煤礦礦區大氣污染防治探討

王江玉龍 柴晨暉 秦越強 李朋偉,2 孫宇飛 王志民高 森 李朋元

（1.中國地質調查局廊坊自然資源綜合調查中心；2.中國地質大學（北京）地球科學與資源學院）

近年來，隨著人們對環境污染狀況的重視，各種新能源層出不窮，但煤炭仍然是我國主要的能源來源［1］，其消耗主要在發電、鋼鐵、化工和建材等行業。自2013年，全國煤炭總量逐年遞減，但總產量仍保持在35億t以上，2019年再次高達44億t。產量的居高不下，意味著對于煤礦的開采規模很大，而這勢必會產生各類環境問題。對于土壤環境而言，煤礦的開采會造成地面塌陷，進而導致土壤肥力下降，水土流失，并引發一系列地質災害［2］。對于地表水及地下水，煤礦的開采會造成水質的惡化。對于大氣環境而言，煤礦的開采過程會造成粉塵污染，而進一步篩分和加工過程更會產生二氧化碳、硫化物、氮氧化物等有機污染物，這些均會對人體產生不可逆的傷害。因此，在煤礦礦區的污染中，大氣污染不同于其他不可避免的污染物。盡管政府制定了各類嚴格的安全、環保標準，并提供經濟與技術支持，對各類老舊煤礦進行技術改造，但大氣污染的治理不止需要政府的參與，各類非政府組織、企業乃至個人都需要積極參與其中，這種多元利益主體參與的大氣防治模式，將是未來大氣污染治理的發展方向。而作為產生污染的主體，企業需要更加積極主動地保護周邊大氣環境，一方面，為了減少污染環境須付出的經濟代價，另一方面，也是企業需承擔的社會責任。從源頭上的防治在環境保護中不可或缺，也是最為重要的一個環節。通過分析煤礦礦區中各類大氣污染物的來源及危害，針對不同種類的污染物，在源頭、運輸及后處理階段，對煤礦的大氣污染防治提出措施，為煤礦礦區的可持續發展提供新的思路。

1 煤礦礦區的大氣污染來源及污染物成分

在煤礦礦區中，主要包括2個區域，一個是煤炭礦區區域，另一部分為礦工生活區。因此，煤礦礦區的主要大氣污染來源包括2個方面，一方面是在煤炭開采及運輸過程中產生的，另一方面是生活區居民燃煤所造成的。

1.1 開采運輸過程中的污染物分析

在煤炭開采運輸過程中，產生的主要大氣污染物包括沙塵和粉塵等顆粒污染物及二氧化硫、一氧化氮和瓦斯等氣體污染物。顆粒污染物中的沙塵主要來源于采礦過程中，對地表植被破壞造成地表揚塵污染，同時，在挖掘、爆破、破碎、運輸以及堆放過程中，會產生大量的揚塵污染。煤礦的氣體污染物主要包含硫化物、氮化物和瓦斯等［3］，其中，以二氧化硫為主的硫化物主要來源是矸石山的自燃，以一氧化氮為主的氮化物主要來源為運煤車輛的尾氣排放和礦井下爆破，而瓦斯則是在煤體中以游離狀態存在的烷烴類易燃氣體，不適當的處理方式會導致爆炸事故的發生。

1.2 煤礦居民區污染物分析

在煤礦的居民生活區，通常會利用煤炭作為能源來源，因此，在燃煤過程中，會產生一定量的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、多環芳烴等氣體污染物以及微量的顆粒污染物。

2 防治措施

在煤礦礦區產生的大氣污染中，主要包括有開采運輸過程中產生的沙塵和粉塵等顆粒污染物及開采運輸過程和居民區產生的二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、多環芳烴和瓦斯等氣體污染物。但是，在不同環節產生的污染物，需要采取不同防治措施對相應設施設備進行更換，以改善周圍空氣質量，實現綠色發展。

2.1 開采運輸過程中的污染物防治

2.1.1 開采運輸過程中顆粒污染物的防治措施

在開采運輸過程中產生的沙塵和粉塵等顆粒污染物的防治，需要井上井下“雙管齊下”。改善煤泥的干燥方式能夠極大程度地降低粉塵的產生，在儲煤設備中，及時進行通風除塵及噴霧灑水［4］。在控制揚塵的同時，采取一定的監測手段才能實現污染物的實時監測，并及時對防治措施進行改進。對于開采過程中產生的顆粒污染物，可對于井下的顆粒污染物進行實時監控，建立空氣監測系統，由專人負責監管，并監控井下氣體的排放。

