碳中和背景下煤礦開(kāi)采環(huán)境污染改善措施

色勝坤，李家春

(1.撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司生態(tài)環(huán)境中心，遼寧 撫順 113008；2.撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司工程技術(shù)研究中心，遼寧 撫順 113008)

0 引言

習(xí)近平總書(shū)記在《中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議》上指出：“我國(guó)的碳排放目標(biāo)要實(shí)現(xiàn)，只有根據(jù)碳中和要求及能源雙控政策嚴(yán)格開(kāi)展工作，才能推動(dòng)煤礦消費(fèi)在2025年達(dá)到峰值，并將其維持在42億噸左右；此外，加大技術(shù)研發(fā)，促使煤炭相關(guān)工業(yè)實(shí)現(xiàn)脫碳化，爭(zhēng)取到2060年，煤炭消費(fèi)量降至3～5億噸[1]?！币虼?，我國(guó)控制CO2大量排放的同時(shí)，也要注意煤礦開(kāi)采帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。

1 碳中和背景下煤炭開(kāi)采環(huán)境問(wèn)題

1.1 碳中和背景下煤炭開(kāi)采

碳中和背景下，“CCUS”技術(shù)(二氧化碳捕集、利用與封存技術(shù))是目前可以顯著減少碳排放的關(guān)鍵技術(shù)之一。在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，應(yīng)用“CCUS”技術(shù)，可以有效釋放煤層氣。開(kāi)采煤炭過(guò)程中，“減碳”關(guān)鍵環(huán)節(jié)是釋放煤氣層。作為與煤礦伴生的共生資源，煤氣層的分離可以有效減少碳排放。我國(guó)目前沒(méi)有合適的技術(shù)來(lái)完善“煤礦與煤氣層開(kāi)采系統(tǒng)的分離模式[2]”，導(dǎo)致煤氣層直接經(jīng)過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)排放到大氣層中，產(chǎn)生比CO2多出20倍的溫室效應(yīng)氣體，據(jù)統(tǒng)計(jì)，煤氣層氣體對(duì)臭氧層的破壞程度要比CO2高出7倍多。碳中和背景下，煤礦開(kāi)采要避免直接排放煤氣層的氣體，可以應(yīng)用智能化煤氣同采N00工法來(lái)采煤，實(shí)現(xiàn)煤、氣同采，使采出率由原來(lái)的不足50%增加到100%。碳中和并不意味著不使用煤炭資源，世界各國(guó)對(duì)煤炭的需求決定著煤炭工業(yè)的發(fā)展，碳中和只能推動(dòng)煤炭使用方向轉(zhuǎn)變—轉(zhuǎn)向?yàn)闈崈裘骸?/p>

1.2 煤礦開(kāi)采環(huán)境改善重要性

分析國(guó)內(nèi)外重大煤礦事故發(fā)生的原因發(fā)現(xiàn)，環(huán)境的不安全條件、物的不安全狀態(tài)和缺乏安全管理、人的不安全行為等都會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生。環(huán)境的不安全條件影響最大，容易導(dǎo)致煤礦安全事故發(fā)生。因此，改善煤礦開(kāi)采環(huán)境，有利于保障工作安全。改善煤礦開(kāi)采環(huán)境能增加經(jīng)濟(jì)效益。積極引進(jìn)采礦新技術(shù)，可以改善開(kāi)采環(huán)境，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。用科技代替人工操作，避免人力資本大量投入。機(jī)械生產(chǎn)可以控制采礦過(guò)程中的安全事故，實(shí)現(xiàn)“投入-產(chǎn)出”最優(yōu)化[3]。改善煤礦開(kāi)采環(huán)境能提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，通過(guò)改善開(kāi)采環(huán)境來(lái)促使采礦企業(yè)管理規(guī)范化。煤礦開(kāi)采環(huán)境涉及到諸多領(lǐng)域，積極應(yīng)用新技術(shù)，有利于優(yōu)化開(kāi)采環(huán)境，幫助煤礦企業(yè)搶占市場(chǎng)先機(jī)，推動(dòng)創(chuàng)新發(fā)展，改善煤礦開(kāi)采環(huán)境能促使煤礦企業(yè)經(jīng)營(yíng)規(guī)范化。

2 煤礦開(kāi)采帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題

2.1 煤礦地表水污染

煤礦開(kāi)采都會(huì)對(duì)水資源造成污染，煤礦開(kāi)采之前，要將地下水排放到地表，直至礦區(qū)地下水全部排到地表才可以進(jìn)行開(kāi)采。在這個(gè)過(guò)程中，大量地下水直接排放到地表，不僅會(huì)影響地表的植被、農(nóng)作物，還會(huì)與地表水產(chǎn)生交集，形成交叉污染。煤礦開(kāi)采產(chǎn)生廢水會(huì)污染地表水，開(kāi)采出來(lái)煤矸石長(zhǎng)期露天堆放，會(huì)在物理作用下污染地表水。與空氣長(zhǎng)期接觸，在雨季長(zhǎng)時(shí)間浸泡，煤矸石會(huì)產(chǎn)生氧化反應(yīng)或其他化學(xué)反應(yīng)，影響地表水的水質(zhì)。隨著煤礦開(kāi)采的推進(jìn)，水土流失會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。

