移动阅读武 强1,2，刘宏磊1,2,4，赵海卿3，张 萌2，刘守强1,2，曾一凡1,2
(1.中国矿业大学(北京) 地球科学与测绘工程学院,北京 100083; 2.国家煤矿水害防治工程技术研究中心,北京 100083; 3.中国地质调查局沈阳地质调查中心,辽宁 沈阳 110000; 4.University of Illinois at Urbana-Champaign,Champaign 61820)
摘 要:矿山环境研究是建设“美丽中国”,促使废弃矿山变成绿水青山和“金山银山”的具体行动之一。矿产资源开发曾经以牺牲人类生存环境为代价，造成了难以弥补的资源浪费和生态环境破坏，导致一系列严重的矿山环境问题出现。目前我国正在面临突出的矿山环境问题，而矿山环境修复治理进度却相对缓慢。为科学解决矿产资源开发过程中诱发的众多矿山环境问题，采用系统工程思路，运用“九节鞭”手段，围绕矿山环境问题梳理、调查、评价与预测、修复治理技术与模式、矿山土地适宜性评价、监测与预警、信息系统研发、法规标准和矿山环境管理等9个方面探讨了逐步攻克和解决矿山环境问题的出路。提出了矿山环境问题的分类方案和各类型的效应特征;为规范矿山环境的调查和矿山环境数据采集，制定了矿山环境的现场原位调查技术方法和标准;为把握矿山环境现状和预判未来演化发展趋势，提出了矿山环境现状评价和针对不同开发方案其环境演化趋势预测的方法与模型;针对矿山环境的系统属性，开展了环境问题、修复治理目标、修复治理技术及修复治理模式等研究，建立了矿山环境修复治理模式体系;从修复矿山土地资源和矿山土地资源再利用的角度，构建了修复治理后的矿山土地适宜性评价理论与方法;以监测矿山环境、分析变化趋势以及预警突发事件为目的，开发了矿山环境监测与预警技术;为直观展示矿山环境修复治理成果、共享修复治理中的经验和教训，研发了基于云平台大数据等现代信息技术的矿山环境信息管理系统;整理了矿山环境相关的法律法规，对比分析了国内外矿山环境法规标准体系特征;阐述了政府和企业在矿山环境管理中的职责。最后，从消除矿山环境问题对生态环境产生的负面影响、开发闭坑矿山正效应资源并服务矿业城市经济建设与转型、深部开采矿山环境问题防治理论与方法、地下矿山生态环境、矿山环境问题及其公共安全防治理论与技术装备研发、矿山环境大数据平台建设与人工智能等角度，展望了矿山环境研究的未来发展方向和趋势。
关键词:矿山环境与调查;评价预测与修复治理模式;监测预警与信息系统;法规标准与管理;“九节鞭”
中图分类号:X14
文献标志码:A
文章编号:0253-9993(2019)01-0010-13
移动阅读武强，刘宏磊，赵海卿,等.解决矿山环境问题的“九节鞭”[J].煤炭学报,2019,44(1):10-22.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2019.0008
WU Qiang，LIU Honglei，ZHAO Haiqing,et al.Discussion on the nine aspects of addressing environmental problems of mining[J].Journal of China Coal Society,2019,44(1):10-22.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2019.0008
收稿日期:2018
1110
修回日期:20190110
责任编辑:韩晋平
基金项目:国家自然科学基金资助项目(41430318);国家重点研发计划资助项目(2016YFC0801800);中国地质调查局基金资助项目(DD20160266)
作者简介:武 强(1959—)，男，内蒙古呼和浩特人，中国工程院院士。E-mail:wuq@cumtb.edu.cn
通讯作者:刘宏磊(1989—)，男，山西太原人，博士研究生。E-mail:lhl@student.cumtb.edu.cn
WU Qiang1,2，LIU Honglei1,2,4，ZHAO Haiqing3，ZHANG Meng2，LIU Shouqiang1,2，ZENG Yifan1,2
