露天煤礦綠色開采擾動(dòng)效應(yīng)

林淋，劉英璐

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽110015）

安全與環(huán)保

露天煤礦綠色開采擾動(dòng)效應(yīng)

林淋，劉英璐

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽110015）

通過詳細(xì)分析露天煤礦開采對外部環(huán)境的影響，確定露天開采6大擾動(dòng)因素及其所產(chǎn)生的擾動(dòng)效應(yīng)，介紹了目前國內(nèi)應(yīng)對擾動(dòng)所采取的一些技術(shù)措施與方法。

綠色開采；擾動(dòng)；效應(yīng)

0 引言

近年來隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的不斷提高，我國露天煤礦的開采大力倡導(dǎo)“綠色開采”理念?！熬G色開采”是將資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)聯(lián)系起來，使二者相互協(xié)調(diào)，力爭達(dá)到以犧牲最小的環(huán)境代價(jià)，創(chuàng)造出最高礦山資源開發(fā)率，協(xié)調(diào)優(yōu)化礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，助力于社會的長久發(fā)展和經(jīng)濟(jì)效益。

1 露天開采對環(huán)境的擾動(dòng)效應(yīng)

在實(shí)現(xiàn)煤炭綠色開采的進(jìn)程中可以看出露天煤礦開采對環(huán)境的影響不但涉及范圍廣而且強(qiáng)度大。露天礦在開采的過程中涉及了對土地、大氣、水環(huán)境、生態(tài)、噪聲、廢棄物、社會及經(jīng)濟(jì)等多方面的影響，這種影響包括積極與消極2個(gè)方面，但是相對來說，消極的方面所占比重較大些，所以主要討論露天煤礦開采對外部環(huán)境的破壞作用，即露天煤礦開采對外部環(huán)境的擾動(dòng)效應(yīng)。露天煤礦開采對外環(huán)境的擾動(dòng)效應(yīng)具體體現(xiàn)在6個(gè)方面，即土地、大氣環(huán)境、水環(huán)境、生態(tài)、噪聲和廢棄物。

2 地表擾動(dòng)效應(yīng)

由于露天開采自身作業(yè)方式與生產(chǎn)工藝過程，使得露天礦開采需要擾動(dòng)大量的土地資源，主要體現(xiàn)在對地表挖損和壓占。

2.1 地表挖損擾動(dòng)

露天開采需要耗費(fèi)大量的土地資源，對地表及地下結(jié)構(gòu)造成大規(guī)模的破壞。如果煤層賦存較深，開采需要破壞更多的地下巖土層，破壞深范圍廣。例如，開采直接毀損地面表土層及其地上植被，深部挖掘易引發(fā)地層的塌陷，從而加巨土地與植被的破壞程度。

2.2 地表壓占擾動(dòng)

由于礦產(chǎn)在采出的過程中伴隨生成的廢棄物（如電廠灰渣、矸石等）需要大面積的堆放場地，從而引起了對土地的過量占用并且破壞場地原有的地面生態(tài)系統(tǒng)。煤礦開采的過程中還會產(chǎn)生大量的廢棄物，這些物質(zhì)中有些含有大量的酸性、堿性與毒性物質(zhì)或者重金屬成分，這些有害成分通過大氣徑流與浮塵，侵入到周圍的土地、水域及空氣中，極易造成礦區(qū)周圍地域水域與空氣污染[1]。

2.3 地面應(yīng)力擾動(dòng)

隨著露天礦不斷地推進(jìn)，不僅破壞了周圍的自然與地表環(huán)境，還會造成地面應(yīng)力的改變，引起巖層的移位，形成地表裂隙、塌陷，破壞的土地不能被有效利用，易導(dǎo)致土地沙化，造成嚴(yán)重的水土流失，同時(shí)地面及邊坡開挖影響山體的穩(wěn)定，導(dǎo)致巖（土）體變形誘發(fā)崩塌、滑坡與泥石流等地質(zhì)災(zāi)害[8]。

2.4 整治措施

露天開采對地表的破壞是最為嚴(yán)重的。針對這問題，追溯根源就是要開采之初盡量減少露天開采對土地的占用，將采礦過程中引起的自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境的破壞降到最低限度，使采礦伴生的廢棄物達(dá)到最小量。與此同時(shí)，還要將采礦產(chǎn)生的廢棄物進(jìn)行無害化處理，即將廢棄物中的有毒有害物質(zhì)通過采取一些措施將他們消除，或者從中提取出有價(jià)值的元素用于再生產(chǎn)。這樣可以從根本上保護(hù)礦區(qū)的自然環(huán)境不受污染以維持露天礦區(qū)的生態(tài)平衡，還可以產(chǎn)生相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益[2]。

