露天煤矿绿色开采扰动效应

林淋，刘英璐

（中煤科工集团沈阳设计研究院，辽宁沈阳110015）

安全与环保

露天煤矿绿色开采扰动效应

林淋，刘英璐

（中煤科工集团沈阳设计研究院，辽宁沈阳110015）

通过详细分析露天煤矿开采对外部环境的影响，确定露天开采6大扰动因素及其所产生的扰动效应，介绍了目前国内应对扰动所采取的一些技术措施与方法。

绿色开采；扰动；效应

0 引言

近年来随着人们环境保护意识的不断提高，我国露天煤矿的开采大力倡导“绿色开采”理念。“绿色开采”是将资源开发与环境保护联系起来，使二者相互协调，力争达到以牺牲最小的环境代价，创造出最高矿山资源开发率，协调优化矿山企业的经济效益与社会效益，助力于社会的长久发展和经济效益。

1 露天开采对环境的扰动效应

在实现煤炭绿色开采的进程中可以看出露天煤矿开采对环境的影响不但涉及范围广而且强度大。露天矿在开采的过程中涉及了对土地、大气、水环境、生态、噪声、废弃物、社会及经济等多方面的影响，这种影响包括积极与消极2个方面，但是相对来说，消极的方面所占比重较大些，所以主要讨论露天煤矿开采对外部环境的破坏作用，即露天煤矿开采对外部环境的扰动效应。露天煤矿开采对外环境的扰动效应具体体现在6个方面，即土地、大气环境、水环境、生态、噪声和废弃物。

2 地表扰动效应

由于露天开采自身作业方式与生产工艺过程，使得露天矿开采需要扰动大量的土地资源，主要体现在对地表挖损和压占。

2.1 地表挖损扰动

露天开采需要耗费大量的土地资源，对地表及地下结构造成大规模的破坏。如果煤层赋存较深，开采需要破坏更多的地下岩土层，破坏深范围广。例如，开采直接毁损地面表土层及其地上植被，深部挖掘易引发地层的塌陷，从而加巨土地与植被的破坏程度。

2.2 地表压占扰动

由于矿产在采出的过程中伴随生成的废弃物（如电厂灰渣、矸石等）需要大面积的堆放场地，从而引起了对土地的过量占用并且破坏场地原有的地面生态系统。煤矿开采的过程中还会产生大量的废弃物，这些物质中有些含有大量的酸性、碱性与毒性物质或者重金属成分，这些有害成分通过大气径流与浮尘，侵入到周围的土地、水域及空气中，极易造成矿区周围地域水域与空气污染[1]。

2.3 地面应力扰动

随着露天矿不断地推进，不仅破坏了周围的自然与地表环境，还会造成地面应力的改变，引起岩层的移位，形成地表裂隙、塌陷，破坏的土地不能被有效利用，易导致土地沙化，造成严重的水土流失，同时地面及边坡开挖影响山体的稳定，导致岩（土）体变形诱发崩塌、滑坡与泥石流等地质灾害[8]。

2.4 整治措施

露天开采对地表的破坏是最为严重的。针对这问题，追溯根源就是要开采之初尽量减少露天开采对土地的占用，将采矿过程中引起的自然环境、生态环境的破坏降到最低限度，使采矿伴生的废弃物达到最小量。与此同时，还要将采矿产生的废弃物进行无害化处理，即将废弃物中的有毒有害物质通过采取一些措施将他们消除，或者从中提取出有价值的元素用于再生产。这样可以从根本上保护矿区的自然环境不受污染以维持露天矿区的生态平衡，还可以产生相应的经济效益[2]。

3 大气环境扰动效应

除了地表以外，露天采矿对大气环境的影响也不容小觑。具体体现在以下几个方面。

3.1 开采作业扰动

露天开采时工作面的钻孔、爆破以及矿石、废石的装载运输过程中产生的粉尘，直接危害矿区的空气环境与采矿作业人员的身体健康。这种固体微小颗粒是粒径大约为1～200 μm的固体微粒物，大部分长时间悬浮在空气里，直接危害人们的身体健康，且污染大气及生态环境[3]。

