薛 毅
(中國礦業(yè)大學(xué)中國煤礦史研究所,江蘇徐州221008)
煤礦城市是指在煤炭大規(guī)模開發(fā)的基礎(chǔ)上形成和發(fā)展起來的、礦區(qū)人口占城市人口1/3 以上的國家行政管轄縣級以上的一類城市。煤炭是這類城市的主要產(chǎn)品,煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的狀況對所在城市的發(fā)展有決定作用。21世紀(jì)初,在中國660 多座城市中,被國家有關(guān)部門確定的資源型城市有118 座,其中63 座屬于煤礦城市,遍布中國20 多個省區(qū)。由于煤炭工業(yè)是煤礦城市的支柱產(chǎn)業(yè),煤炭在開采、加工、運輸?shù)冗^程中,會不同程度造成水和空氣污染、噪聲污染、地面塌陷、露天礦坑、固體廢棄物堆積、礦井報廢等一系列環(huán)境問題??偨Y(jié)煤礦城市的生態(tài)環(huán)境問題,探討整治方略,借鑒西方國家的經(jīng)驗教訓(xùn),有益于中國煤礦城市生態(tài)環(huán)境的不斷改善,對有色金屬、石油等其它資源型城市生態(tài)環(huán)境的改善,也可以提供借鑒和參考,有利于整個國家生態(tài)文明建設(shè)的發(fā)展。
伴隨著工業(yè)化、城市化的不斷發(fā)展,城市在為人們提供前所未有的物質(zhì)與精神享受的同時,也給生態(tài)環(huán)境施加了巨大的壓力。這種壓力主要來自城市工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸和日常生活所消耗掉的自然資源及其產(chǎn)生的廢棄物。1980年3月5日,聯(lián)合國發(fā)出呼吁:必須研究自然的、社會的、生態(tài)的、經(jīng)濟(jì)的以及利用自然過程中的基本關(guān)系,確保全球持續(xù)發(fā)展。從此,“可持續(xù)發(fā)展”一詞在全球范圍內(nèi)被廣泛關(guān)注,它所倡導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)和社會公平相結(jié)合的宗旨得到了全世界人民越來越多的理解和贊同。
生態(tài)環(huán)境是人類生存和發(fā)展的基本條件,是經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的基礎(chǔ)?!掇o?!穼Νh(huán)境的解釋為“周圍的境況”。通俗地講,所謂環(huán)境即主體事物所面對的周圍的一切,包括自然環(huán)境和社會環(huán)境兩大領(lǐng)域。社會環(huán)境包括居住環(huán)境、生產(chǎn)環(huán)境、文化環(huán)境、交通環(huán)境等。環(huán)境通常是指作用于人類的所有外界影響因素的總和,是人類賴以生存空間的總稱?!吨腥A人民共和國環(huán)境保護(hù)法》第一章第二條明確提出:“本法所稱環(huán)境,是指影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過人工改造的自然因素的總體,包括大氣、水、海洋、土地、礦藏、森林、草原、野生動物、自然遺跡、人文遺跡、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、城市和鄉(xiāng)村等?!杯h(huán)境是一個相對的概念,是相對于主體而言的客體。環(huán)境與其主體相互依存,因主體的不同而不同,隨主體的變化而變化。煤礦城市的環(huán)境問題可以說與煤炭的開發(fā)相伴共生,它涉及到煤炭開采、加工、儲運和燃燒使用的全過程。
長期以來,我國許多煤礦城市由于對煤炭資源的保護(hù)問題認(rèn)識不足,對煤炭開采帶來的環(huán)境問題重視不夠,形成了煤炭工業(yè)粗放發(fā)展的模式,地方政府和煤礦企業(yè)大多重采煤、輕生態(tài)環(huán)境保護(hù)。
煤炭開采主要分為井工開采和露天開采兩種方式,中國95%以上的煤炭生產(chǎn)來自于井工開采。一般而言,煤炭開采會造成地面塌陷、露天礦坑、矸石堆積、礦井報廢等環(huán)境問題。地面塌陷往往造成地面水與地下水徑流改變,土地鹽漬化和沙化嚴(yán)重等一系列問題。大量的矸石堆積如山,不僅占用良田,而且還會自燃、排放粉塵及有害氣體,污染環(huán)境。對煤炭需求較多的火力發(fā)電、冶金工業(yè)、建材工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等產(chǎn)生的固體廢棄物、廢水和灰塵對土壤、水和大氣造成嚴(yán)重污染,對生態(tài)環(huán)境造成一定的破壞。因此,恢復(fù)和改造煤礦城市所轄地域的地表形態(tài),防止生態(tài)系統(tǒng)惡化,是煤礦城市所面臨的一大問題。據(jù)2001年的調(diào)查,“我國因采礦直接破壞的森林面積達(dá)106 萬公頃,破壞草地面積為26.3 萬公頃,全國累計占用土地約586 萬公頃,破壞土地約157 萬公頃,且每年仍以4 萬公頃的速度遞增,而礦區(qū)土地復(fù)墾率僅為10%。另據(jù)測算,我國每采萬噸煤,平均塌陷土地0.2 公頃”[1]207。煤炭生產(chǎn)出來后,一般要進(jìn)行一系列的加工。加工包括選矸、篩分、洗煤、煉焦、制氣等工序。煤炭的生產(chǎn),一方面給社會提供了重要的能源和資源,另一方面又給煤礦城市帶來了環(huán)境污染和社會問題。
煤礦城市的環(huán)境問題主要有地表沉降和塌陷、大氣污染、水污染、噪聲污染、固體廢棄物污染等。
