煤礦開采對環(huán)境影響及礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)

楊明　楊文芳　馬小紅

【摘 要】礦山開采所造成的環(huán)境污染和生態(tài)破壞是整個生態(tài)系統(tǒng)退化的重要因素，從多角度探討礦山開采引起的地質(zhì)環(huán)境問題，通過遙感監(jiān)測成果，借助造成環(huán)境破壞各類因子，利用模糊數(shù)學(xué)綜合評價(jià)法評定礦山地質(zhì)環(huán)境問題，從而作出礦山地質(zhì)環(huán)境問題的綜合評價(jià)等級，該等級反映了礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理的優(yōu)先順序，為礦山環(huán)境問題防治提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】礦山開發(fā)；生態(tài)環(huán)境；環(huán)境評價(jià)

煤炭是寧夏回族自治區(qū)的主要礦產(chǎn)資源，已探明煤礦儲量300多億噸，僅寧東煤田儲量就達(dá)270多億噸，煤質(zhì)優(yōu)良，低灰、低硫、發(fā)熱量高等特點(diǎn)。隨著新的設(shè)備與技術(shù)的引進(jìn)，寧夏的原煤產(chǎn)量快速增長至每年2000萬噸以上，帶來30多億元的經(jīng)濟(jì)收入。根據(jù)寧夏自治區(qū)規(guī)劃：到2020年寧夏地區(qū)的煤炭產(chǎn)量將突破億噸。一次能源結(jié)構(gòu)中煤炭約占74%，煤炭提供了78%的發(fā)電能源，70%的化工能源和60%的民用商品能源[1]。寧夏區(qū)政府在將煤炭工業(yè)做大做強(qiáng)的同時(shí)，也積極開展煤炭的深加工、增加附加值等方面的項(xiàng)目。目前在建與建成的電廠、煤炭液化、煤基二甲醚等項(xiàng)目。但隨著開采范圍的擴(kuò)大和開采深度的增加，煤炭開采引起的地質(zhì)災(zāi)害、土地荒漠化、土地污染、環(huán)境污染等問題，已嚴(yán)重制約了寧夏煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 礦山開采對生態(tài)環(huán)境的影響

近年來通過對寧夏礦山環(huán)境監(jiān)測項(xiàng)目所做的調(diào)查顯示，寧夏煤炭企業(yè)均具一定規(guī)模，礦山占地及礦山環(huán)境污染日益加劇，據(jù)2015年寧夏礦山監(jiān)測統(tǒng)計(jì)，僅靈武市地區(qū)有16家礦山，占地達(dá)1840.33公頃。礦山對土地的破壞存在于礦產(chǎn)資源開發(fā)的各個環(huán)節(jié)。

1.1 煤礦產(chǎn)區(qū)內(nèi)的水污染

煤礦產(chǎn)區(qū)的污水主要來自礦井水和生活用水。礦井水是煤礦排放最大的污水，所含物質(zhì)主要是巖粉、煤粉、懸浮物。生活污水是日常生活使用過的水，除懸浮物外，還有大量的細(xì)菌、油類等雜質(zhì)，水體污染范圍廣。寧夏每年因煤礦污水造成的環(huán)境損失就達(dá)千萬元以上。此外，煤炭的開采也會破壞地下蓄水層，改變水文地質(zhì)和水文條件，使水均衡系統(tǒng)失衡，井泉干涸，造成土地貧瘠，植被退化。

1.2 煤礦產(chǎn)區(qū)內(nèi)煤矸石造成的環(huán)境污染

煤矸石是在煤炭開采，洗選加工過程中所產(chǎn)生的副產(chǎn)物?！笆濉逼陂g寧夏工業(yè)固體廢棄物（主要種類是粉煤灰）累計(jì)生產(chǎn)2814.79噸，比“九五”期間增加31.17%[2]。目前煤礦的排矸量約占煤炭開采量的10-25%。寧夏是以煤礦為主產(chǎn)的省份，煤矸石儲量及占地面積是最大的固體工業(yè)廢物。僅石嘴山周邊地區(qū)就堆放著3500萬噸的煤矸石，占地1000多畝，而且每年還以200多萬噸的速度在增長。由于煤矸石均堆積在野外空曠的良田之上，其攜帶的鎂、鈉、鉀、鉛、砷、鉻等有害重金屬離子，在雨水、陽光、風(fēng)的侵蝕下，污染水源、污染大氣。由于煤矸石山的長期污染，煤矸石山邊上的村莊水源受到鉛鉻等有害金屬的污染，部分水質(zhì)顏色的已發(fā)生變化。該地區(qū)百余戶人家的350多人中，癌癥的發(fā)病率明顯高于其他地區(qū)3倍左右[3]。周圍土壤中的重金屬含量明顯高于正常地區(qū)，地表植被退化，大部分地區(qū)寸草不生。

