安徽省绿色矿山建设现状

2020-02-01孙贵陈善成吴盾樊雯

安徽地质 2020年4期

孙贵，陈善成，3，吴盾，3，樊雯

（1.安徽省煤田地质局勘查研究院，安徽合肥 230088；2.安徽省绿色矿山工程研究中心，安徽合肥 230088；3.安徽能科工程科技有限公司，安徽合肥 230088）

0 引言

安徽是中国十三个煤炭基地之一，煤矿开采历史久，煤层厚度大，煤层多、种类多样、埋藏深，主要开采方式为井工开采。随着开采的时间增加，大部分煤矿向深度开采，导致我省煤矿具有独特的特点：开采条件复杂，水文地质、工程地质条件变化大，灰岩富水性强、高地压、高瓦斯、高潜水位、重复开采等。随之而来的地表塌陷、地下水位下降、固废堆积和生态景观破坏等一系列问题日益凸显，对淮河流域生态环境造成了不利影响。

为促进我国绿色矿山建设，2018年原国土资源部发布实施《煤炭行业绿色矿山建设规范》（DZ/T 0315-2018），制定了我国煤炭行业绿色矿山建设标准。同年，我省根据本省煤矿特色，制定了《井采煤矿绿色矿山建设要求》（DB 34/T 3247-2018）（以下简称“标准”），其各项标准均高于DZ/T 0315-2018标准要求。本文对照标准从采矿、选煤、资源综合利用、矿山生态保护与修复、节能减排、科技创新与数字化矿山、企业管理与企业形象等方面阐述我省绿色矿山建设现状。

截至2019 年底，我省共有大中型煤炭生产矿井43 对，主要属于淮南矿业、淮北矿业、中煤新集、皖北煤电等四大矿业集团。其中大型矿井34对，中型矿井9 对；筹建矿井3 对，其中大型矿井2 对，中型矿井1对。根据《安徽省绿色矿山建设工作方案（2017—2025 年）》皖国土资发〔2017〕200 号文，我省到2020年，绿色矿山达标率20%左右，到2025年，全省绿色矿山达标率40%，新建矿山100%达到绿色矿山建设要求。2020年1月8日，自然资源部公布的全国绿色矿山名录中，我省有66 家上榜，其中48 家为2019 年新遴选，18家为原国家级绿色矿山试点单位；煤炭矿山共有16家纳入全国绿色矿山名录（表1），其中7 家为2019年新遴选，9 家为原国家级绿色矿山试点单位。安徽省煤炭矿山绿色矿山建设整体符合工作方案要求。

表1 安徽省煤炭矿山国家级绿色矿山名录Table 1. National green coal mines list of Anhui Province

1 采矿

1.1 开采方法与工艺

我省的新建、改扩建煤炭矿山设计均符合GB 50215（井工开采）规定。以下分析主要绿色矿山建设指标达标情况：

1.1.1 回采率

根据《安徽省煤炭矿山2016年度储量年报核查报告》，厚煤层采区实际回采率在75.9%～87.4%之间，除百善煤矿（已关闭），中厚煤层采区实际回采率在80.4%～93.6%之间，薄煤层采区实际回采率在85%～100%之间。本次调研了截至2018年9月正在生产矿山2017年度采区综合回采率（表2），通过分析，矿井的综合采区回采率不服从正态分布，其最大值为92.60%；最小值为79.10%；平均值为84.05%；中位数值为83.40%。绿色矿山的采区回采率平均值大于非绿色矿山；淮南矿区的采区回采率平均值大于淮北矿区。分析以上调研分析情况，对比“标准”附录A，我省井工开采煤炭矿井采区回采率能较好达到规范要求。

表2 采区综合回采率（%）Table 2. Comprehensive recovery rate for mining area (%)

调研了截至2018 年9 月正在生产矿井2017 年度工作面综合回采率（表3），工作面回采率服从正态分布，其最大值为99.50%；最小值为93%；平均值为96.84%；中位数值为97%。四大矿业集团的工作面回采率按平均值递增顺序依次为中煤新集＜皖北＜淮北＜淮南；绿色矿山的工作面回采率平均值小于非绿色矿山；淮南矿区的工作面回采率平均值小于淮北矿区。对比“标准”（工作面综合回采率不低于97%），安徽省井工开采煤炭矿山工作面回采率能较好达到规范要求。

表3 工作面综合回采率（%）Table 3. Comprehensive recovery rate for working face(%)

1.1.2 机械化程度

矿井的综掘机械化程度不服从正态分布（表4），其最大值为100%；最小值为19%；平均值为88.45%；中位数值为95.98%。四大矿业集团的综掘机械化程度按平均值的递增顺序依次为中煤新集＜淮南＜淮北＜皖北；绿色矿山的综掘机械化程度平均值小于非绿色矿山；淮南矿区的综掘机械化程度平均值小于淮北矿区。