在中國眾多煤礦中,絕大部分在地下井巷坑道采煤,采用全面冒落法管理頂板。地下煤層開采后,采空區(qū)上方的覆蓋巖層和地表將失去平衡而發(fā)生移動和變形,致使大多數(shù)礦區(qū)出現(xiàn)地表沉降和塌陷現(xiàn)象。地表沉降和塌陷是礦山地質(zhì)災(zāi)害之一,它會損害地表各類建筑物,如,城市工業(yè)與民用建筑、村莊、鐵路、橋梁、管道、輸電線路等。據(jù)統(tǒng)計,煤礦在地下每開采1 萬噸原煤,導(dǎo)致地表土地塌陷面積0.2 公頃,塌陷區(qū)面積約為煤層開采面積的1.2 倍。最大下沉值約為煤層采出厚度的70% ~80%。凡地表塌陷沉降嚴(yán)重的地方,農(nóng)田絕產(chǎn),道路毀壞,建筑倒塌,環(huán)境惡化,導(dǎo)致人口搬遷等一系列問題,嚴(yán)重制約著煤礦城市的可持續(xù)發(fā)展。有人把礦區(qū)塌陷稱之為“緩慢式地震”。例如山西大同市,“50年來形成采空區(qū)近450 平方公里,地面塌陷隨處可見,地面裂縫縱橫交錯,大量耕地、道路、房屋損毀”[2]15。黑龍江雞西市礦區(qū)面積約709.7 平方公里,因為煤炭開采,到2000年塌陷區(qū)面積約有206 平方公里,地面下陷深度從0.1 米到4 米不等。“其中,有2 平方公里下陷深度大于4.1 米。由于地面塌陷使市區(qū)120 萬平方公里市政建筑設(shè)施受到破壞,其中有266 公頃耕地已無法耕作;使公路、鐵路、橋梁遭受不同程度的破壞,公路受嚴(yán)重破壞的路面面積達(dá)37.8 平方公里,需要重建的橋梁22 座,使人民生命財產(chǎn)遭受損失,影響社會的安定團(tuán)結(jié)”[3]133。
再看同樣為煤礦城市的遼寧撫順市,因城區(qū)建在煤田上,煤炭開采與城市建設(shè)之間的矛盾十分突出,建市幾十年來,塌陷區(qū)內(nèi)房屋倒塌和人員傷亡的事故經(jīng)常發(fā)生。為了社會穩(wěn)定,撫順礦務(wù)局從20世紀(jì)70年代末以來不得不“保城限采”,使該市的煤炭產(chǎn)量急劇下降。
據(jù)對撫順西露天礦、阜新海州露天礦、阜新新丘露天礦、義馬北露天礦和銅川前河露天礦的統(tǒng)計調(diào)查,“每開采萬噸煤要挖損土地0.06 ~0.13公頃,平均約0.12 公頃。從1949—1989年底,我國露天礦產(chǎn)量約8 億噸,挖損土地總面積達(dá)9 600公頃。我國在1991—2000年期間露天開采計劃年產(chǎn)原煤1 億噸,以此估算,今后年挖損土地面積約1 200 公頃”[4]72。
地表沉陷不僅給農(nóng)業(yè)帶來災(zāi)難,而且危害城區(qū)的建筑和基礎(chǔ)設(shè)施。
在20世紀(jì)80年代,全國平均每采1 萬噸煤造成地面塌陷土地約0.2 公頃。僅以黑龍江省的鶴崗、雞西、雙鴨山、七臺河四大煤礦城市每年采出的煤炭約5 000 萬噸計算,累計塌陷土地1 000公頃。地表塌陷造成大片土地毀壞,良田荒蕪,導(dǎo)致土壤成分改變。土地貧瘠荒蕪,農(nóng)民收入下降,迫使農(nóng)民外出打工。開灤煤礦經(jīng)過100 多年的開采,在唐山“已經(jīng)形成60 多平方公里的采空區(qū)和約21 373 公頃的采煤塌陷地,今后還將以每年133 公頃的速度塌陷?!壳?,唐山市因采煤造成地表塌陷總面積已達(dá)22 460 公頃,其中絕產(chǎn)地4 750 公頃,形成大小塌陷積水坑53 個,積水總面積2 480 公頃;因采煤塌陷搬遷村莊94 個”[5]106。
河南平頂山市是20世紀(jì)50年代開始大規(guī)模開采煤炭的城市。到2004年,平頂山市因煤炭開采造成的塌陷區(qū)東西綿延約30 公里,南北寬約8 公里,采煤塌陷土地的地貌多呈蝶形洼地或槽形洼地,塌陷深度從邊緣向中心部逐漸加深,最深處一般為采出煤層厚度的60% ~70%。到2009年左右,平頂山市采煤塌陷土地總面積約67.87 平方公里,其中穩(wěn)定塌陷土地約12 平方公里,平均塌陷深度2 ~4米,積水面積約4.28 平方公里,其中積水深度1 ~3 米的占積水面積約80%,共涉及平頂山市衛(wèi)東區(qū)、新華區(qū)的3 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)41 個行政村近萬戶農(nóng)戶。塌陷破壞耕地36.67 平方公里,50%的耕地大幅度減產(chǎn)或絕產(chǎn)。塌陷還造成農(nóng)村居民住房變形或倒塌,需搬遷21 個村組近2 000 戶村民[6]69。
在中國煤礦城市發(fā)展史上,很多煤城都是先有礦,后有城,城市圍繞著礦井群建設(shè),甚至城市建在優(yōu)質(zhì)煤田的上方。這種城市規(guī)劃雖然有方便生活、有利生產(chǎn)的一面,同時也給城市的發(fā)展帶來了“緊箍咒”,煤礦發(fā)展時時刻刻要考慮地面塌陷帶來的一系列問題。例如,唐山市采煤塌陷區(qū)主要集中在4 個中心城區(qū),其它城區(qū)的塌陷區(qū)已成為煤矸石、粉煤灰、城市垃圾的排放場。
地表沉陷還使礦井排放水在地面污染后又順著采煤塌陷地裂縫下滲,污染地下水體。以黑龍江省七臺河市為例,這里曾經(jīng)有大小塌陷坑200 余處,其中最大的“落燕湖”存水量達(dá)萬立方米。在七臺河市100 多平方公里的土地上,200 余家企事業(yè)單位、學(xué)校商店,幾百萬平方米的建筑全部毀于地表塌陷,城市經(jīng)過兩次搬遷、三次建設(shè),損失巨大。
由于地表塌陷,礦區(qū)住宅區(qū)難以形成集中供熱管網(wǎng),道路的不平整更是成為普遍的問題。由于礦區(qū)的道路無法修筑水泥路面,只能修砂石路面,每當(dāng)車輛駛過塵土飛揚,使大氣中的微懸浮物嚴(yán)重超標(biāo)。