對于運輸過程中顆粒污染物的防治，包括兩方面的措施，一方面，在政府宏觀利民設施及企業經濟條件允許的前提下，盡可能改汽車運輸為鐵路運輸，不僅能減少人員配置，提高運輸效率，而且能夠減少車輛揚塵與其尾氣排放。另一方面，可對現有運輸設施設備進行積極改進，在運輸過程中，實現對煤炭的封閉化貯存，同時對煤車進行一定的噴灑清洗，減少車輛行駛過程中的揚塵。

2.1.2 開采運輸過程中氣體污染物的防治措施

在井下的開采環節中，積極采用各類清潔生產技術，如流化床清潔燃燒技術、洗選加工技術、煙氣凈化技術等，減少原料消耗的同時，從根源上降低氣體污染物的產生，解決大氣環境的污染問題［5］。

對于開采運輸過程中的矸石自燃所產生的二氧化硫，可以通過3個方面的工作進行防治。首先，利用新技術對開采過程中的矸石進行分離，減少矸石的產出；其次，在運輸過程中，對矸石進行密閉處理，減少其與空氣的接觸，從而降低其自燃率；最后，利用煤矸石復墾技術將其用于生產農肥改良土壤，或用于充填開采中，對其進行資源化利用，實現矸石山“零排放”，建設綠色礦區［6，7］。

在開采過程中，煤炭附近游離態的瓦斯氣體極易發生爆炸事故，在傳統的局部通風區域通常是事故高發區，因此，需要對其進行嚴格管理，并保證備用通風機的安裝及其供電需求。另外，在進行局部通風的同時，應保證掘進通風的順利進行［8］，不僅要保證大功率通風機，也要利用通風機的串聯，達到工作風壓和風量，以確保井下空氣質量，預防爆炸事故的發生，保證井下礦工的健康。此外，還可利用科學化的瓦斯與礦山共采技術或利用燃氣內燃瓦斯機組，有效預防瓦斯逸散，合理利用各類礦區資源，實現資源利用最大化，同時多方面提升企業的經濟效益［9］。

對于運煤車輛的尾氣排放所產生的氣態污染物，可以使用低重金屬含量的汽油、及時養護汽車甚至更換新能源車輛，降低尾氣排放中所產生的一氧化氮的含量。對于礦井下的爆破所產生的一氧化氮，一方面，嚴格監管炸藥成分，遵循國家相關法律法規和環保標準；另一方面，在井下建立空氣監測系統，對井下氣體進行一定的凈化處理，并且，加強對礦工的安全知識培訓，普及氣體污染物的危害，建立健康系統大數據。

2.2 居民區的污染物防治分析

對于煤礦居民區的供熱燃煤產生的污染，應從源頭上進行控制。根據國務院《打贏藍天保衛戰三天行動計劃》第十一項中要求，開展燃煤鍋爐綜合整治，加大燃煤小鍋爐淘汰力度，企業應積極響應國家政策，盡可能降低燃煤集中供熱體系的利用率，改為采用礦井水及礦內設施的余熱資源進行供熱采暖，在經濟條件允許的前提下，可采用清潔能源天然氣或新能源太陽能，在煤礦居民區實現綠色可持續發展。即便對于已有鍋爐，也應在滿足國家及地方的相關法律法規要求的前提下，安裝脫硫脫硝除塵處理設施［10］，同時保留一定的安全余量［11］，在污染物排放量達標的同時最大程度確保大氣環境的清潔。

3 結 論

煤礦礦區大氣污染來源多樣且成分復雜，包含有開采運輸過程中產生的二氧化硫、一氧化氮和瓦斯等氣體污染物，沙塵和粉塵等顆粒污染物，而且在居民生活區也會排放一定量的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、多環芳烴等氣體污染物以及微量的顆粒污染物。因此，大氣污染的防治，離不開政府的監督管理與資金投入，同時，企業作為污染物產生的主體，在實現自身盈利的同時，應投入一定的資金，對有資質的相關人員進行系統管理，提升煤礦的綠色清潔生產水平，在遵守國家相關法律法規、環保標準的同時，保證煤礦收益，保護礦工健康，改善煤礦周圍大氣環境，實現區域內可持續發展。