煤礦開采中的水土保持

孫維銀

(陜西省榆林市水土保持科學(xué)研究所,陜西 榆林 719000)

0 引言

煤炭是我國的主體能源,煤炭工業(yè)是關(guān)系國家經(jīng)濟(jì)命脈的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。然而隨著煤礦開采活動(dòng)的急劇增加,對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了深刻的影響。水土流失、土地沙漠化、水環(huán)境變化、地面變形及滑坡、崩塌、泥石流、固體廢棄物占地等。致使洪澇災(zāi)害加劇,生態(tài)環(huán)境惡化,并且呈繼續(xù)擴(kuò)大、發(fā)展的趨勢(shì),已成為經(jīng)濟(jì)及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素,并威脅到人類的生存。資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)問題已成為當(dāng)今國內(nèi)外人們十分關(guān)注的焦點(diǎn)問題,而水土流失是中國的頭號(hào)環(huán)境問題。

1 煤礦開采造成的水土流失危害

1.1 損壞水土保持設(shè)施,降低水土保持功能

工程建設(shè)與開采過程中將占用或影響土地,對(duì)原地表植被、土壤結(jié)構(gòu)及其具有的水土保持功能設(shè)施構(gòu)成破壞,降低原地表水土保持功能,使土壤養(yǎng)分流失、土地生產(chǎn)力下降。

1.2 土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,水土侵蝕加劇

煤炭開采造成地表裂縫、塌陷,裂縫使土壤結(jié)構(gòu)變松、淺層地下水沿裂縫蒸發(fā)或下滲,從而使裂縫周圍的農(nóng)業(yè)植物和野生的植物生長受損,進(jìn)而加劇水土流失;而地表沉陷,可能形成臺(tái)階改變局部微地貌,使土地出現(xiàn)上下高度不等的分層,改變土地表面植被結(jié)皮、生物結(jié)皮的賦存狀態(tài),使土壤侵蝕強(qiáng)度增大,從而加大水土流失;地表沉陷形成的溝谷陡坡坍塌則可能使局部土壤組成層次發(fā)生變化,表層土可能被下層生土所覆蓋,使土壤表層肥力下降,從而影響農(nóng)作物和植被生長,加劇水土流失。

1.3 降低礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量

煤炭資源的開采對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響是多方面的,首先是疏干水的排放加速了水循環(huán)中的排泄速度,使礦區(qū)地下水位降低,空氣濕度降低,礦區(qū)小氣候向干旱化方向發(fā)展;其次是生產(chǎn)建設(shè)占地、沉陷區(qū)的形成直接影響周邊范圍內(nèi)的植被生長,而對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響;第三是礦區(qū)人口數(shù)量的增加,對(duì)礦區(qū)內(nèi)具有水土保持功能的林草地干擾強(qiáng)度增大?？傮w上,礦區(qū)生態(tài)環(huán)境在不設(shè)防情況下呈退化趨勢(shì)。

1.4 地下水環(huán)境發(fā)生變化

在無開采活動(dòng)的自然狀態(tài)下,煤層、上覆巖層與各地層蘊(yùn)藏的地下水處于相對(duì)平衡狀態(tài);而煤層開采后,頂板及上覆地層失去支撐,發(fā)生形變產(chǎn)生裂隙,有可能溝通地下含水層,使地下水沿裂隙向下滲流,進(jìn)入礦井,隨著礦井井下涌水的不斷排出,將會(huì)使一定范圍內(nèi)的含水層被疏干,使地下水水位下降和地下水資源流失,改變了采區(qū)的原地下水環(huán)境,使井田內(nèi)部分區(qū)域地下水水位下降,影響地表植被的生長,從而加劇水土流失。

1.5 開采中的廢棄土石渣數(shù)量巨大

煤礦在開采過程中,由于井筒開鑿、井巷掘進(jìn)工程、供排水管線工程、地面建筑等工程建設(shè)以及生產(chǎn)過程中排放的掘進(jìn)矸石等將產(chǎn)生數(shù)量較大的廢棄土石方,盡管在開采設(shè)計(jì)中總體上要求盡量填、挖平衡,但由于種種原因,有些是就地排棄,向泄洪道內(nèi)傾倒棄渣,造成河道不能正常排洪。