地表沉陷極易造成地裂縫,誘發(fā)新的地質(zhì)災(zāi)害。例如,報廢礦井中殘存的瓦斯順勢而上溢出地面,一方面污染環(huán)境,更嚴(yán)重的是達(dá)到一定的濃度就會燃燒,甚至爆炸,嚴(yán)重威脅居民的生命財產(chǎn)安全。
再以露天開采為例。據(jù)不完全統(tǒng)計,“我國露天開采每萬噸煤破壞土壤0.24 公頃,其中采場挖損破壞0.08 公頃,外排土場壓占0.16公頃,尤其是傾斜煤層的凹陷露天,這些露天不能內(nèi)排或內(nèi)排量微乎其微,采空區(qū)不可能在開采完畢時恢復(fù)為原始地形,剝離廢石外排占用土地量更為巨大。……以撫順礦務(wù)局的露天煤礦為例:撫順礦務(wù)局所屬西露天煤礦、東露天礦設(shè)有3 個外排土場。其中西排土場和東排土場主要收容各種剝離巖土,汪良排土場主要收容選煤廠洗后矸石和雜煤。東排土場和汪良排土場使用到2010年,西排土場已經(jīng)于2000年關(guān)閉。三個排土場原地貌均為丘陵平地,長期的廢棄巖石堆積,對原來土地上的植被造成了嚴(yán)重的破壞,由于剝離的巖土土質(zhì)疏松,無法修建廠房、住宅,因而大面積撂荒,造成了土地資源的嚴(yán)重浪費”[7]46-47。
還有“三下”采煤(水體下采煤、建筑物下采煤、鐵路下采煤)對城市環(huán)境的影響更是不言而喻。
埋藏在地下的煤炭保留著一部分在其煤化過程中生成的烴類氣體(主要是甲烷),這些甲烷在采煤過程中釋放出來,由礦井通風(fēng)排到大氣中,引起的大氣污染主要有以下幾方面的原因:
1)露天煤礦的排土場多數(shù)沒有進(jìn)行合理的土地修復(fù)和再植被。露天煤礦的外排土場形成幾百到幾千公頃的人為荒漠化土地,到了春季和秋季,荒漠化的排土場產(chǎn)生的揚塵會給周圍大氣造成嚴(yán)重的污染。
2)煤炭在生產(chǎn)和加工利用過程中會產(chǎn)生大量的煤矸石,在運輸、裝卸、堆放等過程中,由于處于裸露狀態(tài),大風(fēng)隨時都會將煤矸石的粉塵吹入大氣中,造成大氣污染。污染嚴(yán)重時會降低煤礦城市的光照度,影響人們的日常生活和植物生長。
3)煤炭本身在開發(fā)、運輸、存儲的過程中,煤塵對大氣會帶來一定程度的污染。生產(chǎn)出來的煤炭被運輸?shù)骄虾?,由于地面上的煤炭倉庫、煤場、篩洗地多處于露天狀態(tài),缺乏防塵及降塵設(shè)備,煤塵會隨風(fēng)飄浮,既浪費了煤炭資源,也污染了大氣環(huán)境。煤炭在運輸過程中,會向大氣排出鉛、氮氧化物、CO、碳?xì)浠衔?、SO2等有害氣體。
4)煤炭在使用的過程中也會污染大氣環(huán)境。在中國,約85% 的煤炭是通過直接燃燒使用的,主要包括火力發(fā)電、工業(yè)鍋(窯)爐、民用取暖和家庭爐灶等,全國平均煤炭利用率僅為22%。煤炭中含有SO2和CO2。在當(dāng)下的中國,燃煤造成的SO2及總懸浮顆粒物(英文縮寫TSP)的排放量分別約占85%和70%,造成我國以煤煙型為主的大氣污染。特別是火力發(fā)電、冶金和建材行業(yè)等在生產(chǎn)過程中,向大氣排出粉塵、煙塵、SO2等各種污染物。例如:“唐山市能源結(jié)構(gòu)中的耗煤量占總耗能量的84.47%,大氣污染為煙煤型污染。據(jù)監(jiān)測,2001—2003年,全市廢氣排放量分別為2 666億立方米、3 621 億立方米、6 638 億立方米。TSP年均值高于國家規(guī)定的三級標(biāo)準(zhǔn),也超過適用于生活區(qū)、居民區(qū)執(zhí)行的二級標(biāo)準(zhǔn)的1 ~2 倍;一些致癌物遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了世界衛(wèi)生組織和我國推薦的標(biāo)準(zhǔn);全市大氣環(huán)境質(zhì)量總體在三級標(biāo)準(zhǔn)?!保?]105如表1所示。
表1 唐山市大氣污染物排放情況表
還有的煤礦城市因區(qū)位和地理等因素,大氣污染問題比較突出。例如陜西省的銅川市,“由于地處河谷,風(fēng)速低,逆溫強(qiáng),人口密度大,過往車輛多,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用有煙原煤……,因而,環(huán)境污染、尤其是大氣污染嚴(yán)重。1989年,已成為嚴(yán)重污染級城市?!~川大氣污染源主要有工業(yè)、生活、交通運輸三大類。按污染負(fù)荷比計算,工業(yè)污染源占66.6%,交通污染源占22.3%,生活污染源占11.1%?!保?]155“銅川礦務(wù)局矸石山自燃,矸石山周圍SO2等有害氣體嚴(yán)重超標(biāo),使此礦區(qū)成為肺氣腫和癌癥的高發(fā)區(qū)。”[9]20
嚴(yán)重的大氣污染會對人體健康產(chǎn)生影響,會腐蝕建筑物及金屬制品,給農(nóng)作物生長帶來災(zāi)難。在山西省5 000 多平方公里的煤炭運輸線上,兩側(cè)農(nóng)作物因煤塵覆蓋,影響光合作用,僅此一項就使全省每年糧食減產(chǎn)2 800 萬斤[10]24。
