煤炭型城市生态环境污染防治研究

何团

[提要] 由于煤炭型城市多年来对煤炭资源无节制的开发与利用，造成煤炭资源过度消耗。煤炭产业高排放、高污染导致城市及周边环境破坏日益加剧，从根本上降低了城市可持续发展能力，阻碍地区经济发展。煤炭开采带来的地表沉陷、矸石山污染、水资源破坏是煤炭型城市亟待解决的生态环境问题。煤矿充填开采技术作为“绿色开采技术体系”的重要组成部分，是煤炭型城市生态环境治理的重要手段。充填开采技术可以有效控制地表沉陷，消灭矿区井上矸石山，实现矸石不升井就地处理，防治煤炭开采对地下含水层的破坏，同时能够大量处理城市建筑垃圾及工业固体废弃物。

关键词：煤炭型城市;污染防治;充填开采

中图分类号：X5 文献标识码：A

收录日期：2019年11月11日

一、综述

煤炭型城市是以本地区的煤炭资源开采、加工为主导型产业的城市类型，其产业结构、就业结构、资源市场占有率与煤炭及相关产业息息相关。我国诸如鹤岗、抚顺、大同、阳泉、淮南、淮北、鹤壁、焦作、阜新、临汾、晋城、赤峰、长治、邯郸、峰峰、邢台、平顶山、六盘水、霍林郭勒、鄂尔多斯、榆林、延安、阿拉善盟等城市都属于煤炭资源型城市，但一些城市通过若干年的经济转型后，煤炭产业及上下游产业在城市经济中所占比重逐渐减小，城市经济对煤炭产业的依赖度呈下降态势，城市的本质特征虽与煤炭相关，但已与传统意义的煤炭型城市相距甚远。

但这些城市大多缘煤而建，因煤而兴，随着多年对煤炭资源无节制的开发与利用，造成煤炭资源过度消耗。煤炭产业高排放、高污染导致城市及周边环境破坏日益加剧，从根本上降低了城市可持续发展能力，激化了社会矛盾，阻碍了地区经济发展。近年来，国家高度重视生态环境保护，修定了环保法，大力推进大气污染、水污染、土壤污染等专项治理，煤炭工业面临的环境约束不断收紧，大力推广绿色开采技术，提高煤炭型城市生态环境承载力，实现可持续发展迫在眉睫。

煤矿充填开采技术作为“绿色开采技术体系”的重要组成部分，是煤炭型城市生态环境治理的重要手段。充填开采技术的应用，不仅可以大量减少煤矸石的外排，还可以将粉煤灰、尾矿、城市建筑垃圾作为充填材料加以利用，能够有效降低煤炭开采对城市水资源、土地资源及空气的污染，此外还可以减少煤炭资源浪费，提高煤炭资源回采率，有效保护煤炭资源。

二、煤炭资源开发引发生态与社会问题

（一）煤矸石占地。煤矸石是采煤和选煤过程中排放的低碳含量的固体废物，每年排放量占当年煤炭产量的10%～15%。初步统计，我国现有煤矸石山1，600余座，我国平均每年新增排放矸石约3.0×108t，压占土地面积300～400ha以上，严重挤压了我国城乡建设用地。目前，我国煤矿开采产生的煤矸石堆积于地层表面，大量的侵占土地。堆积的煤矸石经过自然降雨冲刷，造成重金属离子及有毒有害物质进入地表水，危害水体安全。煤矸石缓慢自燃、风化扬尘严重污染大气环境，对于城市周边生态环境的破坏力巨大。

（二）地表塌陷。根据2017年中科院《全国采煤沉陷区搬迁改造政策及综合治理规划前期研究》数据，我国共有23个省（市区）、151个县（市区）分布有采煤沉陷区，采煤沉陷区面积20，000km2，部分资源型城市塌陷面积超过了城市总面积的10%。目前，我国采煤沉陷区涉及城乡建设用地4，500～5，000km2，涉及人口2，000万人左右。

