煤礦開采引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題及其對(duì)策研究

摘 ?要：我國煤炭資源豐富，煤炭資源一直是支撐我國工業(yè)快速發(fā)展的最重要能源，但在井工開采過程中造成地面塌陷、滑坡、泥石流、水資源污染、耕地破壞、環(huán)境污染等一系列問題，給地表環(huán)境造成了巨大的破壞。文章分別從煤礦開采引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題的種類、成因及其危害進(jìn)行了闡述，并針對(duì)性的提出一些建設(shè)性的解決措施，加強(qiáng)對(duì)煤礦開采引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境破壞問題及其對(duì)策研究，對(duì)促進(jìn)礦區(qū)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

關(guān)鍵詞：煤礦開采;地質(zhì)環(huán)境;成因;危害;對(duì)策

中圖分類號(hào)：TD167 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）28-0118-03

Abstract： China is rich in coal resources， and coal resources have always been the most important energy to support the rapid development of China's industry. However， in the process of mining， it causes a series of problems， such as ground collapse， landslide， debris flow， water resources pollution， cultivated land damage， environmental pollution and so on， which cause great damage to the surface environment. This paper expounds the types， causes and hazards of the geological environmental problems caused by coal mining， and puts forward some constructive measures to strengthen the research on the damage of geological environment caused by coal mining and its countermeasures. It is of great significance to promote the sustainable development of environmental and economic benefits in mining area.

Keywords： coal mining; geological environment; cause of formation; harm; countermeasures

引言

我國煤炭資源儲(chǔ)量豐富，煤炭資源開采量位居世界前列，僅陜西北部地區(qū)面積約8萬km2含煤面積就有約3萬km2。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)埋藏1000m以淺的探明煤炭資源儲(chǔ)量約1400多億噸，煤層穩(wěn)定，構(gòu)造簡單，煤質(zhì)優(yōu)良，多年來為國家能源發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)[1]。同時(shí)，在煤炭資源開發(fā)利用過程中，長期以來存在重資源開采，輕環(huán)境保護(hù)的現(xiàn)象，再加多數(shù)煤礦生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備落后，開發(fā)方式粗放、不合理，資源利用率低，造成了一系列采空區(qū)塌陷、礦區(qū)泥石流、環(huán)境污染等大量的礦山地質(zhì)環(huán)境問題[2]，據(jù)自然資源部統(tǒng)計(jì)，陜西省2018年發(fā)生10起礦山地質(zhì)災(zāi)害，主要分布在陜西北部礦區(qū)地帶，造成死亡人數(shù)13人、失蹤1人、經(jīng)濟(jì)損失達(dá)933.9萬元，給國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來了巨大損失。

1 礦山地質(zhì)環(huán)境問題及其成因分析

1.1 地面塌陷成因

陜西省境內(nèi)煤炭資源賦存基本在地下100米以下，開采方式皆使用地下開采方式。煤礦地下開采過程中會(huì)造成大片的采空區(qū)，當(dāng)采空區(qū)長度達(dá)到幾十米，甚至上百米時(shí)，采空區(qū)上方的巖層在重力作用下會(huì)逐漸垮落，隨著開采范圍的不斷擴(kuò)大，采空區(qū)范圍就會(huì)隨之?dāng)U大，如果不采取有效的防護(hù)措施，地面就會(huì)逐步形成塌陷區(qū)，并逐漸擴(kuò)大，直至地下資源開采結(jié)束數(shù)年以后，上覆巖層沉降才會(huì)趨于穩(wěn)定，地表塌陷才逐步結(jié)束。