礦井水是煤炭生產(chǎn)過程中的主要伴生物,由伴隨礦井的開采而產(chǎn)生的地表滲透水、巖石空隙裂水、礦坑水、地下含水層的疏放水,以及煤礦生產(chǎn)、防塵用水等組成。礦井水是一種地下水,但它又區(qū)別于一般的地下水。由于長期賦存于地下,大量礦物質(zhì)溶入其中;同時,受井下開采活動的影響,油類等有機(jī)物質(zhì)也進(jìn)入到水體中,礦井水的水質(zhì)成分變得較為復(fù)雜。煤礦在地下開采煤炭時,為了安全生產(chǎn)的需要,需將大量的地下水抽排到地面。而這些被排出的水與煤、巖層接觸發(fā)生了一系列的物理、化學(xué)和生化反應(yīng),一般均含有煤粉、巖粉、酚和黏土等固體顆粒,其主要成分為煤粉。礦井水中有些含有懸浮物,有些高度礦化,有些為酸性水,有的含有少量的氟或放射性元素。這類礦井水中往往含有一種或幾種對人體有害的成分,包括微量放射性元素、重金屬、氟、石油類等。盡管礦井水中的有害成分含量不高,但超過了生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值,不能用來做飲用水的水源。一些煤泥水,特別是浮選廢水對生物危害較大,用于灌溉農(nóng)田,往往會引起農(nóng)作物減產(chǎn);將其排入河流、湖泊,會影響水生物生長,淤塞河道;滲入地下,會污染飲用水水源,容易引起胃腸道及神經(jīng)系統(tǒng)的疾病。據(jù)統(tǒng)計,“我國煤礦每年產(chǎn)生的各種廢污水約占全國總廢污水量的25%。2005年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,全國煤炭行業(yè)總共有2 968 家工業(yè)廢水排放企業(yè),共排放污水46 650 萬噸,其中有7 341 萬噸污水排放沒有達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),不合格比例達(dá)15.7%,有123 萬噸污水沒有經(jīng)過任何處理被直接排放到江海中。”[11]22露天煤礦排土場的煤矸石中富含有堿金屬、堿土金屬和硫等,大氣降水淋溶了煤矸石中的無機(jī)鹽類,含無機(jī)鹽類的淋溶水流入地表水體會對地表水體造成污染,滲入地下含水層,也會污染地下水體。排入河流、湖泊會抑制魚類生長。
煤礦排水量根據(jù)地質(zhì)狀況、礦區(qū)地勢氣候條件的不同差異很大。噸煤排水量最多的河南焦作煤礦,達(dá)到47.1 噸,開灤煤礦為7.7 噸,徐州煤礦為4.4 噸,淮北煤礦為1.8 噸,銅川煤礦為0.5 噸,烏達(dá)煤礦為0.1 噸。從礦井內(nèi)抽排出來的水如不做凈化處理,則無法利用,并且污染周邊環(huán)境。經(jīng)過凈化處理的礦井水可用來作煤礦城市的生活和生產(chǎn)用水。據(jù)估算,“2007年我國煤炭生產(chǎn)排放的礦井水達(dá)54 億立方米,利用量約29.7 億立方米,利用率達(dá)55%”[12]20。
除了礦井水,生產(chǎn)的煤炭在洗選過程中還產(chǎn)生煤泥水。在選煤工藝中,水是重要的工作介質(zhì),每選1 噸原煤,用水量約為4 立方米。20世紀(jì)90年代時,全國有近200 家選煤廠,由于工藝流程和裝備的不完善,中國一年累計排放煤泥水2 800 萬噸,其中超標(biāo)排放約1 000萬噸[9]19。
此外,煤礦主要附屬工廠火藥廠、煤機(jī)廠、礦燈廠、焦化廠等產(chǎn)生的廢水排放量雖不大,但毒性很高。露天煤礦閉坑后,采場周圍水體和大氣降水匯入采場采空區(qū),也會由于浸潤采場的殘煤露頭,使煤層中硫和重金屬等污染物質(zhì)溶入水體而使地下水受到污染。
應(yīng)該說明的是,中國的煤礦城市大多是缺水城市,礦井水對于當(dāng)?shù)貋碚f是寶貴的資源。
固體廢棄物污染主要是指煤礦在建井和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煤矸石、鍋爐渣、粉煤灰等,以煤矸石居多。煤矸石是賦存在煤層頂板和底板含有少量炭質(zhì)的一種泥頁巖。對煤礦城市而言,給環(huán)境帶來破壞的最主要的是煤矸石。一個年產(chǎn)量在1 000 萬噸煤炭的煤礦,每年要排出幾十萬立方米的煤矸石。這些煤矸石運到地面后,不僅占用了大量的土地,堵塞河道,其中一部分還會燃燒,排放出大量的有害氣體,污染空氣,影響農(nóng)作物生長,直接危害人們的身體健康。例如銅川市的“三里洞煤礦矸石山一直自燃,王石凹礦矸石山自燃尤為嚴(yán)重,盡管工人日夜滅火,但自燃點此伏彼起不絕。矸石山煙霧彌漫,造成礦區(qū)大氣嚴(yán)重污染”[8]161。再以江蘇省徐州市為例,該市在20世紀(jì)“80年代末,徐州礦務(wù)局共有矸石山28座,煤矸石堆存總量約4 000 萬噸”[13]184。
中國目前有矸石山1 500 多座,累計堆存35.5億噸,占用土地已經(jīng)超過7 500 公頃,而且每年以200 ~300 公頃的速度遞增,如表2所示。
表2 全國部分礦區(qū)煤矸石排放狀況統(tǒng)計表
除了已有的煤矸石,每年煤炭生產(chǎn)和加工新產(chǎn)生煤矸石3 ~3.5 億噸,其排放量占全國煤礦原煤產(chǎn)量的15% ~20%,2005年排放的煤矸石綜合利用率為43.5%。“全國有380 多座矸石山長期自燃,加之矸石堆放產(chǎn)生的淋溶水,還造成了嚴(yán)重的大氣和水資源污染?!保?2]21
在煤礦城市,地面工礦企業(yè)各種機(jī)械運轉(zhuǎn)、煤炭裝卸、軌道機(jī)車和各種運輸產(chǎn)生的噪音,經(jīng)常超過人們?nèi)粘I钤胍?0 分貝的標(biāo)準(zhǔn),對人們的生活和健康形成了危害。據(jù)陜西銅川市“1981年和1985年噪聲普查資料,交通運輸為市環(huán)境噪聲主要污染源;其余依次是生活活動、其他、工業(yè)生產(chǎn)。交通噪聲聲級在上升,而且覆蓋面積也在擴(kuò)大”[8]159。