采煤沉陷严重破坏地表生态环境、农业生产、人居条件，造成农田无法耕种、水土流失加剧、矿区生态严重失调，给当地民生带来极大影响。采煤沉陷区破坏覆岩和地表完整性，使岩层失去隔水性和密闭性，横向流动的水系变为纵向渗漏，导致地面河流及泉水干涸，地下水资源枯竭，水资源和水生态破坏。

（三）大气污染。煤矸石风化后扬尘危及周边大气环境;煤矸石长期堆存时，经空气、水的综合作用，产生一系列物理、化学和生物变化，发生自燃而释放包括SO2在内的大量有毒有害气体，破坏矿区生态，诱发居民呼吸道疾病和癌症。煤矿开采产生的废气、运输过程中的扬尘，都会直接影响矿区周围的环境，不仅使矿区周围的地表植被受到破坏，而且地表植被破坏后带来的荒漠化土地则会进一步加剧大气中的扬尘，其中含有的一氧化碳、二氧化硫、NOx等有害气体会直接影响矿区周围居民的身体健康。

（四）搬迁引发社会矛盾。据不完全统计，我国“三下”压煤总量约为150×108t，其中建筑物下压煤量87.6×108t。人口密集的河北、河南、山東、山西、辽宁、黑龙江、陕西、安徽、江苏9个省建筑物下压煤量均超过亿吨，9个省建筑物下压煤总量达50.92×108t，占全国建筑物下压煤总量的60%。根据华北某矿区统计结果，村庄稠密的平原矿区，每采出1，000×104t煤炭需迁移约2，000人，塌陷区村庄搬迁绝大部分位于城镇规划区以外、交通不便，基础设施投入需求普遍较大，并且采煤塌陷土地破坏赔偿费及村庄搬迁费随着时间发展呈递增趋势，生产企业负担逐年加重。

塌陷区村庄搬迁过程中，因新村选址、搬迁费用补偿、人员安置、社会保障等问题引发不少矛盾。部分煤矿企业还因煤炭开采需求，提前进入压煤村庄地下进行开采，造成压煤村庄未搬先塌，群众房屋断裂、倾斜、倒塌现象时有发生，严重威胁当地群众的生命财产安全，地矿双方纠纷不断，增加了不稳定因素，影响了社会和谐发展。

三、煤矿充填开采技术

充填采煤技术是在井下或地面用充填物料充填采空区，达到控制岩层运动及地表沉陷的采煤方法。我国广泛的采煤实践表明，充填法开采和传统垮落法开采的覆岩运动形式存在根本上的区别。垮落法开采时工作面上覆岩层产生垮落带、断裂带和弯曲下沉带，岩层产生位移和变形最终造成地表沉陷。充填开采时工作面上覆岩层的自重应力由充填体与四周围岩共同承载，随工作面推进形成连续曲形梁，深刻改变了上覆岩层的移动规律，可通过调节密实充填率主动控制岩层的沉降和变形量，如图1所示。（图1）

目前，我国煤矿应用的充填开采方法与技术主要有工作面固体充填开采技术、巷道固体充填开采技术、膏体充填开采技术、高水充填开采技术和覆岩离层注浆充填开采技术。

四、充填开采对于煤炭型城市生态环境治理的积极作用

（一）显著改善矿区生态环境。充填开采消除了煤炭型城市周边矸石山，防治矸石山自燃产生的有害气体对大气的污染以及淋溶水中有害元素对土地的污染，对地表植被、水系等生态进行恢复和再造，大幅减少矿区遗留的生态环境问题。

（二）有效缓解城镇土地利用矛盾。充填开采消灭矸石山，节约大量土地，减少水土流失，提高土壤肥力，增加土地供应，缓解礦区工业用地、城建用地、基础设施以及非煤产业发展用地的紧张局面，提升城镇综合承载能力。