1.2 滑坡、泥石流成因

滑坡形成的條件：坡體兩側(cè)或單側(cè)有切割面，坡前形成滑動(dòng)空間，巖、土體被切割成不連續(xù)狀態(tài)，在自身重力或外界誘發(fā)力的作用下向下滑動(dòng)，即產(chǎn)生了滑坡現(xiàn)象。礦山建設(shè)過程一方面因地面施工難免會(huì)對(duì)山坡坡腳進(jìn)行開挖，形成坡面角較大的地形，另一方面基建過程中大量的地下巖石、土地需要排出，形成一個(gè)大型的排土場。在雨季，當(dāng)雨水較大時(shí)，尤其是遇到強(qiáng)降雨時(shí)，開挖的坡體和排土場最容易發(fā)生滑坡。泥石流形成的條件必須具備：豐富的固體物源、較陡的地勢和充足的雨水三個(gè)條件。煤炭資源開采中形成大量的煤矸石、礦渣、泥煤等固體廢棄物，地面煤場選礦過程中也會(huì)產(chǎn)生大量的尾礦，這些廢棄的固體廢棄物大多堆放在山坡或溝谷中，在多年不遇的強(qiáng)降雨下，極易發(fā)生泥石流災(zāi)害。

1.3 地下水破壞成因

在埋深上百米的地下，煤層開采完后采煤機(jī)支架隨之前移，后方就會(huì)形成大片的采空區(qū)，隨著支架的不斷前移，采空區(qū)范圍也不斷增大，上覆巖體在自身重力作用下逐漸開裂、剝離、貫通，形成裂縫帶和剝離層，破壞原始的含水層結(jié)構(gòu)。一方面，含水層中的地下水隨著裂縫帶進(jìn)入采煤巷道和采空區(qū)，導(dǎo)致地下水位嚴(yán)重下降，灌溉困難，井水枯竭等現(xiàn)象;另一方面，當(dāng)?shù)叵铝芽p上升到地表時(shí)，地表水也會(huì)隨著裂縫進(jìn)入地下，導(dǎo)致地表河流水量變小，甚至枯竭。同時(shí)，為保證井下礦工的安全生產(chǎn)，留入巷道中的地下水必須通過水泵排到地表，造成了地下水的大量浪費(fèi)。

1.4 地貌景觀破壞成因

地下開采過程中切割的巖體，選礦過程中產(chǎn)生的煤矸石等尾礦，以及露天礦場剝離的土體、巖體等固體廢棄物，堆放在地面，造成一座座礦渣堆、尾礦庫和排土場，壓占了大量土地。同時(shí)，煤炭中含有大量的硫、氮等危害元素，長期堆放造成周邊環(huán)境污染破壞。地下大片的采空區(qū)導(dǎo)致上覆巖土下沉，在地表形成一個(gè)個(gè)巨大的塌陷坑。采空區(qū)下沉引發(fā)的地裂縫、甚至地表塌陷，破壞農(nóng)田水利設(shè)施，毀壞大片耕地。露天開采導(dǎo)致地表植被破壞，造成巖石裸露、山體破損等地貌景觀破壞。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境問題的危害

2.1 破壞耕地

煤礦主要有兩種開采方式：露天開采、地下開采。露天開采需要將地表剝離，不僅剝離區(qū)會(huì)破壞大量的耕地，而且剝離體堆放區(qū)也會(huì)占用大量耕地，開采完畢后大部分煤礦都沒有進(jìn)行有效的填埋復(fù)墾，造成大量耕地資源荒漠化。地下開采造成地表裂縫、塌陷坑以及地表標(biāo)高下降等破壞，這些破壞小的方面會(huì)造成許多積水坑，導(dǎo)致土質(zhì)的鹽堿化，降低土地的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，嚴(yán)重的直接破壞表土層水系導(dǎo)致植被無法生長，耕地逐漸消失。井下開采過程中產(chǎn)生的煤矸石等固體廢棄物的堆放占用大量耕地，據(jù)有關(guān)資料顯示，我國目前現(xiàn)有煤矸石山堆積總量約28億噸，占地總面積約57萬多平方米。如此龐大的土地壓占面積可想而知會(huì)造成多大的耕地量損失。此外，煤矸石造成的土地壓占若是不能得到及時(shí)處理，煤矸石的自然特性極有可能破壞所壓占土地的地質(zhì)，使其變得更加難以利用，而且這種影響是長遠(yuǎn)的，短期內(nèi)很難得到根治。煤矸石等固體廢棄物中含有大量的危害元素，在遭遇到雨水后還會(huì)呈現(xiàn)出或酸或堿的特性，在雨水的沖刷下隨地表徑流滲入周圍土壤，使耕地失去耕種價(jià)值[3]。

