山西省煤层自燃危害及环境影响研究

2020-02-12田晶晶山西省煤炭地质资源环境调查院

节能与环保 2020年4期

文_田晶晶山西省煤炭地质资源环境调查院

煤层自燃指地下赋存的煤体发生自燃后，沿着煤层发展所形成的煤自燃现象。煤层发生自燃给矿山生产及其周围生态环境造成了严重影响，不仅大面积吞噬煤炭这一宝贵的不可再生资源，同时产生大量的二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等有害烟气，给大气环境、森林植被、水土资源、周围生态环境、旅游人文景观、经济发展等带来了严重的破坏和影响，同时也诱发各种地质灾害，对人民的生命财产和生存环境造成了严重破坏。

1 煤层自燃破坏煤炭资源

山西是煤炭大省，煤炭资源储量大、品种全，主要含煤地层为石炭二叠系太原组和山西组，遍布全省，其次为侏罗系大同组，仅分布于晋北大同煤田北部和宁武煤田中段。由于各煤田地质条件和煤炭开采条件的不均衡，造成了煤层自燃的非均质性。此此，本文以山西省地质构造和含煤建造为前提，以大同、平朔、朔南、河保偏、轩岗、武夏、潞安、晋城、汾西、乡宁、离柳、西山、阳泉、石隰、岚县、霍东、东山、霍州18 个煤炭开发矿区及浑源、五台、繁峙等几个煤产地为分析对象，针对山西省境内煤层自燃状况进行研究。

据研究结果显示，山西省易自燃的煤层主要赋存在侏罗系和石炭系太原组；自燃类型主要为井下火和露天煤矿火。目前山西省已经查明正在燃烧的火区共129 处，燃烧区面积18.38km2，燃烧损失煤炭资源量11741 万t；熄灭火区232 处，熄灭区面积38.21km2，燃烧损失煤炭资源量13197 万t；煤火总面积56.59km2，煤层自燃燃烧损失煤炭资源总量24938 万t。

2 煤层自燃对土地资源的破坏

自燃形成的地面沉降使地貌发生变化，改变原有的景观。地面沉降和崩塌直接导致地形的改变，使原本完好的地表千疮百孔。另外由于地表变得更加破碎，还加速和扩大了自燃因素所引起的土壤破坏和岩石的侵蚀，造成土地沙化和水土流失，地表植被覆盖率降低。煤层自燃除产生这些宏观上的地表地貌和地形的变化外，还会使煤层上覆岩层或土壤的物化结构发生改变，形成烧变岩和烧变土壤，从而导致区域地下水水质及其露头处地表水水质变劣，影响森林及草地的正常生长。

山西省煤层自燃区域划分为煤层自燃燃烧区和熄灭区，区内煤层自燃对土地资源及地形地貌均有一定程度的破坏。经估算，山西省煤层自燃损毁的土地资源总面积为101.11km2，其中，燃烧区损毁面积62.9km2，熄灭区损毁面积38.21km2，详见表1、表2。

3 煤层自燃破坏生态环境

煤层自燃排放出大量的一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、粉尘等，造成低空环境质量变坏。另外，煤炭中的金属和非金属元素经过高温燃烧，生成酸性与碱性化合物，对火区附近的地表水和浅层地下水造成影响。燃烧过后，地表上部形成大面积的焦土和烧变岩块，使地面寸草不生，破坏了区域的生态环境并威胁着区域内居民的人身安全。

3.1 地表水环境影响

在收集当地资料的基础上调查各重点自燃区地表水系，筛选受影响较大的河流，测定样品的溶解氧、pH、硫化物、化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5），分析煤层自燃对地表水的影响和破坏情况。

采样点所在河段属于III 类功能区的有：襄垣后湾水库、长治漳泽水库、朔州东榆林水库、宁武段汾河、宁武段恢河、平遥段汾河及太原段汾河。采样点所在河段属于IV 类功能区的有：大同段口泉河、平顺段浊漳河、长子申村水库、屯留屯绛水库、武乡关河水库、朔州段七里河、朔州段恢河。采样点所在河段属于V 类功能区的有：柳林段三川河。其中，宁武段恢河、平遥段汾河及太原段汾河没有达到III 类功能区水质要求，朔州段七里河没有达到IV 类功能区水质要求，其余全部达到标准。

