摘要：矿产资源的开发利用为国民经济发展提供了不可缺少的原材料，已成为我国社会经济发展的重要支柱，我国92%以上的一次性能源、80%的工业原材料、70%以上的农业生产资料都来自于矿产资源。本文结合我院多年研究应用成果，简要阐述有关金属矿山地质环境保护与治理方面的新技术。
关键词：地质环境保护；地质环境治理，金属矿山
长期以来，由于观念、管理、技术等多方面的原因，致使许多矿山的开发对周边生态环境造成了严重破坏和影响，产生了各种各样的矿山地质环境问题，危及到矿区周边人居生态环境的安全，制约了地方经济和矿山企业的可持续发展。
1 无废开采技术
采矿业在提供原材料的同时也不可避免地扰动环境、破坏生态等，其负面效应主要表现方式有：资源损失、地表塌陷、排放废石、排放尾砂（赤泥）。矿山固体废料的排放占用了大量宝贵的土地，造成生态环境恶化，采矿引发的环境破坏已成为不可忽视的严峻问题。如何减轻采矿业对地质环境的影响与破坏，已是国内外面临的一项重大任务。因此，无废开采方式及其工艺技术已成为国内外主要发展方向，走绿色矿山发展的模式。近年来，在国内采矿行业提出了工业生态型开采理念和无废开采模式。南京铅锌银矿将成为我国有色矿山第一个无废开采的矿山，实现废渣、废水两个“零排放”，确保生态平衡、环境优美。冬瓜山铜矿和会泽铅锌矿的深部开采也按无废开采模式进行设计和建设。
1.1 无废开采模式
矿床无废开采模式遵从工业生态学的观点，以采矿活动为中心，将矿山人文环境、生态环境、资源环境和经济环境相互联系起来，构成一个有机的工业系统；在采矿过程中，以最小的排放量获取最大资源量和企业经济效益；在采矿活动结束后，通过最小的末端治理使矿山工程与生态环境融为一个整体。
无废开采模式将结合矿床开采工艺控制和消除危害源。因此，开采模式包括三项基本要素：资源效率高；废料流出量小；地表不受破坏。于是，在矿床开采过程中将实现矿产资源充分利用与有效保护、矿区地表不塌陷、矿山固体废料少排放或零排放的目标；在矿山生产过程中可以保持矿区完整的生态体系和人文环境，矿床开采结束后只需少量甚至不需要进行末端治理。
无废开采模式要求在工艺和技术上能消除或减少矿床开采过程中带来的负面效应，在经济上应满足最小损益率原则。
1.2 无废开采工艺与技术
矿山充填是无废开采模式的工艺基础，在提高矿产资源的回采率、保护地表不破坏和充分利用矿山固体废物方面具有不可替代的作用。
针对金属矿床开采的主要固体废物源废石和尾矿（包括赤泥等其他尾废料），研发成功了全尾砂胶结充填、废石胶结充填等固废充填技术，能够实现矿山废料资源化，达到资源与环境、安全、经济协调发展的综合目标。全尾砂脱水工艺、活化制备技术、结构流自流输送和膏体泵压输送技术均取得重大进展。固体废料充填技术已在铜绿山铜矿、南京铅锌银矿、张马屯铁矿、冬瓜山铜矿和丰山铜矿等矿山得到工业应用和发展，会泽铅锌矿、草楼铁矿和白象山铁矿也将相继推广应用。
高浓度全尾砂胶结充填技术于20世纪90年代在凡口铅锌矿试验成功，但推广应用不够。20世纪90年代后期以来，随着全尾砂脱水工艺、活化制备技术、高浓度泵压输送和自流输送技术等方面取得重大进展，因而加速了其推广应用。其中在南京铅锌银矿研究采用了仓式沉密脱水新工艺，尾砂利用率达到95%以上。同时成功地发展应用了全尾砂膏体泵送充填技术和结构流自流充填工艺，开发了高浓度充填料井下增压输送工艺及装备。
自然级配废石胶结充填技术利用采空区落差条件和充填体的低标号特点，充分利用矿山废石作为充填材料，实现地下矿山掘进废石零排放。通过充填料分流输送和自淋混合新工艺，将充填效率提高胶结充填工艺的15~25倍。在充填体试块28 d单轴抗压强度达3MPa时，充填体水泥耗量降低至100 kg/m3，是传统胶结充填工艺水泥耗量的30%~50%。因而，可以在各种开采条件下推广应用，特别是能够实现井下掘进废石不出窿，既解决废石污染问题，又降低开采成本。