(1.College of Geoscience and Surveying Engineering,China University of Mining & Technology(Beijing),Beijing 100083,China; 2.National Engineering Research Center of Coal Mine Water Hazard Controlling,Beijing 100083,China; 3.Shenyang Center,China Geological Survey,Shenyang 110000,China; 4.University of Illinois at Urbana-Champaign,Champaign 61820,USA)
Abstract:Carrying out mine environmental research is a concrete action to build a “beautiful China”,which can turn abandoned mines into mountains with clear waters and green trees.The previous exploitation of mineral resources was at the expense of human living environment,resulting in irreparable waste of resources and destruction of ecological environment,which brought serious mine environmental problems.At present,China is faced with outstanding mine environmental problems,but the restoration progress of mine environment is relatively slow.In order to solve the mine environmental problems caused by the exploitation of mineral resources scientifically,the idea of systems engineering is adopted,and the paper means to address the mine environmental problems from the following nine aspects:classification,investigation,evaluation and prediction,restoring techniques and modes,evaluation of land suitability,monitoring and early warning,information system research and development,regulations and standards,and mine environmental management.The classification scheme of mine environmental problems and the effect characteristics of each type are put forward;and in order to standardize mine environment investigation and data collection,the technical methods and standards of field in situ investigation are established;in order to grasp the present situation of mine environment and predict the future,the methods and models for mine environment evaluation and environmental predictions for different development schemes are put forward;due to the systematic attribute of mine environment,the research on environmental problems,remediation targets,remediation technologies and remediation model has been carried out,and the restoration and treatment model of mine