煤炭开采对环境的影响及治理措施

张和平

由于煤矿开采强度的不断加大，大面积地表沉陷和露天矿挖损、排矸（土）场占地、地下水位下降、生态环境破坏的程度不断加剧。同时，随着我国国民经济的发展，煤炭需求总量也在不断增加，资源、环境和安全压力进一步加大。

1 煤炭开采对环境的影响

1.1引起地表塌陷和土地挖损

据不完全统计，全国采煤沉陷面积已达60多万公顷，造成大量土地破坏和移民搬迁。煤炭井工开采造成的地表塌陷不仅引起土地资源劣化，而且破坏了土地原有水循环系统，既浪费了土地资源，加剧了工农争地矛盾，给国家和企业造成了沉重的经济负担，同时也破坏了生态环境和自然资源，如在岩溶充水矿区则发生地表岩溶塌陷。据相关资料显示，我国有20余个矿务局、矿发生过地表岩溶塌陷。此外，煤的地下开采还可能导致山体开裂、滑坡与泥石流，造成水土流失与沙漠化。

露天煤矿开采过程中要排出大量剥离物，每开采万吨煤要挖损土地0.1公顷，外排土场压占土地为挖损土地量的1.52倍。目前，我国露天开采挖损与压占土地总量约4.5万公顷。同时，露天开采的地下水疏干也引起了地表沉降。

1.2产生废水、废石、瓦斯等排放

随着煤炭生产量酌快速增长，生产加工中产生的煤矸石、矿井水和瓦斯等大量排放，对矿区生态、大气环境造成一定的危害。

1.2.1矿井水

矿井水由伴随开采而产生的地表渗透水、岩溶水、矿坑水，以及生产、防尘用水等组成，是煤矿排放量最大的一种废水，对地表河流等水资源共享产生较大的污染。目前我国煤矿排放量大，重复利用水平低，采煤区域地下水位下降，造成部分地区人畜饮水困难，农业生产受到影响。

矿井水产生量主要取决于开采煤层地质构造的富水性大小。我国煤矿矿井水产生量差别较大。在南方及华东、华中、华北平原部分富水矿区，一般矿井为5-15m3/t煤，个别达几十立方米；在晋、陕、蒙及北方其他缺水矿区，一般矿井小于1m3/t煤。据2006年统计，全国煤矿平均为1.75-2.15m3/t原煤。东部地区一些排水量较大的矿区，主要受岩溶水的影响，矿井排水中60%为岩溶水。

经处理后的矿井水，大多用于矿井生产（井下灭尘洒水、地面生产）、生活和矿区其他建设项目。国有重点大中型煤矿的矿井水利用率在60%～90%，部分煤矿利用率达到100%，煤矿或矿区不能充分利用的剩余矿井水，根据水质和达标排放的要求采用相应的处埋工艺，基本实现达标排放。但国有地方和乡镇小煤矿，大部分缺乏矿井水处理设施，目前不能完全实现达标排放。

1.2.2煤矸石

煤矿生产过程中产生的固体废物主要是煤矸石（露天矿主要是岩土剥离物），其来源于井下巷道掘进、煤层夹矸和采煤机割顶（板）刨底（板）。煤矸石产生量大小与矿井开拓开采方式、煤层构造和割煤厚度有关，换言之，即与井下岩巷掘进量、煤层夹矸多少、割顶（板）刨底（板）厚度有关。近些年，尤其是“十五”期间开工建设的大中型煤矿，大多改革了工艺设计，减少了岩巷工程量，其产矸率明显降低。小型矿井，尤其是乡镇小煤矿，历来以煤巷掘进为主，打眼爆破，手工作业，基本不采矸石，其产矸率要比大中型煤矿低很多。

据统计，目前我国历史积存煤矸石35.5x108t，矸石山2600座，压占土地7400hm2，其中自燃矸石山80余座，造成大气污染。2005年全国煤矸石的综合利用率达到43%，利用量6600多万吨，尚未利用部分大多进入排矸场安全处置。小煤矿的煤矸石基本上既没得到利用，也未进行安全处置，大多随处弃置，排入外环境。

1.2.3瓦斯

煤炭生产过程中释放的瓦斯对大气环境的温室效应产生严重影响，而且其浓度的提高会造成对流层中的臭氧增加，平流层中的臭氧减少，导致照射到地球的紫外线增加，诱发皮肤癌等疾病。我国煤矿毒年向大气排放的瓦斯超过100×1081113，抽放未利用即排人大气的高浓度瓦斯每年约2×10（8）m3。这不仅对区域环境造成严重影响，同时也是煤矿安全生产的最大隐患。