3 大氣環(huán)境擾動(dòng)效應(yīng)

除了地表以外，露天采礦對大氣環(huán)境的影響也不容小覷。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 開采作業(yè)擾動(dòng)

露天開采時(shí)工作面的鉆孔、爆破以及礦石、廢石的裝載運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的粉塵，直接危害礦區(qū)的空氣環(huán)境與采礦作業(yè)人員的身體健康。這種固體微小顆粒是粒徑大約為1～200 μm的固體微粒物，大部分長時(shí)間懸浮在空氣里，直接危害人們的身體健康，且污染大氣及生態(tài)環(huán)境[3]。

3.2 鍋爐排煙擾動(dòng)

鍋爐排煙占整體露天開采對大氣環(huán)境污染比重較大，約1/3左右。目前，國內(nèi)大多數(shù)的礦山企業(yè)還是采用燃煤鍋爐，煤燃燒產(chǎn)生的主要污染物是SO2和煙塵，這直接導(dǎo)致了酸雨的形成。據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，目前我國酸雨面積約占國土面積的30%。前些年由于礦產(chǎn)開采不斷地?cái)U(kuò)能增效，煤炭鍋爐排煙也是近些年來造成我國的酸雨覆蓋面積日益增大的主要原因之一。

3.3 設(shè)備車輛擾動(dòng)

在露天礦生產(chǎn)中，對大氣環(huán)境污染的最主要部分，應(yīng)該是采運(yùn)排機(jī)械設(shè)備與車輛燃油排放的尾氣與顆粒物。眾所周知，在礦山開采中，開采及運(yùn)輸設(shè)備所占的投資比重相當(dāng)巨大，一些大型、特大型礦山的投資比重有的甚至可以達(dá)到總投資的2/3。而目前國內(nèi)外的機(jī)械設(shè)備車輛大多數(shù)是還是以油為主要燃料，油燃燒后主要產(chǎn)生一氧化碳、氮氧化物、二氧化碳、碳?xì)浠衔?、PM顆粒物等[7]。開采中，這些污染物被直接排放到空氣中，直接造成礦區(qū)及周圍生態(tài)環(huán)境污染。

3.4 整治措施

針對采、運(yùn)、排等工作環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的粉塵污染物，目前采用較為普遍的方法是在各工作環(huán)節(jié)中采用濕式鑿巖、灑水降塵等方法，這些做法雖然能在一定程度上緩解了粉塵對環(huán)境與作業(yè)人員的傷害。但是隨著采礦工作線的不斷推進(jìn)和延長，采場面積逐步加大，深度逐漸加深，露天礦從初期在地表以上開采逐步過渡到深部挖掘，粉塵產(chǎn)生量也會隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷增加而加大。針對鍋爐污染，礦山企業(yè)力求以油代煤，減少產(chǎn)生的污染物，但是成本消耗高，對于一些小型礦山企業(yè)還較難實(shí)現(xiàn)。針對礦山機(jī)械車輛污染，國內(nèi)目前普遍采用濕式降塵、干式除塵和安裝除塵器等方法進(jìn)行控制。

4 水環(huán)境擾動(dòng)效應(yīng)

露天開采影響周圍水域環(huán)境。主要體現(xiàn)在地下水及地表水，而這兩者又是相互聯(lián)系相互影響的，具體分析如下。

4.1 地下水?dāng)_動(dòng)

露天開采首先要對礦區(qū)范圍內(nèi)的地下水進(jìn)行大量的疏干外排，這不僅破壞了原有的地層結(jié)構(gòu)，同時(shí)也改變了地下水域的涵養(yǎng)結(jié)構(gòu)。一些露天礦區(qū)為了采掘有的甚至要將河流改道，使得地表水的流向和流量發(fā)生了改變。此外，由于長期地疏干地下水使得地下水的貯存方式和補(bǔ)給也受到了嚴(yán)重影響。而且對于一個(gè)大型或特大型礦山來說，經(jīng)過長期的排水疏干，還會降低地下水位，影響周圍井泉、溪流，造成干涸斷流。

在開采規(guī)模較小的初期，由于煤層覆存較淺且尚未達(dá)產(chǎn)，礦坑涌水主要來自于煤系地層本身，所以初期涌水量較小。達(dá)產(chǎn)后，隨著原煤產(chǎn)量的不斷增加，礦坑面積逐漸增大，加之開采作業(yè)鉆爆工作產(chǎn)生的巨大震動(dòng)，使得煤層頂板極易破碎甚至塌陷，如果煤層上部構(gòu)造結(jié)構(gòu)斷裂且相互溝通，就會讓煤層以上的含水層相互滲透，加上地下水及坡面徑流、河道地表水沿塌陷區(qū)向下滲透補(bǔ)給，就使得露天礦坑涌水量越來越大，地下水的補(bǔ)給、排泄能力逐步被破壞。

