有统一的格式，建立了矿山地质环境监测数据库，并按照标准格式进行数据录入和存储。

（8）监测技术方法研讨

邀请部分省地质环境监测总站及科研院所有关专家，就我国矿山环境监测技术方法进行研讨，对本项目工作进行指导。

（9）示范区监测技术方法总结

在示范区遥感解译、矿山环境地质问题调查及多种监测方法监测基础上，对于各种监测方法的精度、优缺点及进行比较，对各种监测技术方法进行总结及成果推广。

3.监测成果

（1）阶段性成果

根据监测示范区建设与部署，阶段性成果有：水准平差报告及水准测量观测记录；基准网GPS平差报告；沉降观测表；监测点变化速率图；监测点平面位置图；地面高程变化等值线图；沉降观测分析报告；地质灾害防灾明白卡；阶段性成果验收报告。

图7-8 设置的多点位移计（自动监测深层垂直位移）

（2）监测研究成果

1）从监测区域的数据显示，在形变的大小上，水平变形大于垂直变形，总体为1∶2，水平和垂直形变主要集中在中间区域。

2）塌陷区的监测中可以分析出，区地面变形前期变化较剧烈，具体是2010年2月至2010年10月期间变化较剧烈，但是2010年10月之后，该区域相对稳定，变化较缓慢。在一些远离矿区的点位，未发生大的形变，较稳定。

3）数据在整体上能够反映宝大兴塌陷区的形变情况，局部上也能够体现在监测过程中，各个点位的变化过程。综合评价，监测数据能够反映塌陷区域的形变，目前监测的结果分析得出，沉陷区域目前处于稳定状态。

4）基于地表和岩层内部监测数据，综合考虑地质条件和采空区特征等多种因素，采用两级模糊综合评判的方法，对示范区地表稳定性进行了分区预测，将示范区划分为稳定区、基本稳定区和不稳定区；将不稳定区划分为活跃区、较活跃区和一般活跃区。示范区稳定性分区为矿山地质环境恢复治理与防灾减灾提供了科学依据。

相关成果见图7-9、图7-10。

4.示范区今后的建设方向

（1）实现自动化监测

今后将逐步建立自动监测网，实现全天候实时监测、自动传输功能，如安装GPS自动接收仪、光栅光纤自动传输仪、自动监测传输应力计、裂缝计、位移计等，建立远程监控信息平台，继续开展监测技术方法的研究。

图7-9 锡矿山三维立体区域沉降图

（2）开展地下水污染监测及防治技术研究

矿区地下水、地表水砷、锑等污染严重，甚至影响到资江流域。下一步应开展地下水监测工作，在野外科学观测基地共建机制下，逐步实现自动监测，联合开展矿区地下水砷、锑污染防治技术和防治对策科学研究，为矿山地质环境治理提供技术依据。

（3）监测技术推广、应用

建成能够体现原始创新能力和监测预警技术集成创新能力的开放性科研基地，在地面形变、地下水监测预警等重大科学问题方面有所突破，打造科技创新人才队伍，加快科技成果转化和应用。

图7-10 锡矿山平面倾斜图

湖南省通过矿山地质环境常规监测、遥感监测，及时掌握了矿山的地质环境变化情况，为相关主管部门进行矿山地质环境保护与治理工作提供了最新监测数据。通过锡矿山地质环境监测示范区建设，采用多种监测方法、监测仪器和监测技术，进行相互对比分析，选择适合推广应用的监测技术，为全省矿山地质环境监测提供了有力的技术支撑。

二、矿山地质环境监测存在的问题

以往矿山地质环境监测工作虽然取得一定成效，但仍存在以下不足。

1.系统的矿山地质环境监测体系尚未形成

湖南省以往矿山地质环境监测网络覆盖不够全面，没有建立统一规范的监测制度和监测体系，监测数据缺乏系统性和完整性，难以全面把握矿山地质环境动态变化趋势。面对新形势下矿山地质环境保护和管理工作的要求，亟待建立全面的监测网络体系，监测工作在组织形式、监测程序、监测方法和资料汇交制度等诸多方面需要不断完善。

2.监测数据的实时性、时效性、连续性不够

以往监测工作基本属于项目性质，大多是在某一特定时段、针对某一特定目的、根据某一特定方式开展矿山地质环境监测工作，监测的时效性不强，连续性不够，成果资料不规范，不统一。

3.多种监测技术方法尚未在同一个矿区开展对比研究

尽管如InSAR、高精度遥感等一些高新监测技术已在一些矿区开展试验，但由于试验区大多缺乏长时间监测数据的积累，这些高新监测技术的精度缺乏验证与对比，因此需要进一步探索。

4.监测工作经费不足

各级财政没有安排矿山地质环境监测专项经费，各级国土资源主管部门对矿山地质环境监测经费的投入十分有限，由于监测工作经费没有保障，造成监测工作停滞不前，设备陈旧老化、设施破损严重，影响监测成果质量，难以满足准确快速实时监测的需求。