煤矿开采中的水土保持

孙维银

(陕西省榆林市水土保持科学研究所,陕西 榆林 719000)

0 引言

煤炭是我国的主体能源,煤炭工业是关系国家经济命脉的重要基础产业。然而随着煤矿开采活动的急剧增加,对生态环境产生了深刻的影响。水土流失、土地沙漠化、水环境变化、地面变形及滑坡、崩塌、泥石流、固体废弃物占地等。致使洪涝灾害加剧,生态环境恶化,并且呈继续扩大、发展的趋势,已成为经济及社会可持续发展的重要制约因素,并威胁到人类的生存。资源开发与环境保护问题已成为当今国内外人们十分关注的焦点问题,而水土流失是中国的头号环境问题。

1 煤矿开采造成的水土流失危害

1.1 损坏水土保持设施,降低水土保持功能

工程建设与开采过程中将占用或影响土地,对原地表植被、土壤结构及其具有的水土保持功能设施构成破坏,降低原地表水土保持功能,使土壤养分流失、土地生产力下降。

1.2 土壤结构发生变化,水土侵蚀加剧

煤炭开采造成地表裂缝、塌陷,裂缝使土壤结构变松、浅层地下水沿裂缝蒸发或下渗,从而使裂缝周围的农业植物和野生的植物生长受损,进而加剧水土流失;而地表沉陷,可能形成台阶改变局部微地貌,使土地出现上下高度不等的分层,改变土地表面植被结皮、生物结皮的赋存状态,使土壤侵蚀强度增大,从而加大水土流失;地表沉陷形成的沟谷陡坡坍塌则可能使局部土壤组成层次发生变化,表层土可能被下层生土所覆盖,使土壤表层肥力下降,从而影响农作物和植被生长,加剧水土流失。

1.3 降低矿区生态环境质量

煤炭资源的开采对矿区生态环境的影响是多方面的,首先是疏干水的排放加速了水循环中的排泄速度,使矿区地下水位降低,空气湿度降低,矿区小气候向干旱化方向发展;其次是生产建设占地、沉陷区的形成直接影响周边范围内的植被生长,而对生态环境产生影响;第三是矿区人口数量的增加,对矿区内具有水土保持功能的林草地干扰强度增大。总体上,矿区生态环境在不设防情况下呈退化趋势。

1.4 地下水环境发生变化

在无开采活动的自然状态下,煤层、上覆岩层与各地层蕴藏的地下水处于相对平衡状态;而煤层开采后,顶板及上覆地层失去支撑,发生形变产生裂隙,有可能沟通地下含水层,使地下水沿裂隙向下渗流,进入矿井,随着矿井井下涌水的不断排出,将会使一定范围内的含水层被疏干,使地下水水位下降和地下水资源流失,改变了采区的原地下水环境,使井田内部分区域地下水水位下降,影响地表植被的生长,从而加剧水土流失。

1.5 开采中的废弃土石渣数量巨大

煤矿在开采过程中,由于井筒开凿、井巷掘进工程、供排水管线工程、地面建筑等工程建设以及生产过程中排放的掘进矸石等将产生数量较大的废弃土石方,尽管在开采设计中总体上要求尽量填、挖平衡,但由于种种原因,有些是就地排弃,向泄洪道内倾倒弃渣,造成河道不能正常排洪。

1.6 开采中缺乏整体性的水土保持

煤矿开采对自身设施要求一般都较高,如工业场地护坡、排水、防洪等在主体工程设计中大多做了考虑,但对因煤炭开采中排水、泄洪、排放矸石等对周边地区造成的水土流失考虑较少,特别是井田范围一定区域内的影响,往往忽视了整体性的水土保持,造成周边地区的水土流失和环境质量的下降。

2 煤矿开采中的水土流失防治

针对煤炭开采过程中水土流失的特点,对破坏的水土保持设施、废弃土石渣量及可能造成的水土流失和危害进行分析预测,力求从煤炭开采的源头和全过程进行水土流失的控制,并在此基础上提出具体的可行的水土流失防治措施。

2.1 保护性煤炭开采技术的应用

开采沉陷是造成矿区环境地质灾害的直接原因,有效控制和减轻地面沉陷程度是避免开采沉陷环境灾害的基本途径。

2.1.1 井下矸石处理技术应用

通过合理选择采煤方法和工艺、合理布置开采工作面、采取井下矸石充填法等措施,取消地面矸石山,减少地表下沉,控制地表下沉速度和范围,达到保护地表和地面建、构筑物与耕地的目的。

2.1.2 煤层保水开采技术应用

在基岩厚度较大、隔水土层较厚的浅埋煤层中,通过采取条带采煤的方法,科学设计开采煤层的采留比参数,采用分层开采的办法,保证含水层不受破坏,实现保水开采,减少地下水资源的流失。