3.2 锅炉排烟扰动

锅炉排烟占整体露天开采对大气环境污染比重较大，约1/3左右。目前，国内大多数的矿山企业还是采用燃煤锅炉，煤燃烧产生的主要污染物是SO2和烟尘，这直接导致了酸雨的形成。据相关调查显示，目前我国酸雨面积约占国土面积的30%。前些年由于矿产开采不断地扩能增效，煤炭锅炉排烟也是近些年来造成我国的酸雨覆盖面积日益增大的主要原因之一。

3.3 设备车辆扰动

在露天矿生产中，对大气环境污染的最主要部分，应该是采运排机械设备与车辆燃油排放的尾气与颗粒物。众所周知，在矿山开采中，开采及运输设备所占的投资比重相当巨大，一些大型、特大型矿山的投资比重有的甚至可以达到总投资的2/3。而目前国内外的机械设备车辆大多数是还是以油为主要燃料，油燃烧后主要产生一氧化碳、氮氧化物、二氧化碳、碳氢化合物、PM颗粒物等[7]。开采中，这些污染物被直接排放到空气中，直接造成矿区及周围生态环境污染。

3.4 整治措施

针对采、运、排等工作环节中产生的粉尘污染物，目前采用较为普遍的方法是在各工作环节中采用湿式凿岩、洒水降尘等方法，这些做法虽然能在一定程度上缓解了粉尘对环境与作业人员的伤害。但是随着采矿工作线的不断推进和延长，采场面积逐步加大，深度逐渐加深，露天矿从初期在地表以上开采逐步过渡到深部挖掘，粉尘产生量也会随着生产规模的不断增加而加大。针对锅炉污染，矿山企业力求以油代煤，减少产生的污染物，但是成本消耗高，对于一些小型矿山企业还较难实现。针对矿山机械车辆污染，国内目前普遍采用湿式降尘、干式除尘和安装除尘器等方法进行控制。

4 水环境扰动效应

露天开采影响周围水域环境。主要体现在地下水及地表水，而这两者又是相互联系相互影响的，具体分析如下。

4.1 地下水扰动

露天开采首先要对矿区范围内的地下水进行大量的疏干外排，这不仅破坏了原有的地层结构，同时也改变了地下水域的涵养结构。一些露天矿区为了采掘有的甚至要将河流改道，使得地表水的流向和流量发生了改变。此外，由于长期地疏干地下水使得地下水的贮存方式和补给也受到了严重影响。而且对于一个大型或特大型矿山来说，经过长期的排水疏干，还会降低地下水位，影响周围井泉、溪流，造成干涸断流。

在开采规模较小的初期，由于煤层覆存较浅且尚未达产，矿坑涌水主要来自于煤系地层本身，所以初期涌水量较小。达产后，随着原煤产量的不断增加，矿坑面积逐渐增大，加之开采作业钻爆工作产生的巨大震动，使得煤层顶板极易破碎甚至塌陷，如果煤层上部构造结构断裂且相互沟通，就会让煤层以上的含水层相互渗透，加上地下水及坡面径流、河道地表水沿塌陷区向下渗透补给，就使得露天矿坑涌水量越来越大，地下水的补给、排泄能力逐步被破坏。

随着矿坑的不断加宽加深，地层中的裂缝也在不断发展延伸，有的延伸到地表，与地表的裂缝相互串通，地表水经裂缝渗透到地下，逐渐加剧了矿坑水累积[5]。在我国，由于一些露天煤矿都分布在河道沿岸，所以这也是造成许多水井干枯，泉溪断流的主要原因之一。

露天煤炭的开采不仅影响了地下水循环，而且还导致地下水质的污染。使得原本良好水质的水资源经过开采作业的污染，最后变成了矿坑废水。开采过程中产生的重碳酸钙水、硫酸水、重碳酸钙镁水及硫酸钙镁水等，是水质受到污染的罪魁祸首。由于这些化合物的硬度较大，坑水排入河道后，使得河道基流量减少，自循环能力减弱，当煤矿的矿坑水排入河道以后，再经过开采形成的裂缝渗入到下游，造成了下游河道水质的恶化，严重影响了周围居民、动植物的用水安全以及农作物、林草植被的正常生长。