隨著礦坑的不斷加寬加深，地層中的裂縫也在不斷發(fā)展延伸，有的延伸到地表，與地表的裂縫相互串通，地表水經(jīng)裂縫滲透到地下，逐漸加劇了礦坑水累積[5]。在我國，由于一些露天煤礦都分布在河道沿岸，所以這也是造成許多水井干枯，泉溪斷流的主要原因之一。

露天煤炭的開采不僅影響了地下水循環(huán)，而且還導(dǎo)致地下水質(zhì)的污染。使得原本良好水質(zhì)的水資源經(jīng)過開采作業(yè)的污染，最后變成了礦坑廢水。開采過程中產(chǎn)生的重碳酸鈣水、硫酸水、重碳酸鈣鎂水及硫酸鈣鎂水等，是水質(zhì)受到污染的罪魁禍?zhǔn)?。由于這些化合物的硬度較大，坑水排入河道后，使得河道基流量減少，自循環(huán)能力減弱，當(dāng)煤礦的礦坑水排入河道以后，再經(jīng)過開采形成的裂縫滲入到下游，造成了下游河道水質(zhì)的惡化，嚴(yán)重影響了周圍居民、動(dòng)植物的用水安全以及農(nóng)作物、林草植被的正常生長。

4.2 地表水?dāng)_動(dòng)

露天開采不但對地下水影響巨大，對地表水也有很強(qiáng)的作用力。由于露天礦開采過程中要不斷地疏干排水，基本上要疏干區(qū)域周圍的地表水，覆存在淺層地下水也因長期得不到補(bǔ)給從而破壞了地下水補(bǔ)給與排泄條件，擾亂了地下水系均衡系統(tǒng)的平衡，導(dǎo)致了礦區(qū)及周圍水域地下水位大幅度地下降。通過大量資料分析整理出結(jié)論，在露天煤礦開采較集中地區(qū)，區(qū)域內(nèi)河道基本呈斷流狀態(tài)。由于礦坑積水通過疏干要重新排放至河道，所以一些區(qū)域內(nèi)的河道水量看似不少。但實(shí)際上基本都是礦坑廢水，天然基流量很少。例如在大同十里河、口泉河、懷仁小峪河、朔州七里河、陽泉桃河、孝義兌鎮(zhèn)河、左權(quán)清漳河、晉城長河等地均有此類現(xiàn)象。所以說，露天煤炭開采是地表水減少的主要原因[2]。另外，礦區(qū)水域地下水位的下降對農(nóng)業(yè)產(chǎn)品以及居民飲水等方面也產(chǎn)生的很大的影響。礦山開采作業(yè)活動(dòng)導(dǎo)致的大面積水土流失、水域地下水位降低，植物與土壤的蓄水與保水能力下降，使得礦區(qū)周邊地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉井和人畜飲水井等干涸[6]。

在采礦與選礦過程中產(chǎn)生的廢水，也是對礦山及其周圍水質(zhì)和土壤造成嚴(yán)重污染和危害的主要來源。露天采礦產(chǎn)生廢石場的淋溶水、選礦的工藝廢水、礦區(qū)生活污水等也會污染礦區(qū)周圍環(huán)境，造成動(dòng)植物與農(nóng)作物受害、河流水質(zhì)受到污染，從而影響自然環(huán)境生物生長與人體健康。

5 生態(tài)環(huán)境擾動(dòng)效應(yīng)

露天開采對生態(tài)環(huán)境的破壞，包括地表植被破壞、生物多樣性的減少、改變動(dòng)植物的生存條件、山坡滑動(dòng)、水土流失等。這其中對生物多樣性的破壞，作用影響力更大。

5.1 生物多樣性擾動(dòng)

礦區(qū)生物多樣性是指礦區(qū)周圍的生物及其與環(huán)境形成的生態(tài)復(fù)合體以及與此相關(guān)的各種生態(tài)過程的總和，它是人類生存之本，為人類提供了必要的生活資源和生存環(huán)境[1]，也是地球生命支持系統(tǒng)的核心組成部分和生態(tài)服務(wù)功能的基礎(chǔ)，關(guān)系到生態(tài)安全和糧食安全[2]。