在中國,由于煤炭生產(chǎn)與消費之間大多存在巨大的空間距離,導(dǎo)致“北煤南運,西煤東輸”的長距離運煤特點。無論是鐵路還是公路運輸煤炭,一般都沒有篷布遮蓋,運輸中產(chǎn)生的煤塵到處飛揚,既損失大量的煤炭,又污染沿線周圍的生態(tài)環(huán)境。據(jù)有關(guān)資料介紹,運距為1 600 公里的組合整體列車,煤炭受風(fēng)吹損失約占所運煤炭的1%?!皳?jù)統(tǒng)計,1999年全國鐵路運煤量為64 917萬噸,平均運距為550 公里;經(jīng)公路運輸或中轉(zhuǎn)到鐵路的煤炭量達(dá)6 億噸,平均運距為80公里。若以0.5%的揚塵損失計算,因運輸向大氣中排放的煤塵達(dá)600 多萬噸,直接經(jīng)濟(jì)損失超過6 億元人民幣?!保?4]6
煤炭不僅是工業(yè)和交通的重要能源和居民生活的燃料,而且是重要的化工原料。煤炭經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換,可以提取苯、萘、醇、醛、酮、胺、蒽等有機(jī)化合物,制成數(shù)千種化工產(chǎn)品,如,農(nóng)藥、化肥、醫(yī)藥、炸藥、燃料、涂料、塑料、合成橡膠、合成纖維、感光材料、耐高溫材料等。
20世紀(jì)60年代以來,國內(nèi)不少煤礦城市為了延長煤炭的產(chǎn)業(yè)鏈條,提高煤炭的深加工能力,增加礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益,陸續(xù)上馬了大大小小的洗煤廠和焦化廠。由于一些企業(yè)負(fù)責(zé)人思想認(rèn)識不夠或投資不足,環(huán)保不能達(dá)標(biāo),造成煙氣不達(dá)標(biāo)排放、排出的廢水未經(jīng)處理,從而嚴(yán)重污染了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境。僅以吉林遼源市為例,“一是水土流失嚴(yán)重,全境水土流失面積占土地面積的36%。二是森林結(jié)構(gòu)不合理,涵養(yǎng)水分與防護(hù)能力差,農(nóng)村生態(tài)破壞加重。三是礦山生態(tài)環(huán)境問題比較嚴(yán)重,主要有采空區(qū)地面沉陷、占用和破壞土地、三廢排放與污染及礦井地質(zhì)災(zāi)害等問題。采煤沉陷區(qū)致使多個村莊及住宅、市政設(shè)施、醫(yī)院、學(xué)校、工廠遭受嚴(yán)重破壞且有加重趨勢?,F(xiàn)有各類露天開采礦山146 個,占用和破壞林地、耕地等土地面積達(dá)30 平方公里。露天采煤常造成不穩(wěn)定斜坡、崩塌、滾石等地質(zhì)災(zāi)害”[15]267。
煤礦城市實現(xiàn)工業(yè)文明與生態(tài)文明的融合互動、良性發(fā)展,最關(guān)鍵的是要解決好“方法論”問題,要把生態(tài)文明建設(shè)放在突出地位。
在煤炭生產(chǎn)、加工、運輸、使用的過程中徹底消除污染是件十分困難的事情。煤炭既是工業(yè)的主要燃料,又是工業(yè)的原料。這就使各種工業(yè)圍繞煤炭的加工利用組成地域工業(yè)綜合體成為可能。世界上最早的工業(yè)基地一般多是以煤化工為基礎(chǔ),以煉焦?fàn)t為中心組成的。
對煤炭資源的綜合利用,主要是通過物理或化學(xué)的方法全面地多次利用煤炭及相關(guān)產(chǎn)品。它能夠變小用為大用,變一用為多用,變有害為有利,提高煤炭及其附屬產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價值,從而物盡其用。例如,煤炭的焦化可得到焦炭、煤焦和焦油;煤的加氫可以得到合成汽油、合成橡膠和塑料等。
在煤礦城市,在綜合利用煤炭資源的基礎(chǔ)上發(fā)展地方原材料基地,是消除各種不合理運輸和保證依靠區(qū)內(nèi)資源最大限度地滿足當(dāng)?shù)毓I(yè)發(fā)展與居民需要的重大措施?;瘜W(xué)工業(yè)的興起與發(fā)展,為充分合理地使用煤炭資源開辟了無限的可能性。例如運輸褐煤,從經(jīng)濟(jì)上來看不合算;如果就地綜合利用,就可生產(chǎn)出煤氣、氨、苯、酚等重要化工原料或產(chǎn)品。對煤炭進(jìn)行綜合利用,也可以達(dá)到防止污染、保護(hù)環(huán)境的目的。對煤炭的綜合利用主要包括以下幾個方面。
在中國,對煤炭的綜合利用始于20世紀(jì)60年代。最初是對煤矸石進(jìn)行加工利用,接著是發(fā)展建材、型煤、煤化工、煤的液化等。1964年,中國開始研究流化床燃燒技術(shù),利用煤矸石、劣質(zhì)煤等低熱值燃料取暖,逐步發(fā)展到發(fā)電。20世紀(jì)80年代初,國產(chǎn)的35t/h 的流化床鍋爐和130t/h 流化床鍋爐先后通過技術(shù)鑒定。1985年,中國先后建成8 座低熱值燃料火電廠,裝機(jī)容量為9 萬千瓦,取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。例如,四川永榮礦務(wù)局電廠用洗中煤摻部分煤矸石發(fā)電,將發(fā)電用的舊式鍋爐全部改造成沸騰爐,致使發(fā)電成本降低40%,發(fā)電量增加了2 倍。
對煤矸石的綜合利用,主要有以下幾個方面:第一,發(fā)展煤矸石不出礦井的生產(chǎn)技術(shù),這項技術(shù)包括提高井下巷道支護(hù)強(qiáng)度、少開巖石巷道、少產(chǎn)生巖石和矸石的技術(shù)。將井下生產(chǎn)出來的煤矸石直接充填采空區(qū),既減少了煤矸石排到地面壓占土地,又起到井下支護(hù)作用。第二,將運到井上的煤矸石向地面塌陷區(qū)充填,將塌陷地區(qū)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地。第三,以煤矸石為原料燒制矸石磚、水泥等;從中提取氧化鋁、聚合鋁等化工原料;利用煤矸石發(fā)電等。