2.2 污染環(huán)境

礦區(qū)固體廢棄物長期大量堆放除占用大量土地外，還污染水和大氣[4]。對(duì)水的污染主要包括兩個(gè)方面：一是地面堆積的尾礦中含有大量的有害礦物元素，這些礦物元素通過地面降雨淋濾作用漸漸滲透到地表、地下污染水體;二是采礦過程中產(chǎn)生的礦坑水未經(jīng)處理直接排放污染水體。對(duì)大氣的污染主要包括：一是煤矸石自燃，一方面產(chǎn)生大量的SO2、CO2及CO等有害氣體，排放到大氣中污染空氣，另一方面是自燃大多發(fā)生在夏天，煤矸石自燃無形中形成一種熱效應(yīng)，使礦區(qū)周圍氣溫高于別的地方，不利于植物生長和人們正常生活;二是固體廢棄物碎小顆粒，尤其是煤矸石粉末，在風(fēng)的作用下漂浮在空氣當(dāng)中，隨著正常呼吸進(jìn)入人體呼吸道，引起呼吸道疾病，給當(dāng)?shù)厝藗兊纳】祹韲?yán)重危害。

2.3 人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失

嚴(yán)重的礦山地質(zhì)災(zāi)害，如泥石流、滑坡、塌陷等，給人們的財(cái)產(chǎn)造成巨大損失，甚至造成生命危險(xiǎn)。2018年9月山西臨汾市新塔礦業(yè)有限公司的尾礦庫壩體發(fā)生垮塌，長期堆放的尾礦、煤矸石、泥煤產(chǎn)生黑色的泥石流奔瀉而出，不到一分鐘的時(shí)間，吞沒了下游的房屋和辦公設(shè)施，造成大量人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。2008年8月，山西太原鋼鐵集團(tuán)尖山鐵礦排土場產(chǎn)生垮塌，使黃土山梁土體產(chǎn)生向下移動(dòng)，掩埋了坡腳下的部分房屋，造成嚴(yán)重的人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。2002年至2012年期間，陜北地區(qū)某村莊整個(gè)地面塌陷，導(dǎo)致墻體、房屋開裂，公共設(shè)施、道路等破壞，居民無法正常居住，整體搬遷形成空心村，大片耕地荒廢，根據(jù)中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院統(tǒng)計(jì)，截止2014年，我國因礦產(chǎn)資源開發(fā)引發(fā)的地面塌陷4316處，形成塌陷坑9747處。2019年1月28日，巴西米納斯吉拉斯州發(fā)生礦壩決堤事故，當(dāng)場造成58人死亡，300多人失蹤。

3 解決措施及建議

3.1 合理開采

地下開采煤礦實(shí)施充填式開采技術(shù)，將煤礦尾礦、煤矸石、廢渣等固體物充填到采空區(qū)，既可有效控制地面塌陷，對(duì)地下含水層進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)水資源的源頭保護(hù)，又可以減少煤矸石排到地表占用土地、污染環(huán)境[5，6]。露天開采煤礦實(shí)施土方內(nèi)排開采技術(shù)，通過加大土方內(nèi)排基地處理力度，擴(kuò)大土方內(nèi)排總量，減少廢棄土方的外排量，從根本上降低排土場對(duì)土地的占用量和破壞程度[7]。規(guī)范或禁止地方小煤礦開采，由于受技術(shù)、資金、地質(zhì)等因素的限制，地方小煤礦在開采過程中不僅造成資源的大量浪費(fèi)，而且相比于大型礦井，地方小煤礦大多屬于私人企業(yè)，一味的追求經(jīng)濟(jì)效益，更加忽略了環(huán)境保護(hù)，造成嚴(yán)重的地質(zhì)環(huán)境問題。

3.2 現(xiàn)代化礦井建設(shè)