（三）城市建筑垃圾处理。近年来，我国城镇化进程加速，城市建筑垃圾和生活垃圾不断增加，垃圾处置不当不仅会产生污染，而且存在严重的安全隐患。煤矿充填开采过程中可以优先考虑将建筑垃圾和生活垃圾通过无害化处理，作为煤矿充填开采的主要充填材料，不仅可以有效处置垃圾，而且能够增加煤矿充填材料的来源，降低煤矿充填开采的成本。

（四）从源头防治地表塌陷。充填开采打破了以往先破坏后治理的模式，通过控制岩层运动防止地表沉陷，实现以最小的生态扰动获取煤炭资源，把对生态环境、水土资源和基础设施等影响限制在生态环境对开采行为容忍度可控范围之内，达到煤炭开采和生态环境协调、共融发展。

（五）缓和社会矛盾。充填开采可以提高我国煤炭资源采出率，延长矿井服务年限，避免了村庄搬迁，一方面解决煤矿工人的下岗问题，另一方面煤矿工人不用下岗、待业，杜绝了煤矿下岗工人引起的社会问题。

五、推进充填开采的制约瓶颈

充填开采是治理采煤沉陷的有效途径，有利于生态环境保护、矿井安全生产和矿区稳定，虽然充填开采矿井日益增多，但充填开采产量和成本参差不齐，严重影响推广速度，应用规模远未达到预期。通过调研，发现制约我国充填开采应用和推广的问题主要有：

（一）对环境保护的认识理解还不到位。十八大以来，习近平针对环境保护发表了一系列重要讲话，他指出“要正确处理好经济发展同生态环境保护的关系，牢固树立保护生态环境就是保护生产力、改善生态环境就是发展生产力的理念，更加自觉地推动绿色发展、循环发展、低碳发展，决不以牺牲环境为代价去换取一时的经济增长”，“既要金山银山，也要绿水青山”。

从现阶段人民需求和国家发展来看，不断减少污染和提高环境保护等级是未来的发展必然趋势，煤炭企业主动谋求转型升级是保证可持续发展的必由之路。但目前仍有不少煤炭企业对绿色发展、环境保护的形势认识不到位，对煤炭生产和环境保护的关系认识不深刻，部分企业对环保形势倒逼下的生产转型持观望态度，甚至心存侥幸，不能未雨绸缪，主动超前谋划，没有意识到充填开采是迟早要推广的主动保护环境的技术。

（二）充填开采现行政策支持力度不够。《关于实施煤炭资源税改革的通知》（财税[2014]72号）和《关于落实资源税改革优惠政策若干事项的公告》（国家税务总局公告2017年第2号），对依法在建筑物下、铁路下、水体下（以下简称“三下”）通过充填开采方式采出的矿产资源，资源税减征50%。从调研来看，资源税减免政策的支持力度偏小，程序复杂且条件严格，未能成为煤炭企业是否采用充填开采的驱动力。如河北开滦集团唐山煤矿充填开采至今，已累计置换出煤炭86.1万吨，充填矸石110.5万吨，但享受资源税减免仅180万元左右，每吨煤减免才2.1元。

《煤矿充填开采工作指导意见》（国能煤炭[2013]19号）对煤矿企业实施充填开采提出了支持政策，包括充填开采可列为重大技术改造、产业升级、生态环保、资源综合利用项目，优先享受有关专项资金支持，充填开采置换出的原煤产量可相应减缴矿产资源补偿费，新建煤矿不允许设立永久性地面矸石山等。调研发现，目前由于矸石充填开采免收矿产资源补偿费实施细则尚未出台，各省减免标准也不相同，造成难以操作;同时，由于该文件为行政指导行为，不具有强制执行力，不同地区对指导意见的执行力度也不统一。

