煤炭開采對環(huán)境的影響及治理措施

張和平

由于煤礦開采強(qiáng)度的不斷加大，大面積地表沉陷和露天礦挖損、排矸（土）場占地、地下水位下降、生態(tài)環(huán)境破壞的程度不斷加劇。同時，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤炭需求總量也在不斷增加，資源、環(huán)境和安全壓力進(jìn)一步加大。

1 煤炭開采對環(huán)境的影響

1.1引起地表塌陷和土地挖損

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國采煤沉陷面積已達(dá)60多萬公頃，造成大量土地破壞和移民搬遷。煤炭井工開采造成的地表塌陷不僅引起土地資源劣化，而且破壞了土地原有水循環(huán)系統(tǒng)，既浪費(fèi)了土地資源，加劇了工農(nóng)爭地矛盾，給國家和企業(yè)造成了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，同時也破壞了生態(tài)環(huán)境和自然資源，如在巖溶充水礦區(qū)則發(fā)生地表巖溶塌陷。據(jù)相關(guān)資料顯示，我國有20余個礦務(wù)局、礦發(fā)生過地表巖溶塌陷。此外，煤的地下開采還可能導(dǎo)致山體開裂、滑坡與泥石流，造成水土流失與沙漠化。

露天煤礦開采過程中要排出大量剝離物，每開采萬噸煤要挖損土地0.1公頃，外排土場壓占土地為挖損土地量的1.52倍。目前，我國露天開采挖損與壓占土地總量約4.5萬公頃。同時，露天開采的地下水疏干也引起了地表沉降。

1.2產(chǎn)生廢水、廢石、瓦斯等排放

隨著煤炭生產(chǎn)量酌快速增長，生產(chǎn)加工中產(chǎn)生的煤矸石、礦井水和瓦斯等大量排放，對礦區(qū)生態(tài)、大氣環(huán)境造成一定的危害。

1.2.1礦井水

礦井水由伴隨開采而產(chǎn)生的地表滲透水、巖溶水、礦坑水，以及生產(chǎn)、防塵用水等組成，是煤礦排放量最大的一種廢水，對地表河流等水資源共享產(chǎn)生較大的污染。目前我國煤礦排放量大，重復(fù)利用水平低，采煤區(qū)域地下水位下降，造成部分地區(qū)人畜飲水困難，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到影響。

礦井水產(chǎn)生量主要取決于開采煤層地質(zhì)構(gòu)造的富水性大小。我國煤礦礦井水產(chǎn)生量差別較大。在南方及華東、華中、華北平原部分富水礦區(qū)，一般礦井為5-15m3/t煤，個別達(dá)幾十立方米；在晉、陜、蒙及北方其他缺水礦區(qū)，一般礦井小于1m3/t煤。據(jù)2006年統(tǒng)計(jì)，全國煤礦平均為1.75-2.15m3/t原煤。東部地區(qū)一些排水量較大的礦區(qū)，主要受巖溶水的影響，礦井排水中60%為巖溶水。

經(jīng)處理后的礦井水，大多用于礦井生產(chǎn)（井下滅塵灑水、地面生產(chǎn)）、生活和礦區(qū)其他建設(shè)項(xiàng)目。國有重點(diǎn)大中型煤礦的礦井水利用率在60%～90%，部分煤礦利用率達(dá)到100%，煤礦或礦區(qū)不能充分利用的剩余礦井水，根據(jù)水質(zhì)和達(dá)標(biāo)排放的要求采用相應(yīng)的處埋工藝，基本實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。但國有地方和鄉(xiāng)鎮(zhèn)小煤礦，大部分缺乏礦井水處理設(shè)施，目前不能完全實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

1.2.2煤矸石

煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢物主要是煤矸石（露天礦主要是巖土剝離物），其來源于井下巷道掘進(jìn)、煤層夾矸和采煤機(jī)割頂（板）刨底（板）。煤矸石產(chǎn)生量大小與礦井開拓開采方式、煤層構(gòu)造和割煤厚度有關(guān)，換言之，即與井下巖巷掘進(jìn)量、煤層夾矸多少、割頂（板）刨底（板）厚度有關(guān)。近些年，尤其是“十五”期間開工建設(shè)的大中型煤礦，大多改革了工藝設(shè)計(jì)，減少了巖巷工程量，其產(chǎn)矸率明顯降低。小型礦井，尤其是鄉(xiāng)鎮(zhèn)小煤礦，歷來以煤巷掘進(jìn)為主，打眼爆破，手工作業(yè)，基本不采矸石，其產(chǎn)矸率要比大中型煤礦低很多。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國歷史積存煤矸石35.5x108t，矸石山2600座，壓占土地7400hm2，其中自燃矸石山80余座，造成大氣污染。2005年全國煤矸石的綜合利用率達(dá)到43%，利用量6600多萬噸，尚未利用部分大多進(jìn)入排矸場安全處置。小煤礦的煤矸石基本上既沒得到利用，也未進(jìn)行安全處置，大多隨處棄置，排入外環(huán)境。

1.2.3瓦斯

煤炭生產(chǎn)過程中釋放的瓦斯對大氣環(huán)境的溫室效應(yīng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，而且其濃度的提高會造成對流層中的臭氧增加，平流層中的臭氧減少，導(dǎo)致照射到地球的紫外線增加，誘發(fā)皮膚癌等疾病。我國煤礦毒年向大氣排放的瓦斯超過100×1081113，抽放未利用即排人大氣的高濃度瓦斯每年約2×10（8）m3。這不僅對區(qū)域環(huán)境造成嚴(yán)重影響，同時也是煤礦安全生產(chǎn)的最大隱患。

