煤矿开采引发的地质环境问题及其对策研究

2019-11-11王鹏

科技创新与应用 2019年28期

摘要：我国煤炭资源丰富，煤炭资源一直是支撑我国工业快速发展的最重要能源，但在井工开采过程中造成地面塌陷、滑坡、泥石流、水资源污染、耕地破坏、环境污染等一系列问题，给地表环境造成了巨大的破坏。文章分别从煤矿开采引发的地质环境问题的种类、成因及其危害进行了阐述，并针对性的提出一些建设性的解决措施，加强对煤矿开采引发的地质环境破坏问题及其对策研究，对促进矿区环境、经济效益可持续发展具有重大意义。

关键词：煤矿开采;地质环境;成因;危害;对策

中图分类号：TD167 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）28-0118-03

Abstract： China is rich in coal resources， and coal resources have always been the most important energy to support the rapid development of China's industry. However， in the process of mining， it causes a series of problems， such as ground collapse， landslide， debris flow， water resources pollution， cultivated land damage， environmental pollution and so on， which cause great damage to the surface environment. This paper expounds the types， causes and hazards of the geological environmental problems caused by coal mining， and puts forward some constructive measures to strengthen the research on the damage of geological environment caused by coal mining and its countermeasures. It is of great significance to promote the sustainable development of environmental and economic benefits in mining area.

Keywords： coal mining; geological environment; cause of formation; harm; countermeasures

引言

我国煤炭资源储量丰富，煤炭资源开采量位居世界前列，仅陕西北部地区面积约8万km2含煤面积就有约3万km2。据不完全统计埋藏1000m以浅的探明煤炭资源储量约1400多亿吨，煤层稳定，构造简单，煤质优良，多年来为国家能源发展做出了巨大贡献[1]。同时，在煤炭资源开发利用过程中，长期以来存在重资源开采，轻环境保护的现象，再加多数煤矿生产技术设备落后，开发方式粗放、不合理，资源利用率低，造成了一系列采空区塌陷、矿区泥石流、环境污染等大量的矿山地质环境问题[2]，据自然资源部统计，陕西省2018年发生10起矿山地质灾害，主要分布在陕西北部矿区地带，造成死亡人数13人、失踪1人、经济损失达933.9万元，给国家和人民的生命财产带来了巨大损失。

1 矿山地质环境问题及其成因分析

1.1 地面塌陷成因

陕西省境内煤炭资源赋存基本在地下100米以下，开采方式皆使用地下开采方式。煤矿地下开采过程中会造成大片的采空区，当采空区长度达到几十米，甚至上百米时，采空区上方的岩层在重力作用下会逐渐垮落，随着开采范围的不断扩大，采空区范围就会随之扩大，如果不采取有效的防护措施，地面就会逐步形成塌陷区，并逐渐扩大，直至地下资源开采结束数年以后，上覆岩层沉降才会趋于稳定，地表塌陷才逐步结束。

1.2 滑坡、泥石流成因

滑坡形成的条件：坡体两侧或单侧有切割面，坡前形成滑动空间，岩、土体被切割成不连续状态，在自身重力或外界诱发力的作用下向下滑动，即产生了滑坡现象。矿山建设过程一方面因地面施工难免会对山坡坡脚进行开挖，形成坡面角较大的地形，另一方面基建过程中大量的地下岩石、土地需要排出，形成一个大型的排土场。在雨季，当雨水较大时，尤其是遇到强降雨时，开挖的坡体和排土场最容易发生滑坡。泥石流形成的条件必须具备：丰富的固体物源、较陡的地势和充足的雨水三个条件。煤炭资源开采中形成大量的煤矸石、矿渣、泥煤等固体废弃物，地面煤场选矿过程中也会产生大量的尾矿，这些废棄的固体废弃物大多堆放在山坡或沟谷中，在多年不遇的强降雨下，极易发生泥石流灾害。

1.3 地下水破坏成因

在埋深上百米的地下，煤层开采完后采煤机支架随之前移，后方就会形成大片的采空区，随着支架的不断前移，采空区范围也不断增大，上覆岩体在自身重力作用下逐渐开裂、剥离、贯通，形成裂缝带和剥离层，破坏原始的含水层结构。一方面，含水层中的地下水随着裂缝带进入采煤巷道和采空区，导致地下水位严重下降，灌溉困难，井水枯竭等现象;另一方面，当地下裂缝上升到地表时，地表水也会随着裂缝进入地下，导致地表河流水量变小，甚至枯竭。同时，为保证井下矿工的安全生产，留入巷道中的地下水必须通过水泵排到地表，造成了地下水的大量浪费。