environment has been established;from the perspective of the restoration and reuse of mine land resources,the theory and method of land suitability evaluation after restoration and treatment are constructed;and the monitoring and early warning technology of mine environment is developed for real time monitoring,analyzing the changing trend and early warning the emergencies;in order to visually display the achievements of mine environmental remediation and to share the experiences and lessons of restoration and management,a mine environmental information management system based on cloud platform,big data and other modern information technologies is developed;the laws,regulations and standards about mine environment at home and abroad are collated,compared and analyzed;and the responsibilities of the government and enterprises in the management of mine environment are expounded.Finally,the future development of mine environment research are prospected from the aspects of elimination the negative impact on ecological environment,exploitation the positive-effect resources of closed-pit mines,economic construction and transformation of mining cities,prevention theory and methods in deep mining mines,ecological environment of underground mines,theory and technology for public safety prevention and control,setting up of mine environment platform with big data and artificial intelligence.
Key words:mine environment and investigation;evaluation,prediction and restoration model of mine environment;monitoring,early warning and information system;legal standards and management;nine section chain whip of Chinese martial art
我国一次能源产量与消费量占全球首位并呈逐年上涨趋势，截至2017年末我国煤炭查明资源储量16 666.7亿t，原煤产量34.5亿t，消费量38.0亿t，在能源消费结构中占60.4%[1]。矿产资源的高强度采掘打破了自然与人居环境之间的平衡并带来突出的矿山环境问题[2-3]，众多遗留问题给环境带来了负面的影响和严峻的挑战[4-6]。我国在矿山环境问题修复治理中投入巨大，据“十二五”统计数据，中央财政投入矿山地质环境治理中的资金为180.7亿元，治理矿山3 310座，治理总面积逾10.3万hm2[7]。由于矿山环境修复工程时空跨度大、对象复杂，在实践成果的基础上，矿山环境理论研究、评价预测、技术优化与模式、大数据信息系统等方面拥有较大的拓展空间和研究价值。