1.2.4粉尘

煤矿综采工作面、机掘工作面和运输转载点等生产过程产生的粉尘污染，不仅给矿山带来安全隐患，给矿工身体健康带来严重的影响，同时粉尘排出地面也对大气环境造成污染。另外，采煤引起的滑坡、泥石流、矸石山自燃等导致人员伤亡的现象也时有发生。

2 煤炭开采伴随的治理措施

2.1地表塌陷的治理措施

复垦与排矸系统相结合；复垦与电厂排灰相结合；改进采掘方法，实现煤炭资源的合理开采。下面以复垦与排矸系统相结合为例：煤矸石中的岩石成分主要属于沉积岩，矸石一般可分为粘土岩矸石、砂岩矸石、粉砂岩矸石、钙质岩矸石和铝质岩矸石等。煤矸石是由无机质和少量有机质组成的混合物。无机质中主要包括矿物质和水，一般以硅铝为主要成分，SiO2含量40%～60%，砂岩矸石的SiO2含量可高达70%，Al2O3含量为15%～30%，铝质岩矸石的Al2O3可达40%以上；含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、SO3、K2O、Na2O、P2O5等无机物以及微量的稀有金属，如钛、钒、钴等。所含碱金属中，一般K的含量大于Na。有机质主要包括C、H、O、N、S等。矸石充填复垦的方法流程为：井下矸石→地面→架线电机车→塌陷坑→平整→复土→种植绿化。

2.2矿井水的治理措施

目前，国内外对煤矿水的处理技术主要有：氧化沟处理技术[2]、聚合硫酸铁处理技术生物接触氧化法处理技术[4]、曝气生物滤池处理技术、硅藻土在污水处理中的应用兰绿藻处理技术。经处理后的洗澡水，还可用于井下消防降尘洒水，地面矸石山洒水和地面厂区洒水等。处理生活污水用于农业灌溉或排入附近水体，各矿井的生活污水经过一级或二级生化处理，然后进行农业灌溉或排放。

2.3煤矸石的治理措施

直接利用矸石，如铺设道路，回填煤矿采空区和地表塌陷坑。利用矸石作为发电燃料，是矸石利用的有效途径。目前很多矿区建立了坑口电厂，补充矿区用电，节约标准煤。可以做建筑材料的原料，如砖瓦、水泥、骨料等。热量高的煤矸石可以采用气化的方法获得煤气。我国目前的矸石利用率为30%，无论从环保还是从社会经济效益考虑，都与煤炭生产不相适应。但现有的煤矸石的利用方法还存在许多问题，有待进一步实验研究。下面以煤矸石砖为例具体说明一下煤矸石的用途。煤矸石的含碳量一般为10%～40%，燃烧热值一般在2 090～4 180 kJ/kg，烧制煤矸石砖时仅需少量的烟煤作为引燃物，引发煤矸石内碳的燃烧，就可以保持窑内较高的温度，比烧制黏土砖的窑内温度高100℃，还能用余热干燥坯体。所以在煤矿附近建设砖厂，利用煤矸石制砖，可以节约大量的土地和能源，会有很好的环境效益[8]。

2.4煤矿大气治理措施

我国已采取了一些对策，包括控制开采高硫煤炭，增加煤炭洗选加工，推广固硫型煤，发展煤气和集中供热，改造和更新陈旧锅炉，配备高效除尘设备，加强煤道气脱硫研究和工程设施等。以配备高效除尘设备为例，一般的锅炉可设旋风式、袋式、湿式除尘器，其除尘效率为80%～90%。陶瓷多管旋风器耐磨性较好，湿式除尘器还能除去烟尘中部分二氧化硫和氮氧化物，但要有污水处理装置。水泥粉尘、坑口电站烟尘排放量较大，尘粒细小，设静电除尘器较好，其除尘效率可达99.9%。

参考文献：

[1]耿殿明，姜福兴；我国煤炭矿区生态环境问题分析[J]；煤矿环境保护；2002年06期.

[2]王燕；煤炭开采对生态环境的影响及治理对策[J]；煤炭科学技术；2009年12期.

[3]白珩；封晓帆；李海波；煤炭开采对生态环境的影响及对策[J]；安徽农学通报（上半月刊）；2012年15期.