山西省煤層自燃危害及環(huán)境影響研究

文_田晶晶 山西省煤炭地質(zhì)資源環(huán)境調(diào)查院

煤層自燃指地下賦存的煤體發(fā)生自燃后，沿著煤層發(fā)展所形成的煤自燃現(xiàn)象。煤層發(fā)生自燃給礦山生產(chǎn)及其周圍生態(tài)環(huán)境造成了嚴重影響，不僅大面積吞噬煤炭這一寶貴的不可再生資源，同時產(chǎn)生大量的二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等有害煙氣，給大氣環(huán)境、森林植被、水土資源、周圍生態(tài)環(huán)境、旅游人文景觀、經(jīng)濟發(fā)展等帶來了嚴重的破壞和影響，同時也誘發(fā)各種地質(zhì)災(zāi)害，對人民的生命財產(chǎn)和生存環(huán)境造成了嚴重破壞。

1 煤層自燃破壞煤炭資源

山西是煤炭大省，煤炭資源儲量大、品種全，主要含煤地層為石炭二疊系太原組和山西組，遍布全省，其次為侏羅系大同組，僅分布于晉北大同煤田北部和寧武煤田中段。由于各煤田地質(zhì)條件和煤炭開采條件的不均衡，造成了煤層自燃的非均質(zhì)性。此此，本文以山西省地質(zhì)構(gòu)造和含煤建造為前提，以大同、平朔、朔南、河保偏、軒崗、武夏、潞安、晉城、汾西、鄉(xiāng)寧、離柳、西山、陽泉、石隰、嵐縣、霍東、東山、霍州18 個煤炭開發(fā)礦區(qū)及渾源、五臺、繁峙等幾個煤產(chǎn)地為分析對象，針對山西省境內(nèi)煤層自燃狀況進行研究。

據(jù)研究結(jié)果顯示，山西省易自燃的煤層主要賦存在侏羅系和石炭系太原組；自燃類型主要為井下火和露天煤礦火。目前山西省已經(jīng)查明正在燃燒的火區(qū)共129 處，燃燒區(qū)面積18.38km2，燃燒損失煤炭資源量11741 萬t；熄滅火區(qū)232 處，熄滅區(qū)面積38.21km2，燃燒損失煤炭資源量13197 萬t；煤火總面積56.59km2，煤層自燃燃燒損失煤炭資源總量24938 萬t。

2 煤層自燃對土地資源的破壞

自燃形成的地面沉降使地貌發(fā)生變化，改變原有的景觀。地面沉降和崩塌直接導(dǎo)致地形的改變，使原本完好的地表千瘡百孔。另外由于地表變得更加破碎，還加速和擴大了自燃因素所引起的土壤破壞和巖石的侵蝕，造成土地沙化和水土流失，地表植被覆蓋率降低。煤層自燃除產(chǎn)生這些宏觀上的地表地貌和地形的變化外，還會使煤層上覆巖層或土壤的物化結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，形成燒變巖和燒變土壤，從而導(dǎo)致區(qū)域地下水水質(zhì)及其露頭處地表水水質(zhì)變劣，影響森林及草地的正常生長。

山西省煤層自燃區(qū)域劃分為煤層自燃燃燒區(qū)和熄滅區(qū)，區(qū)內(nèi)煤層自燃對土地資源及地形地貌均有一定程度的破壞。經(jīng)估算，山西省煤層自燃損毀的土地資源總面積為101.11km2，其中，燃燒區(qū)損毀面積62.9km2，熄滅區(qū)損毀面積38.21km2，詳見表1、表2。

3 煤層自燃破壞生態(tài)環(huán)境

煤層自燃排放出大量的一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、粉塵等，造成低空環(huán)境質(zhì)量變壞。另外，煤炭中的金屬和非金屬元素經(jīng)過高溫燃燒，生成酸性與堿性化合物，對火區(qū)附近的地表水和淺層地下水造成影響。燃燒過后，地表上部形成大面積的焦土和燒變巖塊，使地面寸草不生，破壞了區(qū)域的生態(tài)環(huán)境并威脅著區(qū)域內(nèi)居民的人身安全。

3.1 地表水環(huán)境影響

在收集當(dāng)?shù)刭Y料的基礎(chǔ)上調(diào)查各重點自燃區(qū)地表水系，篩選受影響較大的河流，測定樣品的溶解氧、pH、硫化物、化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5），分析煤層自燃對地表水的影響和破壞情況。

采樣點所在河段屬于III 類功能區(qū)的有：襄垣后灣水庫、長治漳澤水庫、朔州東榆林水庫、寧武段汾河、寧武段恢河、平遙段汾河及太原段汾河。采樣點所在河段屬于IV 類功能區(qū)的有：大同段口泉河、平順段濁漳河、長子申村水庫、屯留屯絳水庫、武鄉(xiāng)關(guān)河水庫、朔州段七里河、朔州段恢河。采樣點所在河段屬于V 類功能區(qū)的有：柳林段三川河。其中，寧武段恢河、平遙段汾河及太原段汾河沒有達到III 類功能區(qū)水質(zhì)要求，朔州段七里河沒有達到IV 類功能區(qū)水質(zhì)要求，其余全部達到標準。