1.3 煤礦產(chǎn)區(qū)內(nèi)的大氣污染

在煤礦的開采過程中，特別是露天開采的煤礦會產(chǎn)生大量的煙塵，煤矸石山自燃和煤堆自燃所排放出來的污染物、礦區(qū)內(nèi)各種燃煤鍋爐產(chǎn)生的、居民燃煤和煤礦運(yùn)輸車的尾氣排放出來的污染物。這些煙塵隨著空氣的流動飄入大氣，危害人類的健康，影響其他生物的生長。其中的二氧化硫會形成酸雨，大量的二氧化碳會加劇溫室效應(yīng)，粉塵引發(fā)癌癥等疾病。

1.4 煤礦礦產(chǎn)區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害

寧夏煤礦產(chǎn)區(qū)的煤田經(jīng)過半個多世紀(jì)的開采，已經(jīng)引發(fā)了多種地質(zhì)災(zāi)害，主要有：地裂縫、地面塌陷。2015年通過利用IKONOS數(shù)據(jù)遙感調(diào)查和實(shí)地驗(yàn)證結(jié)果顯示：地裂縫68處，塌陷坑54處，地面塌陷區(qū)7處，泥石流（隱患）3處，主要分布在北部石嘴山煤礦區(qū)、大武口區(qū)白芨溝煤礦區(qū)，中寧縣堿溝山煤礦聚集區(qū)及寧東靈武礦區(qū)。寧東靈武礦區(qū)屬于淺埋煤層，其上砂、土、石混合松散覆蓋。在寧東靈武礦區(qū)（大面積采空區(qū)）外側(cè)，出現(xiàn)了與采空區(qū)邊緣平行的4-12m的裂縫。石嘴山礦區(qū)出現(xiàn)的較大塌陷坑幾十余處，坑內(nèi)、坑邊布滿裂縫，地面沉降的現(xiàn)象十分普遍，影響面積達(dá)到十幾平方公里。除此之外，各類采礦場、廢渣壓占破壞土地。露天開采要剝離礦層上的覆蓋層，要挖掘大量土地，同時(shí)排土也會壓占土地，據(jù)統(tǒng)計(jì)，露天開采外排土壓占的土地是挖掘土地量的1.5-2.5倍，平均為2倍。露天礦正常生產(chǎn)后，每采1萬噸煤，排土場壓占土地為0.04-0.33公頃，平均為0.16公頃[3]。另外，礦區(qū)修路及建筑廠房也要占用破壞大量土地等等，總之，礦山對土地的破壞是多方面的。

2 礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)

礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價(jià)是在礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況和礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，按照一定原則，制定一定指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，選用合適的數(shù)學(xué)方法，對礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣做出定性或定量評判，對其評價(jià)結(jié)果進(jìn)行等級劃分，判別存在的最主要環(huán)境地質(zhì)問題。其目的是利用模糊數(shù)學(xué)綜合評判法評定礦山環(huán)境地質(zhì)問題的歷史、現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，在考慮礦山區(qū)位條件和恢復(fù)治理難度的基礎(chǔ)上，最終給出礦山環(huán)境地質(zhì)問題的綜合評價(jià)等級，該等級也同時(shí)反映了礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理的優(yōu)先順序。為政府實(shí)施礦山環(huán)境問題防治工程規(guī)劃和有關(guān)企業(yè)制定防止和減少環(huán)境地質(zhì)問題危害程度對策提供參考依據(jù)。

2.1 礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)方法

根據(jù)礦區(qū)礦山自然地理、地質(zhì)背景、礦山開發(fā)影響等實(shí)際因素，選用網(wǎng)格法與自然邊界法相結(jié)合的方法，以網(wǎng)格為單元進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境的綜合評價(jià)；在研究工作區(qū)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、地質(zhì)資料和遙感解譯結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)工作區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境特征，建立礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)子系統(tǒng)和評價(jià)指標(biāo)，確定評價(jià)因子提取的信息值、信息值等級劃分、各指標(biāo)權(quán)重選取，利用層次分析法（AHP法）分別獲得子系統(tǒng)權(quán)值和評價(jià)指標(biāo)權(quán)值，并基于ArcGIS平臺通過網(wǎng)格法對整個工作區(qū)進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境子系統(tǒng)評價(jià)和礦山地質(zhì)環(huán)境綜合評價(jià)。

本次選取磁窯堡煤礦工作區(qū)作為試點(diǎn)，進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境評價(jià)。

