安太堡露天礦環(huán)境治理及現(xiàn)狀分析

李 娟，趙雪峰

（中煤平朔集團有限公司 安太堡露天礦，山西 朔州 036006）

露天煤礦現(xiàn)場生產(chǎn)中，穿爆、采裝、運輸、排土等各環(huán)節(jié)會產(chǎn)生揚塵，采出的煤炭、煤矸石則會在堆積過程中產(chǎn)生有害氣體污染空氣。解決露天煤礦突出的環(huán)境問題，促進經(jīng)濟、社會與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展和實施可持續(xù)發(fā)展，是露天煤礦面臨的重要而又艱巨的任務。目前，安太堡露天礦通過采取預濕爆量、覆蓋、噴霧、灑水降塵、安裝除塵設施、綠化及土地復墾等多措并舉治理環(huán)境污染，已逐步打造出綠色低碳的生態(tài)環(huán)保經(jīng)濟區(qū)模式，大力改善了礦坑環(huán)境。

1 礦區(qū)概況

安太堡礦區(qū)位于寧武煤田北端，地理位置在朔州市區(qū)與平魯區(qū)交界處，坐標為東經(jīng)112°18′～112°24′，北緯39°32′～39°35′，礦坑呈不規(guī)則多邊形。礦區(qū)周邊交通便利，運煤專線直通北同蒲線上的大新站，直距16 km，可與全國各大城市相接；本礦西南方向有朔州-平魯公路可行，北東部有平魯-小平易公路通過，往南東距離208 國道和大運高速公路分別為18、50 km。

1）地形地貌。安太堡礦地處山西省北部，北、東、西三面環(huán)山，東有洪濤山、北西有西石山脈，南接朔縣平原。礦區(qū)屬于高原平朔臺地之低山丘陵，全區(qū)多為黃土覆蓋，形成梁垣卯等黃土高原地貌景觀。礦區(qū)內(nèi)地形由北東向南西傾斜，相對高差約210 m 左右。由于露天開采拉溝與剝離物的回填堆積，目前礦區(qū)最高點標高為1 420 m，最低點標高為1 020 m，相對高差400 m。

2）氣候特征。安太堡露天礦地處山西朔州平魯區(qū)，平魯境內(nèi)屬北溫帶大陸性季風氣候，四季分明。春冬兩季風大，風向以西北風為主，風沙嚴重，天氣寒冷干燥；夏季涼爽短促，秋季溫差變化劇烈霜降早，夏秋兩季過渡快。礦區(qū)氣溫年較差和日較差大，晝夜溫差也大，年平均氣溫為5.4～13.8 ℃，日溫差一般在18～25 ℃以上。礦區(qū)年日照時數(shù)平均為2 693.3 h，全年雨少，1 年之內(nèi)各月降水量分布極不均勻，全年降水總量的65.2%集中在6—8 月間。礦區(qū)年平均降水量426.7 mm，而年平均蒸發(fā)量則為2 006.7 mm，相當于5 倍降水量。礦區(qū)年最大濕度為80%，最小為0。

3）礦區(qū)采選工藝。安太堡礦于1982 年開始籌備，1985 年7 月開工建設，經(jīng)過“三年準備，兩年建設”，于1987 年9 月建成投產(chǎn)，是迄今為止我國煤炭行業(yè)引進外資、技術、設備和管理的最大項目。剝離采用單斗-卡車工藝；原煤采用單斗-卡車-帶式輸送機半連續(xù)工藝，現(xiàn)場實現(xiàn)100%機械化作業(yè)。

2 露天開采造成的環(huán)境污染

安太堡礦現(xiàn)場作業(yè)環(huán)節(jié)包括穿孔、爆破、采掘、運輸和排土。在這些環(huán)節(jié)中產(chǎn)生大量的粉塵、煤塵及有害氣體，同時，露天開采作業(yè)過程中占用土地資源，排棄物料堆積破壞地表植被，導致水土流失風沙大。

