露天煤礦坑下環(huán)境污染的防治探討

王曉峰

（準能集團黑岱溝露天煤礦工務隊，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

在煤礦坑下環(huán)境污染治理過程中，需要從分析性、協(xié)調(diào)性、綜合性思維作為基礎出發(fā)點，并且進一步憑借單項技術、分科發(fā)展技術，常規(guī)觀測向復合技術等相關方面進行全面完善，進而實現(xiàn)煤炭開采與環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展。

一、露天煤礦概論

在煤礦實施過程中，當煤礦結構層接近地面時，如果使用露天煤礦開采技術方式相對比較經(jīng)濟，其中煤礦結構上方土壤被稱為表土。所以需要在沒有被開發(fā)的表面土壤中埋放炸藥，隨后需要使用挖泥機、挖土機、卡車等相關設備移動煤炭上表面土壤，保證表面土壤可以有效填充至已經(jīng)挖掘的礦坑結構中，而當表面土壤比移動和清除之后，煤礦結構層則會暴露，所以需要將煤礦破碎之后，運輸至煤廠開展進一步技術處理。而當?shù)V石開采完成之后，同樣需要在坑下重復填埋工作才能從根本上保證露天煤炭開采水平。由于露天煤礦開采相比傳統(tǒng)開采模式來說能夠提升煤礦獲取比例，所以成為了現(xiàn)代化煤礦能源開采的主要形式之一。

（一）平緩礦床

由于露天煤礦開采環(huán)境具有明顯的差距，為此需要使用不同類型的技術模式，其中對于平緩礦床來說，則需要使用倒堆采礦技術方式，其中煤礦物質(zhì)在開采之后需要使用機械鏟設備或者索斗鏟物質(zhì)直接收集煤礦，而在設備運轉(zhuǎn)過程中，其機械鏟基礎重量大約為索斗鏟設備的1.8 倍左右，所以煤炭物質(zhì)在剝離過程中遇到高臺階時，則需要使用索斗鏟設備[1]。

在平緩礦床實施過程中如果使用橫運采礦技術方式，其煤礦物質(zhì)需要使用排土橋、懸臂排土機遵循垂直方向?qū)⒚旱V物質(zhì)運輸至采空區(qū)，但是在坑下開采過程中所剝離臺階與煤礦實施臺階之間的空間聯(lián)系同樣受到了運輸設備型號與參數(shù)的限制和約束，但是此種約束相對較少，為此此種技術方式在實施過程中適合應用在坑下更大剝離厚度。

以上各種技術方式從經(jīng)濟效果進行綜合分析，一般以倒堆技術方式應用效果最佳，而橫運法相對較弱，但是從煤炭剝離厚度方向則相對相反，而當煤炭剝離厚度過大時，則需要使用倒堆法或橫運法，盡可能縮小運輸距離和長度，并且按照一定順序開采，最終有效將煤礦物質(zhì)有效運輸至采空區(qū)。

（二）傾斜礦床

針對傾斜礦床來說，其煤礦開采技術方式在實施過程中需要將煤炭物質(zhì)運輸至排土場，而當煤礦挖掘工作達到基礎深度之后，才可以使用坑下采空區(qū)進行內(nèi)部排放。同時，在初始位置和推進方向的選擇方面上，需要綜合考慮礦床外部形態(tài)、地質(zhì)條件、生產(chǎn)能力、煤炭運輸港式以及基礎剝離數(shù)量等相關因素，加上傾斜礦床在煤礦能源生產(chǎn)過程中其開采質(zhì)量和效率則是波動變化的，所以為了進一步降低和與減少煤炭剝離數(shù)量，進一步平衡生產(chǎn)比例，需要使用專業(yè)技術增加。

二、煤礦對坑下環(huán)境污染影響

我國煤炭能源總量十分豐富，已經(jīng)占據(jù)了一次性能源總量的90%以上，并且隨著工業(yè)行業(yè)不斷發(fā)展，煤炭占據(jù)了每年一次性能源消耗的70%以上，并且在未來發(fā)展中的一段時間內(nèi)此種比例不會產(chǎn)生較大的波動和變化。隨著露天煤礦能源開采技術水平和開采面積不斷增加，對于坑下環(huán)境同樣造成了明顯作用和不良影響，根據(jù)現(xiàn)階段我國煤礦數(shù)據(jù)統(tǒng)計最終得出相關結論：我國露天煤礦在開采過程中，每開采出萬噸煤炭則破壞了自然土地和坑下環(huán)境約0.22 公頃,其中由于挖掘破壞了至少0.12 公頃,外部土壤排放占據(jù)了0.1 公頃[2]。