矿山环境，指矿山周围的自然与社会环境体，是由人类采矿活动产生的矿建系统和选、冶系统等为环境与自然环境构成，主要包括开采地段、闭坑停采的含矿地段以及所影响到的毗邻地区的岩石圈、水圈、生物圈、大气圈之间相互作用(物质交换与能量流动)的客观地质体[8]。而矿山环境问题是一种以矿山环境为载体的负效应作用，指在矿产资源勘查、矿床开采、洗选加工以及废弃闭坑等矿产资源开发过程中对矿山环境造成的不良影响，其影响范围远大于采矿边界且时效超过矿山生产年限的数倍。虽然矿山环境问题的产生均具有一定机理，但难以一概而论，同一问题在同一矿区的表现特征也可能截然不同。
解决矿山环境问题要像中华武术中的软器械“九节鞭”一样，动作协调连贯、顺势而出、灵活多变、收放自如(图1)。由于我国大部分矿区地形地貌条件复杂，矿山生产开发方式与工艺多样，产生了复杂多样且数量众多的矿山环境问题。要解决这些问题，首先应科学梳理矿山环境问题的类型，确定问题分类依据。在此基础上，运用有针对性的调查技术和方法，开展矿山环境现状与背景的调查，以获取可靠的矿山环境基础数据。基于获取的矿山环境背景与数据，对矿山环境现状进行评价，并结合矿山工程规划对矿山环境演化趋势进行预测。矿山环境研究的目的不仅仅局限在分析、评价与预测，而是要落脚到已被破坏的矿山环境的修复治理。目前矿山环境修复治理主要的技术方法有工程治理、生态修复和生物修复3种类型。实际工程中修复环境一定会涉及到多种技术的有机组合，继而形成矿山环境修复治理模式。模式将成为修复治理工程中制定技术方案、组织施工最理想的选择。在矿山环境修治理实施后，对被矿山占用和损毁的土地资源进行矿山土地适宜性评价，厘定可行的开发利用类型，实现矿山土地资源类型的扭转和开发再利用。在修复治理前后，对矿山环境实施动态监测与预警，以及时发现存在的安全隐患，并实时捕捉先兆进行预警，同时也成为评价修复治理效果的重要手段之一。采用现代化云平台、大数据等先进的信息技术手段，研发矿山信息管理系统，其目的是保存调查评价、修复治理、监测预警的有效数据与报告资料，并向社会及时通告企业在矿山环境修复治理中的成果，相互共享经验和教训。虽然法律法规与管理作为矿山环境问题解决中的两项软科学，但是其重要性不次于其他措施。我国矿山环境相关法律法规仍需要更多的借鉴和加强法规体系建设，同时通过构建政府和企业成熟完善的管理体系以保障矿山环境的可持续发展。
图1 解决矿山环境问题“九节鞭”的基本思路
Fig.1 Basic thinking of mine environmental problems solution in nine aspects
矿山环境问题的九大基础内容，即矿山环境问题梳理与归纳、原位调查技术、现状评价与演化趋势预测、修复治理技术与模式体系、修复治理后的矿山土地适宜性评价、动态监测与预警、信息系统、法律法规、监督管理(图2)，是矿山环境与资源开发协同发展的系统化研究体系，涉及矿山全生命周期的各个环境修复与防治环节。
矿山环境问题因矿产资源的开发而产生，是矿山环境修复中的首要研究对象，研究主要包括矿山环境问题类型、综合环境效应和分区。
3.1.1 矿山环境问题类型
矿山环境问题类型的划分是指导矿山环境调查、评价、修复治理等工作的前提[9]。因矿种、开发方式、地质环境背景等差异，问题表现出区域性、规律性及异常性响应特点，此外因资源集中程度差异，问题发生频度、区域影响性也有所差别。问题类型划分依据有矿山环境问题特征[10]、矿山环境问题性质及其环境影响[11]、表现形式和影响结果[12-14]等。根据矿山生命周期中矿山环境问题的表现特征，可依据矿山环境损毁方式[15]进行矿山环境问题类型划分(表1)。
随着开采的进行，矿山环境受到持续扰动，对应的矿山环境问题也在连续变化，依据矿山环境损毁方式进行的分类能够反映问题发生的基本条件和诱发机理，尤其是能够反映利用问题线索反映矿山环境对矿山开采过程的动态响应。
3.1.2 矿山环境综合效应特征
当多种类型问题先后发生并叠加响应时，便会产生矿山环境综合效应，是矿产资源在勘查、开采、选冶加工和闭坑等矿山生命周期中对矿山环境造成的不良影响和破坏的综合后果[16]，分为土地资源损毁效应、水环境扰动效应、次生灾害效应以及景观与生态效应4类(表2)。
3.1.3 矿山环境问题分区
矿山环境问题分区是问题特征的区域性空间表达，是问题预防与修复治理工作的区域性控制[17]，主要有环境条件分区与问题发育特征两种。其中，条件分区是基于问题载体的地形地貌、气象水文、植被、岩土体性质等因素或者问题严重程度[18]，或者问题种类、影响程度和修复治理难度，分区的尺度分为矿山矿区级、行政地区级以及国家级等[19]。各类分区均有定性、定量和定性定量相结合的方式，内容包括影响程度分区和防治分区等。