（三）煤炭企业对充填开采技术认识了解还不够。目前，仍有相当一部分煤炭企业对充填开采的认识还停留在膏体充填、高水充填，甚至是多年前的充填开采设备和工艺层面，认为充填开采技术存在吨煤成本高、产量小、影响生产等缺点。以上对于充填开采技术的固有认识和宣传不足，限制了该项技术的广泛应用。

现阶段，随着高效、密实充填支架的成功研制和不断优化、充填智能化控制的开展、充填工艺和材料的改进等一系列技术突破，充填开采技术和装备水平已大大提高，充填开采能力已显著提升。充填工作面已实现了采充平行作业，达到了充填能力与采煤能力相匹配。由于工作面产量的大幅度提高，设备和系统建设投资等吨煤增加费用明显降低。目前，充填增加成本已低于矸石处理费用，如果按照完全成本核算，所产生的收益更加显著。因此，不断加深企业对充填开采技术发展现状的认识，是该项技术推广的重要前提。

（四）充填开采投资大、建设周期长。长期以来，煤炭行业积极探索煤炭开发与矿区环境和谐发展，做了大量工作，涌现出许多好的做法和经验。特别是近年来，随着东部地区煤炭资源日渐枯竭、环境约束加大和“三下”（建筑物下、铁路下、水体下）压煤日趋严重，一些煤矿企业在探索实施充填开采方面取得了显著成效，在集成创新了较为成熟的充填技术和装备同时，提高了资源回收率，并收获了较好的社会和环境效益。

很多煤炭企业也积极调研和论证，拟采用该项技术解决企业发展中遇到的资源枯竭、三下采煤、矸石处理等问题。但是，充填开采技术初期投资大，需要新购充填开采专用液压支架或改进原有支架，设备投资在5，000万元以上，除此之外，还需要在地面建设矸石储运、和投料系统，改造相应的井下矸石运输系统。以上设备的购置和系统的建设需要一定的资金投入和建设周期，在当前煤炭行业产能过剩，经济效益严重下滑的形势下，充填开采技术的应用受到限制。

六、推进充填开采的重要举措

（一）强化宣传。认真总结全国不同矿区充填开采、绿色发展的做法和成功经验，广泛宣传充填开采在促进煤矿安全生产、提高资源回收率、保护生态环境和土地资源、建设和谐矿区等方面的重要作用，提高煤矿企业对充填开采重要性的认识，充分调动煤矿企业实施充填開采的积极性、主动性和创造性。强化宣引导，使矿山企业认识到充填开采是煤炭资源科学开发、生态环境保护、矿区和谐发展相统一的先进煤炭生产方式，，是关系国计民生的大事，是建设生态文明、推动绿色发展的当务之急。

（二）政策驱动。为鼓励煤炭企业应用充填开采技术，目前，国家已出台了一些相关扶持政策，对充填开采的应用和推广起到了一定的促进作用，但现行政策的系统性不够完善，政策形式相对单一，支持力度还不够，亟须制定和出台更加全面、系统的激励政策，以加快充填开采的推广和应用步伐。

（三）科技引领。建议成立国家及地方专业化技术研究与服务机构，形成布局合理、机制完善、与充填开采技术发展相适应的科技创新平台体系。设立充填开采研究与推广中心，鼓励煤矿企业与高校、科研机构建立产学研用战略联盟，开展充填开采的基础理论研究、技术装备研发和工程咨询服务工作，积极开展充填开采技术应用推广专项培训，强化充填开采和生态保护理念、理论和技术的培训，使中心成为人才培养、技术研发和成果转化基地。

（四）示范引导。建立充填开采治理采煤沉陷区示范工程，强化示范矿井引导。坚持采取分类指导、因矿制宜的原则，选取地质赋存条件好、生产规模大、技术力量强、机械化程度高的煤矿作为示范矿井，进行试点建设。加强充填矿井的指导，高起点、高标准建设，从规划、设计入手提升充填开采示范矿井建设水平。

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