以煤矸石為主要原料生產(chǎn)建材產(chǎn)品,在20世紀(jì)80年代得到迅速發(fā)展。“1981年,全國煤炭系統(tǒng)建成以煤矸石、石煤和爐渣為原料的磚、瓦、水泥廠共481 座,磚、瓦年生產(chǎn)能力25 億塊,水泥年生產(chǎn)能力100 多萬噸。有的煤礦試制和生產(chǎn)……陶粒、陶管、人造大理石、空心磚、混凝土和馬賽克等產(chǎn)品,利用煤矸石的經(jīng)濟(jì)效益顯著。”[16]41
吉林省舒蘭礦務(wù)局的營城礦區(qū)和劉房子煤礦還注重開發(fā)與煤炭共生的膨潤土。膨潤土可用來生產(chǎn)粘合劑、懸浮劑等。
煤礦瓦斯又稱煤層氣,是與煤炭共存的烴類氣體。和天然氣一樣,它的主要成分是甲烷,煤礦瓦斯中甲烷含量大于90%。據(jù)勘測,目前我國埋藏2 公里以淺的煤層氣地質(zhì)資源量有36.8 萬億立方米。瓦斯有“礦井殺手”之稱,同時又是破壞環(huán)境的溫室氣體。目前中國的煤礦中,高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井約占1/3。瓦斯易燃易爆,當(dāng)空氣中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到5% ~16%時,遇到火源就會爆炸,瞬間形成高溫高壓沖擊波,并產(chǎn)生大量CO。煤礦一旦發(fā)生瓦斯爆炸或煤與瓦斯突出事故,就會造成大量人員傷亡?!靶轮袊闪⒁詠?,全國共發(fā)生23 起一次死亡百人以上的煤礦事故,其中21起是瓦斯事故。近4年來,煤礦重特大事故死亡人數(shù)近70% 都是瓦斯事故造成的。”[17]可以說,瓦斯災(zāi)害目前是中國煤礦安全生產(chǎn)的最大危害,是威脅煤礦職工生命的“第一殺手”。
同時,煤礦瓦斯的熱值與天然氣相當(dāng),是一種潛在的儲量巨大的潔凈能源。在煤礦開采前將煤層氣抽取利用有著多重意義。1 立方米瓦斯發(fā)熱量大于33.44MJ,即8 000 千卡,是與天然氣相當(dāng)?shù)膬?yōu)質(zhì)清潔能源,可廣泛用于發(fā)電、工業(yè)窯爐、民用、汽車燈方面燃料或生產(chǎn)化工產(chǎn)品。所以,對煤礦瓦斯進(jìn)行抽采利用,既減少了煤礦生產(chǎn)的安全隱患,從根本上保障煤礦安全生產(chǎn)和改善大氣環(huán)境,又可以增加優(yōu)質(zhì)清潔能源供給,改善能源供給結(jié)構(gòu)。與此同時,抽采利用煤礦瓦斯可以有效帶動鋼鐵、建筑施工、裝備制造、運輸及相關(guān)服務(wù)業(yè)發(fā)展,促進(jìn)投資需求和擴(kuò)大社會就業(yè),能形成一個從生產(chǎn)到服務(wù)的大產(chǎn)業(yè),成為新的經(jīng)濟(jì)增長點。比如,2009年全國瓦斯抽采利用直接投資超過66 億元,帶動國內(nèi)生產(chǎn)總值增加約12億元,提供就業(yè)崗位約12 萬個。
搞好煤礦瓦斯抽采利用是減少環(huán)境污染的重要舉措?!懊旱V瓦斯的溫室效應(yīng)是CO2的21 倍。據(jù)計算,每利用1 億立方米甲烷,相當(dāng)于減排150 萬噸CO2?!保?8]182目前我國煤層氣中絕大部分瓦斯直接排空了,既浪費資源,又污染環(huán)境。所以,搞好瓦斯綜合利用,最大限度地控制瓦斯直接向大氣中排放,有利于減少空氣污染,保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
對煤礦瓦斯進(jìn)行抽采利用還是一個新的經(jīng)濟(jì)增長點。建設(shè)抽采工程和配套管網(wǎng),可以帶動鋼鐵、建筑、裝備制造、運輸及相關(guān)服務(wù)業(yè)的發(fā)展,促進(jìn)投資需求擴(kuò)大和就業(yè)增加。“比如,2009年全國瓦斯抽采利用直接投資超過66 億元,帶動國內(nèi)生產(chǎn)總值增加約120 億元,提供就業(yè)崗位12 萬個?!保?7]
在大氣治理方面,一是盡可能利用先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)減少有害氣體的產(chǎn)生;二是采用先進(jìn)技術(shù)對廢氣進(jìn)行處理。在煤炭燃燒之前,把煤焦油提煉出來,然后氣化,把發(fā)電與煤化工結(jié)合起來,生產(chǎn)二次、三次產(chǎn)品,大大提高煤炭的附加值,利用先進(jìn)的煤化工技術(shù)減少對環(huán)境的污染。
對于因為采煤造成的地面塌陷和開裂,主要應(yīng)從兩個方面加以解決。一是選用技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)有利、操作可行的采煤方法和工藝,盡量減少與防止地面塌陷。對于地面是優(yōu)質(zhì)農(nóng)田或有其它工程建筑設(shè)施的,根據(jù)煤層的具體情況,采用充填采煤法、條帶采煤法和房柱采煤法等,起到一定的防塌陷作用。二是對于已經(jīng)塌陷的土地,運用科學(xué)的方法,針對塌陷的具體情況,采取針對性措施,如疏干法、挖深墊淺法、充填復(fù)墾法、直接利用法和生態(tài)工程復(fù)墾等實用技術(shù)加以整治復(fù)墾。疏干法是指對低潛水及塌陷較淺的地區(qū),通過將塌陷區(qū)積水排干,再加以平整與恢復(fù)利用。挖深墊淺法是指將較深塌陷區(qū)再行挖深以形成水塘、魚塘,發(fā)展養(yǎng)殖業(yè);將挖出的土填到塌陷淺的地方,再加以整理利用。充填復(fù)墾法是指利用煤矸石、煤泥、露天礦剝離物等充填塌陷區(qū)復(fù)墾利用。