图2 解决矿山环境问题的九大基本方面内容
Fig.2 Nine basic aspects of solving mine environment problems
表1 依据矿山环境损毁方式的矿山环境问题分类
Table 1 Classification scheme based on causes of mine environmental problems
表2 矿山环境问题综合环境效应特征
Table 2 Comprehensive environmental effects of mine environmental problems
矿山环境原位调查技术针对矿山所处的地质环境、水环境、大气环境、生态环境以及空间环境进行的调查研究，是解决矿山环境问题各环节的数据来源和治理根据，旨在查明矿山环境背景、开发利用现状、问题分布与发育特征等[20]。相关矿山环境调查技术规范与标准逐渐兴起，主要分为原位观测技术、原位测量技术、原位取样测试技术、原位勘察试验技术等原位调查技术类型，常见的调查手段如野外勘测、遥感技术、地理信息系统技术、地球物理勘探、水文与岩土原位测试等。我国已基本建立公益服务性质的矿山环境基础调查体系，依据矿山全生命周期，调查成果分为新建或生产矿山调查成果与闭坑矿山调查成果两类。依据调查成果需求，分为普通调查、核验调查和解剖调查[21-22]。
矿山环境原位调查中，既要获取全面可靠的矿山环境数据，同时要规范调查内容和数据的采集流程与模式，确保全国调查数据格式统一、标准一致。对特殊地形地貌、矿种、开发方式等背景下的矿山环境调查工作，要明确更为细化的专门性质调查内容和技术手段，确保采集到的高质量调查数据能够被利用到未来矿山环境相关研究之中。
矿山环境现状评价与演化趋势预测在矿山环境的现状分析、演化趋势预测研究中至关重要。矿山环境问题以独立或多类并存出现，对应的现状评价理论分为“单问题评价”与“多问题综合评价”两类(表3)。常见的单因素环境评价问题有“三废”问题、地面变形问题、矿山排-供-生态环保3者间矛盾[23-24]、沙漠化问题以及水土流失问题等;多因素综合评价常用于多问题叠加评价或者多效应叠加评价的环境中。建立客观、真实的现状评价理论模型和评价参数，避免主观确定评价指标模型和标准[25]为一直以来的研究重点。
表3 矿山环境问题常用评价理论与方法
Table 3 Evaluation theories and methods of mine environmental problems
矿山生产规划开发方案多样，不同地区矿山环境背景、面临的环境问题影响差异悬殊。笔者通过矿山环境“三级”预测对矿山环境演化趋势进行预测，提出一套从宏观到微观逐级分析、区域化的环境问题与环境之间关系的模型。首先是建立“初级”矿山环境预判区，圈定环境问题可能发生区域，初步预判区域发生环境问题的范围;其次，根据环境问题发生机理与外在影响因素，“中级”确定圈定区内发生矿山环境问题的严重程度;最后，详细分析矿山环境问题的发生条件、人为干扰方式，基于信息熵理论获取环境监测变量，利用对矿山环境问题信息量变化的描述，预测矿山环境系统的状态和稳定性，建立信息变量与环境问题的动态联系模型。
矿山环境修复治理技术与模式体系是我国学者近年来提出的矿山环境修复治理新理论，内容主要由环境问题研究、修复治理目标研究、修复治理技术研究及修复治理模式研究等组成，旨以矿山环境问题为对象，树立工程治理、土地修复和生态修复等修复治理目标类型，通过对修复治理技术适用对象、范围、关键技术和工艺的探讨，参照矿山环境背景、出现问题类型与特征、修复治理目标要求，通过对技术方法进行有机的、系统的优化组合而构成矿山环境修复治理模式的环境修复治理理论体系。笔者重点梳理了常见修复治理技术的类型和特征，并示例针对露天矿山采坑进行矿山环境修复与开发利用实践中提出的一些露天矿山环境修复治理模式。
3.4.1 矿山环境修复治理技术
根据修复技术的特征，将矿山环境修复治理技术分为工程治理技术、生态修复技术、生物修复技术。
(1)工程治理技术。
工程治理技术旨在消除环境中存在的不安全隐患(表4)，通过对已有的或即将发生的问题采取改变物理力学性质、化学成分等措施来改变或加强地质结构、岩土体结构、水文地质结构，改善或缓解问题危险和影响程度[26]。
表4 矿山环境问题工程治理技术
Table 4 Disaster-relief engineering technologies of mine environmental problems