调研矿井的综采机械化程度不服从正态分布（表5），其最大值为100%；最小值为97%；平均值为99.91%；中位数值为100%。四大矿业集团的综采机械化程度按平均值的递增顺序依次为淮北＜淮南=中煤新集=皖北；绿色矿山的综采机械化程度平均值大于非绿色矿山；淮南矿区的综采机械化程度平均值大于淮北矿区。

表4 综掘机械化程度（%）Table 4.Degree of fully-mechanized excavation (%)

表5 综采机械化程度（%）Table 5.Degree of fully-mechanized mining (%)

我省井工开采煤炭矿山综掘、综采机械化程度较高，平均值能达到我省“十三五”规划要求。大部分矿山均能达到“标准”（综掘机械化程度不低于70%，综采机械化程度不低于97%）要求。淮南矿业（集团）有限责任公司顾桥煤矿、淮北杨柳煤业有限公司杨柳煤矿等部分矿井采用了智能化综合机械化开采工艺，综采机械化程度达到100%。机械化综合开采技术的提高，使采掘工作面加长、加宽，从而减少了阶段煤柱损失，但同时三角煤的丢失时有发生，个别矿山三角煤丢失一块就近十万吨，建议采取“刀把式”的开采方式。

1.2 减排开采

1.2.1 充填开采

标准要求绿色矿山宜采用充填开采，我省煤炭井采煤炭矿山开采历史悠久，已建成矿井在设计时一般未考虑充填开采，采区回填率普遍不高。通过调研得出现今生产矿井的采空区回填率服从正态分布，其最大值为32%，最小值为10%；平均值为17.42%；中位数值为16.73%（表6）。四大矿业集团的采空区回填率按平均值递增顺序依次为中煤新集＜淮北，淮南与皖北不回填；绿色矿山的采空区回填率平均值小于非绿色矿山；淮南矿区的采空区回填率平均值小于淮北矿区。采区回采率普遍不高。

安徽省矿产资源总体规划（2016—2020年）要求：矿山固体废弃物基本实现零排放。矿山固体废弃物应遵循减量化、无害化和资源化的原则，推广废石、尾砂生产充填混凝土技术。一般大中型矿山采矿废石的回填率不小于50%。现今调研数据与规划要求矸石回填的数据显然还存在不小差距。

表6 采空区回填率（%）Table 6. Backfill rate of goaf (%)

1.2.2 保水开采

两淮煤田为石炭系—二叠系煤田，上覆巨厚松散层，局部古近系砂砾岩发育，下伏太原组灰岩和奥陶系灰岩。自上而下淮南煤田主要发育新生界松散砂层孔隙含水层、二叠系砂岩裂隙含水层、石炭系太原组石灰岩岩溶裂隙含水层、奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层。同时煤田南部由于阜凤逆冲断层的作用，将下元古界、寒武系以及部分奥陶系、石炭系、二叠系（夹片）推覆于煤系地层之上，推覆体区存在下元古界片麻岩裂隙承压含水组、寒武系灰岩岩溶裂隙承压含水组、夹片裂隙岩溶含水带等。可供开发利用的含水层主要为新生界松散砂层孔隙含水层和奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层。部分矿区由于长期抽排地下水，导致含水层被破坏，水位持续下降，形成较大范围的疏干漏斗区。

“标准”要求：存在与地表水体、具有开发利用价值的含水层联通区域应采用保水开采技术，以防止地下水位下降，破坏含水层。沿淮地区(或东部地区淮南、淮北)影响岩溶水地下水含水层开采区域煤层顶板应留设足够高度的防水安全煤岩柱，底板也应留设足够高度的保护煤柱；非沿淮地区（西部地区涡阳、阜阳）可能影响深层地下水(一含、二含）含水层，宜采用含水层保护的防渗帷幕、防渗墙等注浆工程措施；浅层松散岩孔隙水保护，应采取完善的防渗措施，防止矸石淋溶水入渗。参照“标准”要求，我省煤炭矿山基本能达到“标准”要求。

1.2.3 煤与瓦斯共采

我省煤矿开采中瓦斯风险严重，“煤与瓦斯共采”一直受到重视，其中淮南矿业集团在此方面一直走在全国前列。“煤与瓦斯共采”大部分符合“标准”要求。

2 选煤

《煤炭工业十三五发展规划》的“绿色发展目标”提出，到2020 年我国的“原煤入选率应达到75%以上”。《安徽省煤炭工业发展“十三五”规划》煤炭发展目标提出，到2020年原煤入选率达到97%以上。通过调研结果看，矿井的原煤入选率不服从正态分布，其最大值为100%；最小值为50.4%；平均值为95.18%；中位数值为100%。四大矿业集团的原煤入选率按平均值的递增顺序依次为淮南＜淮北=皖北＜中煤新集；绿色矿山的原煤入选率平均值大于非绿色矿山；淮南矿区的原煤入选率平均值小于淮北矿区。

