煤礦環境地質分析

郝 志

(山西省煤炭地質水文勘查研究院，山西太原 030006)

近年來，能源需求越來越大，特別是煤炭資源的開采，造成了嚴重的環境污染，礦區地質環境嚴重惡化。地表塌陷和礦井廢水污染問題比較突出。因此，改善煤礦環境地質迫在眉睫［1］。據統計，全國煤礦累計采空塌陷面積非常嚴重。全國重點煤礦，采空塌陷面積約占礦區含煤區域面積的1/10。山西作為國家能源基地，采煤大省，其采空塌陷災害非常嚴重。全省15×104km2的土地，采空區就達到了驚人的2×104km2，相當于全省土地面積的1/7。其中，采空區內有6 000 km2的區域發生過地質災害，造成了很大的經濟損失和人員傷亡。此外，煤炭開采還影響地下水資源，大范圍的煤炭開采造成了礦區及周邊嚴重缺水，導致地下水位下降。同時煤炭開采中產生的礦井水、洗煤水和矸石淋溶水等直接排放，對礦區周邊地表水造成了很大的污染。煤炭開采導致廢氣排放，危害大氣環境。煤炭在開采中排放的礦井瓦斯中含有大量的CH4溫室氣體，地面堆放的煤矸石自燃過程中產生大量的SO2，CO2，CO等有毒有害氣體，嚴重污染礦區及周邊大氣環境，使礦區周邊環境持續惡化，影響居民的身體健康［2］。

1 煤礦環境地質研究的內容

煤礦環境地質研究對象是由地質因素引起的環境問題，重點研究煤炭開采引起的環境地質問題。其研究內容包括:1)煤炭原始環境地質條件和環境質量;2)煤礦生產活動過程中引起的環境地質問題;3)煤礦環境地質災害;4)煤礦資源保護和環境污染的防治方法;5)煤礦環境地質監測、評價技術［3］。

2 煤礦環境污染因素及危害

2.1 影響環境質量的基本因素

影響環境質量的基本因素有天然因素和人為因素。天然因素主要是由地質、水文地質、地球化學等天然因素和決定的環境稱之為原始環境;人為因素是人類生產和生活等人為因素影響和決定的環境稱之為次生環境。

2.2 煤礦環境污染的主要因素

2.2.1 廢物堆放的地質因素

主要包括矸石、露天剝離物和煤泥。煤矸石的排放量取決于煤層條件、開采方法、選礦工藝以及煤層的埋藏深度和煤層的賦存條件等，矸石的巖性:炭質泥巖、泥巖、砂巖、石灰巖，與煤系中的巖性組成有關。露天礦剝離物主要是覆蓋礦體的表土、巖石和暫時不能利用的級外品礦石。其數量為礦石數量的幾倍到十幾倍，需占用大量土地，排棄時產生大量粉塵，污染環境。煤泥粒度細、微粒含量多，持水性強，水分含量高，灰分含量高，粘土物質多，熱值低［4］。

2.2.2 水文地質因素

包括采礦廢水、選礦廢水和煤炭在洗選過程中產生的廢水。其中，采礦廢水就是外排的礦井水，水量較大，根據其水質可分為:1)潔凈礦井水;2)含懸浮物礦井水礦化度小于1 000 mg/L;3)高礦化度礦井水礦化度大于1 000 mg/L;4)酸性礦井水pH值小于5.5;5)含特殊污染物的礦井水。選礦廢水中含有大量懸浮煤粒、酚類和醇類等污染物。煤炭在洗選排放的廢水，含大量的煤泥、泥砂和懸浮物以及少量的金屬離子等，給礦區周邊的環境造成了嚴重的污染［5］。

2.2.3 瓦斯及其他氣體因素

主要包括采礦廢氣、燃煤廢氣和自燃產生的廢氣。采礦廢氣及從礦井中排出的廢氣含有多種有害成分有CH4，CO2等;燃煤廢氣主要指礦區鍋爐、民用燃煤產生的廢氣，易形成煤煙型大氣污染;煤和矸石發生自燃產生的廢氣，其成分與燃煤有關。煤和矸石發生自燃的原因是FeS2氧化和煤的氧化等。