此外，在工程治理技术中有专门用于解决地表土地修复相关问题的相关技术，分为岩土体平整技术与地质体整形技术(表5)，作为衔接工艺为生态修复工程和生物修复工程创造适宜的场地或立地条件，相互配合实现矿山地质环境、矿山水环境、矿山生态环境的修复治理工作[27]。
(2)生态修复技术。
生态修复技术是以修复被破坏、废弃土地中的植被、景观以及生物群落环境等为主要对象[28]，既要用工程措施恢复被破坏的生态系统功能，又要充分发挥生态系统本身的恢复功能[29-30]，分为自然修复与人工辅助修复两种类型，主要有植被修复、景观与生态修复及其他生态修复技术(表6)。
(3)生物修复技术。
生物修复技术适用于受污染的矿山环境载体，如受到污染的地表与地下水体、直接或间接受到污染的岩土体，其所起作用是改变矿山环境中遭受严重污染的岩土体及水体的化学成分[31-32]，多使用原位生物修复技术，工程条件不利时也可采取异位生物修复技术(表7)。利用生物修复技术在一定程度上可改善矿山环境质量，提升生态修复技术的实施效果。
3.4.2 矿山环境修复治理模式
矿山环境是一个复杂的系统，当面对矿产资源开发过程中诱发的众多矿山环境问题时，矿山环境修复治理模式将成为一把矿山环境修复的利器，旨在以问题为对象，以土地开发利用规划的最终目标和植被修复等为具体要求，在地形地貌和地质环境背景以及矿产资源开发方案基础上的，通过适宜、有效的修复治理技术与方法，从土地使用者角度构建的一套结构合理、层次分明、系统完整的修复治理技术与方法的优化组合体系[11]，命名形如“Ai+Bj+Ck+Dl+……”由修复治理技术优化组成，也可以由最终防治修复目标简短抽象表达[33]。表8指出了针对露天矿山环境问题修复治理实践中，依据不同的修复治理目标提出的露天矿山采坑修复治理模式。
表5 矿山环境工程治理技术中土地修复相关技术
Table 5 Land remediation in disaster-relief engineering technologies of mine environmental problems
表6 常见矿山环境生态修复技术
Table 6 Ecological restoration technologies of mine environmental problems
矿产资源开发企业通过行政划拨、有偿出让、租赁、作价出资或入股等方式征用了大量的采矿用地，并且在生产过程中占用、损毁了大量的土地资源，造成地形地貌改变、岩土体失稳变形、含水层结构破坏、地表土壤不同程度污染[34]。在矿区内，大量的土地资源亟待修复治理后再次被开发利用。然而，矿山土地资源的开发潜力与土地破坏程度、修复治理状况、开发利用投资计划、政府宏观规划等因素息息相关[35-36]，影响着矿山企业未来可持续发展战略。因此，在矿山土地开发利用前必须进行矿山土地适宜性评价，根据矿山环境修复治理后土地资源开发利用条件，评估矿山土地资源可行的利用类型和开发方案。
修复治理后的矿山土地适宜性评价，旨在矿山环境修复治理工作实施后，对矿山工业损毁和废弃土地资源进行土地利用目标评估，尤其注重对修复治理后矿山环境的实际状况评估，确定矿山土地利用类型，并利用矿山土地适应性评价成果指导企业与政府科学合理的开发利用矿山土地资源，实现矿产资源开发利用产业可持续发展。
修复矿山土地的目的在于土地资源再利用，必须在摸清矿山环境背景、矿山环境现状、矿山环境修复治理情况等基础上，结合矿山土地利用目标、已有修复治理效果、未来矿山矿产资源开发利用规划方案、政府和企业土地修复投资规划等内容，针对矿山环境修复后的土地进行矿山土地适宜性评价，探讨和评估可行的矿山土地开发类型，与周边工业产业结构结合[37]，辅助矿业城市或者资源枯竭型城市经济体制转型，通过对矿山废弃土地利用类型的扭转，让土地发挥新的功能和作用。根据国内外矿山土地适宜性评价方法与内容，矿山环境修复治理后常见的矿山土地利用类型有生态用地、农牧用地和建设用地等(表9)，具体的开发内容需要根据矿山土地适宜性评价的要求并结合矿山土地特征等内容综合评估、拟定。
表7 常见矿山环境生物修复技术
Table 7 Biological restoration technologies of mine environmental problems
表8 露天矿山环境修复治理模式
Table 8 Restoration models of open-pit mines
表9 修复治理后的矿山土地适宜性评价
Table 9 Suitability evaluation for mine land after mine environment restoration