（一）對生態(tài)環(huán)境影響

露天煤礦在實際開采過程中，針對坑下環(huán)造成的污染問題主要表現(xiàn)在：挖掘損壞、坑下塌陷、土壤酸化、鹽堿化以及鹽漬化等，最終導致坑下土壤以及土地不斷沙化和貧瘠化。通常來說，開采過程中裸沙1 畝,所產(chǎn)生的風力以及水資源侵蝕在直接影響至少3 畝土地，其中沙化土壤有機物質(zhì)基礎含量同樣減少79%左右，坑下自然環(huán)境的氮物質(zhì)含量同樣降低至77%,磷物質(zhì)含量降低至15.5%,物理性質(zhì)的顆粒物質(zhì)減少至50%，最終導致坑下環(huán)境和土壤嚴重貧瘠。除此之外，在露天煤礦進行煤炭能源開采過程中，以上影響因素都會對坑下生態(tài)環(huán)境造成嚴重的模塊，如果不能及時進行維護和管理，那么在水資源侵蝕作用下會導致大面積水土流失。

（二）作業(yè)面煙塵影響

由于露天煤礦在煤炭能源開采過程中，其工作面需要長期運轉(zhuǎn)導致暴露時間過長，此時如果不能進行安全防護，則會導致煤炭層不斷氧化而燃燒。同時由于煤炭層進行開采時，會作為剝離物質(zhì)進入排土場，所以一旦操作不當則會造成煤礦自燃，最終導致坑下環(huán)境被破壞。一旦露天煤礦坑下環(huán)境產(chǎn)生了自然問題和不足，環(huán)境內(nèi)部所產(chǎn)生的煙塵物質(zhì)中包含：SO2、NOX、CO、H2S 等有害氣體,會對其內(nèi)部結構產(chǎn)生巨大的影響和作用。加上坑下環(huán)境和作業(yè)面遇到潮濕天氣則會生產(chǎn)酸性的硫化物，由于該物質(zhì)具有超強的腐蝕性，一旦與鋼鐵、水泥或者操作人員相互接觸則會產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的危害[3]。

露天煤礦施工礦區(qū)產(chǎn)生粉塵源頭主要來自于大型的煤礦剝離設備挖掘、煤礦運輸和排土等相關方面，同時由于煤炭在挖掘、開采、儲存、粉碎等作業(yè)過程中同樣會產(chǎn)生大量的粉塵物質(zhì)，以上粉塵物質(zhì)在坑下作業(yè)過程中，會大量附著在植物葉片上，進而影響露天煤礦坑下作業(yè)周邊植物的光合作用，一旦陽光照射產(chǎn)生高溫則會灼傷植物。由于煤炭結構層主要成分為甲烷,為此需要利用專業(yè)系統(tǒng)進行排放，比如：直接排放、燃燒排放、通風系統(tǒng)排放等相關方面，為此在坑下作業(yè)操作過程中，需要憑借甲烷物質(zhì)特點和優(yōu)勢，致使平流層中的臭氧物質(zhì)不斷減少。

（三）對水循環(huán)系統(tǒng)影響

1.地下水污染

由于煤炭能源在開采過程中，需要長時間進行坑下操作，所以該模式不僅對地下水資源的正常循環(huán)和補給造成影響和作用，并且還會對坑下自然環(huán)境造成嚴重污染。比如：由于煤炭能源結構層的硫物質(zhì)基礎含量相對較高，并且大多數(shù)煤炭具有硫鐵礦物質(zhì),所以煤炭在氧化成酸環(huán)節(jié)上大大增加，最終形成酸性水資源最終導致pH 數(shù)值不斷超過標準要求，經(jīng)過成酸操作之后煤炭物質(zhì)同樣會造成硫酸根離子物質(zhì)基礎含量增加、鐵離子基礎含量偏高等問題。其中坑下開采過程中，其坑下水資源同樣在不斷氧化成酸過程中對于周邊圍巖結構不斷腐蝕，最終導致露天煤礦煤炭開采區(qū)域的地下水資源基礎硬度總體偏大，同時在基礎開采條件下同樣造成酚類有機物質(zhì)進行快速反應，最終造成坑下水資源環(huán)境中酚含量不斷增加。同時，坑下煤炭開采環(huán)節(jié)上如果產(chǎn)生汞物質(zhì)，則會導致朱砂被快速氧化分解，最終導致汞離子物質(zhì)進入水環(huán)境結構體系中，最終造成坑下水資源環(huán)境同樣受到不同程度的污染和影響。

2.地表水污染

第一，露天煤礦坑下能源開采過程中，隨著煤礦開采數(shù)量不斷增加，煤礦坑下水資源排出數(shù)量得到了全面提升，但是由于地表河流的自我潔凈能力相對較弱，一旦河流進入斷流時期,坑下能源開采所造成的污染會導致河流中雜質(zhì)和污水比例上升，所以，露天煤礦坑下能源開采時，如果將沒有經(jīng)過專業(yè)處理和凈化的污染水資源未經(jīng)處理的礦井污染水直接排放,那么則會導致河流以及土壤等自然資源造成嚴重的環(huán)境污染。第二，在坑下煤炭能源開采時，由于露天煤礦煤層淺埋區(qū)域和開采面積不斷擴大，則會造成煤礦采空區(qū)裂縫問題，其地面塌陷范圍同樣隨之擴大，長此以往則會造成河流基礎流量不斷降低，致使地表水資源、地下水資源以及坑下水資源產(chǎn)生直接作用力，河川徑流明顯減少。