2.2 矿井水的净化与复用

煤炭在开采过程中,要排放大量的矿井水。在排放过程中,由于受到煤粉、岩粉、细菌及其它杂物等的污染而成为污水。直接排放,不但污染矿区环境,另一方面造成了水资源的极大浪费。因此,煤矿在开采中应建设矿井污水处理厂,充分利用混凝沉淀、厌氧处理、气压沸腾、药物杀菌、循环过滤等技术处理矿井水,净化后的矿井水可用于电厂发电、采掘工作面防尘、选煤厂循环使用以及矿区生态用水,达到矿井水的净化处理和回收复用目的,实现零排放。

2.3 开采沉陷破坏的恢复和整治

运用土地复垦技术和建筑物抗采动变形技术,对开采沉陷破坏的土地进行整治和利用。

2.3.1 煤矸石充填复垦和粉煤灰充填复垦

地下开采产生的大量煤矸石运到地表排放,既占地又污染环境。利用煤矸石作为充填材料,即可使采煤破坏的土地得到恢复,又能减少矸石的占地。另外可利用电厂的废弃物粉煤灰充填沉陷区复垦土地。

2.3.2 平地和修建梯田复垦

对积水沉陷区、潜水位较低的边坡地带,可采取平整土地、改造成梯田的方法复垦利用。梯田的水平宽度和梯坎高度,应根据地面坡度陡缓、土层薄厚、工程量大小、作物种类、耕种机械化程度综合考虑确定,田间坡度的大小和坡向,应根据原始坡度的大小、有无灌溉条件、复垦土地用途来决定。

2.3.3 输排法复垦

开挖排水渠道,将沉陷区浅积水引入河流、湖泊、坑塘、水库等,作为蓄水用,使沉陷水淹地重新得到耕种。

2.3.4 深挖垫浅复垦

运用人工或机械方法,将局部积水或季节性积水沉陷区下沉大区域挖深,适合养鱼、蓄水灌溉等,用挖出的泥土充填开采沉陷较小的地区,使其成为可种植的耕地。

2.3.5 积水区综合利用技术

对地面大面积积水和积水深度很大的沉陷区,科学的综合利用,发展网箱养鱼、围栏养鱼、蓄洪作灌溉水源等。

2.3.6 固体微生物复垦技术

煤矸石添加适量微生物活化剂,经过一个植物生长期就可建立起稳固的植物生长层,形成熟化的土壤。

2.4 构建矿区生态功能圈

在煤矿的水土保持治理中,应以先进的科学技术支撑生态建设和环境保护建设。按照构建外围防护圈、周边常绿圈、中心美化圈三大生态功能圈的生态环境治理思路,一方面以井下治理为基础,井上井下互动治理,实现矿区环境保护的良性发展;另一方面以控制外围水土侵蚀为前提,营造以灌草为主的水土保持林和水源涵养林、小型水土保持工程以及封育保护等措施,局部治理和区域治理相结合、单项治理措施和综合治理措施相结合,内外围综合治理,形成较为稳定的矿区生态功能圈,实现矿区整体生态环境的恢复和改善。

3 对策及建议

煤矿资源的开发活动对生态环境产生了深刻的影响。近年来,各级政府通过一系列政策措施的实施,环境状况有所好转,但是,因矿产资源的开发而引发的水土流失问题仍不容乐观,提出以下建议:

(1)以人为本,尊重自然。遵循自然规律,重视煤矿开采区的人口环境容量,加强矿区水土保持及生态环境建设,做到未雨绸缪。

(2)加强组织领导和法律法规政策宣传,加大《水土保持法》、《环境保护法》、《矿产资源法》、《森林法》及《地质灾害防治条例》等法律法规的宣传力度,提高群防意识,做到群众知法,矿山企业懂法。要把法律法规政策真正落到实处,把引发的灾害解决在萌芽状态。

(3)加强煤炭开发与水土保持、生态环境建设有关技术标准的研究制定,做到有章可循。

(4)采取有效措施,积极解决防治的投入问题。为防治地表裂缝、地面塌陷、地下水位下降等环境问题,从国家财政方面出台有关政策,以利于企业筹备并使用资金。

(5)国家建立煤炭开采生态补偿基金。谁用煤,谁补偿,用于煤炭产地的生态恢复和建设。建立煤炭工业的补偿机制,制定改策,从法律上明确企业治理的内容,合理确定煤炭企业环境补偿费标堆,逐步将煤矿开采造成的矿区生态破坏和资源型城市转型等费用纳入煤炭成本,促进环境治理和煤炭工业的持续发展,使煤炭开采与防治水土流失、保护环境同步进行。