山西省煤層自燃危害及環境影響研究

文_田晶晶 山西省煤炭地質資源環境調查院

煤層自燃指地下賦存的煤體發生自燃后，沿著煤層發展所形成的煤自燃現象。煤層發生自燃給礦山生產及其周圍生態環境造成了嚴重影響，不僅大面積吞噬煤炭這一寶貴的不可再生資源，同時產生大量的二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等有害煙氣，給大氣環境、森林植被、水土資源、周圍生態環境、旅游人文景觀、經濟發展等帶來了嚴重的破壞和影響，同時也誘發各種地質災害，對人民的生命財產和生存環境造成了嚴重破壞。

1 煤層自燃破壞煤炭資源

山西是煤炭大省，煤炭資源儲量大、品種全，主要含煤地層為石炭二疊系太原組和山西組，遍布全省，其次為侏羅系大同組，僅分布于晉北大同煤田北部和寧武煤田中段。由于各煤田地質條件和煤炭開采條件的不均衡，造成了煤層自燃的非均質性。此此，本文以山西省地質構造和含煤建造為前提，以大同、平朔、朔南、河保偏、軒崗、武夏、潞安、晉城、汾西、鄉寧、離柳、西山、陽泉、石隰、嵐縣、霍東、東山、霍州18 個煤炭開發礦區及渾源、五臺、繁峙等幾個煤產地為分析對象，針對山西省境內煤層自燃狀況進行研究。

據研究結果顯示，山西省易自燃的煤層主要賦存在侏羅系和石炭系太原組；自燃類型主要為井下火和露天煤礦火。目前山西省已經查明正在燃燒的火區共129 處，燃燒區面積18.38km2，燃燒損失煤炭資源量11741 萬t；熄滅火區232 處，熄滅區面積38.21km2，燃燒損失煤炭資源量13197 萬t；煤火總面積56.59km2，煤層自燃燃燒損失煤炭資源總量24938 萬t。

2 煤層自燃對土地資源的破壞

自燃形成的地面沉降使地貌發生變化，改變原有的景觀。地面沉降和崩塌直接導致地形的改變，使原本完好的地表千瘡百孔。另外由于地表變得更加破碎，還加速和擴大了自燃因素所引起的土壤破壞和巖石的侵蝕，造成土地沙化和水土流失，地表植被覆蓋率降低。煤層自燃除產生這些宏觀上的地表地貌和地形的變化外，還會使煤層上覆巖層或土壤的物化結構發生改變，形成燒變巖和燒變土壤，從而導致區域地下水水質及其露頭處地表水水質變劣，影響森林及草地的正常生長。

山西省煤層自燃區域劃分為煤層自燃燃燒區和熄滅區，區內煤層自燃對土地資源及地形地貌均有一定程度的破壞。經估算，山西省煤層自燃損毀的土地資源總面積為101.11km2，其中，燃燒區損毀面積62.9km2，熄滅區損毀面積38.21km2，詳見表1、表2。

3 煤層自燃破壞生態環境

煤層自燃排放出大量的一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、粉塵等，造成低空環境質量變壞。另外，煤炭中的金屬和非金屬元素經過高溫燃燒，生成酸性與堿性化合物，對火區附近的地表水和淺層地下水造成影響。燃燒過后，地表上部形成大面積的焦土和燒變巖塊，使地面寸草不生，破壞了區域的生態環境并威脅著區域內居民的人身安全。

3.1 地表水環境影響

在收集當地資料的基礎上調查各重點自燃區地表水系，篩選受影響較大的河流，測定樣品的溶解氧、pH、硫化物、化學需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5），分析煤層自燃對地表水的影響和破壞情況。

采樣點所在河段屬于III 類功能區的有：襄垣后灣水庫、長治漳澤水庫、朔州東榆林水庫、寧武段汾河、寧武段恢河、平遙段汾河及太原段汾河。采樣點所在河段屬于IV 類功能區的有：大同段口泉河、平順段濁漳河、長子申村水庫、屯留屯絳水庫、武鄉關河水庫、朔州段七里河、朔州段恢河。采樣點所在河段屬于V 類功能區的有：柳林段三川河。其中，寧武段恢河、平遙段汾河及太原段汾河沒有達到III 類功能區水質要求，朔州段七里河沒有達到IV 類功能區水質要求，其余全部達到標準。