1.6 開采中缺乏整體性的水土保持

煤礦開采對(duì)自身設(shè)施要求一般都較高,如工業(yè)場地護(hù)坡、排水、防洪等在主體工程設(shè)計(jì)中大多做了考慮,但對(duì)因煤炭開采中排水、泄洪、排放矸石等對(duì)周邊地區(qū)造成的水土流失考慮較少,特別是井田范圍一定區(qū)域內(nèi)的影響,往往忽視了整體性的水土保持,造成周邊地區(qū)的水土流失和環(huán)境質(zhì)量的下降。

2 煤礦開采中的水土流失防治

針對(duì)煤炭開采過程中水土流失的特點(diǎn),對(duì)破壞的水土保持設(shè)施、廢棄土石渣量及可能造成的水土流失和危害進(jìn)行分析預(yù)測,力求從煤炭開采的源頭和全過程進(jìn)行水土流失的控制,并在此基礎(chǔ)上提出具體的可行的水土流失防治措施。

2.1 保護(hù)性煤炭開采技術(shù)的應(yīng)用

開采沉陷是造成礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的直接原因,有效控制和減輕地面沉陷程度是避免開采沉陷環(huán)境災(zāi)害的基本途徑。

2.1.1 井下矸石處理技術(shù)應(yīng)用

通過合理選擇采煤方法和工藝、合理布置開采工作面、采取井下矸石充填法等措施,取消地面矸石山,減少地表下沉,控制地表下沉速度和范圍,達(dá)到保護(hù)地表和地面建、構(gòu)筑物與耕地的目的。

2.1.2 煤層保水開采技術(shù)應(yīng)用

在基巖厚度較大、隔水土層較厚的淺埋煤層中,通過采取條帶采煤的方法,科學(xué)設(shè)計(jì)開采煤層的采留比參數(shù),采用分層開采的辦法,保證含水層不受破壞,實(shí)現(xiàn)保水開采,減少地下水資源的流失。

2.2 礦井水的凈化與復(fù)用

煤炭在開采過程中,要排放大量的礦井水。在排放過程中,由于受到煤粉、巖粉、細(xì)菌及其它雜物等的污染而成為污水。直接排放,不但污染礦區(qū)環(huán)境,另一方面造成了水資源的極大浪費(fèi)。因此,煤礦在開采中應(yīng)建設(shè)礦井污水處理廠,充分利用混凝沉淀、厭氧處理、氣壓沸騰、藥物殺菌、循環(huán)過濾等技術(shù)處理礦井水,凈化后的礦井水可用于電廠發(fā)電、采掘工作面防塵、選煤廠循環(huán)使用以及礦區(qū)生態(tài)用水,達(dá)到礦井水的凈化處理和回收復(fù)用目的,實(shí)現(xiàn)零排放。

2.3 開采沉陷破壞的恢復(fù)和整治

運(yùn)用土地復(fù)墾技術(shù)和建筑物抗采動(dòng)變形技術(shù),對(duì)開采沉陷破壞的土地進(jìn)行整治和利用。

2.3.1 煤矸石充填復(fù)墾和粉煤灰充填復(fù)墾

地下開采產(chǎn)生的大量煤矸石運(yùn)到地表排放,既占地又污染環(huán)境。利用煤矸石作為充填材料,即可使采煤破壞的土地得到恢復(fù),又能減少矸石的占地。另外可利用電廠的廢棄物粉煤灰充填沉陷區(qū)復(fù)墾土地。

2.3.2 平地和修建梯田復(fù)墾

對(duì)積水沉陷區(qū)、潛水位較低的邊坡地帶,可采取平整土地、改造成梯田的方法復(fù)墾利用。梯田的水平寬度和梯坎高度,應(yīng)根據(jù)地面坡度陡緩、土層薄厚、工程量大小、作物種類、耕種機(jī)械化程度綜合考慮確定,田間坡度的大小和坡向,應(yīng)根據(jù)原始坡度的大小、有無灌溉條件、復(fù)墾土地用途來決定。