1.4 地貌景观破坏成因

地下开采过程中切割的岩体，选矿过程中产生的煤矸石等尾矿，以及露天矿场剥离的土体、岩体等固体废弃物，堆放在地面，造成一座座矿渣堆、尾矿库和排土场，压占了大量土地。同时，煤炭中含有大量的硫、氮等危害元素，长期堆放造成周边环境污染破坏。地下大片的采空区导致上覆岩土下沉，在地表形成一个个巨大的塌陷坑。采空区下沉引发的地裂缝、甚至地表塌陷，破坏农田水利设施，毁坏大片耕地。露天开采导致地表植被破坏，造成岩石裸露、山体破损等地貌景观破坏。

2 矿山地质环境问题的危害

2.1 破坏耕地

煤矿主要有两种开采方式：露天开采、地下开采。露天开采需要将地表剥离，不仅剥离区会破坏大量的耕地，而且剥离体堆放区也会占用大量耕地，开采完毕后大部分煤矿都没有进行有效的填埋复垦，造成大量耕地资源荒漠化。地下开采造成地表裂缝、塌陷坑以及地表标高下降等破坏，这些破坏小的方面会造成许多积水坑，导致土质的盐碱化，降低土地的经济价值，严重的直接破坏表土层水系导致植被无法生长，耕地逐渐消失。井下开采过程中产生的煤矸石等固体废弃物的堆放占用大量耕地，据有关资料显示，我国目前现有煤矸石山堆积总量约28亿吨，占地总面积约57万多平方米。如此庞大的土地压占面积可想而知会造成多大的耕地量损失。此外，煤矸石造成的土地压占若是不能得到及时处理，煤矸石的自然特性极有可能破坏所压占土地的地质，使其变得更加难以利用，而且这种影响是长远的，短期内很难得到根治。煤矸石等固体废弃物中含有大量的危害元素，在遭遇到雨水后还会呈现出或酸或碱的特性，在雨水的冲刷下随地表径流渗入周围土壤，使耕地失去耕种价值[3]。

2.2 污染环境

矿区固体废弃物长期大量堆放除占用大量土地外，还污染水和大气[4]。对水的污染主要包括两个方面：一是地面堆积的尾矿中含有大量的有害矿物元素，这些矿物元素通过地面降雨淋滤作用渐渐渗透到地表、地下污染水体;二是采矿过程中产生的矿坑水未经处理直接排放污染水体。对大气的污染主要包括：一是煤矸石自燃，一方面产生大量的SO2、CO2及CO等有害气体，排放到大气中污染空气，另一方面是自燃大多发生在夏天，煤矸石自燃无形中形成一种热效应，使矿区周围气温高于别的地方，不利于植物生长和人们正常生活;二是固体废弃物碎小颗粒，尤其是煤矸石粉末，在风的作用下漂浮在空气当中，随着正常呼吸进入人体呼吸道，引起呼吸道疾病，给当地人们的生命健康带来严重危害。

2.3 人员伤亡及财产损失

严重的矿山地质灾害，如泥石流、滑坡、塌陷等，给人们的财产造成巨大损失，甚至造成生命危险。2018年9月山西临汾市新塔矿业有限公司的尾矿库坝体发生垮塌，长期堆放的尾矿、煤矸石、泥煤产生黑色的泥石流奔泻而出，不到一分钟的时间，吞没了下游的房屋和办公设施，造成大量人员伤亡与财产损失。2008年8月，山西太原钢铁集团尖山铁矿排土场产生垮塌，使黄土山梁土体产生向下移动，掩埋了坡脚下的部分房屋，造成严重的人员伤亡与财产损失。2002年至2012年期间，陕北地区某村庄整个地面塌陷，导致墙体、房屋开裂，公共设施、道路等破坏，居民无法正常居住，整体搬迁形成空心村，大片耕地荒废，根据中国地质环境监测院统计，截止2014年，我国因矿产资源开发引发的地面塌陷4316处，形成塌陷坑9747处。2019年1月28日，巴西米纳斯吉拉斯州发生矿坝决堤事故，当场造成58人死亡，300多人失踪。

3 解决措施及建议

3.1 合理开采

地下开采煤矿实施充填式开采技术，将煤矿尾矿、煤矸石、废渣等固体物充填到采空区，既可有效控制地面塌陷，对地下含水层进行保护，实现水资源的源头保护，又可以减少煤矸石排到地表占用土地、污染环境[5，6]。露天开采煤矿实施土方内排开采技术，通过加大土方内排基地处理力度，扩大土方内排总量，减少废弃土方的外排量，从根本上降低排土场对土地的占用量和破坏程度[7]。规范或禁止地方小煤矿开采，由于受技术、资金、地质等因素的限制，地方小煤矿在开采过程中不仅造成资源的大量浪费，而且相比于大型矿井，地方小煤矿大多属于私人企业，一味的追求经济效益，更加忽略了环境保护，造成严重的地质环境问题。