2.1 有害氣體對環(huán)境的污染

1）煤自燃。安太堡礦采煤是通過爆破將原煤暴露在空氣中，導致煤炭與空氣接觸發(fā)生氧化反應，產(chǎn)生熱量，當溫度達到著火點后就會發(fā)生煤炭自燃。煤自燃產(chǎn)生大量煤煙，其中含有細微煙塵、氮氧化物、碳氫化物和碳氧化物等有害氣體。

2）煤矸石。煤炭開采過程中剝離產(chǎn)生的固體廢物主要就是煤矸石，它是在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。煤矸石不僅堆積占地，而且還能自燃，產(chǎn)生H2S、SO2、CO 等有害氣體和煙塵，污染空氣。

3）機動車尾氣。機動車尾氣成分復雜，含有CO、SO2、未燃燒的烴類、氮氧化物、鉛等多種有害物質(zhì)，不僅會危害人體健康，還會導致溫室效應或有害的光化學煙霧。其中CO 對人體全身的組織細胞均有毒性，尤其對大腦皮質(zhì)的影響最為嚴重；未燃燒的烴類會致癌，導致溫室效應或有害的光化學煙霧；氮氧化物除了會誘發(fā)支氣管炎或肺氣腫，還會造成光化學煙霧或酸雨，減少平流層臭；氧顆粒物污染會引發(fā)霧霾，主要是PM2.5 與PM10 這2 類，危害人體健康，影響植物生長，造成酸雨。

安太堡露天礦礦坑采掘機械化程度100%，主要采礦工程設備有174 臺，其中主要為電鏟11 臺、反鏟5 臺、前裝機1 臺、運輸卡車71 臺、穿孔鉆機10臺及其他工程機械等輔助設備76 臺。礦坑煤炭及剝離物料運輸均涉及卡車運輸，另外還有各種輕型皮卡車及推土機、平路機等工程機械每日在礦坑運行，這些設備排放的尾氣，對大氣造成污染。

2.2 粉塵造成的污染

安太堡礦現(xiàn)場作業(yè)過程中會產(chǎn)生各種巖礦微粒，主要包括巖塵和煤塵，統(tǒng)稱為煤礦粉塵。礦塵按粒徑大小分為粗塵、細塵、微塵和超微塵4 類。粒徑大于40 μm 的是粗塵，粗塵極易在空氣中沉降；粒徑介于10～40 μm 的是細塵，細塵肉眼可見，在靜止空氣中可加速沉降；粒徑介于0.25～10 μm 的是微塵，微塵需通過光學顯微鏡方可觀察到，在靜止空氣中勻速沉降；粉徑小于0.25 μm 的是超微塵，要用電子顯微鏡才可以觀察到，在空氣中擴散運動。

研究表明，穿孔、爆破和采裝作業(yè)產(chǎn)生的粉塵多為含硅塵和煤塵，并含有一氧化碳、二氧化氮及丙烯醛[1]。而卡車運輸、皮帶運煤及土場排棄作業(yè)都會產(chǎn)生揚塵，尤其是煤炭運輸過程中產(chǎn)生的煤塵除了可能引發(fā)職業(yè)病，煤塵覆蓋在礦坑植被表面，還會造成火災隱患。

2.3 煤層開采破壞生態(tài)平衡

據(jù)國土資源部的調(diào)查，我國露天開采每萬噸煤約破壞土地0.22 hm2，其中挖掘破壞為0.12 hm2、外排土場壓占0.1 hm2，另外，露采破壞的土地還將以每年8%～9%的速度遞增[2]。所以露天煤礦的開采，造成了嚴重的水土流失、土地沙化和地表塌陷等問題，而這些問題導致的危害并不是立竿見影，而是長期漸變的。

3 安太堡露天礦開采過程中的環(huán)境治理

安太堡露天礦結(jié)合自身的實際情況，按照GB 50197—2005《煤炭工業(yè)露天礦設計規(guī)范》進行環(huán)境治理方面的設計，執(zhí)行國家和省、自治區(qū)、直轄市地方政府頒布的法令、法規(guī)、政策、標準和規(guī)定[3]，采取了一系列的環(huán)境治理對策。

