露天煤礦的環境保護措施與效果評估

姜 凱,裴彥峰,李峰鴿

(新疆中巖恒泰爆破工程有限公司,烏魯木齊 830000)

0 引言

隨著礦井數量的不斷增多,煤炭行業對環境的破壞問題也日益突顯。數據表明,過度采礦導致很多土地被占用,包括礦山本身及礦山排土場對土地的占用。而惡劣的自然環境會增加采礦難度,加大事故的發生幾率。雖然礦山企業積極投入環境治理,但由于環境保護措施不到位,效率較低,主要問題表現在以下幾方面:①缺少礦山地質資料。經濟實力不足的采礦企業,采取的環境保護措施不到位,導致環境保護效果不好。管理部門無法清楚掌握礦山地質環境問題,而這些地質材料的缺失將會對礦區環境治理措施的實施產生影響。②礦山“三廢”處理不到位。煤炭開采的沉陷造成土地積水,甚至導致土地鹽漬化、水土流失、土地荒漠化問題加劇。平原地區,地面沉降改變了地下水、地表水的流向,長年及季節性積水影響了土地耕種及其自然生態環境。煤層開采會產生大量廢氣,影響大氣環境,很多情況下只灑水降塵,對大氣環境及周圍居民的生活環境造成影響。針對新疆某露天煤礦的實際情況,對環境保護措施進行了評估優化,以提高環境保護效果。

1 煤礦開采對環境的影響

對地表環境的影響。新疆某露天煤礦總占地429 hm2,包括采掘場、外排土場、工業場地、場外道路、輸電線路、給排水及工程外包駐地等,其中永久占地400 hm2,臨時占地29 hm2,擾動原地貌面積496 hm2。根據各預測單元擾動地貌植被面積、施工擾動前后土壤侵蝕模數、預測時段進行水土流失預測,此為露天礦開采項目,采掘場及排土場擾動為動態的且逐年增加,根據計算,施工結束時采掘場與排土場占地分別為161 hm2、214 hm2。建設期可能造成水土流失量56 184.525 t,其中原地貌水土流失量14 094.96 t,新增水土流失量42 222.165 t。

對水環境的影響。露天開采對地下水的影響是在開采過程中形成巨大的人工排水區,出露邊坡將多個含水層與礦坑相連,造成地下水滲漏。開采過程中形成的礦坑相當于新的排水區,將原始的地下水系統進行外部排水,原有的地下水平衡遭到破壞導致地下水流失,因此其對地下水的影響遠大于礦區整體面積。邊坡開挖會破壞原始地層結構,造成巖體斷裂,形成裂隙,導致地下水下滲及水位下降。

對大氣的影響。露天煤礦開采對大氣的污染主要體現為揚塵污染,來自于以下幾方面:①根據露天煤礦的開采需要,礦山爆破必不可少,爆破過后將產生大量揚塵。②在采裝、運輸、排土環節,運輸道路多為松散的泥路或礫石路面,產生的揚塵量大且不固定,在空中主要為分散狀態,運動范圍廣,且在干旱地區揚塵不易消散,被人體吸收后危害健康。③筒倉儲煤過程中會產生大量揚塵,主要成分為煤灰,對人體及大氣污染非常嚴重。

2 環境保護措施

節約用地措施。隨著露天煤礦開采深度的加深,礦用地的采掘場及排土場用地不斷增多。為保證該露天煤礦的土地利用率達到最高,減少土地占有率,采取以下措施:①優化開采方案,根據設備及生產工藝盡量縮短工藝流程,盡早實現內排,減少采掘場及外排土場占地。②優化工業場地場址的選擇,盡量利用荒地及劣地。按生產工藝、物料流程及工程要求,充分利用地形、地勢,盡量緊湊布置,減少占地。③輔助與附屬企業貫徹社會化服務及專業化協作的原則,減少建設項目,避免重復建設占用土地。④分期建設的工程可分期征用土地。⑤通過工程措施對內、外排土場進行復土造田,恢復耕地或種植草類。

節水措施。該露天煤礦用水主要來自于瓊果勒河河谷地第四系潛水,用水主要集中于礦坑內灑水降塵、消防用水及生活用水,每日最高用水量為1856 m3/d,為節約用水,采取以下措施:①礦山供水根據用水地點的不同,按要求采用分壓分質供水方式,生活給水、部分生產用水采用瓊果勒河河谷地第四系潛水,生活污水及礦坑排水全部復用,盡量減少取用地下水的能源消耗。②煤礦生產系統采取臨時高壓滅火系統,日常供水用低壓給水系統,保證能源的有效果運用。③煤礦生產系統給水系統所用水泵均為高效新型直聯泵,減少水泵占地面積,節約建設投資約40%,采用機械密封結構,無滲漏,使用壽命長,節約50%的營運管理成本。泵吸水管采用自充水,既可提升供水可靠性,又可拆除阻力大的底閥。出口止回閥采用新型節能閥,由于阻力小,可降低水錘壓力。給水管道采用無滲漏、無腐蝕的鋼塑復合給水管道,管道設計流量采用經濟流量。