4.2 地表水扰动

露天开采不但对地下水影响巨大，对地表水也有很强的作用力。由于露天矿开采过程中要不断地疏干排水，基本上要疏干区域周围的地表水，覆存在浅层地下水也因长期得不到补给从而破坏了地下水补给与排泄条件，扰乱了地下水系均衡系统的平衡，导致了矿区及周围水域地下水位大幅度地下降。通过大量资料分析整理出结论，在露天煤矿开采较集中地区，区域内河道基本呈断流状态。由于矿坑积水通过疏干要重新排放至河道，所以一些区域内的河道水量看似不少。但实际上基本都是矿坑废水，天然基流量很少。例如在大同十里河、口泉河、怀仁小峪河、朔州七里河、阳泉桃河、孝义兑镇河、左权清漳河、晋城长河等地均有此类现象。所以说，露天煤炭开采是地表水减少的主要原因[2]。另外，矿区水域地下水位的下降对农业产品以及居民饮水等方面也产生的很大的影响。矿山开采作业活动导致的大面积水土流失、水域地下水位降低，植物与土壤的蓄水与保水能力下降，使得矿区周边地区农业灌溉井和人畜饮水井等干涸[6]。

在采矿与选矿过程中产生的废水，也是对矿山及其周围水质和土壤造成严重污染和危害的主要来源。露天采矿产生废石场的淋溶水、选矿的工艺废水、矿区生活污水等也会污染矿区周围环境，造成动植物与农作物受害、河流水质受到污染，从而影响自然环境生物生长与人体健康。

5 生态环境扰动效应

露天开采对生态环境的破坏，包括地表植被破坏、生物多样性的减少、改变动植物的生存条件、山坡滑动、水土流失等。这其中对生物多样性的破坏，作用影响力更大。

5.1 生物多样性扰动

矿区生物多样性是指矿区周围的生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和，它是人类生存之本，为人类提供了必要的生活资源和生存环境[1]，也是地球生命支持系统的核心组成部分和生态服务功能的基础，关系到生态安全和粮食安全[2]。

近年来，由于露天采矿的规模及产量不断加大，造成矿区周围的物种数量急剧减少有的地方甚至导致物种灭绝，生物遗传多样性不断减少，以及生态系统的大规模破坏。露天矿区周围的生物由于受到采矿所引起的负效应，如地层结构变化、大气及水环境的污染等等，导致其多样性及数量的大规模减少，部分成活的物种也因所处环境呈现出低劣的态势。虽然开采后期会采取一定的复垦措施，但是一些地区由于本身的地质特性而恢复缓慢，有的甚至需要上百年来恢复，严重了影响当地的动植物的正常生长与发展。

5.2 水土资源扰动

矿山开采导致的水土流失，继续加剧影响了地表的植被。植被数量减少，土地面积缩小，又加剧了水土的流失，两者相互作用，恶性循环，导致矿区及周围的失去养分，植被退化，甚至形成荒地。露天采矿作业损害了矿区及周围生物的多样性，令其恢复难度大。即使采取了复垦技术，与原生态环境相比，复垦后的新形成的生态环境也不能完全达到生物的原始生态标准，况且重新组合后的地表覆土的结构较松散、地层层序紊乱、地表物质更加复杂、土壤性质趋于恶化。

6 噪声扰动效应

6.1 声源

露天矿区噪声的主要来源是露天采矿的开采设备，如挖掘机、前装机、选采设备、洗煤厂、机修车间、工业广场机械动力设备以及矿区的道路运输交通工具等，此外，露天矿的开采爆破振动也是矿区噪声污染的主要因素之一。

6.2 爆破扰动

近年来随着露天开采工艺技术及设备的不断改进及大规模高效率的开发，露天爆破对人类与环境的危害逐渐显现，国内外对此也进行了具体详细的研究与治理。露天爆破造成的危害主要体现在爆破、振动、冲击波、噪声、炮烟、粉尘等。

露天爆破振动造成了地表建筑物和固体设施的晃动、矿区地下水位降低、水源水质浑浊，爆破振动时山体松散岩石的散落与露天开采矿山边坡岩石位移与不均匀沉降，形成危险源以及对矿区及周围的动植物生长环境的影响。