由表7 可见，安徽省煤炭生产的总体入选率可以达到国家《煤炭工业十三五发展规划》绿色发展目标提出的要求，安徽省煤炭工业发展“十三五”规划要求稍高于现今实际。大部分矿井原煤入选率达到“标准”要求的97%以上。

3 资源综合利用

3.1 共伴生矿产综合利用

安徽省煤炭开采中的共伴生矿产主要为煤层气（瓦斯）和煤层中的稀土元素，煤矸石中铝、硅等，煤系地层中高岭土（岩石）、铝土岩等。两淮煤矿的资源综合利用绝大部分矿山基本达到“标准”要求，但还有提升空间。

据《安徽省两淮煤层气资源调查评价》（2014 年）结果，我省两淮煤田煤层气资源总体较为丰富，主要富集在二叠系山西组、下石盒子组和上石盒子组，2000m以浅煤层气资源量共计5.15142×1012m3。

煤层气（煤矿瓦斯）的开发利用，对改善煤矿安全生产条件、减少温室气体排放、保护生态环境、优化能源产业结构、增加清洁能源供应、培育新的经济增长点具有重大意义。调研矿井的瓦斯利用率服从正态分布（表8），其最大值为77%；最小值为23.3%；平均值为47.28%；中位数值为42.5%。四大矿业集团的瓦斯利用率按平均值的递增顺序依次为淮南＜中煤新集＜皖北＜淮北；绿色矿山的瓦斯利用率平均值小于非绿色矿山；淮南矿区的瓦斯利用率平均值小于淮北矿区。资料显示，淮南煤田甲烷含量平均64%，淮北煤田甲烷浓度除涡阳矿区低于80%以外，其他矿区甲烷浓度十分接近。按照GB/T28754要求，我省瓦斯利用率还有提升空间。

表8 瓦斯利用率（%）Table 8. Gas utilization rate (%)

另外两淮煤田煤系地层中铝质泥岩、高岭土发育。特别是淮北煤田煤系高岭土普遍含有有机质，矿石一般为灰色或灰黑色，块状构造，壳状断口、隐晶质结构、蠕虫状晶体，结晶有序度高，是我国北方石炭系、二叠系煤层中具有的一种高岭土煤石。该高岭土矿床层位稳定，厚度较大，矿石质量稳定，矿石资源储层巨大，具有广阔的利用前景，因此对这些共伴生资源需进行保护，避免在煤层开采中遭到破坏。目前我省仅淮北矿业集团有一对矿井专门利用开发，还不具备大规模综合开发利用条件。同时，两淮煤田部分煤矸石中硅铝含量较高，可提取生产硅铝质等化工产品，据文献报道两淮煤田在岩浆侵入煤层中镓、锗具有潜在利用前景，这些资源与煤共同采出，建议综合利用。

安徽省低热值煤发电和低浓度瓦斯利用已经有成功经验。安徽省矿产资源总体规划（2016—2020年）提出：利用低热值原料煤矸石、煤泥、中煤等，新建2×350（mW）超临界循环流化床燃煤机组，配套建设烟气脱硝、除尘、脱硫装置。同步建设工业废水、生活污水处理装置，建成安徽省循环经济示范园区。目前建成电厂有宿州市桃园镇钱营孜井田发电厂、临涣煤泥矸石电厂、潘集低热值煤综合利用电厂、谢桥煤矸石综合利用电厂、涡北煤泥矸石电厂和宿州煤泥矸石电厂等。

低浓瓦斯发电是指利用瓦斯浓度＜30%的煤矿瓦斯进行发电，将瓦斯抽采泵站抽采的低浓瓦斯气体，通过煤矿瓦斯细水雾输送系统，输送至发电机厂房，进行脱水、净化处理后，进入低浓瓦斯发电机组进行发电。通过瓦斯发电项目的实施，既提高矿井的瓦斯利用水平，又减少了对大气污染，化害为利，变废为宝，有利于增加洁净能源供应、减少温室气体排放，其经济效益、社会效益、环境效益和生态效益十分明显。

3.2 固体废弃物利用

安徽井工开采煤炭固体废弃物主要为煤矸石和采矿剥离及巷道掘进中弃（废）石等。安徽省矿产资源总体规划（2016—2020年）要求：矿山固体废弃物基本实现零排放。一般大中型矿山采矿废石综合利用率大于80%。从本次调研数据看，矸石利用率基本达到100%，且在局部消除以往滞留堆积矸石山。矸石基本得到很好利用，达到“标准”（煤矸石当年综合利用率应达100%）要求。