3.2 地下水环境影响

为分析评估煤层自燃对地下水的影响和影响程度，监测重点为供水目的的含水层或者居民饮用水井以及具有重要生态价值的泉水水源。收集的各区域基础资料及野外勘查结果，最终确定22 个监测点位，11 项监测项目（pH、总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氟化物、砷、镉、铁、汞、锰、高锰酸钾指数），每个点位连续2 天采样，每天1 次，共采集484 个地下水样，监测结果显示均达到《地下水质量标准》（GB/T14848-2017）中Ⅲ类水质标准。

3.3 大气环境影响

根据煤层自燃排放大量烟尘及个别点位具有刺激性气味等研究项目特征，监测大同市（7 个点位）、宁武县（4 个点位）、河曲县（2 个点位）、保德县（1 个点位）、阳泉市（2 个点位）、古交市（4 个点位）、陵川县（1 个点位）、春景洼（3 个点位）共24 个点位。确定5 项监测项目，分别为：粒径＜100μm 的总悬浮颗粒物（TSP）、粒径＜10μm 的可吸入颗粒物（PM10）、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳。

由各采样点核算出自燃点排放的烟粉尘平均浓度0.25mg/Nm3，二氧化硫平均浓度（0.043mg/Nm3）、二氧化氮平均浓度（0.021mg/Nm3）、一氧化碳平均浓度（0.029g/Nm3），按照各区火点排放烟粉尘的平均速率2.0m3/s，运用环评工具箱EIA（2008）软件中无组织面源污染物扩散模型算出源排放速率烟粉尘为6.2g/s，二氧化硫（1.15g/s）、二氧化氮（0.49g/s)、一氧化碳（8.3g/s）。参考煤层自燃燃烧区数目，估算山西省煤层自燃区每年排放烟粉尘总量为2.52 万t，二氧化硫总量为1.30 万t，二氧化氮总量为0.55 万t，一氧化碳总量为9.34 万t。煤层自燃区排放的污染物总量不能忽略，对周边空气质量影响较大。

3.4 生态环境质量影响

煤层自燃区域生态环境现状以轻度侵蚀为主，微度侵蚀和中度侵蚀次之。生态环境敏感性均以轻度和中度敏感为主。煤层自燃区局部范围如燃烧点地块，宁武春景洼、大同青瓷窑等出现了敏感和极敏感现象，原有自然景观及生态系统受到了较大程度的破坏。

煤层自燃区排放的污染物总量不能忽略，加剧了局部地区降水中酸性物质的增加和光化学烟雾的形成，同时煤层自燃对周边环境及相邻区域的生态环境产生了影响。为使山西省煤炭生产与生态环境协调发展，煤层自燃的治理迫在眉睫。

3.5 影响旅游景区环境

煤层自燃带来危害主要表现在地面塌陷、裂缝，空气污染，煤炭资源破坏，植被破坏以及生物生存和人体健康等方面，对旅游景区而言，主要体现在对景区环境和景区空气质量的危害。

山西省目前已开放的近500 个景区中，大约有134 个分布六大煤田中，其中3A 级以上和国家级景区有52 个。调查的44 个区块中大约分布有70 多个景区，有些景区距离煤层自燃火点较近。就目前煤层自燃面积而言，地面坍塌、地裂并未直接与景区重叠，但对景区周边环境影响，尤其是交通道路的影响较大。煤层自燃不仅对旅游景区环境质量产生影响，更重要的是影响景区旅游活动及其旅游者和旅游从业者的身心健康和生活质量。

3.6 影响煤矿生产安全

地下煤层自燃可将煤层燃烧成烧空区，烧空区内的上覆岩层失去下部岩层的支撑，加之自燃对上覆岩层的烘烤也改变了岩石的物理化学性质，导致上覆岩层在重力作用下发生垮塌，形成地面坍塌、地裂缝。此外在采空区，煤层自燃还可能会烧垮煤矿采煤时预见留的，柱从而造成地面塌陷、裂缝。地下煤层燃烧以后，火势可能会沿地裂缝向上蔓延引起次生火灾，扩大火灾范围，严重时可能会造成瓦斯、煤尘爆炸等事故，造成人员伤亡。