2 减轻矿山地质灾害发生的岩层控制技术
由于矿床开采后破坏了岩体的原始应力状态而引起岩体内部应力的重新分布，从而导致采空周边岩体失去原有的平衡，引起岩体的移动、变形甚至破坏。对于不同的采矿方法，其诱发地质灾害的类型、灾害的程度、致灾时间有所不同。具体到对于处于某特定环境中的矿床来说，采用某个采矿方法可能导致的地质灾害类型，决定于采矿方法的特点和具体的开采条件和地质环境。
因此，在矿山的生产实践中，需要针对矿山赋存条件的特点，从工程地质调查入手，根据室内的岩石物理力学性质的测试结果，依岩体质量的分级评价方法确定矿岩体的力学参数，由矿山的开采特点建立有效的模拟分析模型，采用先进的三维数值模拟技术，对矿山在开采期间内可能所诱发的工程地质灾害进行模拟分析，从而采用有力的措施，对矿体岩层的稳定性进行控制。岩层稳定性控制技术具体的内容包括：采场结构参数研究如暴露面积Mathews稳定图方法及采高与采宽、回采顺序优化、矿柱尺寸、岩层支护与加固技术、充填体作用机理及强度确定、岩层移动角与崩落角确定等。
3 地质灾害监测预警技术
地质灾害监测预警的目的是：（1）矿床开采过程中，因多方原因致使突发性的工程地质灾害频生。国家对地质灾害防治高度重视，为减缓工程地质灾害对矿山开采的安全危害，开展好防灾减灾工作，非常有必要开展对金属矿山的灾害控制与防治研究，而地质灾害的监测预警是其重要的内容之一，地质灾害的监测可为灾害的预测预警提供依据。（2）金属矿山重大工程地质灾害往往具有突发性、破坏性、灾难性和继发性等特点。矿山的开采环境复杂，给工程地质灾害的控制与防灾减灾带来了极大的困难，但金属矿山的工程地质灾害显现的前兆明显，且金属矿山的灾害监测方法上的改进和提高，使工程地质灾害的监控预警成为控制地质灾害比较有效的途径之一。实践证明：对矿山进行长期有效的地压监测，建立适合矿山实际情况的地压监测网是非常有用的，它能对矿山的地压灾害予以提前预警预报，有利于矿山企业进一步采取对策措施，避免灾害性事故的发生。（3）目前我国系统的矿山地质环境监测体系尚未很好地形成，对工程地质灾害的监控能力较低，在对各类地质灾害类型的有效识别、成灾机理、监控预测、治理技术等方面还存在不足之处，即工程地质灾害的监控预警系统化不够完善，地质灾害的监测装备和手段落后，地质灾害的预报成功率低，灾害预警能力亟待提高，地质灾害信息的共享水平低。对地质灾害的监测预警有利于对地质灾害发生机理、控制方法等的研究提供技术支撑。
目前国内外对工程地质灾害的监测技术和方法已发展到一个较高的水平，监测内容丰富，监测方法众多。监测内容包括：位移监测、应（压）力监测、声发射/微震监测及地下水监测等。长沙矿山研究院在国家“十一五”科技支撑计划课题“特大空区环境下安全开采技术研究”中，主要是采用前三种监测手段，用于对柿竹园多金属矿群空区崩落法开采下矿柱与顶板的稳定性进行监测预警分析，以及研究采区在崩落开采过程中的地压活动规律，确保了柿竹园多金属矿多次的世界特大爆破（最大一次爆破药量达821.3吨）的顺利实施。采用声发射/微震、位移和钻孔应力方法建立了地压监测网，同时建立了基于监测数据的数据库及地压灾害预警模型库。预警分析方法包括：灰色理论、分形理论、Verhulst反函数模型和非线性动力学理论方法。根据对监测数据的预警分析，对未来可能发生的地压灾害进行相应的预警预测，指导矿山采取相应的安全措施。
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