水土流失防治措施。該露天煤礦水土流失防治范圍(達產占地面積)為482.92 hm2,其中項目建設區437.77 hm2,直接影響區45.15 hm2(直接影響:道路兩側3 m,采掘場周圍50 m,排土場下風向200 m)。

本方案將工程分為場外公路防治區、工業場地防治區、采掘場防治區、供水管線防治區、外排土場防治區、輸電線路防治區等6個水土流失二級防治分區。

圖1 綠化前后生產道路對比

3 環保效果對比

3.1 鍋爐排煙治理

為降低鍋爐排煙,該露天煤礦選用2臺SZL7.0-1.25/95/70-AⅡ2型(額定熱效率≥86%)熱水鍋爐,主要供建筑物采暖及生活熱水用。年耗標煤約2408 t/a,灰渣量按耗煤量的30%考慮。兩臺鍋爐共用1座φ=1.2 m、H=45 m磚煙囪。每臺鍋爐均安裝雙堿法脫硫裝置及干法除塵裝置,脫硫效率80%,除塵效率不低于98%。采用分段低氮燃燒技術,脫氮效率20%以上,煙塵、NOx及SO2均可實現達標排放。各種污染物原始排放情況見圖2。

圖2 大氣污染排放情況

3.2 揚塵治理

通過安裝灑水降塵系統,可呼吸性粉塵分散度下降50%以上,除塵效率達70%,達到環境保護標準,各轉載點粉塵得到了有效控制,原煤倉上粉塵較大的崗位作業環境得到了有效改善,切實保障了工作人員的身體健康。

表1 除塵系統設備

排土場揚塵治理包括兩個階段,一是排土階段的揚塵治理,定期灑水,抑制揚塵;二是排土場達到服務年限后的揚塵治理。當排土排到最終標高平盤上形成一定面積之后,灑一次水后不再擾動,使其表面形成鹽結皮,可有效防止揚塵。

3.3 節水效果

煤礦最高日用水量為1856 m3/d,其中:494 m3/d水量取自瓊果勒河河谷地第四系潛水,1022 m3/d為凈化后的礦坑排水(折減率按35%考慮),340 m3/d為凈化后的污水,取用新鮮水量為16.302萬m3/a,總取水量為61.248萬m3/a。礦山供水根據用水地點的不同采用分質分壓供水方式。生活給水及部分生產用水采用瓊果勒河河谷地第四系潛水,礦坑排水及生活污水全部復用,減少取用地下水的能源消耗,年節約地下水資源44.79×104m3。礦山設計生產、生活供水系統均采用變頻調速節能設備,采用電動機變頻調速來調節流量,比用擋板、閥門調節節電20%～50%。礦山生產系統內給排水系統所選用的水泵均為高效新型直聯水泵,縮小了水泵占地面積,節約建設投資約40%,采用機械密封結構無泄漏長壽命運行,節約運行管理費50%。

3.4 節能效果

通過采取措施,該露天煤礦達到1.2 Mt/a生產規模時的電耗指標為:年耗電量(含選煤廠)1015.39×104kW·h,噸煤電耗8.46 kW·h/t (含選煤廠)、4.83 kW·h/t(不含選煤廠)。根據露天礦的具體情況,噸煤電耗指標處在一個較合理的范圍內,年工作日330 d,最大日用水量約1801 m3/d。若扣除礦坑水及生活污水再生復用水量1362 m3/d,只需從水源地取水439 m3/d,經計算,礦山實際噸煤用水量指標為0.49 m3/t,扣除礦坑水及廢水復用水量,該項目實際噸煤用新鮮水量指標約0.12 m3/t,小于《新疆維吾爾自治區工業用水定額》(新政辦發〔2007〕105號)采煤工業從水源地的取水量必須≤0.31 m3/t的要求。

4 結束語

實踐證明,采取合理的措施能夠有效控制礦山開采過程中產生的污染。需研發出適應現代化礦山需要且充分吸收各學科理論知識的高效環保措施,實現礦山環境保護與開發的協調發展,從而建設綠色智能化礦山。