2.2 地下水污染

地下水流動(dòng)過(guò)程中，會(huì)與礦區(qū)內(nèi)各種物質(zhì)接觸，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，隨著化學(xué)反應(yīng)的加劇和時(shí)間的積累，地下水中的化學(xué)物質(zhì)會(huì)越來(lái)越多，久而久之，地下水大面積污染。煤礦開(kāi)采工作正式開(kāi)展過(guò)程中，各種機(jī)械設(shè)備和人工作業(yè)會(huì)產(chǎn)生有機(jī)懸浮顆粒，導(dǎo)致細(xì)菌數(shù)量激增，直接污染地下水源。與此同時(shí)，煤礦開(kāi)采形成的礦坑會(huì)阻礙地下水的流動(dòng)。開(kāi)采產(chǎn)生的廢水得不到排放，開(kāi)采所需水資源無(wú)法及時(shí)得到彌補(bǔ)也會(huì)導(dǎo)致地下水水位下降，致使整個(gè)區(qū)域內(nèi)井水和泉水遞減，嚴(yán)重的情況出現(xiàn)干涸，影響整個(gè)礦區(qū)正常用水并污染礦區(qū)地下水。隨著煤礦開(kāi)采持續(xù)深入，帶來(lái)的污染也會(huì)深入地下，與地下水結(jié)合，導(dǎo)致整個(gè)地下水系受到污染。

2.3 大氣污染

大氣污染物的來(lái)源較為復(fù)雜，煤礦開(kāi)采單位的員工食堂有爐灶、工棚和取暖爐，只要使用，都會(huì)產(chǎn)生一定的污染物。相較于施工、運(yùn)輸產(chǎn)生揚(yáng)塵污染，其他污染物對(duì)大氣污染并不算嚴(yán)重。導(dǎo)致大氣污染污染物主要包括TSP、SO2、CO、PM10、PM2.5等。特別是在粉塵收集制備過(guò)程中，如存在以下問(wèn)題，就會(huì)增加大氣污染的可能性。

(1)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，沒(méi)有封閉皮帶，導(dǎo)致下料口產(chǎn)生太多揚(yáng)塵。

(2)振動(dòng)篩的封閉性不夠強(qiáng)，導(dǎo)致多處漏塵，粉塵大量進(jìn)入空氣中，四處飛揚(yáng)。

(3)二次揚(yáng)塵較為嚴(yán)重。振動(dòng)篩封閉性不夠強(qiáng)，當(dāng)粉塵積攢到一定程度，就會(huì)在風(fēng)的作用下(或由于機(jī)身振動(dòng)導(dǎo)致)，漂浮在空中，產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，加重污染，導(dǎo)致大氣中浮塵嚴(yán)重超標(biāo)。根據(jù)粉塵試樣初步檢測(cè)結(jié)果，再結(jié)合相關(guān)資料進(jìn)行深入分析發(fā)現(xiàn)，大氣揚(yáng)塵的主要成分如表1所示。

表1 大氣揚(yáng)塵的主要成分表

2.4 聲環(huán)境影響

煤礦開(kāi)采周期較長(zhǎng)，所需設(shè)備較多，長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)采意味著相關(guān)設(shè)備需要長(zhǎng)期運(yùn)行，導(dǎo)致噪音加重，因此，隨著開(kāi)采時(shí)長(zhǎng)的增加，煤礦開(kāi)采區(qū)域的噪聲污染會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。在開(kāi)采過(guò)程中，礦工在長(zhǎng)期連續(xù)性工作中受到高強(qiáng)度噪聲污染影響，導(dǎo)致聽(tīng)力下降是常見(jiàn)現(xiàn)象，情況嚴(yán)重的，還會(huì)引發(fā)耳鳴耳聾等問(wèn)題。長(zhǎng)期從事煤礦開(kāi)采的礦工會(huì)因?yàn)槁暛h(huán)境的影響而產(chǎn)生神經(jīng)衰弱和心腦血管疾病。聲環(huán)境會(huì)影響曠工身體健康，進(jìn)而影響其工作效率，工作狀態(tài)不佳，增加煤礦開(kāi)采安全事故發(fā)生的幾率，埋下安全隱患。噪聲會(huì)對(duì)居民的身心健康產(chǎn)生影響，具體表現(xiàn)為：第一，損害周邊居民的聽(tīng)力，誘發(fā)心腦血管疾病發(fā)生；第二，干擾周邊區(qū)域的正常通訊，可能誘發(fā)安全事故；第三，影響周邊居民的夜間休息，導(dǎo)致其白天感覺(jué)極度疲勞；第四，致使周邊居民家中的電子儀器或電器失靈，影響正常生活。