在露天矿开采爆破过程中，产生的炮烟在风的作用下被驱散，在炮烟中包含着一些有毒有害的化合物，无色无味，如一氧化碳、氧化氮等，对人体及动植物都是有伤害的。

据有关调查显示，露天矿山大约30%左右的粉尘来自于穿孔爆破。爆破产生的粉尘颗粒小、质量轻、粒度大多0.01～0.1 mm。而国家相关标准规定，工作面的粉尘浓度不应超过2 mg/m3。这些粉尘在爆破冲击波及风力的作用影响下，快速扩散，影响范围广，也是近些年来加剧雾霾天气持续上升的一大因素之一。科学研究表明，爆破1 m3的石灰岩，会生成0.03 kg的粉尘；爆炸1 m3的硬岩会生成大约0.16 kg的粉尘。对于生命周期大概10 a左右的年产500万t的露天矿山，每年大约生成30 t左右的粉尘，如果开采的是坚硬的岩石产生的粉尘数量会更大。这些粉尘会随着风扩散开来,不但污染大气环境还会危害人体健康，特别是上呼吸道疾病，对整个矿区的建筑物、机械设备以及农作物都会造成污染[4]。

6.3 整治措施

目前人们采取了一些措施来减少露天矿爆破产生的污染，例如在穿孔爆破时采用湿式作业，即在爆破前后在爆破工作面上进行洒水操作；尽量多采取深孔爆破，以达到减少产生粉尘的目的；当矿山爆破时，根据天气等客观条件合理安排爆破工作，露天矿爆破及运输时，多洒水，防止扬尘现象；另外，在露天矿区及其周围多种植绿色植物，建防护林等以抵制粉尘现象。露天矿爆破产生的粉尘污染对矿区乃至整个人类生存环境的影响都是巨大的，应该引起人们的重视。

7 废渣扰动效应

露天开采的弃渣主要是指矿山开采过程中产生的固体废弃物。矿山、采石场和选煤厂在开采和选采等作业中排出的废弃物质，主要是采矿废石、尾矿、锅炉电厂灰废渣及飘尘等。固体废弃物的污染已经成为全球10大环境问题之一。据悉，世界各国矿业开发所产生的尾矿每年达50亿t以上。目前全国仅煤矸石堆放存量达20亿t之多,占地6 670多hm2。露天矿山废弃物严重污染土壤、大气、地表及地下水环境，造成山体的滑坡和泥石流等自然灾害。

此外，当露天矿山中废弃的硫化矿物与空气相接触经氧化能够释放出硫化氢、一氧化氮等有毒有害气体，而粒径很小的尾矿经过干燥风化后会形成飘尘混入到空气中，污染矿区及周围大气环境。

矿山堆放的废弃物，如果堆放不稳定极易引起岩堆移动与不均匀沉降导致泥石流等地质灾害，由于废弃物堆放需要占用大面积的土地，影响自然景观，如果矿山管理不严，特别是废弃物的任意排放和布置不合理都会对环境造成更大的危害。

8 结语

1）为加速我国露天矿山实现绿色开采的目标，分别从土地、大气、水、生态、噪声及废弃物6个方面归纳出了露天天开采对外部环境的6大扰动因素并针对每类扰动因素所产生的负向效应进行了细致的分析。

2）我国露天矿山实施绿色开采的理念起步较晚，目前对于国内露天矿开采产生的扰动效应，也有一些治理措施，但是这种措施只是一定程度上的缓解，若真正实现绿色开采，还需要从露天开采的源头上加以科学管理与技术改革。

［1］陈丽新.对我国矿山环境保护与治理的若干建议［J］.中国矿业，2011（2）：53-55.

［2］朱天云.矿产开发对环境的影响及防治措施［J］.采矿技术，2008（2）：75-76.

［3］陈跃仿，蔡锦勇，陆国荣，等.国内现有露天矿大气污染源防治技术的调查与分析［J］.工业安全与防尘，1998（7）：10-14.

［4］张震宇．露天采矿场粉尘污染及其防治［J］．金属矿山，2006（2）：85-87．

［5］王庆国．浅谈矿山开采对地下水资源的影响［J］．赤子，2014（11）：309.

［6］李晓光.矿山开采对水环境的影响趋势及可持续发展措施［J］.硅谷，2013（1）：242.

［7］赵浩，白润才，曲业明.露天煤矿绿色开采技术［J］.矿业工程研究，2011（3）：19-22.

［8］毕如田，白中科，李华，等.大型露天煤矿区土地扰动的时空变化［N］.应用生态学报，2007（8）.

【责任编辑：解连江】

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，刘英璐.露天煤矿绿色开采扰动效应［J］.露天采矿技术，2017，32（8）：57-60.

2017-03-28

林淋（1981—），女，2010年毕业于东北大学采矿工程专业，现在中煤科工集团沈阳设计研究院工作。