近年來，由于露天采礦的規(guī)模及產(chǎn)量不斷加大，造成礦區(qū)周圍的物種數(shù)量急劇減少有的地方甚至導(dǎo)致物種滅絕，生物遺傳多樣性不斷減少，以及生態(tài)系統(tǒng)的大規(guī)模破壞。露天礦區(qū)周圍的生物由于受到采礦所引起的負(fù)效應(yīng)，如地層結(jié)構(gòu)變化、大氣及水環(huán)境的污染等等，導(dǎo)致其多樣性及數(shù)量的大規(guī)模減少，部分成活的物種也因所處環(huán)境呈現(xiàn)出低劣的態(tài)勢。雖然開采后期會采取一定的復(fù)墾措施，但是一些地區(qū)由于本身的地質(zhì)特性而恢復(fù)緩慢，有的甚至需要上百年來恢復(fù)，嚴(yán)重了影響當(dāng)?shù)氐膭?dòng)植物的正常生長與發(fā)展。

5.2 水土資源擾動(dòng)

礦山開采導(dǎo)致的水土流失，繼續(xù)加劇影響了地表的植被。植被數(shù)量減少，土地面積縮小，又加劇了水土的流失，兩者相互作用，惡性循環(huán)，導(dǎo)致礦區(qū)及周圍的失去養(yǎng)分，植被退化，甚至形成荒地。露天采礦作業(yè)損害了礦區(qū)及周圍生物的多樣性，令其恢復(fù)難度大。即使采取了復(fù)墾技術(shù)，與原生態(tài)環(huán)境相比，復(fù)墾后的新形成的生態(tài)環(huán)境也不能完全達(dá)到生物的原始生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，況且重新組合后的地表覆土的結(jié)構(gòu)較松散、地層層序紊亂、地表物質(zhì)更加復(fù)雜、土壤性質(zhì)趨于惡化。

6 噪聲擾動(dòng)效應(yīng)

6.1 聲源

露天礦區(qū)噪聲的主要來源是露天采礦的開采設(shè)備，如挖掘機(jī)、前裝機(jī)、選采設(shè)備、洗煤廠、機(jī)修車間、工業(yè)廣場機(jī)械動(dòng)力設(shè)備以及礦區(qū)的道路運(yùn)輸交通工具等，此外，露天礦的開采爆破振動(dòng)也是礦區(qū)噪聲污染的主要因素之一。

6.2 爆破擾動(dòng)

近年來隨著露天開采工藝技術(shù)及設(shè)備的不斷改進(jìn)及大規(guī)模高效率的開發(fā)，露天爆破對人類與環(huán)境的危害逐漸顯現(xiàn)，國內(nèi)外對此也進(jìn)行了具體詳細(xì)的研究與治理。露天爆破造成的危害主要體現(xiàn)在爆破、振動(dòng)、沖擊波、噪聲、炮煙、粉塵等。

露天爆破振動(dòng)造成了地表建筑物和固體設(shè)施的晃動(dòng)、礦區(qū)地下水位降低、水源水質(zhì)渾濁，爆破振動(dòng)時(shí)山體松散巖石的散落與露天開采礦山邊坡巖石位移與不均勻沉降，形成危險(xiǎn)源以及對礦區(qū)及周圍的動(dòng)植物生長環(huán)境的影響。

在露天礦開采爆破過程中，產(chǎn)生的炮煙在風(fēng)的作用下被驅(qū)散，在炮煙中包含著一些有毒有害的化合物，無色無味，如一氧化碳、氧化氮等，對人體及動(dòng)植物都是有傷害的。

據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，露天礦山大約30%左右的粉塵來自于穿孔爆破。爆破產(chǎn)生的粉塵顆粒小、質(zhì)量輕、粒度大多0.01～0.1 mm。而國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，工作面的粉塵濃度不應(yīng)超過2 mg/m3。這些粉塵在爆破沖擊波及風(fēng)力的作用影響下，快速擴(kuò)散，影響范圍廣，也是近些年來加劇霧霾天氣持續(xù)上升的一大因素之一?？茖W(xué)研究表明，爆破1 m3的石灰?guī)r，會生成0.03 kg的粉塵；爆炸1 m3的硬巖會生成大約0.16 kg的粉塵。對于生命周期大概10 a左右的年產(chǎn)500萬t的露天礦山，每年大約生成30 t左右的粉塵，如果開采的是堅(jiān)硬的巖石產(chǎn)生的粉塵數(shù)量會更大。這些粉塵會隨著風(fēng)擴(kuò)散開來,不但污染大氣環(huán)境還會危害人體健康，特別是上呼吸道疾病，對整個(gè)礦區(qū)的建筑物、機(jī)械設(shè)備以及農(nóng)作物都會造成污染[4]。

