煤礦環(huán)境地質(zhì)分析

郝 志

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西太原 030006)

近年來，能源需求越來越大，特別是煤炭資源的開采，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境嚴(yán)重惡化。地表塌陷和礦井廢水污染問題比較突出。因此，改善煤礦環(huán)境地質(zhì)迫在眉睫［1］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國煤礦累計(jì)采空塌陷面積非常嚴(yán)重。全國重點(diǎn)煤礦，采空塌陷面積約占礦區(qū)含煤區(qū)域面積的1/10。山西作為國家能源基地，采煤大省，其采空塌陷災(zāi)害非常嚴(yán)重。全省15×104km2的土地，采空區(qū)就達(dá)到了驚人的2×104km2，相當(dāng)于全省土地面積的1/7。其中，采空區(qū)內(nèi)有6 000 km2的區(qū)域發(fā)生過地質(zhì)災(zāi)害，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。此外，煤炭開采還影響地下水資源，大范圍的煤炭開采造成了礦區(qū)及周邊嚴(yán)重缺水，導(dǎo)致地下水位下降。同時(shí)煤炭開采中產(chǎn)生的礦井水、洗煤水和矸石淋溶水等直接排放，對(duì)礦區(qū)周邊地表水造成了很大的污染。煤炭開采導(dǎo)致廢氣排放，危害大氣環(huán)境。煤炭在開采中排放的礦井瓦斯中含有大量的CH4溫室氣體，地面堆放的煤矸石自燃過程中產(chǎn)生大量的SO2，CO2，CO等有毒有害氣體，嚴(yán)重污染礦區(qū)及周邊大氣環(huán)境，使礦區(qū)周邊環(huán)境持續(xù)惡化，影響居民的身體健康［2］。

1 煤礦環(huán)境地質(zhì)研究的內(nèi)容

煤礦環(huán)境地質(zhì)研究對(duì)象是由地質(zhì)因素引起的環(huán)境問題，重點(diǎn)研究煤炭開采引起的環(huán)境地質(zhì)問題。其研究?jī)?nèi)容包括:1)煤炭原始環(huán)境地質(zhì)條件和環(huán)境質(zhì)量;2)煤礦生產(chǎn)活動(dòng)過程中引起的環(huán)境地質(zhì)問題;3)煤礦環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害;4)煤礦資源保護(hù)和環(huán)境污染的防治方法;5)煤礦環(huán)境地質(zhì)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)技術(shù)［3］。

2 煤礦環(huán)境污染因素及危害

2.1 影響環(huán)境質(zhì)量的基本因素

影響環(huán)境質(zhì)量的基本因素有天然因素和人為因素。天然因素主要是由地質(zhì)、水文地質(zhì)、地球化學(xué)等天然因素和決定的環(huán)境稱之為原始環(huán)境;人為因素是人類生產(chǎn)和生活等人為因素影響和決定的環(huán)境稱之為次生環(huán)境。

2.2 煤礦環(huán)境污染的主要因素

2.2.1 廢物堆放的地質(zhì)因素

主要包括矸石、露天剝離物和煤泥。煤矸石的排放量取決于煤層條件、開采方法、選礦工藝以及煤層的埋藏深度和煤層的賦存條件等，矸石的巖性:炭質(zhì)泥巖、泥巖、砂巖、石灰?guī)r，與煤系中的巖性組成有關(guān)。露天礦剝離物主要是覆蓋礦體的表土、巖石和暫時(shí)不能利用的級(jí)外品礦石。其數(shù)量為礦石數(shù)量的幾倍到十幾倍，需占用大量土地，排棄時(shí)產(chǎn)生大量粉塵，污染環(huán)境。煤泥粒度細(xì)、微粒含量多，持水性強(qiáng)，水分含量高，灰分含量高，粘土物質(zhì)多，熱值低［4］。

2.2.2 水文地質(zhì)因素

包括采礦廢水、選礦廢水和煤炭在洗選過程中產(chǎn)生的廢水。其中，采礦廢水就是外排的礦井水，水量較大，根據(jù)其水質(zhì)可分為:1)潔凈礦井水;2)含懸浮物礦井水礦化度小于1 000 mg/L;3)高礦化度礦井水礦化度大于1 000 mg/L;4)酸性礦井水pH值小于5.5;5)含特殊污染物的礦井水。選礦廢水中含有大量懸浮煤粒、酚類和醇類等污染物。煤炭在洗選排放的廢水，含大量的煤泥、泥砂和懸浮物以及少量的金屬離子等，給礦區(qū)周邊的環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染［5］。

2.2.3 瓦斯及其他氣體因素

主要包括采礦廢氣、燃煤廢氣和自燃產(chǎn)生的廢氣。采礦廢氣及從礦井中排出的廢氣含有多種有害成分有CH4，CO2等;燃煤廢氣主要指礦區(qū)鍋爐、民用燃煤產(chǎn)生的廢氣，易形成煤煙型大氣污染;煤和矸石發(fā)生自燃產(chǎn)生的廢氣，其成分與燃煤有關(guān)。煤和矸石發(fā)生自燃的原因是FeS2氧化和煤的氧化等。

2.2.4 巖體移動(dòng)

在外界因素下，地表巖體失去原有平衡狀態(tài)發(fā)生移動(dòng)，叫巖體移動(dòng)。礦區(qū)的巖體移動(dòng)，主要是由采礦引起的。地表移動(dòng)類型有:漏斗狀陷坑和階梯狀斷裂、緩波狀沉陷盆地。在淺部急傾斜煤層采空區(qū)和開采深度比開采厚度小于20的緩傾斜煤層采空區(qū)，易出現(xiàn)漏斗狀陷坑。其破壞范圍小，但是危害嚴(yán)重，事發(fā)突然。在深部急傾斜煤層采空區(qū)和開采深度比開采厚度大于20的緩傾斜煤層采空區(qū)，常出現(xiàn)階梯狀斷裂、緩波狀沉陷盆地。