矿山环境动态监测与预警的作用是实时监测环境质量现状、分析变化趋势以及预警突发事件，精确的“天-空-地-井”等各类监测信息传回监测网络终端，经过数据自动化分析处理形成可视化曲线或图形，实现矿山环境远程实时监测与预警[38]，同时也能够实现对矿山环境修复治理项目修复效果的检验与把关。矿山环境常见的动态监测与预警内容(表10)如应力(应变)、浓度(频度)、面积(长度)、生态(环境)等，可实现对开采沉陷、露天矿坑、“三废”问题、矿山次生地质灾害、生态环境、井下泥石流等问题多点、高精度、实时连续监测与预警。
表10 矿山环境动态监测与预警技术
Table 10 Monitoring and early-warning technologies of mine environment
矿山环境动态监测与预警依托于矿山环境数据网络平台进行实时数据传输、分析，通过矿山环境数字技术形成矿山各生产阶段环境监测与管理、动态监测与预警的数字化表达，已在矿山次生地质灾害、顶底板变形预测及瓦斯监测预警等方面实践[39]。在今后发展中，通过搭建矿山环境数字化实时监测网络，结合专家分析、智能模拟、多源数据耦合等功能实现矿山环境多时段动态变化实时监测与预警功能。
矿山环境信息系统的构建是基于大数据、云平台信息技术将矿山环境相关的报告与数据储存并通过信息化处理直观地向社会和企业展示矿山环境问题修复治理成果[40]，共享修复治理中的经验和教训。国土、环保等相关部门已利用虚拟现实、地理空间分析、物联网等技术，对监测数据实时更新，基本实现矿山环境数据动态采集、实时分析环境数据信息并预报的功能[41]。
我国目前信息系统的研发水平、数字化程度与发达国家仍有差距，一些关键技术难题如空间数据不确定性、地质体空间关系复杂性以及空间分析边界局限性等仍亟待克服与发展。以矿山顶板含水层结构破坏三维动态可视化模拟信息系统为例，基于“三图法”(即顶板冒裂安全性分区图、顶板含水层富水性分区图、顶板突水条件综合评价分区图)以及地下水模拟和科学可视化技术[42]，只有解决含水层结构破坏问题的突发性、模糊性和不确定性等，信息系统才能实现煤层顶板含水层结构三维动态时空表达[43]。
资源开发促进着经济的发展，但要实现自然环境与人居环境的和谐发展，矿产资源开发必须在矿山环境法律法规的约束下进行。
能源产业是我国很多地区的支柱产业，但在一定程度上却不能对其进行严格的环境管理把控。随着矛盾的日益突显，我国矿山环境法规体系建设逐步升级，先后出台了《矿产资源法》、《土地复垦法》、《矿山地质环境保护条例》、《矿山地质环境保护规定》、《环境保护法》、《环境影响评价法》、《固体废物污染环境防治法》、《矿山安全法》、《水土保持法》等矿山环境相关法律法规。
以上法律、法规的颁布与实施(表11)代表着政府对矿山环境保护重视程度的提高。但在诸如设立矿山环境保护专门法律、深化保护内容、明确保护依据等方面仍有必要借鉴、吸纳国内外相关法律法规建设经验和实例，目标是尽早将矿山环境保护制度化、系统化，最大限度地约束矿山开采对环境的破坏行为，促进矿山环境与资源开采的可持续发展。
矿山环境监督与管理是矿山环境修复治理的软科学，兼具资源管理与环境管理的特点，涉及监督管理与政策、规范制订等[44]，如拟定矿山环境管理办法与政策、矿山环境保护与修复治理规划编制、执行情况监督、标准规范制定、技术要求或指南等，监督检查矿山企业的矿山环境防治、监测与绩效跟踪等内容[45]，以引导矿产资源的管理与开发，减少或避免采矿引发的矿山环境问题。随着更多国内外、相关行业经验的注入以及自身案例的丰富，矿山环境管理体制将日益完善，确保政府履行环境管理职能、企业实践环境保护职责、公民提高环境保护意识，使矿业开发与环境保护协调发展。
表11 国内外矿山环境管理与制度相关法律法规[46]
Table 11 Laws and regulations of mine environment at home and abroad[46]
注:部分摘引自徐曙光《国外矿山环境立法综述》(2009)。
我国矿山环境态势窘迫，解决好矿山环境问题仅仅是矿山环境研究中的节点之一，还不能平衡国家当前的能源消费形势与环境间的关系。现阶段有关矿山环境研究挑战与机遇并存，很多矿山环境专门研究正处起步不久，在消除矿山环境问题对生态环境产生的负面影响，开发闭坑矿山正效应资源并服务矿业城市经济建设与转型，深部开采矿山环境问题防治理论与方法，地下矿山生态环境，矿山环境问题及其公共安全防治理论与技术装备研发，矿山环境大数据平台建设与人工智能等方面都有巨大的研究发展势头。