3.1 有害氣體對大氣造成污染的環(huán)境治理對策

1）砂子覆蓋。安太堡露天礦為了不讓煤炭與空氣接觸發(fā)生氧化反應，煤堆的堆放時間嚴禁超過3個月。對3 個月以上不采的煤層，用10 cm 厚的砂子覆蓋，從而阻止煤的氧化自燃或延長發(fā)火期。

2）分類堆放。為防止煤矸石自燃，將選煤矸石采用分類堆放、覆蓋黃土等措施，并合理將不具有危險特性的選煤矸石與剝離物一起排入排土場。

3）升級油品。安太堡露天礦針對坑下現(xiàn)有設備，升級油品質(zhì)量，并按照國六排放標準，對輕型汽油機、輕重型柴油機的后處理系統(tǒng)進行尾氣處理。這里說的排氣后處理系統(tǒng)是指催化器、顆粒捕集器等各種安裝在發(fā)動機下游的削減尾氣中污染物含量的裝置。安太堡露天礦在處理設備尾氣時，為設備添加燃油添加劑，來彌補燃油自身品質(zhì)不足而導致的車輛問題；對于輕型設備必須安裝或者自帶三元催化器。

3.2 防塵措施

1）穿孔作業(yè)的防塵措施。在穿孔作業(yè)中，粉塵危害問題比較突出。目前，穿孔機除塵措施可歸納為干式捕塵、濕式除塵、干濕結(jié)合除塵3 種方式。干式捕塵的前級除塵系統(tǒng)多為沉降箱和旋風除塵器，末級除塵則以袋式收塵器最好。濕式除塵是利用洗滌液（一般為水）與含塵氣體充分接觸，將塵粒洗滌下來而使氣體凈化，這種除塵方式特別適宜于處理高溫、高濕、易燃、易爆的含塵氣體[4]。濕式除塵效果要優(yōu)于干式補塵，但濕式除塵劑易腐蝕設備，在低溫環(huán)境易結(jié)凍，比一般干式除塵的操作費用要高。安太堡礦地處平魯區(qū)境內(nèi)，受平魯區(qū)氣候特征條件限制，安太堡露天礦穿孔作業(yè)采用干式捕塵。

2）爆破作業(yè)的防塵措施。爆破作業(yè)的產(chǎn)塵量主要與炸藥數(shù)量、爆破方法和礦塵物理性質(zhì)及濕潤程度有關?，F(xiàn)在采用的爆破降塵方法主要有水封爆破降塵、噴霧降塵及水幕降塵。安太堡露天礦在進行爆破作業(yè)時，會觀察當天風力情況，安排霧炮車在炮區(qū)周圍噴霧，來達到爆破降塵的目的。

3）采掘作業(yè)的防塵措施。露天礦在采掘作業(yè)中，爆量揚塵較重，現(xiàn)在多采用預濕爆量的方法控制揚塵。安太堡露天礦在現(xiàn)場生產(chǎn)過程中，一是通過水車將打壓的水對爆量進行澆注預濕，二是通過鋪設管路引流水對開采爆堆進行預濕。

4）運輸作業(yè)的防塵措施。首先是卡車運輸?shù)姆缐m措施。根據(jù)國家有關規(guī)定，露天礦要對現(xiàn)場運輸作業(yè)進行抑塵處理。目前安太堡露天礦卡車運輸作業(yè)防塵主要是通過灑水車灑水來治理，冬季作業(yè)時噴灑防凍液，既防滑又防塵。灑水防塵作業(yè)主要在于濕潤顆粒細小的干燥粉塵，增加粉塵的含濕量，當?shù)缆飞蠅m土含水量達10 %以上時，粉塵就不會飛揚起來[1]。而抑塵劑的工作機理是通過捕捉、吸附、團聚粉塵微粒，將其緊鎖于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之內(nèi)，起到濕潤、黏接、凝結(jié)、吸濕、防塵、防浸蝕和抗沖刷的作用，使用抑塵劑可以明顯減少運煤損失和有效防止煤塵對周邊環(huán)境污染。DB 14/2270—2021《煤炭洗選行業(yè)污染物排放標準》中明確要求原煤、精煤、中煤、煤矸石等物料應封閉輸送；原煤帶式輸送機轉(zhuǎn)載點應封閉或設置集氣罩，并配置除塵設施；破碎過程中破碎機進、出料口應封閉或設置集氣罩，并配置除塵設施[5]。安太堡露天礦原煤采用單斗-卡車-帶式輸送機半連續(xù)工藝，在原煤帶式輸送機運輸中，設置防塵罩，間隔200 m 設置隔斷噴霧，同時在轉(zhuǎn)載點設置防塵噴淋，在破碎站安裝射霧器，作業(yè)時噴霧降塵。同時要求及時清理棧橋等封閉空間的浮煤，清掃或沖洗沉積煤塵。