3.2 地下水環(huán)境影響

為分析評估煤層自燃對地下水的影響和影響程度，監(jiān)測重點為供水目的的含水層或者居民飲用水井以及具有重要生態(tài)價值的泉水水源。收集的各區(qū)域基礎(chǔ)資料及野外勘查結(jié)果，最終確定22 個監(jiān)測點位，11 項監(jiān)測項目（pH、總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氟化物、砷、鎘、鐵、汞、錳、高錳酸鉀指數(shù)），每個點位連續(xù)2 天采樣，每天1 次，共采集484 個地下水樣，監(jiān)測結(jié)果顯示均達到《地下水質(zhì)量標準》（GB/T14848-2017）中Ⅲ類水質(zhì)標準。

3.3 大氣環(huán)境影響

根據(jù)煤層自燃排放大量煙塵及個別點位具有刺激性氣味等研究項目特征，監(jiān)測大同市（7 個點位）、寧武縣（4 個點位）、河曲縣（2 個點位）、保德縣（1 個點位）、陽泉市（2 個點位）、古交市（4 個點位）、陵川縣（1 個點位）、春景洼（3 個點位）共24 個點位。確定5 項監(jiān)測項目，分別為：粒徑＜100μm 的總懸浮顆粒物（TSP）、粒徑＜10μm 的可吸入顆粒物（PM10）、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳。

由各采樣點核算出自燃點排放的煙粉塵平均濃度0.25mg/Nm3，二氧化硫平均濃度（0.043mg/Nm3）、二氧化氮平均濃度（0.021mg/Nm3）、一氧化碳平均濃度（0.029g/Nm3），按照各區(qū)火點排放煙粉塵的平均速率2.0m3/s，運用環(huán)評工具箱EIA（2008）軟件中無組織面源污染物擴散模型算出源排放速率煙粉塵為6.2g/s，二氧化硫（1.15g/s）、二氧化氮（0.49g/s)、一氧化碳（8.3g/s）。參考煤層自燃燃燒區(qū)數(shù)目，估算山西省煤層自燃區(qū)每年排放煙粉塵總量為2.52 萬t，二氧化硫總量為1.30 萬t，二氧化氮總量為0.55 萬t，一氧化碳總量為9.34 萬t。煤層自燃區(qū)排放的污染物總量不能忽略，對周邊空氣質(zhì)量影響較大。

3.4 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量影響

煤層自燃區(qū)域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀以輕度侵蝕為主，微度侵蝕和中度侵蝕次之。生態(tài)環(huán)境敏感性均以輕度和中度敏感為主。煤層自燃區(qū)局部范圍如燃燒點地塊，寧武春景洼、大同青瓷窯等出現(xiàn)了敏感和極敏感現(xiàn)象，原有自然景觀及生態(tài)系統(tǒng)受到了較大程度的破壞。

煤層自燃區(qū)排放的污染物總量不能忽略，加劇了局部地區(qū)降水中酸性物質(zhì)的增加和光化學(xué)煙霧的形成，同時煤層自燃對周邊環(huán)境及相鄰區(qū)域的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了影響。為使山西省煤炭生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，煤層自燃的治理迫在眉睫。

3.5 影響旅游景區(qū)環(huán)境

煤層自燃帶來危害主要表現(xiàn)在地面塌陷、裂縫，空氣污染，煤炭資源破壞，植被破壞以及生物生存和人體健康等方面，對旅游景區(qū)而言，主要體現(xiàn)在對景區(qū)環(huán)境和景區(qū)空氣質(zhì)量的危害。

山西省目前已開放的近500 個景區(qū)中，大約有134 個分布六大煤田中，其中3A 級以上和國家級景區(qū)有52 個。調(diào)查的44 個區(qū)塊中大約分布有70 多個景區(qū)，有些景區(qū)距離煤層自燃火點較近。就目前煤層自燃面積而言，地面坍塌、地裂并未直接與景區(qū)重疊，但對景區(qū)周邊環(huán)境影響，尤其是交通道路的影響較大。煤層自燃不僅對旅游景區(qū)環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生影響，更重要的是影響景區(qū)旅游活動及其旅游者和旅游從業(yè)者的身心健康和生活質(zhì)量。

3.6 影響煤礦生產(chǎn)安全

地下煤層自燃可將煤層燃燒成燒空區(qū)，燒空區(qū)內(nèi)的上覆巖層失去下部巖層的支撐，加之自燃對上覆巖層的烘烤也改變了巖石的物理化學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致上覆巖層在重力作用下發(fā)生垮塌，形成地面坍塌、地裂縫。此外在采空區(qū)，煤層自燃還可能會燒垮煤礦采煤時預(yù)見留的，柱從而造成地面塌陷、裂縫。地下煤層燃燒以后，火勢可能會沿地裂縫向上蔓延引起次生火災(zāi)，擴大火災(zāi)范圍，嚴重時可能會造成瓦斯、煤塵爆炸等事故，造成人員傷亡。

4 結(jié)語

山西省煤層自燃區(qū)不完全統(tǒng)計火點數(shù)目共312 個，根據(jù)以上分析討論看出煤層自燃對環(huán)境中地表水、地下水、大氣以及生態(tài)環(huán)境都產(chǎn)生了比較嚴重的不利影響。煤層自燃危害嚴重，涉及的點多面廣，開展動態(tài)監(jiān)測，做好及時預(yù)防和治理工作十分重要。