(1)闭坑矿山正负生态环境效应研究。
开展推进资源枯竭型城市转型、减小矿山环境对城市发展和经济的阻碍、控制和消除闭坑矿山的生态环境负效应、挖掘闭坑矿山生态环境正效应等相关研究正当其时[47]。利用“九节鞭”手段解决闭坑带来的环境问题将有助于闭坑矿山正负生态效应研究。如何有效的控制岩土体动态失衡、修复受损地表和地下水环境、控制污染源头与路径，将成为减小矿山生态环境负效应的关键。更为重要的是，矿山之中可利用的土地资源、空间资源以及伴生资源极为丰富，一方面是土地与地下空间的合理开发利用，另一方面是地热、伴生能源、固废和液废有用物质提取，2者的开发利用效益都相当可观。同时，矿山闭坑的管理与程序、矿山环境正效应开发相关法规和标准也应当及时跟进研究，密切结合我国地区宏观经济规划，科学规划正效应资源，将修复和开发后的矿山尽可能回馈效益于社会并服务于公益事业。
(2)深部开采条件下矿山环境问题的防治理论与技术方法。
随着越来越多的浅部资源面临着资源枯竭的问题，深部开采成为满足能源消费需求的必然选择。我国探明的煤炭资源中埋深在1 000 m以下的约占资源量的53%[48]，随着浅部资源的枯竭，越来越多的深部矿井将涌现，由此引发的环境问题仍将令人担忧。由于深部采动的工艺、高地应力、高地温、高水压、高瓦斯开采条件都有别于浅部开采，由此造成的岩土体动态平衡响应、地下水运移规律响应以及污染扩散响应会与当前因浅层开采出现的环境问题特征有较大差异。因此，研究在深部“四高”开采条件的影响下，矿山环境问题的响应特征、问题影响评价和预测模型、监测与预警技术方法、修复治理模式等是防治未来深部开采条件下矿山环境的重要理论基础。
(3)矿山环境公共安全隐患的防治理论与技术设备研发。
矿业城市与矿山之间关系密切，矿业城市的地表与地下空间开发、城市空气和水环境安全、城市的规划与建设都会受到矿山环境的影响。因此，矿山环境对矿业城市公共安全隐患的防治理论研究至关重要。矿山中安全隐患多数是涉及生产和从业人员的安全防范，而随着环境问题对周边人居环境的破坏，城镇道路路面坍塌积水、房屋结构变形开裂、公共电力设施倾斜变形等问题出现，都提醒着政府和企业需要将安全隐患的防治范畴扩展到由矿山环境问题引发的人员和财产损失上来。根据矿山环境问题的发生特征和响应规律，提出矿山环境与城市公共安全隐患防治理论和技术体系，指导城市建立矿山影响条件下的城市公共安全的防范系统。
此外，在许多矿山环境问题的修复治理或者应急抢险救援工作中，由于矿区道路蜿蜒曲折，许多发生环境问题的地点限制了现代化大型、重型工程机械设备运输到现场，对修复治理和抢险救援造成巨大挑战和影响。有必要专门针对矿山特殊的环境背景下研发场地条件和问题特征适用的修复治理与应急救援技术装备和设备，防患矿山环境对公共安全造成的隐患和威胁。
(4)矿山环境研究既要注重地表环境也要兼顾地下环境。
与地表矿山环境一样，在高强度的资源开发过后，地下矿山环境也同样遭受严重的扰动和破坏。地下矿山环境需要重视地下微生物生态环境和地下矿山水环境的研究。研究采矿活动造成的浅地表下和地下深部微生物环境的扰动和破坏特征和规律，对了解地下矿山地下生态环境状态有重要作用。采矿活动不仅影响地下水的流场，也会严重扰动地下水化学场，进而产生对人类地下水饮用安全，对农林业灌溉、畜牧业渔业养殖等造成严重影响，甚至对地球水化学场、热流场甚至是全球气候产生负面扰动，因而对矿山地下水环境的研究，对修复地下水环境、维护良好人居环境意义重大。
(5)矿山环境大数据平台与人工智能。
通过搭建全国统一的矿山环境调查、评价、监测预警、修复治理等内容的大数据采集平台，经过采集、存储、分析处理过程，利用矿山环境信息系统输出实时矿山环境状况，为国家矿山环境修复宏观调控、修复治理效益监测与数据反馈提供可靠信息。在数据平台的构建基础上，开发矿山环境人工智能预警功能，其研究将借助于数据平台、判断模型和可视化等信息系统平台，涉及矿山环境中多场源数据耦合模型分析，最终将环境数据现状与模拟预测输出模型直观地呈现给社会公众。
矿山信息系统平台不仅提供矿山环境数据分析和预测模型，利用大数据平台共享矿山环境问题现状、监测数据、修复治理经验等信息成果，并研发矿山环境虚拟现实技术，将虚拟现实技术应用到未来矿山环境各领域合作研究中，通过由计算机创建和体验虚拟矿山环境让各领域专家学者能在共享的虚拟环境中亲身近距离观察到矿山环境，集思广益，同时利用模拟修复后的虚拟场景让更多投资者看到矿山环境能够被开发的潜力和前景。
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