5）土場排棄作業(yè)的防塵措施。安太堡露天礦在排土作業(yè)中，安排水車與霧炮車等設備，對土場排棄物料進行噴霧降塵，利用水霧吸附空氣中雜質(zhì)，達到降塵、加濕等多重功效。

6）個體防護。在實施上述防塵措施以后，仍有小部分的細微粉塵彌漫于空氣中，因此加強個體防塵也是綜合防塵的一個重要方面。個體防塵的主要用具是防塵口罩，安太堡露天礦為職工配備3M 9501V帶閥顆粒物防霧霾kn95 口罩，并不定期培訓職工正確使用勞動防護用品。

3.3 土地復墾

GB 50197—2005《煤炭工業(yè)露天礦設計規(guī)范》中明確規(guī)定，露天煤礦建設或生產(chǎn)中破壞的土地，應按《中華人民共和國土地管理法》有關規(guī)定，進行及時復墾治理。目前研究表明，礦區(qū)復墾方法有工程復墾、生物復墾、生態(tài)復墾和組合復墾等，其中植被復墾被認為是礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復的有效措施之一，而且復墾植被多為喬木和灌木，其中灌木類植被對環(huán)境因素的改善最佳[6]。土地復墾時，根據(jù)保護耕地和復墾地優(yōu)先用于農(nóng)業(yè)的原則確定復墾地利用方向，表面覆蓋黃土的區(qū)域作為種植莊稼用地，表面覆蓋老矸石的區(qū)域因開始幾年矸石顆粒較粗不宜種植莊稼，則作為畜禽養(yǎng)殖場用地[7]。

平朔煤礦土地復墾已走出了“采、運、排、復一體化”的路子，在公司的指導安排下，在安太堡礦內(nèi)排土場建設了330 座日光溫室，年出欄4 000 只肉羔羊的養(yǎng)殖場1 座和17 000 m2的智能溫室。安太堡露天礦在2018—2020 年，復墾平盤面積為211.71 hm2。其中復墾耕地占平臺面積的80%，恢復耕地面積為169.37 hm2；田間道路、排水溝、防護林等配套設施占平臺面積的20%，治理面積為42.34 hm2。復墾邊坡面積為45.07 hm2，種植喬木（3 年生營養(yǎng)缽油松）和灌木（2 年生紫穗槐截桿苗）混交。經(jīng)山西省生物研究所調(diào)查，礦區(qū)現(xiàn)有各類植物213 種，昆蟲600 余種，動物30 余種，礦區(qū)生物多樣性日益凸顯[8]。由于植物繁茂，招引來了多種動物，使荒涼寂靜的生態(tài)變成有生氣的綠色生態(tài)園區(qū)。

4 結(jié)語

安太堡露天礦通過露煤快采、覆土埋矸、灑水降塵、噴霧降塵、預濕爆量、安裝尾氣處理及除塵設施、配備專業(yè)防塵口罩，特別是“采、運、排、復一體化”的土地復墾方式等多種手段，已逐步打造出綠色低碳的生態(tài)環(huán)保經(jīng)濟區(qū)模式，這種模式將對露天煤礦環(huán)保工作提供新思路，全面促進我國煤炭事業(yè)走上低碳環(huán)保的循環(huán)發(fā)展之路。