露天煤礦的環(huán)境保護措施與效果評估

姜 凱,裴彥峰,李峰鴿

(新疆中巖恒泰爆破工程有限公司,烏魯木齊 830000)

0 引言

隨著礦井?dāng)?shù)量的不斷增多,煤炭行業(yè)對環(huán)境的破壞問題也日益突顯。數(shù)據(jù)表明,過度采礦導(dǎo)致很多土地被占用,包括礦山本身及礦山排土場對土地的占用。而惡劣的自然環(huán)境會增加采礦難度,加大事故的發(fā)生幾率。雖然礦山企業(yè)積極投入環(huán)境治理,但由于環(huán)境保護措施不到位,效率較低,主要問題表現(xiàn)在以下幾方面:①缺少礦山地質(zhì)資料。經(jīng)濟實力不足的采礦企業(yè),采取的環(huán)境保護措施不到位,導(dǎo)致環(huán)境保護效果不好。管理部門無法清楚掌握礦山地質(zhì)環(huán)境問題,而這些地質(zhì)材料的缺失將會對礦區(qū)環(huán)境治理措施的實施產(chǎn)生影響。②礦山“三廢”處理不到位。煤炭開采的沉陷造成土地積水,甚至導(dǎo)致土地鹽漬化、水土流失、土地荒漠化問題加劇。平原地區(qū),地面沉降改變了地下水、地表水的流向,長年及季節(jié)性積水影響了土地耕種及其自然生態(tài)環(huán)境。煤層開采會產(chǎn)生大量廢氣,影響大氣環(huán)境,很多情況下只灑水降塵,對大氣環(huán)境及周圍居民的生活環(huán)境造成影響。針對新疆某露天煤礦的實際情況,對環(huán)境保護措施進行了評估優(yōu)化,以提高環(huán)境保護效果。

1 煤礦開采對環(huán)境的影響

對地表環(huán)境的影響。新疆某露天煤礦總占地429 hm2,包括采掘場、外排土場、工業(yè)場地、場外道路、輸電線路、給排水及工程外包駐地等,其中永久占地400 hm2,臨時占地29 hm2,擾動原地貌面積496 hm2。根據(jù)各預(yù)測單元擾動地貌植被面積、施工擾動前后土壤侵蝕模數(shù)、預(yù)測時段進行水土流失預(yù)測,此為露天礦開采項目,采掘場及排土場擾動為動態(tài)的且逐年增加,根據(jù)計算,施工結(jié)束時采掘場與排土場占地分別為161 hm2、214 hm2。建設(shè)期可能造成水土流失量56 184.525 t,其中原地貌水土流失量14 094.96 t,新增水土流失量42 222.165 t。

對水環(huán)境的影響。露天開采對地下水的影響是在開采過程中形成巨大的人工排水區(qū),出露邊坡將多個含水層與礦坑相連,造成地下水滲漏。開采過程中形成的礦坑相當(dāng)于新的排水區(qū),將原始的地下水系統(tǒng)進行外部排水,原有的地下水平衡遭到破壞導(dǎo)致地下水流失,因此其對地下水的影響遠(yuǎn)大于礦區(qū)整體面積。邊坡開挖會破壞原始地層結(jié)構(gòu),造成巖體斷裂,形成裂隙,導(dǎo)致地下水下滲及水位下降。

對大氣的影響。露天煤礦開采對大氣的污染主要體現(xiàn)為揚塵污染,來自于以下幾方面:①根據(jù)露天煤礦的開采需要,礦山爆破必不可少,爆破過后將產(chǎn)生大量揚塵。②在采裝、運輸、排土環(huán)節(jié),運輸?shù)缆范酁樗缮⒌哪嗦坊虻[石路面,產(chǎn)生的揚塵量大且不固定,在空中主要為分散狀態(tài),運動范圍廣,且在干旱地區(qū)揚塵不易消散,被人體吸收后危害健康。③筒倉儲煤過程中會產(chǎn)生大量揚塵,主要成分為煤灰,對人體及大氣污染非常嚴(yán)重。

2 環(huán)境保護措施

節(jié)約用地措施。隨著露天煤礦開采深度的加深,礦用地的采掘場及排土場用地不斷增多。為保證該露天煤礦的土地利用率達到最高,減少土地占有率,采取以下措施:①優(yōu)化開采方案,根據(jù)設(shè)備及生產(chǎn)工藝盡量縮短工藝流程,盡早實現(xiàn)內(nèi)排,減少采掘場及外排土場占地。②優(yōu)化工業(yè)場地場址的選擇,盡量利用荒地及劣地。按生產(chǎn)工藝、物料流程及工程要求,充分利用地形、地勢,盡量緊湊布置,減少占地。③輔助與附屬企業(yè)貫徹社會化服務(wù)及專業(yè)化協(xié)作的原則,減少建設(shè)項目,避免重復(fù)建設(shè)占用土地。④分期建設(shè)的工程可分期征用土地。⑤通過工程措施對內(nèi)、外排土場進行復(fù)土造田,恢復(fù)耕地或種植草類。