直接利用法是指對于大面積塌陷地或積水很深的水域因地制宜地發(fā)展網(wǎng)箱養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨、種植潛水藕或耐濕作物等。生態(tài)工程復(fù)墾是指將土地工程與生態(tài)工程技術(shù)結(jié)合起來,發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)。例如,山東兗州制定了全市塌陷地復(fù)墾總體規(guī)劃,他們針對各塌陷區(qū)既有深層塌陷區(qū),也有淺層塌陷區(qū),既有穩(wěn)定塌陷區(qū),也有不穩(wěn)定塌陷區(qū)的狀況,因地制宜地采取治理措施:一是發(fā)展網(wǎng)箱養(yǎng)魚;二是養(yǎng)鴨;三是開發(fā)復(fù)墾成可耕地;四是實施“搶土”工程,即對于即將深層塌陷的土地,把其表土“搶救”出來再利用。把這些土或是用來改造耕地,或是用來燒制磚瓦。
有學(xué)者根據(jù)復(fù)墾后土地的用途大致分為建筑復(fù)墾、農(nóng)業(yè)復(fù)墾、林業(yè)復(fù)墾、漁業(yè)復(fù)墾、草地復(fù)墾、娛樂園地復(fù)墾及生態(tài)復(fù)墾七大類[4]74-75。
近年來,國家有關(guān)部門已在全國幾十個煤礦城市進(jìn)行采煤塌陷的評估,已投資幾百億元資金對采煤塌陷區(qū)的居民進(jìn)行搬遷,對部分城市的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行了維修。遼寧省撫順市和黑龍江省七臺河市被列為國家對采煤塌陷地區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)脑圏c城市。七臺河市的主要做法是:1)在治理采煤塌陷地區(qū)時,要有科學(xué)的治理方案和合理的搬遷規(guī)劃;2)建立恢復(fù)生態(tài)資金,煤礦每采1t 煤要繳納3 元塌陷補(bǔ)償費;3)要制定整套的搬遷方案;4)成立常設(shè)的塌陷搬遷組織機(jī)構(gòu);5)創(chuàng)辦地面塌陷防治研究所[18]183。
黑龍江鶴崗市政府對3.41 平方公里的嶺北礦北露天采坑進(jìn)行環(huán)境治理,恢復(fù)生態(tài),已成功申報國家級礦山公園。
對于受過污染的礦井水,可根據(jù)原水水質(zhì)和需要提供的目標(biāo)水質(zhì)的要求,利用反滲透裝置和自動控制系統(tǒng),通過反滲透防硫酸、防結(jié)垢技術(shù),采用能與混凝劑起協(xié)同作用的放射性吸附劑等,對礦井水進(jìn)行再生處理。經(jīng)處理后,可分別用作生活飲用水、生活雜用水、鍋爐用水、電廠循環(huán)冷卻用水、選煤用水、井下防塵用水、注漿用水和地面沖洗、綠化用水等。
在一些煤礦城市的選煤廠或洗煤廠,在洗選原煤過程中產(chǎn)生的煤泥水,含有粒度小于0.5 毫米的煤泥,無法有效處理。若將它排出廠外,既占用大量土地,又污染環(huán)境,同時造成煤炭資源浪費,影響經(jīng)濟(jì)效益。為了解決這一中國煤礦普遍存在的問題,撫順礦務(wù)局和德國杜賽爾多夫市赫爾特公司于1999年6月1日簽訂了在撫順礦務(wù)局老虎臺礦興建與經(jīng)營煤泥選礦廠的協(xié)議書,德方出資51%,中方出資49%,引進(jìn)赫爾特公司的選煤設(shè)備和技術(shù),成立合資公司。在執(zhí)行這項協(xié)議時,撫順市政府給予了三項特殊的優(yōu)惠政策:“一是從該項目投產(chǎn)之日起,3年內(nèi)由政府用財政資金返還增值稅地方留成部分,即增值稅總額的25%的50%;二是從獲利年度起5年內(nèi)免征企業(yè)所得稅;三是免收建設(shè)期固定資產(chǎn)投資方向調(diào)節(jié)稅。”[19]204
自1979年國家頒布《環(huán)保法(試行)》以后,全國各煤礦城市普遍建立了綠化工作領(lǐng)導(dǎo)小組,下設(shè)綠化辦公室。1983年,煤炭工業(yè)部制訂了《煤礦職工生活福利管理標(biāo)準(zhǔn)》,對煤礦的生產(chǎn)、職工住宅區(qū)的美化和綠化提出了比較具體的要求。
2006年初,國務(wù)院出臺《關(guān)于落實科學(xué)發(fā)展觀加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的決定》,首次提出有關(guān)環(huán)境保護(hù)的戰(zhàn)略性理念:“經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展必須與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)”,“促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展”,“堅持環(huán)境優(yōu)先”和“堅持保護(hù)優(yōu)先”。對于煤礦城市而言,要堅持科學(xué)的發(fā)展觀,就要重視環(huán)境與生態(tài)問題,樹立“環(huán)境優(yōu)先,生態(tài)第一”的理念。
循環(huán)經(jīng)濟(jì)是一種以資源的高效利用和循環(huán)利用為核心,以“減量化、低排放、資源化”為原則,以低消耗、低排放、高效率為基本特征,符合可持續(xù)發(fā)展理念的經(jīng)濟(jì)增長模式,是對“大量生產(chǎn)、大量消費、大量廢棄”的傳統(tǒng)增長模式的根本變革。循環(huán)經(jīng)濟(jì)不是簡單地通過循環(huán)利用實現(xiàn)廢棄物資源化,而是強(qiáng)調(diào)在優(yōu)先減少資源消耗和減少廢物產(chǎn)生的原則上,綜合運用“減量化——再利用——資源化”原則。