2.5 固體廢棄物污染

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，固體廢棄物污染主要來(lái)自于井筒和巷道中的煤矸石。一般來(lái)說(shuō)煤矸石存在于煤層和削下煤層底板之中，在洗煤過(guò)程中，要有意識(shí)地將其剔除。因此，洗煤過(guò)程中，煤矸石會(huì)被大量排出，如果不做妥善處理，隨意露天堆放，就會(huì)帶來(lái)一系列污染問(wèn)題，導(dǎo)致嚴(yán)重的固體廢棄物污染，破壞自然環(huán)境。

2.6 礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題

煤礦開(kāi)采會(huì)大量破壞土地資源，隨著開(kāi)采時(shí)間的增長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生形態(tài)各異的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。將耕地變成礦區(qū)廢棄地，引發(fā)土地沙漠化、鹽堿化，導(dǎo)致林木綠化率降低。煤礦開(kāi)采區(qū)域的周邊環(huán)境會(huì)產(chǎn)生巨大變化，廢棄堆積物沒(méi)有做好處理，在雨天、大風(fēng)天氣的作用下，導(dǎo)致水土大量流失，加劇荒漠化。風(fēng)力較大時(shí)，灰塵四處飛散，導(dǎo)致周邊的天空霧蒙蒙的，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的身心健康。下大雨時(shí)，泥沙碎石被沖進(jìn)水庫(kù)當(dāng)中，給水資源造成污染；有害物質(zhì)被水沖到耕地和灌溉河流中，導(dǎo)致耕地和水源受到污染，影響農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和飲用水安全。

3 煤礦開(kāi)采環(huán)境問(wèn)題的治理對(duì)策

3.1 煤礦地表水污染改善措施

改善地表水污染要有針對(duì)性地開(kāi)展相關(guān)活動(dòng)。煤礦企業(yè)必須根據(jù)實(shí)際，做好系統(tǒng)處理工作，將污水凈化，進(jìn)行二次利用。凈化后的水可以用作生產(chǎn)用水、消防用水、降塵灑水。生活污水經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后，也要進(jìn)行綜合利用，不能做外排處理。洗煤一般都采取“濕法洗煤”法開(kāi)展作業(yè)[4]，這種洗煤方式會(huì)大量消耗水資源，導(dǎo)致地表水污染問(wèn)題難以解決。煤礦企業(yè)通過(guò)閉路循環(huán)等方式洗煤，提高水資源利用率。根據(jù)煤質(zhì)的特性，選擇合適的加工工藝，確保煤炭加工的穩(wěn)定性和低污染性。采取回灌的方式也可以減少?gòu)U水排放，提高水循環(huán)效率。煤礦企業(yè)推行回灌技術(shù)，可以避免水位下降，緩解礦區(qū)水土流失、大面積干旱等問(wèn)題。

3.2 地下水污染改善措施

地下水污染除了采煤時(shí)使用水產(chǎn)生的污染之外，最常見(jiàn)的就是礦井水的污染問(wèn)題。處理礦井水污染，要結(jié)合實(shí)際情況，做好針對(duì)性處理和差異化處理。具體來(lái)說(shuō)，地下水污染處理首先要做好清濁分流工作，嚴(yán)格控制水質(zhì)較好的礦井水與濁水混合在一起；其次，利用石灰處理酸性礦井水；然后，利用濕地或微生物對(duì)污水進(jìn)行生物處理和化學(xué)處理。除此之外，煤矸石由于長(zhǎng)期淋雨，會(huì)產(chǎn)生水污染，必須合理處理，避免煤矸石的淋溶液污染地下水。

3.3 大氣污染改善措施

以數(shù)據(jù)分析結(jié)果為依托，積極開(kāi)展環(huán)保工作，監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務(wù)是收集數(shù)據(jù)。對(duì)排放物中的有害物含量進(jìn)行分析，采取相應(yīng)處理手段：第一，對(duì)煤層進(jìn)行注水，減少粉塵污染和廢氣污染；引發(fā)大氣污染的廢氣包括SO2、CO、PM10、PM2.5等，可以“應(yīng)用脫硫技術(shù)，在爐前、爐中、爐后三個(gè)時(shí)段進(jìn)行脫硫處理[5]?！笔褂酶伸F除塵裝置，安裝多個(gè)噴嘴，在各個(gè)排氣口做好除塵處理工作。第二，利用霧滴捕捉技術(shù)處理粉塵；霧滴捕捉主要使用水舞捕捉揚(yáng)塵，在冬天，累積在振動(dòng)篩上的水容易結(jié)冰，影響工藝生產(chǎn)，帶來(lái)安全隱患。第三，應(yīng)用單臺(tái)布袋除塵技術(shù)；在不同排氣口安裝小型布袋除塵裝置，去除粉塵。相對(duì)而言，這一技術(shù)比較成熟，可以快速選購(gòu)設(shè)備并投入使用，但存在粉塵回收問(wèn)題。