三、煤礦對坑下環(huán)境污染防治

（一）提升環(huán)保意識

露天煤礦坑下能源是我國社會進步與經(jīng)濟發(fā)展的重要條件，而對于人類生存和生產(chǎn)來說，土地資源、生態(tài)環(huán)境等方面都成為了其核心和重要條件。而對于露天煤礦產(chǎn)區(qū)可持續(xù)發(fā)展內(nèi)容來說，其一則是保證其經(jīng)濟和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，進一步建立環(huán)境保護基礎意識，從而有效轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護相對立的落后思維模式，進而實施與礦區(qū)生產(chǎn)環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展相符合的聯(lián)合決定制度，最終制定出切實可行的露天煤礦坑下生態(tài)治理方案[4]。

（二）恢復坑下生態(tài)平衡

在坑下生態(tài)平衡治理過程中，需要根據(jù)以防為主、防治結合等相關原則，進而利用坑下工程實施和生態(tài)管理策略相結合等技術方式，針對煤礦坑下環(huán)境內(nèi)部與外部排土渠道進行結構碾壓，并且在此基礎條件上在坑下開采區(qū)域建設擋土前結構、排水通道結構等，并且在工作面需要進一步修建水平溝，從而構建出多層次基礎防護結構體系。同時對于露天煤礦開采來說，一旦坑下自然環(huán)境平衡性遭到破壞，施工人員則需要根據(jù)土地修復規(guī)定文件，積極實施邊挖掘、邊分層回填等相關操作流程。為此露天煤礦實施工程中需要積極借鑒國內(nèi)和國外先進挖掘和操作經(jīng)驗，并且充分結合露天煤礦開采地區(qū)環(huán)境特點，制定出坑下開采以及土壤復墾計劃,進一步明確煤礦坑下復墾措施,致使復墾區(qū)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槁短烀旱V的生態(tài)環(huán)境。

（三）水環(huán)境治理

在水環(huán)境治理過程中，煤礦坑下環(huán)境污染對于社會大眾生活影響極大，為此露天煤礦需要針對坑下污水建設化糞池、生化處理設施等相關處理措施，致使坑下開采所產(chǎn)生的污水經(jīng)過專業(yè)技術處理之后，能夠作為道路清潔水資源有效實現(xiàn)道路結構的降塵以及城市綠化。除此之外，還需要針對坑下煤礦開采水資源進行調(diào)節(jié)處理，為此需要在露天煤礦施工區(qū)域修建專業(yè)的凈化車間、調(diào)節(jié)池、沉泥池和回用水池,并且將經(jīng)過專業(yè)處理后的水資源作為其自身坑下場地綠化和生產(chǎn)用水等方面。

（四）煤矸石應用

針對現(xiàn)階段露天煤礦坑下能源開采現(xiàn)狀進行詳細分析，利用洗矸、煤泥和挖掘等相關操作獲得的煤矸石物質(zhì)自身普遍具備一定發(fā)熱數(shù)量，為此需要使用循環(huán)硫化床鍋爐進行燃燒發(fā)電操作，其中所得到毫無熱值白矸物質(zhì)僅僅達到了15%左右。而在坑下煤炭物質(zhì)開采過程中，由于煤矸石、洗矸、煤泥中不可燃燒部分經(jīng)過循環(huán)硫化床進行低溫燃燒之后，同樣具備一定煤炭脫離和活化作用，并且經(jīng)過燃燒所產(chǎn)生的煤灰與殘渣一定程度上是較好的建筑原材料，在工程實施過程中能夠直接用于水泥物質(zhì)中，而部門則用于石磚的制作，無論是經(jīng)濟收益還是工程效率都十分可觀?，F(xiàn)階段露天煤礦開采工程中對環(huán)境保護，坑下自然環(huán)境平衡的總體發(fā)展目標十分明確，需要在煤礦區(qū)域和地質(zhì)勘探基礎條件上，以露天煤礦開采區(qū)域作為重點內(nèi)容針對其生態(tài)平衡進行管理，進而保證露天煤礦能夠更加安全、穩(wěn)定生產(chǎn)，盡可能延長露天煤礦開采與坑下操作的具體服務年限，有效恢復露天礦區(qū)基礎生態(tài)平衡與坑下實施環(huán)境，從而完成礦區(qū)廢水、廢氣的零排放，最終致使固體廢氣物質(zhì)能夠資源化管理。

結束語

由此可見，露天煤礦生產(chǎn)以及坑下自然環(huán)境污染治理過程中，需要將煤礦生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境一體化操作，才能保證煤礦企業(yè)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。