碳中和背景下煤礦開采環(huán)境污染改善措施

色勝坤，李家春

(1.撫順礦業(yè)集團有限責(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)近平總書記在《中央財經(jīng)委員會第九次會議》上指出：“我國的碳排放目標(biāo)要實現(xiàn)，只有根據(jù)碳中和要求及能源雙控政策嚴(yán)格開展工作，才能推動煤礦消費在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)實現(xiàn)脫碳化，爭取到2060年，煤炭消費量降至3～5億噸[1]?！币虼?，我國控制CO2大量排放的同時，也要注意煤礦開采帶來的環(huán)境污染問題。

1 碳中和背景下煤炭開采環(huán)境問題

1.1 碳中和背景下煤炭開采

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。在煤礦開采過程中，應(yīng)用“CCUS”技術(shù)，可以有效釋放煤層氣。開采煤炭過程中，“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。我國目前沒有合適的技術(shù)來完善“煤礦與煤氣層開采系統(tǒng)的分離模式[2]”，導(dǎo)致煤氣層直接經(jīng)過通風(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，煤氣層氣體對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工法來采煤，實現(xiàn)煤、氣同采，使采出率由原來的不足50%增加到100%。碳中和并不意味著不使用煤炭資源，世界各國對煤炭的需求決定著煤炭工業(yè)的發(fā)展，碳中和只能推動煤炭使用方向轉(zhuǎn)變—轉(zhuǎn)向為潔凈煤。

1.2 煤礦開采環(huán)境改善重要性

分析國內(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，改善煤礦開采環(huán)境，有利于保障工作安全。改善煤礦開采環(huán)境能增加經(jīng)濟效益。積極引進(jìn)采礦新技術(shù)，可以改善開采環(huán)境，節(jié)約經(jīng)濟成本。用科技代替人工操作，避免人力資本大量投入。機械生產(chǎn)可以控制采礦過程中的安全事故，實現(xiàn)“投入-產(chǎn)出”最優(yōu)化[3]。改善煤礦開采環(huán)境能提升核心競爭力，通過改善開采環(huán)境來促使采礦企業(yè)管理規(guī)范化。煤礦開采環(huán)境涉及到諸多領(lǐng)域，積極應(yīng)用新技術(shù)，有利于優(yōu)化開采環(huán)境，幫助煤礦企業(yè)搶占市場先機，推動創(chuàng)新發(fā)展，改善煤礦開采環(huán)境能促使煤礦企業(yè)經(jīng)營規(guī)范化。

2 煤礦開采帶來的環(huán)境污染問題

2.1 煤礦地表水污染

煤礦開采都會對水資源造成污染，煤礦開采之前，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)行開采。在這個過程中，大量地下水直接排放到地表，不僅會影響地表的植被、農(nóng)作物，還會與地表水產(chǎn)生交集，形成交叉污染。煤礦開采產(chǎn)生廢水會污染地表水，開采出來煤矸石長期露天堆放，會在物理作用下污染地表水。與空氣長期接觸，在雨季長時間浸泡，煤矸石會產(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)。隨著煤礦開采的推進(jìn)，水土流失會越來越嚴(yán)重。

2.2 地下水污染

地下水流動過程中，會與礦區(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)的加劇和時間的積累，地下水中的化學(xué)物質(zhì)會越來越多，久而久之，地下水大面積污染。煤礦開采工作正式開展過程中，各種機械設(shè)備和人工作業(yè)會產(chǎn)生有機懸浮顆粒，導(dǎo)致細(xì)菌數(shù)量激增，直接污染地下水源。與此同時，煤礦開采形成的礦坑會阻礙地下水的流動。開采產(chǎn)生的廢水得不到排放，開采所需水資源無法及時得到彌補也會導(dǎo)致地下水水位下降，致使整個區(qū)域內(nèi)井水和泉水遞減，嚴(yán)重的情況出現(xiàn)干涸，影響整個礦區(qū)正常用水并污染礦區(qū)地下水。隨著煤礦開采持續(xù)深入，帶來的污染也會深入地下，與地下水結(jié)合，導(dǎo)致整個地下水系受到污染。

2.3 大氣污染

大氣污染物的來源較為復(fù)雜，煤礦開采單位的員工食堂有爐灶、工棚和取暖爐，只要使用，都會產(chǎn)生一定的污染物。相較于施工、運輸產(chǎn)生揚塵污染，其他污染物對大氣污染并不算嚴(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程中，如存在以下問題，就會增加大氣污染的可能性。

(1)設(shè)備運行過程中，沒有封閉皮帶，導(dǎo)致下料口產(chǎn)生太多揚塵。

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

(3)二次揚塵較為嚴(yán)重。振動篩封閉性不夠強，當(dāng)粉塵積攢到一定程度，就會在風(fēng)的作用下(或由于機身振動導(dǎo)致)，漂浮在空中，產(chǎn)生二次揚塵，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)，大氣揚塵的主要成分如表1所示。

表1 大氣揚塵的主要成分表

2.4 聲環(huán)境影響

煤礦開采周期較長，所需設(shè)備較多，長時間開采意味著相關(guān)設(shè)備需要長期運行，導(dǎo)致噪音加重，因此，隨著開采時長的增加，煤礦開采區(qū)域的噪聲污染會越來越嚴(yán)重。在開采過程中，礦工在長期連續(xù)性工作中受到高強度噪聲污染影響，導(dǎo)致聽力下降是常見現(xiàn)象，情況嚴(yán)重的，還會引發(fā)耳鳴耳聾等問題。長期從事煤礦開采的礦工會因為聲環(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，增加煤礦開采安全事故發(fā)生的幾率，埋下安全隱患。噪聲會對居民的身心健康產(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

