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]。
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]。
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。
2.2.1 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。
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。
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。
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]。
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。
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。
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.