3.3 矿井水及废水利用

从调研的数据看，安徽省井采矿山矿井的矿坑涌水利用率不服从正态分布，其最大值为100%；最小值为30%；平均值为99%；中位数值为100%（表9）。四大矿业集团的矿坑涌水利用率按平均值的递增顺序依次为淮北＜中煤新集＜淮南＜皖北；绿色矿山的矿坑涌水利用率平均值小于非绿色矿山；淮南矿区的矿坑涌水利用率平均值小于淮北矿区。由此可见矿坑涌水利用率较高，基本能得到全部利用。除少数矿井外均达到“标准”(矿井水利用率应不低于85%，矿井水处置率应达到100%)要求。

表9 矿坑涌水利用率（%）Table 9. Utilization rate of mine gushing water (%)

3.4 热能利用

我省部分现状矿山井下作业面温度较高，目前个别生产矿山在生产降温过程中已经对部分井下热能进行了抽采利用。随着开采深度的增加，井下高温矿井将进一步增多。冬季矿井水温度达到17～18℃，矿井水中蕴含丰富的热能资源。利用水源热泵技术回收矿井排水蕴含的热量，通过洗浴机组全年运行，为职工提供洗浴热水，解决井口防冻，提供办公楼和职工更衣室的供暖和制冷需求，可以改善职工生活环境，具有良好社会效益，与原燃煤锅炉系统相比，可节约标煤，减排二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物，可极大的改善矿区大气环境质量，具有良好的环境效益。另外，风井产生的废热均可进行回收利用，存在着较大节能空间。“标准”提出在保护的前提下鼓励利用，从调研看，我省已有多家矿山已经开始利用，值得鼓励提倡。

4 矿山生态保护与土地复垦

4.1 矿容矿貌

本次调研了矿山的矿区绿化覆盖率（表10），调查结果显示矿井的矿区绿化覆盖率不服从正态分布，其最大值为100%；最小值为15.3%；平均值为75.16%；中位数值为90%。四大矿业集团的矿区绿化覆盖率按平均值的递增顺序依次为淮北＜皖北＜中煤新集＜淮南；绿色矿山的矿区绿化覆盖率平均值大于非绿色矿山；淮南矿区的矿区绿化覆盖率平均值大于淮北矿区。通过调研看，还不能完全达到“标准”要求的100%绿化，矿区绿化还有提升空间。

表10 矿区绿化覆盖率（%）Table 10. Green coverage rate of mining area (%)

4.2 矿山地质环境保护

安徽省井工煤炭开采历史悠久，采煤塌陷影响严重。我省两淮矿区人口密集，村庄较多，资源压覆严重，村庄、城镇、建设项目等压覆资源量151.5亿吨，矿区迁村任务繁重、补偿标准持续上调。两淮矿区以煤层群开采为主，采煤塌陷区短时间内难以稳沉，治理难度高、投入大，且前期不具备大规模治理的条件。因此我省的矿山地质环境保护的主要任务是地表塌陷，从目前调研看，采煤塌陷治理尚不理想。

4.3 生态保护

环境保护包括了矿山固体废弃物的堆存与处置，矿井水及污、废水的处置与排放，矿区生产和生活中的噪声与粉尘等废气的控制，地质灾害警示和治理等。从调研看，大部分矿井均符合HJ446清洁生产二级以上标准，绝大部分矿井满足“标准”要求。

4.4 土地复垦

本次调研矿井的土地复垦率不服从正态分布，其最大值为100%；最小值为3%；平均值为49.63%；中位数值为42%（表11）。四大矿业集团的土地复垦率按平均值的递增顺序依次为淮北＜皖北＜淮南＜中煤新集；绿色矿山的土地复垦率平均值大于非绿色矿山；淮南矿区的土地复垦率平均值大于淮北矿区。土地复垦大多是对塌陷区的治理。由以上调研看，土地复垦率并不乐观。一方面由于我省煤田矿山属于多煤层重复开采，塌陷区不稳定，复垦困难。另一方面由于资金和当地群众的配合问题，难以实施。

表11 土地复垦率（%）Table 11. Land reclamation rate (%)

4.5 监测工程

对未稳定沉陷区等暂时难以治理的矿山，采取有效措施控制其对环境的负效应。建立常态的环境监测和紧急预防机制，明确要求对影响矿山安全环境的瓦斯、地压，影响土地质量的矿井水及废水、粉尘等污染源和污染物，对地下水、地表水、土壤环境实行动态监测。矿井应当建立地下水动态监测系统，对井田范围内主要充水含水层的水位、水温、水质等进行长期动态观测，对矿井涌水量进行动态监测。矿井周边土壤监测应符合HJ/T 166-2004 规定。从调研情况来看，矿山监测基本满足“标准”要求，主要缺乏周边土壤环境的监测数据。