在煤礦開采過程中，固體廢棄物污染主要來自于井筒和巷道中的煤矸石。一般來說煤矸石存在于煤層和削下煤層底板之中，在洗煤過程中，要有意識地將其剔除。因此，洗煤過程中，煤矸石會被大量排出，如果不做妥善處理，隨意露天堆放，就會帶來一系列污染問題，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)境問題

煤礦開采會大量破壞土地資源，隨著開采時間的增長，會產(chǎn)生形態(tài)各異的生態(tài)環(huán)境問題。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。煤礦開采區(qū)域的周邊環(huán)境會產(chǎn)生巨大變化，廢棄堆積物沒有做好處理，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，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，泥沙碎石被沖進(jìn)水庫當(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 煤礦開采環(huán)境問題的治理對策

3.1 煤礦地表水污染改善措施

改善地表水污染要有針對性地開展相關(guān)活動。煤礦企業(yè)必須根據(jù)實際，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)過簡單處理后，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”法開展作業(yè)[4]，這種洗煤方式會大量消耗水資源，導(dǎo)致地表水污染問題難以解決。煤礦企業(yè)通過閉路循環(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廢水排放，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、大面積干旱等問題。

3.2 地下水污染改善措施

地下水污染除了采煤時使用水產(chǎn)生的污染之外，最常見的就是礦井水的污染問題。處理礦井水污染，要結(jié)合實際情況，做好針對性處理和差異化處理。具體來說，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，煤矸石由于長期淋雨，會產(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、爐后三個時段進(jìn)行脫硫處理[5]?！笔褂酶伸F除塵裝置，安裝多個噴嘴，在各個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塵，在冬天，累積在振動篩上的水容易結(jié)冰，影響工藝生產(chǎn)，帶來安全隱患。第三，應(yīng)用單臺布袋除塵技術(shù)；在不同排氣口安裝小型布袋除塵裝置，去除粉塵。相對而言，這一技術(shù)比較成熟，可以快速選購設(shè)備并投入使用，但存在粉塵回收問題。

3.4 聲環(huán)境影響改善措施

施工過程中，如果不是必須使用大型生產(chǎn)機器的情況下，建議煤礦企業(yè)盡量使用噪聲小的機械作業(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)的時間，編制施工計劃方案，盡可能避開夜間長時間施工。此外，煤礦往外運輸要盡量避開夜間作業(yè)，鑿巖機的作業(yè)會產(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。在開采區(qū)安裝隔聲罩等隔音設(shè)備，全面解決空壓機、通風(fēng)機噪音過大等問題，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到這類問題，選擇合適的開采區(qū)域，設(shè)置煤礦廠?！皯?yīng)用污染源自動監(jiān)測技術(shù)，處理好排污口、采集數(shù)據(jù)、樣品，以科學(xué)管理的方式來繪制出準(zhǔn)入的項目標(biāo)準(zhǔn)化曲線[6]。”利用自動監(jiān)測技術(shù)，對收集的數(shù)據(jù)，加以梳理整合，自動生成報表，增強工作質(zhì)量。系統(tǒng)運維工作的好壞，決定著信息可靠性與利用率的高低，環(huán)保監(jiān)督工作開展的質(zhì)量，影響相關(guān)服務(wù)質(zhì)量。根據(jù)實際污染類型，選擇合適監(jiān)測技術(shù)，獲取數(shù)據(jù)，加以分析，制定完善工作方案。利用污染源自動監(jiān)測技術(shù)，做好煤礦開采工作特性及固體污染物分析工作，統(tǒng)計分析結(jié)果，制定監(jiān)測報告，深入了解固體污染物的主要來源。

3.6 礦區(qū)生態(tài)問題改善措施

改善礦區(qū)生態(tài)問題的措施除了常見利用生物技術(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展，還要將污染源自動監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于煤礦開采當(dāng)中，且保證技術(shù)應(yīng)用合理性。具體措施如下：第一，實施現(xiàn)場檢查時，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。以保證操作管理機制順利落實，合理進(jìn)行運維。第二，加大檢查力度和懲處力度?；谙嚓P(guān)工作方案，全面增強污染源自動監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用效果，發(fā)揮這一技術(shù)的積極作用。第三，制定完善運維方案，樹立正確責(zé)任觀，進(jìn)行現(xiàn)場檢查時，對相關(guān)情況進(jìn)行深入分析，展開詳細(xì)調(diào)查，建立系統(tǒng)化的工作機制及模式，以保證管理創(chuàng)新。第四，明確現(xiàn)場管理工作目標(biāo)，全面加強污染源自動監(jiān)測技術(shù)在現(xiàn)場檢查中的應(yīng)用效果，以保證污染監(jiān)管跟上時代步伐，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)語

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，在未來利用CCS/CCUS等潔凈煤技術(shù)，大力開采潔凈煤，加快煤礦行業(yè)未來發(fā)展頂層設(shè)計，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，可以構(gòu)建完善中長期煤炭發(fā)展保障機制和有序退出補償機制。