德國與法國等歐洲國家大多在煤礦附設(shè)焦化廠生產(chǎn)焦炭和焦油等,從焦?fàn)t氣中回收焦油、粗苯和氨。附設(shè)焦油蒸餾廠提取各種化工原料,如,萘、蒽、酚、吡啶、瀝青等,供有機(jī)化工廠、制藥廠、染料廠、瀝青廠、炭黑廠作原料;將粗苯集中設(shè)廠加工成純苯、甲苯和二甲苯等重要有機(jī)合成原料。合成氨廠與煉焦廠相連,從焦?fàn)t氣中得到氫,空分得到氮,生產(chǎn)合成氨,制造氮氣和硝酸??諝夥蛛x裝置產(chǎn)生的氧氣供煉鋼用。此外,在煤礦城市建設(shè)以煤炭為主要原料的火力發(fā)電廠、煤氣廠等,就地利用煤炭,減少煤炭的遠(yuǎn)途運輸。
對于礦井水,采用沉淀、混凝、離子交換、中和法、消毒等技術(shù)方法加以凈化,使其能重復(fù)使用;或采用洗煤水閉路循環(huán)等方法,使洗煤水不外排;或是對污水進(jìn)行處理,然后再排出或回收利用。
煤礦城市發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),首先要引導(dǎo)煤礦企業(yè)把握煤炭產(chǎn)品的生命周期,整合煤炭開采、煤炭加工、煤炭利用的各個階段,推行清潔生產(chǎn),節(jié)能降耗,減少產(chǎn)品和服務(wù)中物料和能源的使用量,實現(xiàn)污染物排放的最小化。它要求煤礦在開采煤炭的過程中,采用先進(jìn)的開采技術(shù)、工藝和設(shè)備,提高采礦回采率。其次,在對原煤加工過程中,采用潔凈煤技術(shù),加強(qiáng)選煤廠配套建設(shè),提高原煤洗選率和成品煤質(zhì)量,減少煤炭在利用之前可能排放的污染物。再次,對粉煤灰、煤矸石、尾礦、廢石、廢料、廢氣等廢棄物最大限度地進(jìn)行綜合利用。還有,要對塌陷區(qū)進(jìn)行土地復(fù)墾,美化生態(tài)環(huán)境。
在煤炭的消費過程中,發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù),是中國能源發(fā)展的戰(zhàn)略需求。它既是積極應(yīng)對全球氣候變化,有效控制溫室氣體排放的需要,也是推動煤炭生產(chǎn)和利用方式變革,構(gòu)建安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、清潔的能源產(chǎn)業(yè)體系的必然。發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)主要有4 個方向:高效潔凈燃煤發(fā)電、先進(jìn)煤轉(zhuǎn)化、先進(jìn)節(jié)能技術(shù)、污染物控制及二氧化碳捕集與封存和資源化利用技術(shù)。
事實證明,人類的環(huán)境問題是由人類生活和生產(chǎn)兩個方面的因素造成的。而環(huán)境與生態(tài)的破壞具有長期性,會影響子孫后代的利益。當(dāng)前和今后一段時間內(nèi),中國生產(chǎn)的煤炭有約50% 用于發(fā)電,煤電占發(fā)電總量的80%以上,燃煤發(fā)電技術(shù)進(jìn)步始終是先進(jìn)能源技術(shù)的重點。根據(jù)科技部《潔凈煤技術(shù)科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》要求,“目前和今后若干年,國內(nèi)煤電裝機(jī)增量仍將處于較高發(fā)展速度,技術(shù)發(fā)展趨勢是‘大型、高參數(shù)、潔凈’。在此背景下,煤電重要發(fā)展方向有以下4 個方面:1)大型超超臨界發(fā)電成套技術(shù)和高參數(shù)超超臨界關(guān)鍵技術(shù);2)高參數(shù)、新型循環(huán)流化床燃煤鍋爐;3)大規(guī)模整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電關(guān)鍵單元技術(shù)及裝備,燃?xì)廨啓C(jī)及其集成示范;4)燃煤污染治理,CO2分離、埋藏及利用技術(shù)”。
煤炭屬于高碳能源。煤炭行業(yè)突破一些關(guān)鍵核心技術(shù)很可能形成許多新型、低碳的產(chǎn)業(yè)。
進(jìn)入21世紀(jì)以后,我國加快了推進(jìn)節(jié)能減排的步伐,重視發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì),這些為煤礦城市實踐科學(xué)發(fā)展觀,思考和規(guī)劃城市的長遠(yuǎn)發(fā)展提供了難得的歷史機(jī)遇。山西陽泉市根據(jù)本市“兩山夾一溝”的特殊地理環(huán)境,在城市規(guī)劃中提出了“顯山露水、依山就勢、錯落有致、城在林中、林在城中”的建設(shè)思路。山西大同以提升歷史文化名城新品位為根本,著力在文化旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展上實現(xiàn)新突破,依靠天然的生態(tài)資源打造旅游勝地,建設(shè)生態(tài)城市。隨著國人環(huán)境意識的不斷增強(qiáng),與煤礦城市及礦區(qū)相關(guān)的各種環(huán)保政策與法規(guī)逐漸完善,中國煤礦城市的生態(tài)環(huán)境定將日益改善。
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