3.4 聲環(huán)境影響改善措施

施工過(guò)程中，如果不是必須使用大型生產(chǎn)機(jī)器的情況下，建議煤礦企業(yè)盡量使用噪聲小的機(jī)械作業(yè)。為了避免噪聲影響周邊居民正常休息，保證施工人員及周邊居民的身心健康，要科學(xué)合理地安排施工作業(yè)的時(shí)間，編制施工計(jì)劃方案，盡可能避開(kāi)夜間長(zhǎng)時(shí)間施工。此外，煤礦往外運(yùn)輸要盡量避開(kāi)夜間作業(yè)，鑿巖機(jī)的作業(yè)會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，煤礦企業(yè)必須采取消音措施，選用低噪音設(shè)備，最大限度降低噪聲污染。在開(kāi)采區(qū)安裝隔聲罩等隔音設(shè)備，全面解決空壓機(jī)、通風(fēng)機(jī)噪音過(guò)大等問(wèn)題，保證周邊居民及輪休工作人員的正常休息。選煤廠的常用設(shè)備噪音極大，煤礦企業(yè)必須選擇合適的低噪音設(shè)備來(lái)代替，并在選煤廠周邊安裝消聲裝置，定期進(jìn)行檢修，保證消聲效果。

3.5 固體廢棄物污染改善措施

固體廢棄物的污染要改善，從煤礦選址之初就要意識(shí)到這類問(wèn)題，選擇合適的開(kāi)采區(qū)域，設(shè)置煤礦廠?！皯?yīng)用污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，處理好排污口、采集數(shù)據(jù)、樣品，以科學(xué)管理的方式來(lái)繪制出準(zhǔn)入的項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化曲線[6]。”利用自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)收集的數(shù)據(jù)，加以梳理整合，自動(dòng)生成報(bào)表，增強(qiáng)工作質(zhì)量。系統(tǒng)運(yùn)維工作的好壞，決定著信息可靠性與利用率的高低，環(huán)保監(jiān)督工作開(kāi)展的質(zhì)量，影響相關(guān)服務(wù)質(zhì)量。根據(jù)實(shí)際污染類型，選擇合適監(jiān)測(cè)技術(shù)，獲取數(shù)據(jù)，加以分析，制定完善工作方案。利用污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，做好煤礦開(kāi)采工作特性及固體污染物分析工作，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，制定監(jiān)測(cè)報(bào)告，深入了解固體污染物的主要來(lái)源。

3.6 礦區(qū)生態(tài)問(wèn)題改善措施

改善礦區(qū)生態(tài)問(wèn)題的措施除了常見(jiàn)利用生物技術(shù)和化學(xué)技術(shù)改良礦區(qū)廢棄地的基質(zhì)礦區(qū)廢棄地之外，為保證污染源處理工作更好開(kāi)展，還要將污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于煤礦開(kāi)采當(dāng)中，且保證技術(shù)應(yīng)用合理性。具體措施如下：第一，實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)，必須擁有兩套方案，一套為定期檢查方案，一套為不定期檢查方案。以保證操作管理機(jī)制順利落實(shí)，合理進(jìn)行運(yùn)維。第二，加大檢查力度和懲處力度?；谙嚓P(guān)工作方案，全面增強(qiáng)污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用效果，發(fā)揮這一技術(shù)的積極作用。第三，制定完善運(yùn)維方案，樹(shù)立正確責(zé)任觀，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)，對(duì)相關(guān)情況進(jìn)行深入分析，展開(kāi)詳細(xì)調(diào)查，建立系統(tǒng)化的工作機(jī)制及模式，以保證管理創(chuàng)新。第四，明確現(xiàn)場(chǎng)管理工作目標(biāo)，全面加強(qiáng)污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)檢查中的應(yīng)用效果，以保證污染監(jiān)管跟上時(shí)代步伐，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

碳中和背景下，煤礦行業(yè)的發(fā)展定位應(yīng)當(dāng)是“基礎(chǔ)能源”地位，在未來(lái)利用CCS/CCUS等潔凈煤技術(shù)，大力開(kāi)采潔凈煤，加快煤礦行業(yè)未來(lái)發(fā)展頂層設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌全局，謀劃全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，做好全行業(yè)布局，積極引導(dǎo)煤礦產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，可以構(gòu)建完善中長(zhǎng)期煤炭發(fā)展保障機(jī)制和有序退出補(bǔ)償機(jī)制。