節(jié)水措施。該露天煤礦用水主要來自于瓊果勒河河谷地第四系潛水,用水主要集中于礦坑內(nèi)灑水降塵、消防用水及生活用水,每日最高用水量為1856 m3/d,為節(jié)約用水,采取以下措施:①礦山供水根據(jù)用水地點的不同,按要求采用分壓分質(zhì)供水方式,生活給水、部分生產(chǎn)用水采用瓊果勒河河谷地第四系潛水,生活污水及礦坑排水全部復(fù)用,盡量減少取用地下水的能源消耗。②煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)采取臨時高壓滅火系統(tǒng),日常供水用低壓給水系統(tǒng),保證能源的有效果運用。③煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)給水系統(tǒng)所用水泵均為高效新型直聯(lián)泵,減少水泵占地面積,節(jié)約建設(shè)投資約40%,采用機械密封結(jié)構(gòu),無滲漏,使用壽命長,節(jié)約50%的營運管理成本。泵吸水管采用自充水,既可提升供水可靠性,又可拆除阻力大的底閥。出口止回閥采用新型節(jié)能閥,由于阻力小,可降低水錘壓力。給水管道采用無滲漏、無腐蝕的鋼塑復(fù)合給水管道,管道設(shè)計流量采用經(jīng)濟流量。

水土流失防治措施。該露天煤礦水土流失防治范圍(達產(chǎn)占地面積)為482.92 hm2,其中項目建設(shè)區(qū)437.77 hm2,直接影響區(qū)45.15 hm2(直接影響:道路兩側(cè)3 m,采掘場周圍50 m,排土場下風(fēng)向200 m)。

本方案將工程分為場外公路防治區(qū)、工業(yè)場地防治區(qū)、采掘場防治區(qū)、供水管線防治區(qū)、外排土場防治區(qū)、輸電線路防治區(qū)等6個水土流失二級防治分區(qū)。

圖1 綠化前后生產(chǎn)道路對比

3 環(huán)保效果對比

3.1 鍋爐排煙治理

為降低鍋爐排煙,該露天煤礦選用2臺SZL7.0-1.25/95/70-AⅡ2型(額定熱效率≥86%)熱水鍋爐,主要供建筑物采暖及生活熱水用。年耗標(biāo)煤約2408 t/a,灰渣量按耗煤量的30%考慮。兩臺鍋爐共用1座φ=1.2 m、H=45 m磚煙囪。每臺鍋爐均安裝雙堿法脫硫裝置及干法除塵裝置,脫硫效率80%,除塵效率不低于98%。采用分段低氮燃燒技術(shù),脫氮效率20%以上,煙塵、NOx及SO2均可實現(xiàn)達標(biāo)排放。各種污染物原始排放情況見圖2。

圖2 大氣污染排放情況

3.2 揚塵治理

通過安裝灑水降塵系統(tǒng),可呼吸性粉塵分散度下降50%以上,除塵效率達70%,達到環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn),各轉(zhuǎn)載點粉塵得到了有效控制,原煤倉上粉塵較大的崗位作業(yè)環(huán)境得到了有效改善,切實保障了工作人員的身體健康。

表1 除塵系統(tǒng)設(shè)備

排土場揚塵治理包括兩個階段,一是排土階段的揚塵治理,定期灑水,抑制揚塵;二是排土場達到服務(wù)年限后的揚塵治理。當(dāng)排土排到最終標(biāo)高平盤上形成一定面積之后,灑一次水后不再擾動,使其表面形成鹽結(jié)皮,可有效防止揚塵。

3.3 節(jié)水效果

煤礦最高日用水量為1856 m3/d,其中:494 m3/d水量取自瓊果勒河河谷地第四系潛水,1022 m3/d為凈化后的礦坑排水(折減率按35%考慮),340 m3/d為凈化后的污水,取用新鮮水量為16.302萬m3/a,總?cè)∷繛?1.248萬m3/a。礦山供水根據(jù)用水地點的不同采用分質(zhì)分壓供水方式。生活給水及部分生產(chǎn)用水采用瓊果勒河河谷地第四系潛水,礦坑排水及生活污水全部復(fù)用,減少取用地下水的能源消耗,年節(jié)約地下水資源44.79×104m3。礦山設(shè)計生產(chǎn)、生活供水系統(tǒng)均采用變頻調(diào)速節(jié)能設(shè)備,采用電動機變頻調(diào)速來調(diào)節(jié)流量,比用擋板、閥門調(diào)節(jié)節(jié)電20%～50%。礦山生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)給排水系統(tǒng)所選用的水泵均為高效新型直聯(lián)水泵,縮小了水泵占地面積,節(jié)約建設(shè)投資約40%,采用機械密封結(jié)構(gòu)無泄漏長壽命運行,節(jié)約運行管理費50%。

3.4 節(jié)能效果

通過采取措施,該露天煤礦達到1.2 Mt/a生產(chǎn)規(guī)模時的電耗指標(biāo)為:年耗電量(含選煤廠)1015.39×104kW·h,噸煤電耗8.46 kW·h/t (含選煤廠)、4.83 kW·h/t(不含選煤廠)。根據(jù)露天礦的具體情況,噸煤電耗指標(biāo)處在一個較合理的范圍內(nèi),年工作日330 d,最大日用水量約1801 m3/d。若扣除礦坑水及生活污水再生復(fù)用水量1362 m3/d,只需從水源地取水439 m3/d,經(jīng)計算,礦山實際噸煤用水量指標(biāo)為0.49 m3/t,扣除礦坑水及廢水復(fù)用水量,該項目實際噸煤用新鮮水量指標(biāo)約0.12 m3/t,小于《新疆維吾爾自治區(qū)工業(yè)用水定額》(新政辦發(fā)〔2007〕105號)采煤工業(yè)從水源地的取水量必須≤0.31 m3/t的要求。

4 結(jié)束語

實踐證明,采取合理的措施能夠有效控制礦山開采過程中產(chǎn)生的污染。需研發(fā)出適應(yīng)現(xiàn)代化礦山需要且充分吸收各學(xué)科理論知識的高效環(huán)保措施,實現(xiàn)礦山環(huán)境保護與開發(fā)的協(xié)調(diào)發(fā)展,從而建設(shè)綠色智能化礦山。