2.2 工作區(qū)礦山開采現(xiàn)狀

通過利用IKONOS數(shù)據(jù)對磁窯堡煤礦工作區(qū)進(jìn)行遙感調(diào)查，該區(qū)主要礦產(chǎn)資源為煤礦，其次為建材類磚瓦用粘土礦、建筑用砂礦等。2015年在磁窯堡煤礦工作區(qū)共有礦山24家，其中，其中煤礦13家，磚瓦用粘土1家，建筑用砂8家，建筑石料用灰?guī)r2家。除煤礦是地下開采外，其余建材類礦山均為露天開采。

2015年各類礦山開發(fā)占地圖斑共計(jì)327處，面積為2443.22公頃，其中，采場占地366.41公頃，礦山建筑占地329.41公頃，中轉(zhuǎn)場地1319.45公頃，固體廢棄物427.95公頃。按礦種統(tǒng)計(jì)，煤礦礦山占地1840.36公頃，建材類礦山占地602.89公頃。

2.3 評價(jià)因子選擇和評價(jià)因子權(quán)重確定

礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與評價(jià)的范圍包括礦業(yè)開采活動區(qū)及其影響的區(qū)域。在分析工作區(qū)不同類型礦產(chǎn)開發(fā)及不同開發(fā)方式的礦山環(huán)境地質(zhì)問題的基礎(chǔ)上，選取十六個評價(jià)因子，考慮各因子的相互重疊及對礦山環(huán)境影響輕重關(guān)系，劃分出評價(jià)因子等級。評價(jià)因子權(quán)重反映各因子在綜合評價(jià)中的重要性，根據(jù)前人有關(guān)研究成果及對本評價(jià)體系評價(jià)因子權(quán)重的分析，并結(jié)合各工作區(qū)的實(shí)際環(huán)境因素，采用專家經(jīng)驗(yàn)評判打分法確定各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

2.4 評價(jià)單元網(wǎng)格數(shù)值分析

基于各評價(jià)因子自身特點(diǎn)與礦區(qū)自然條件、地質(zhì)背景及采礦對環(huán)境的影響等因素，采取自然邊界法和網(wǎng)格法相結(jié)合的評價(jià)方法。其中，對于地形地貌、植被覆蓋度、巖性組合、邊坡結(jié)構(gòu)和水資源破壞程度5個評價(jià)因子采用自然邊界法，其余因子采用網(wǎng)格法。

依據(jù)的2015年磁窯堡煤礦區(qū)的面積按1km×1km的網(wǎng)格為評價(jià)單元，共劃分出1296個評價(jià)單元，通過計(jì)算，總評價(jià)值在1.28至2.27之間，磁窯堡煤礦工作區(qū)的總評價(jià)值主要集中于1.61-1.94范圍內(nèi)，其占總評價(jià)單元的92%（表1）。

2.5 評價(jià)綜合值空間分布特征

根據(jù)綜合評價(jià)指數(shù)值的分布特征及該工作區(qū)的礦山開采情況及生態(tài)環(huán)境情況，礦山地質(zhì)環(huán)境劃分為二級，即礦山地質(zhì)環(huán)境較差區(qū)（Fj≤1.61）、礦山地質(zhì)環(huán)境一般區(qū)（1.61

從表1中可知，該區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量在空間分布呈較明顯的差異性，礦山地質(zhì)環(huán)境較差區(qū)主要分布于煤礦集中地區(qū)，面積149.83km2。除較差區(qū)以外均為礦山地質(zhì)環(huán)境一般區(qū)，面積為1132.53km2。

礦山地質(zhì)環(huán)境較差區(qū)開采規(guī)模多為大中型企業(yè)，開采方式為地下開采，采空區(qū)易發(fā)地裂縫、采空塌陷，煤矸石等固體廢棄物大量堆放會產(chǎn)生有毒有害氣體、煤自然，在山區(qū)會引發(fā)泥石流等災(zāi)害；礦山地質(zhì)環(huán)境一般區(qū)礦山較少，且規(guī)模較小，多為建筑材料露天開采。礦山開采對環(huán)境有一定的影響，近年來在上級監(jiān)管下露天開采礦山得到有效控制。局部地區(qū)露天開采對地表的破壞要在一段時(shí)間內(nèi)才可恢復(fù)。

3 結(jié)語

對于礦山分布分散，開采方式多樣，開采秩序不規(guī)范，存在礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患的地區(qū)，采用遙感技術(shù)進(jìn)行礦產(chǎn)資源遙感調(diào)查與動態(tài)監(jiān)測是一項(xiàng)有效手段，在開采過程中加強(qiáng)監(jiān)測與信息化管理，最大限度的防止礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，保障資源合理有效利用，實(shí)現(xiàn)礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]