2.3.3 輸排法復(fù)墾

開挖排水渠道,將沉陷區(qū)淺積水引入河流、湖泊、坑塘、水庫等,作為蓄水用,使沉陷水淹地重新得到耕種。

2.3.4 深挖墊淺復(fù)墾

運(yùn)用人工或機(jī)械方法,將局部積水或季節(jié)性積水沉陷區(qū)下沉大區(qū)域挖深,適合養(yǎng)魚、蓄水灌溉等,用挖出的泥土充填開采沉陷較小的地區(qū),使其成為可種植的耕地。

2.3.5 積水區(qū)綜合利用技術(shù)

對(duì)地面大面積積水和積水深度很大的沉陷區(qū),科學(xué)的綜合利用,發(fā)展網(wǎng)箱養(yǎng)魚、圍欄養(yǎng)魚、蓄洪作灌溉水源等。

2.3.6 固體微生物復(fù)墾技術(shù)

煤矸石添加適量微生物活化劑,經(jīng)過一個(gè)植物生長期就可建立起穩(wěn)固的植物生長層,形成熟化的土壤。

2.4 構(gòu)建礦區(qū)生態(tài)功能圈

在煤礦的水土保持治理中,應(yīng)以先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)支撐生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)建設(shè)。按照構(gòu)建外圍防護(hù)圈、周邊常綠圈、中心美化圈三大生態(tài)功能圈的生態(tài)環(huán)境治理思路,一方面以井下治理為基礎(chǔ),井上井下互動(dòng)治理,實(shí)現(xiàn)礦區(qū)環(huán)境保護(hù)的良性發(fā)展;另一方面以控制外圍水土侵蝕為前提,營造以灌草為主的水土保持林和水源涵養(yǎng)林、小型水土保持工程以及封育保護(hù)等措施,局部治理和區(qū)域治理相結(jié)合、單項(xiàng)治理措施和綜合治理措施相結(jié)合,內(nèi)外圍綜合治理,形成較為穩(wěn)定的礦區(qū)生態(tài)功能圈,實(shí)現(xiàn)礦區(qū)整體生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)和改善。

3 對(duì)策及建議

煤礦資源的開發(fā)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了深刻的影響。近年來,各級(jí)政府通過一系列政策措施的實(shí)施,環(huán)境狀況有所好轉(zhuǎn),但是,因礦產(chǎn)資源的開發(fā)而引發(fā)的水土流失問題仍不容樂觀,提出以下建議:

(1)以人為本,尊重自然。遵循自然規(guī)律,重視煤礦開采區(qū)的人口環(huán)境容量,加強(qiáng)礦區(qū)水土保持及生態(tài)環(huán)境建設(shè),做到未雨綢繆。

(2)加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)和法律法規(guī)政策宣傳,加大《水土保持法》、《環(huán)境保護(hù)法》、《礦產(chǎn)資源法》、《森林法》及《地質(zhì)災(zāi)害防治條例》等法律法規(guī)的宣傳力度,提高群防意識(shí),做到群眾知法,礦山企業(yè)懂法。要把法律法規(guī)政策真正落到實(shí)處,把引發(fā)的災(zāi)害解決在萌芽狀態(tài)。

(3)加強(qiáng)煤炭開發(fā)與水土保持、生態(tài)環(huán)境建設(shè)有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究制定,做到有章可循。

(4)采取有效措施,積極解決防治的投入問題。為防治地表裂縫、地面塌陷、地下水位下降等環(huán)境問題,從國家財(cái)政方面出臺(tái)有關(guān)政策,以利于企業(yè)籌備并使用資金。

(5)國家建立煤炭開采生態(tài)補(bǔ)償基金。誰用煤,誰補(bǔ)償,用于煤炭產(chǎn)地的生態(tài)恢復(fù)和建設(shè)。建立煤炭工業(yè)的補(bǔ)償機(jī)制,制定改策,從法律上明確企業(yè)治理的內(nèi)容,合理確定煤炭企業(yè)環(huán)境補(bǔ)償費(fèi)標(biāo)堆,逐步將煤礦開采造成的礦區(qū)生態(tài)破壞和資源型城市轉(zhuǎn)型等費(fèi)用納入煤炭成本,促進(jìn)環(huán)境治理和煤炭工業(yè)的持續(xù)發(fā)展,使煤炭開采與防治水土流失、保護(hù)環(huán)境同步進(jìn)行。