2.2.5 礦井熱

礦井在生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生礦井熱。當(dāng)生產(chǎn)礦井采掘工作面空氣溫度高于26℃和機(jī)電硐室的空氣溫度超過30℃時(shí)，就有可能發(fā)生礦井熱害。礦井熱的主要來源是生產(chǎn)和設(shè)備運(yùn)行。

2.3 煤礦環(huán)境污染的危害

煤礦環(huán)境污染的危害有:1)破壞土地資源，露采直接開挖土地，地采造成土地塌陷，煤矸石排放壓占土地，采礦三廢污染土地等;2)破壞水資源，采礦工程地下水和地表水的儲(chǔ)存和循環(huán)狀態(tài)，降低地下水位，導(dǎo)致地下水枯竭;3)影響大氣結(jié)構(gòu)，煤礦廢氣中含有大量的CH4，CO2等排入大氣，加劇了溫室效應(yīng)，同時(shí)廢氣中含有懸浮物和粉塵，降低了空氣的能見度;4)污染自然景觀，廢氣中的硫化物和氮氧化物易形成酸雨和光化學(xué)煙霧，腐蝕自然景觀，對(duì)自然景觀造成極大的破壞;5)誘發(fā)環(huán)境災(zāi)害，采動(dòng)壓力可誘發(fā)冒頂、片幫、礦井突水、煤與瓦斯突出等;6)破壞生態(tài)平衡，礦區(qū)環(huán)境污染，使有毒有害物質(zhì)積聚，打破了原有的物質(zhì)循環(huán)，導(dǎo)致生物退化、滅亡或逃逸;7)危害人類健康，礦區(qū)環(huán)境污染環(huán)境易產(chǎn)生一些環(huán)境疾病;8)制約煤礦可持續(xù)發(fā)展，水資源的破壞，導(dǎo)致周圍區(qū)域缺水，煤層自然、巖體移動(dòng)導(dǎo)致一些資源呆滯、縮短服務(wù)年限，開采移民等。

3 煤礦環(huán)境地質(zhì)防治措施

煤礦環(huán)境地質(zhì)的防治主要是以防為主，治為輔，改變了以往先污染環(huán)境后治理的理念，從思想上提高企業(yè)的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，從根源上減少污染物的排放，減少三廢的排放量，走可持續(xù)發(fā)展之路。

3.1 減少煤矸石的排放量

要從根本上減少煤矸石的排放量，需提高煤矸石的綜合利用。加強(qiáng)井下礦選技術(shù)，增強(qiáng)排矸技術(shù)，將井下產(chǎn)生的矸石，直接用于回填，實(shí)現(xiàn)矸石的零排放。目前，機(jī)械動(dòng)篩跳汰排矸技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，以其造價(jià)低、效率高的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，但大部分建在井上，井上產(chǎn)生的矸石回填成本高，大部分只能在地上堆放，因此，機(jī)械動(dòng)篩跳汰排矸技術(shù)是未來發(fā)展方向。

發(fā)展回填式開采和煤矸石發(fā)電，地上煤矸石進(jìn)行分選，部分用于發(fā)電，其余的可回填，發(fā)展回填式開采，逐步消化地上堆放的煤矸石。從根本上減少固體廢物的排放［6］。

3.2 加強(qiáng)礦井水處理

發(fā)展礦井水處理技術(shù)，對(duì)井下產(chǎn)生的污水集中處理，處理達(dá)標(biāo)后的水可用于供井下洗選煤使用，洗選煤產(chǎn)生的廢水還可以進(jìn)行再處理再利用。多余水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排出井外，也可用于綠化造林生態(tài)恢復(fù)等。

3.3 開發(fā)利用煤層氣

礦井瓦斯對(duì)大氣臭氧層有極大的破壞作用，同時(shí)瓦斯是制取炭黑的原料，瓦斯還可以民用，充分利用瓦斯可以從根源上減少大氣的污染環(huán)境。一些煤礦，煤層氣可抽系數(shù)非常高，煤層氣的開發(fā)利用非常有前景。

4 結(jié)語

改善煤礦環(huán)境地質(zhì)，還是要從根本上減少三廢的排放量，實(shí)現(xiàn)回填式開采，綜合治理與利用礦井水，保護(hù)井下水文地質(zhì)，加強(qiáng)井下通風(fēng)與監(jiān)測(cè)，努力發(fā)展開發(fā)煤層氣技術(shù)，走煤炭可持續(xù)發(fā)展之路。

［1］張方哲.中國煤礦資源評(píng)估與開發(fā)可行性研究［D］.北京:中國地質(zhì)大學(xué)，2010.

［2］楊海燕，楊福英.關(guān)于煤礦行業(yè)污染治理的思考［J］.中小企業(yè)管理與科技(上旬刊)，2009(8):212.

［3］吳景龍.內(nèi)蒙古煤炭資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及對(duì)策研究［J］.煤炭工程，2008(2):101-102.

［4］李增學(xué)，魏久傳，劉 瑩.煤地質(zhì)學(xué)［M］.北京:地質(zhì)出版社，2005.

［5］陳家良.能源地質(zhì)學(xué)［M］.北京:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.

［6］白 通.魯西北石炭—二疊紀(jì)含煤地層與控制因素研究［D］.青島:山東科技大學(xué)，2011.