3.2 现代化矿井建设

煤-水双资源矿井是指在正常开采煤炭资源的过程中，尽可能少的疏排地下水，并将疏排到地表的矿井水最大程度的合理利用或全部利用，保护矿区脆弱的生态环境。中国矿业大学武强教授提出：矿井地下水“控制、利用、生态环保”三位一体相结合开发利用的模式[8]，实现了煤炭和水资源开发与矿区生态系统相协调的可持续发展道路。建设煤-水双资源型矿井，一方面有力的避免了水资源的浪费和污染，尤其是我国北方地区，煤炭资源丰富而水资源极为贫乏，另一方面减少了矿井水的危害，矿井透水事故是煤矿最主要的危害之一，每年都会给国家和人民的生命财产带来巨大损失[9，10]。绿色矿山是综合考虑煤炭、土地、瓦斯、水等资源，从整体上减轻煤矿开采对环境造成的破坏，实现经济效益、环境效益及社会效益共同发展[11]。著名的矿产资源专家钱名高提出煤炭资源绿色开采体系：保水开采解决地下水资源破坏问题;煤与瓦斯共采解决资源浪费和大气污染问题;煤矸石与巷道岩体回填解决煤矸石污染和采空沉降塌陷问题;煤炭资源气化和全封闭通道输送技术解决地表环境污染问题。煤炭资源绿色开采体系是贯彻可持续发展理念的实践，不仅可以充分利用有限的煤炭资源，提高资源利用率，而且对保护生态环境、促进中国经济健康发展都具有重要意义。

3.3 废渣利用

煤矿废渣主要是指煤矸石。煤矸石长期堆放在地表，不仅大面积占用土地、堵塞河道，而且很大程度地污染水体和环境，甚至会自燃引起火灾。煤矸石是一种潜在的二次资源，可以利用煤矸石燃烧发热、烧砖、铺路以及进行煅烧生产水泥、陶瓷的原料，甚至生产石化、涂料等原料。实现煤矸石资源的再利用，不仅可以有效的减少资源的浪费，而且达到了保护环境的目的。将煤矸石在井下直接充填到采空区，既可有效控制地面塌陷，又可以减少煤矸石排出地表，从源头上解决废渣的利用。

3.4 环境保护与治理

一是加强相关政策、规范、标准的制定和监督实施。目前我国在矿山地质环境保护与治理方面已经出台了《矿山地质环境保护和治理规划》、《矿山地质环境保护规定》、《土地复垦规范》等文件，用来规范和引导企业和政府加强矿山地质环境保护[12]。一方面建议地方政府针对本地区的特殊情况制定一些高于国家规范标准的地方标准，另一方面需要采取相应政策手段来确保落实到位。二是逐步形成一种政府主导、企业主体、市场运作、社会参与的矿山环境治理模式，建设矿山地质公园、矿山遗迹观摩景区、生态园区，一方面解决了矿山地质环境问题，另一方面解决了部分农民再就业安置问题，给农民带来了收入，实现社会、经济、生态三大效益的和谐共赢。

4 结束语

煤矿开采造成的地质环境破坏不仅造成了严重的环境问题，而且给人类赖以生存的水体、土地、生物等资源造成了污染，直接影响人类的正常生活，甚至给生命财产带来了严重的威胁。事实表明：粗放型的能源开发模式早已不适合我国的经济发展，寻求一条煤矿开采与社会环境和谐、共存、绿色发展的长久之计势在必行。加强矿山地质环境治理研究，一方面可以消除潜在的地质灾害、环境破坏的隐患，另一方面可以实现资源优秀利用与环境保护的可持续发展。

參考文献：

[1]王鹏.陕北地方煤矿资源/储量动态管理研究[D].西安科技大学，2016（6）.

[2]潘春华.采矿对地质环境的影响及冶理设想[J].能源材料，2011：206-207.

[3]黄忠伦.煤矿开采对土地资源的破坏及对策研究[J].资源与环境，2018（1）：92-94.

[4]麦少芝，徐颂军，梁志娇.矿业废弃地的特点及其环境影响[J].云南地理环境研究，2005，17（3）：23-27.

[5]胡炳南.我国煤矿充填开采技术及其发展趋势[J].煤炭科学技术，2012，40（11）：1-5.

[6]庞振忠，武强，兰振宇.充填开采对“煤-水”双资源矿井资源属性正效应的影响研究[J].能源与环保，2018，40（11）：6-10.

[7]崔斌，韩克程，叶旋.采矿生产对环境的影响及治理措施[J].山西焦煤科技，2011（5）：51-53.

[8]武强，李铎.“煤-水”双资源矿井建设与开发研究[J].中国煤炭地质，2009，39（21）：32-35.

[9]武强，申建军，王洋.“煤-水”双资源型矿井开采技术方法与工程应用[J].煤炭学报，2017，42（1）：8-16.

[10]武强，李铎，赵苏启，等.郑州矿区排供环保结合和水资源合理分配研究[J].中国科学，2005，35（9）：891-898.

[11]张国荣.中国煤炭资源绿色开采技术的发展探讨[J].能源与节能，2017（11）：161-164.