2.2.4 巖體移動

在外界因素下，地表巖體失去原有平衡狀態發生移動，叫巖體移動。礦區的巖體移動，主要是由采礦引起的。地表移動類型有:漏斗狀陷坑和階梯狀斷裂、緩波狀沉陷盆地。在淺部急傾斜煤層采空區和開采深度比開采厚度小于20的緩傾斜煤層采空區，易出現漏斗狀陷坑。其破壞范圍小，但是危害嚴重，事發突然。在深部急傾斜煤層采空區和開采深度比開采厚度大于20的緩傾斜煤層采空區，常出現階梯狀斷裂、緩波狀沉陷盆地。

2.2.5 礦井熱

礦井在生產過程中易產生礦井熱。當生產礦井采掘工作面空氣溫度高于26℃和機電硐室的空氣溫度超過30℃時，就有可能發生礦井熱害。礦井熱的主要來源是生產和設備運行。

2.3 煤礦環境污染的危害

煤礦環境污染的危害有:1)破壞土地資源，露采直接開挖土地，地采造成土地塌陷，煤矸石排放壓占土地，采礦三廢污染土地等;2)破壞水資源，采礦工程地下水和地表水的儲存和循環狀態，降低地下水位，導致地下水枯竭;3)影響大氣結構，煤礦廢氣中含有大量的CH4，CO2等排入大氣，加劇了溫室效應，同時廢氣中含有懸浮物和粉塵，降低了空氣的能見度;4)污染自然景觀，廢氣中的硫化物和氮氧化物易形成酸雨和光化學煙霧，腐蝕自然景觀，對自然景觀造成極大的破壞;5)誘發環境災害，采動壓力可誘發冒頂、片幫、礦井突水、煤與瓦斯突出等;6)破壞生態平衡，礦區環境污染，使有毒有害物質積聚，打破了原有的物質循環，導致生物退化、滅亡或逃逸;7)危害人類健康，礦區環境污染環境易產生一些環境疾病;8)制約煤礦可持續發展，水資源的破壞，導致周圍區域缺水，煤層自然、巖體移動導致一些資源呆滯、縮短服務年限，開采移民等。

3 煤礦環境地質防治措施

煤礦環境地質的防治主要是以防為主，治為輔，改變了以往先污染環境后治理的理念，從思想上提高企業的環境保護意識，從根源上減少污染物的排放，減少三廢的排放量，走可持續發展之路。

3.1 減少煤矸石的排放量

要從根本上減少煤矸石的排放量，需提高煤矸石的綜合利用。加強井下礦選技術，增強排矸技術，將井下產生的矸石，直接用于回填，實現矸石的零排放。目前，機械動篩跳汰排矸技術已經相當成熟，以其造價低、效率高的優點得到了廣泛的應用，但大部分建在井上，井上產生的矸石回填成本高，大部分只能在地上堆放，因此，機械動篩跳汰排矸技術是未來發展方向。

發展回填式開采和煤矸石發電，地上煤矸石進行分選，部分用于發電，其余的可回填，發展回填式開采，逐步消化地上堆放的煤矸石。從根本上減少固體廢物的排放［6］。

3.2 加強礦井水處理

發展礦井水處理技術，對井下產生的污水集中處理，處理達標后的水可用于供井下洗選煤使用，洗選煤產生的廢水還可以進行再處理再利用。多余水經處理達標后排出井外，也可用于綠化造林生態恢復等。

3.3 開發利用煤層氣

礦井瓦斯對大氣臭氧層有極大的破壞作用，同時瓦斯是制取炭黑的原料，瓦斯還可以民用，充分利用瓦斯可以從根源上減少大氣的污染環境。一些煤礦，煤層氣可抽系數非常高，煤層氣的開發利用非常有前景。

4 結語

改善煤礦環境地質，還是要從根本上減少三廢的排放量，實現回填式開采，綜合治理與利用礦井水，保護井下水文地質，加強井下通風與監測，努力發展開發煤層氣技術，走煤炭可持續發展之路。

［1］張方哲.中國煤礦資源評估與開發可行性研究［D］.北京:中國地質大學，2010.

［2］楊海燕，楊福英.關于煤礦行業污染治理的思考［J］.中小企業管理與科技(上旬刊)，2009(8):212.

［3］吳景龍.內蒙古煤炭資源開發利用現狀及對策研究［J］.煤炭工程，2008(2):101-102.

［4］李增學，魏久傳，劉 瑩.煤地質學［M］.北京:地質出版社，2005.

［5］陳家良.能源地質學［M］.北京:中國礦業大學出版社，2004.

［6］白 通.魯西北石炭—二疊紀含煤地層與控制因素研究［D］.青島:山東科技大學，2011.