6.3 整治措施

目前人們采取了一些措施來減少露天礦爆破產(chǎn)生的污染，例如在穿孔爆破時(shí)采用濕式作業(yè)，即在爆破前后在爆破工作面上進(jìn)行灑水操作；盡量多采取深孔爆破，以達(dá)到減少產(chǎn)生粉塵的目的；當(dāng)?shù)V山爆破時(shí)，根據(jù)天氣等客觀條件合理安排爆破工作，露天礦爆破及運(yùn)輸時(shí)，多灑水，防止揚(yáng)塵現(xiàn)象；另外，在露天礦區(qū)及其周圍多種植綠色植物，建防護(hù)林等以抵制粉塵現(xiàn)象。露天礦爆破產(chǎn)生的粉塵污染對礦區(qū)乃至整個(gè)人類生存環(huán)境的影響都是巨大的，應(yīng)該引起人們的重視。

7 廢渣擾動(dòng)效應(yīng)

露天開采的棄渣主要是指礦山開采過程中產(chǎn)生的固體廢棄物。礦山、采石場和選煤廠在開采和選采等作業(yè)中排出的廢棄物質(zhì)，主要是采礦廢石、尾礦、鍋爐電廠灰廢渣及飄塵等。固體廢棄物的污染已經(jīng)成為全球10大環(huán)境問題之一。據(jù)悉，世界各國礦業(yè)開發(fā)所產(chǎn)生的尾礦每年達(dá)50億t以上。目前全國僅煤矸石堆放存量達(dá)20億t之多,占地6 670多hm2。露天礦山廢棄物嚴(yán)重污染土壤、大氣、地表及地下水環(huán)境，造成山體的滑坡和泥石流等自然災(zāi)害。

此外，當(dāng)露天礦山中廢棄的硫化礦物與空氣相接觸經(jīng)氧化能夠釋放出硫化氫、一氧化氮等有毒有害氣體，而粒徑很小的尾礦經(jīng)過干燥風(fēng)化后會形成飄塵混入到空氣中，污染礦區(qū)及周圍大氣環(huán)境。

礦山堆放的廢棄物，如果堆放不穩(wěn)定極易引起巖堆移動(dòng)與不均勻沉降導(dǎo)致泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，由于廢棄物堆放需要占用大面積的土地，影響自然景觀，如果礦山管理不嚴(yán)，特別是廢棄物的任意排放和布置不合理都會對環(huán)境造成更大的危害。

8 結(jié)語

1）為加速我國露天礦山實(shí)現(xiàn)綠色開采的目標(biāo)，分別從土地、大氣、水、生態(tài)、噪聲及廢棄物6個(gè)方面歸納出了露天天開采對外部環(huán)境的6大擾動(dòng)因素并針對每類擾動(dòng)因素所產(chǎn)生的負(fù)向效應(yīng)進(jìn)行了細(xì)致的分析。

2）我國露天礦山實(shí)施綠色開采的理念起步較晚，目前對于國內(nèi)露天礦開采產(chǎn)生的擾動(dòng)效應(yīng)，也有一些治理措施，但是這種措施只是一定程度上的緩解，若真正實(shí)現(xiàn)綠色開采，還需要從露天開采的源頭上加以科學(xué)管理與技術(shù)改革。

［1］陳麗新.對我國礦山環(huán)境保護(hù)與治理的若干建議［J］.中國礦業(yè)，2011（2）：53-55.

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［4］張震宇．露天采礦場粉塵污染及其防治［J］．金屬礦山，2006（2）：85-87．

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［6］李曉光.礦山開采對水環(huán)境的影響趨勢及可持續(xù)發(fā)展措施［J］.硅谷，2013（1）：242.

［7］趙浩，白潤才，曲業(yè)明.露天煤礦綠色開采技術(shù)［J］.礦業(yè)工程研究，2011（3）：19-22.

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【責(zé)任編輯：解連江】

Disturbance effect of green mining in Open-pit Coal Mine

LIN Lin,LIU Yinglu
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

The article analyzes the effect of open-pit coal mine mining on the external environment，determines six major disturbance factors and its disturbance effect in open-pit mining,and introduces some technical measures and methods to deal with the disturbance.

green mining;disturbance;effect

X21

B

1671－9816（2017）08－0057－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.08.016

林淋，劉英璐.露天煤礦綠色開采擾動(dòng)效應(yīng)［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（8）：57-60.

2017-03-28

林淋（1981—），女，2010年畢業(yè)于東北大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)在中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院工作。