煤-水雙資源礦井是指在正常開采煤炭資源的過程中，盡可能少的疏排地下水，并將疏排到地表的礦井水最大程度的合理利用或全部利用，保護(hù)礦區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境。中國礦業(yè)大學(xué)武強(qiáng)教授提出：礦井地下水“控制、利用、生態(tài)環(huán)?！比灰惑w相結(jié)合開發(fā)利用的模式[8]，實(shí)現(xiàn)了煤炭和水資源開發(fā)與礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)相協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展道路。建設(shè)煤-水雙資源型礦井，一方面有力的避免了水資源的浪費(fèi)和污染，尤其是我國北方地區(qū)，煤炭資源豐富而水資源極為貧乏，另一方面減少了礦井水的危害，礦井透水事故是煤礦最主要的危害之一，每年都會(huì)給國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失[9，10]。綠色礦山是綜合考慮煤炭、土地、瓦斯、水等資源，從整體上減輕煤礦開采對(duì)環(huán)境造成的破壞，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益及社會(huì)效益共同發(fā)展[11]。著名的礦產(chǎn)資源專家錢名高提出煤炭資源綠色開采體系：保水開采解決地下水資源破壞問題;煤與瓦斯共采解決資源浪費(fèi)和大氣污染問題;煤矸石與巷道巖體回填解決煤矸石污染和采空沉降塌陷問題;煤炭資源氣化和全封閉通道輸送技術(shù)解決地表環(huán)境污染問題。煤炭資源綠色開采體系是貫徹可持續(xù)發(fā)展理念的實(shí)踐，不僅可以充分利用有限的煤炭資源，提高資源利用率，而且對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)中國經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展都具有重要意義。

3.3 廢渣利用

煤礦廢渣主要是指煤矸石。煤矸石長期堆放在地表，不僅大面積占用土地、堵塞河道，而且很大程度地污染水體和環(huán)境，甚至?xí)匀家鸹馂?zāi)。煤矸石是一種潛在的二次資源，可以利用煤矸石燃燒發(fā)熱、燒磚、鋪路以及進(jìn)行煅燒生產(chǎn)水泥、陶瓷的原料，甚至生產(chǎn)石化、涂料等原料。實(shí)現(xiàn)煤矸石資源的再利用，不僅可以有效的減少資源的浪費(fèi)，而且達(dá)到了保護(hù)環(huán)境的目的。將煤矸石在井下直接充填到采空區(qū)，既可有效控制地面塌陷，又可以減少煤矸石排出地表，從源頭上解決廢渣的利用。

3.4 環(huán)境保護(hù)與治理

一是加強(qiáng)相關(guān)政策、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的制定和監(jiān)督實(shí)施。目前我國在礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理方面已經(jīng)出臺(tái)了《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和治理規(guī)劃》、《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定》、《土地復(fù)墾規(guī)范》等文件，用來規(guī)范和引導(dǎo)企業(yè)和政府加強(qiáng)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)[12]。一方面建議地方政府針對(duì)本地區(qū)的特殊情況制定一些高于國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的地方標(biāo)準(zhǔn)，另一方面需要采取相應(yīng)政策手段來確保落實(shí)到位。二是逐步形成一種政府主導(dǎo)、企業(yè)主體、市場運(yùn)作、社會(huì)參與的礦山環(huán)境治理模式，建設(shè)礦山地質(zhì)公園、礦山遺跡觀摩景區(qū)、生態(tài)園區(qū)，一方面解決了礦山地質(zhì)環(huán)境問題，另一方面解決了部分農(nóng)民再就業(yè)安置問題，給農(nóng)民帶來了收入，實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)三大效益的和諧共贏。

4 結(jié)束語

煤礦開采造成的地質(zhì)環(huán)境破壞不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題，而且給人類賴以生存的水體、土地、生物等資源造成了污染，直接影響人類的正常生活，甚至給生命財(cái)產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的威脅。事實(shí)表明：粗放型的能源開發(fā)模式早已不適合我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，尋求一條煤礦開采與社會(huì)環(huán)境和諧、共存、綠色發(fā)展的長久之計(jì)勢在必行。加強(qiáng)礦山地質(zhì)環(huán)境治理研究，一方面可以消除潛在的地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境破壞的隱患，另一方面可以實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)秀利用與環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展。

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