3.2 地下水環境影響

為分析評估煤層自燃對地下水的影響和影響程度，監測重點為供水目的的含水層或者居民飲用水井以及具有重要生態價值的泉水水源。收集的各區域基礎資料及野外勘查結果，最終確定22 個監測點位，11 項監測項目（pH、總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氟化物、砷、鎘、鐵、汞、錳、高錳酸鉀指數），每個點位連續2 天采樣，每天1 次，共采集484 個地下水樣，監測結果顯示均達到《地下水質量標準》（GB/T14848-2017）中Ⅲ類水質標準。

3.3 大氣環境影響

根據煤層自燃排放大量煙塵及個別點位具有刺激性氣味等研究項目特征，監測大同市（7 個點位）、寧武縣（4 個點位）、河曲縣（2 個點位）、保德縣（1 個點位）、陽泉市（2 個點位）、古交市（4 個點位）、陵川縣（1 個點位）、春景洼（3 個點位）共24 個點位。確定5 項監測項目，分別為：粒徑＜100μm 的總懸浮顆粒物（TSP）、粒徑＜10μm 的可吸入顆粒物（PM10）、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳。

由各采樣點核算出自燃點排放的煙粉塵平均濃度0.25mg/Nm3，二氧化硫平均濃度（0.043mg/Nm3）、二氧化氮平均濃度（0.021mg/Nm3）、一氧化碳平均濃度（0.029g/Nm3），按照各區火點排放煙粉塵的平均速率2.0m3/s，運用環評工具箱EIA（2008）軟件中無組織面源污染物擴散模型算出源排放速率煙粉塵為6.2g/s，二氧化硫（1.15g/s）、二氧化氮（0.49g/s)、一氧化碳（8.3g/s）。參考煤層自燃燃燒區數目，估算山西省煤層自燃區每年排放煙粉塵總量為2.52 萬t，二氧化硫總量為1.30 萬t，二氧化氮總量為0.55 萬t，一氧化碳總量為9.34 萬t。煤層自燃區排放的污染物總量不能忽略，對周邊空氣質量影響較大。

3.4 生態環境質量影響

煤層自燃區域生態環境現狀以輕度侵蝕為主，微度侵蝕和中度侵蝕次之。生態環境敏感性均以輕度和中度敏感為主。煤層自燃區局部范圍如燃燒點地塊，寧武春景洼、大同青瓷窯等出現了敏感和極敏感現象，原有自然景觀及生態系統受到了較大程度的破壞。

煤層自燃區排放的污染物總量不能忽略，加劇了局部地區降水中酸性物質的增加和光化學煙霧的形成，同時煤層自燃對周邊環境及相鄰區域的生態環境產生了影響。為使山西省煤炭生產與生態環境協調發展，煤層自燃的治理迫在眉睫。

3.5 影響旅游景區環境

煤層自燃帶來危害主要表現在地面塌陷、裂縫，空氣污染，煤炭資源破壞，植被破壞以及生物生存和人體健康等方面，對旅游景區而言，主要體現在對景區環境和景區空氣質量的危害。

山西省目前已開放的近500 個景區中，大約有134 個分布六大煤田中，其中3A 級以上和國家級景區有52 個。調查的44 個區塊中大約分布有70 多個景區，有些景區距離煤層自燃火點較近。就目前煤層自燃面積而言，地面坍塌、地裂并未直接與景區重疊，但對景區周邊環境影響，尤其是交通道路的影響較大。煤層自燃不僅對旅游景區環境質量產生影響，更重要的是影響景區旅游活動及其旅游者和旅游從業者的身心健康和生活質量。

3.6 影響煤礦生產安全

地下煤層自燃可將煤層燃燒成燒空區，燒空區內的上覆巖層失去下部巖層的支撐，加之自燃對上覆巖層的烘烤也改變了巖石的物理化學性質，導致上覆巖層在重力作用下發生垮塌，形成地面坍塌、地裂縫。此外在采空區，煤層自燃還可能會燒垮煤礦采煤時預見留的，柱從而造成地面塌陷、裂縫。地下煤層燃燒以后，火勢可能會沿地裂縫向上蔓延引起次生火災，擴大火災范圍，嚴重時可能會造成瓦斯、煤塵爆炸等事故，造成人員傷亡。

4 結語

山西省煤層自燃區不完全統計火點數目共312 個，根據以上分析討論看出煤層自燃對環境中地表水、地下水、大氣以及生態環境都產生了比較嚴重的不利影響。煤層自燃危害嚴重，涉及的點多面廣，開展動態監測，做好及時預防和治理工作十分重要。