1.2.4粉塵

煤礦綜采工作面、機(jī)掘工作面和運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)等生產(chǎn)過程產(chǎn)生的粉塵污染，不僅給礦山帶來安全隱患，給礦工身體健康帶來嚴(yán)重的影響，同時粉塵排出地面也對大氣環(huán)境造成污染。另外，采煤引起的滑坡、泥石流、矸石山自燃等導(dǎo)致人員傷亡的現(xiàn)象也時有發(fā)生。

2 煤炭開采伴隨的治理措施

2.1地表塌陷的治理措施

復(fù)墾與排矸系統(tǒng)相結(jié)合；復(fù)墾與電廠排灰相結(jié)合；改進(jìn)采掘方法，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的合理開采。下面以復(fù)墾與排矸系統(tǒng)相結(jié)合為例：煤矸石中的巖石成分主要屬于沉積巖，矸石一般可分為粘土巖矸石、砂巖矸石、粉砂巖矸石、鈣質(zhì)巖矸石和鋁質(zhì)巖矸石等。煤矸石是由無機(jī)質(zhì)和少量有機(jī)質(zhì)組成的混合物。無機(jī)質(zhì)中主要包括礦物質(zhì)和水，一般以硅鋁為主要成分，SiO2含量40%～60%，砂巖矸石的SiO2含量可高達(dá)70%，Al2O3含量為15%～30%，鋁質(zhì)巖矸石的Al2O3可達(dá)40%以上；含有數(shù)量不等的Fe2O3、CaO、MgO、SO3、K2O、Na2O、P2O5等無機(jī)物以及微量的稀有金屬，如鈦、釩、鈷等。所含堿金屬中，一般K的含量大于Na。有機(jī)質(zhì)主要包括C、H、O、N、S等。矸石充填復(fù)墾的方法流程為：井下矸石→地面→架線電機(jī)車→塌陷坑→平整→復(fù)土→種植綠化。

2.2礦井水的治理措施

目前，國內(nèi)外對煤礦水的處理技術(shù)主要有：氧化溝處理技術(shù)[2]、聚合硫酸鐵處理技術(shù)生物接觸氧化法處理技術(shù)[4]、曝氣生物濾池處理技術(shù)、硅藻土在污水處理中的應(yīng)用蘭綠藻處理技術(shù)。經(jīng)處理后的洗澡水，還可用于井下消防降塵灑水，地面矸石山灑水和地面廠區(qū)灑水等。處理生活污水用于農(nóng)業(yè)灌溉或排入附近水體，各礦井的生活污水經(jīng)過一級或二級生化處理，然后進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉或排放。

2.3煤矸石的治理措施

直接利用矸石，如鋪設(shè)道路，回填煤礦采空區(qū)和地表塌陷坑。利用矸石作為發(fā)電燃料，是矸石利用的有效途徑。目前很多礦區(qū)建立了坑口電廠，補(bǔ)充礦區(qū)用電，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤?？梢宰鼋ㄖ牧系脑?，如磚瓦、水泥、骨料等。熱量高的煤矸石可以采用氣化的方法獲得煤氣。我國目前的矸石利用率為30%，無論從環(huán)保還是從社會經(jīng)濟(jì)效益考慮，都與煤炭生產(chǎn)不相適應(yīng)。但現(xiàn)有的煤矸石的利用方法還存在許多問題，有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。下面以煤矸石磚為例具體說明一下煤矸石的用途。煤矸石的含碳量一般為10%～40%，燃燒熱值一般在2 090～4 180 kJ/kg，燒制煤矸石磚時僅需少量的煙煤作為引燃物，引發(fā)煤矸石內(nèi)碳的燃燒，就可以保持窯內(nèi)較高的溫度，比燒制黏土磚的窯內(nèi)溫度高100℃，還能用余熱干燥坯體。所以在煤礦附近建設(shè)磚廠，利用煤矸石制磚，可以節(jié)約大量的土地和能源，會有很好的環(huán)境效益[8]。

2.4煤礦大氣治理措施

我國已采取了一些對策，包括控制開采高硫煤炭，增加煤炭洗選加工，推廣固硫型煤，發(fā)展煤氣和集中供熱，改造和更新陳舊鍋爐，配備高效除塵設(shè)備，加強(qiáng)煤道氣脫硫研究和工程設(shè)施等。以配備高效除塵設(shè)備為例，一般的鍋爐可設(shè)旋風(fēng)式、袋式、濕式除塵器，其除塵效率為80%～90%。陶瓷多管旋風(fēng)器耐磨性較好，濕式除塵器還能除去煙塵中部分二氧化硫和氮氧化物，但要有污水處理裝置。水泥粉塵、坑口電站煙塵排放量較大，塵粒細(xì)小，設(shè)靜電除塵器較好，其除塵效率可達(dá)99.9%。

參考文獻(xiàn)：

[1]耿殿明，姜福興；我國煤炭礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題分析[J]；煤礦環(huán)境保護(hù)；2002年06期.

[2]王燕；煤炭開采對生態(tài)環(huán)境的影響及治理對策[J]；煤炭科學(xué)技術(shù)；2009年12期.

[3]白珩；封曉帆；李海波；煤炭開采對生態(tài)環(huán)境的影響及對策[J]；安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)（上半月刊）；2012年15期.