煤矿矿区大气污染防治探讨

王江玉龙 柴晨晖 秦越强 李朋伟,2 孙宇飞 王志民高 森 李朋元

（1.中国地质调查局廊坊自然资源综合调查中心；2.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院）

近年来，随着人们对环境污染状况的重视，各种新能源层出不穷，但煤炭仍然是我国主要的能源来源［1］，其消耗主要在发电、钢铁、化工和建材等行业。自2013年，全国煤炭总量逐年递减，但总产量仍保持在35亿t以上，2019年再次高达44亿t。产量的居高不下，意味着对于煤矿的开采规模很大，而这势必会产生各类环境问题。对于土壤环境而言，煤矿的开采会造成地面塌陷，进而导致土壤肥力下降，水土流失，并引发一系列地质灾害［2］。对于地表水及地下水，煤矿的开采会造成水质的恶化。对于大气环境而言，煤矿的开采过程会造成粉尘污染，而进一步筛分和加工过程更会产生二氧化碳、硫化物、氮氧化物等有机污染物，这些均会对人体产生不可逆的伤害。因此，在煤矿矿区的污染中，大气污染不同于其他不可避免的污染物。尽管政府制定了各类严格的安全、环保标准，并提供经济与技术支持，对各类老旧煤矿进行技术改造，但大气污染的治理不止需要政府的参与，各类非政府组织、企业乃至个人都需要积极参与其中，这种多元利益主体参与的大气防治模式，将是未来大气污染治理的发展方向。而作为产生污染的主体，企业需要更加积极主动地保护周边大气环境，一方面，为了减少污染环境须付出的经济代价，另一方面，也是企业需承担的社会责任。从源头上的防治在环境保护中不可或缺，也是最为重要的一个环节。通过分析煤矿矿区中各类大气污染物的来源及危害，针对不同种类的污染物，在源头、运输及后处理阶段，对煤矿的大气污染防治提出措施，为煤矿矿区的可持续发展提供新的思路。

1 煤矿矿区的大气污染来源及污染物成分

在煤矿矿区中，主要包括2个区域，一个是煤炭矿区区域，另一部分为矿工生活区。因此，煤矿矿区的主要大气污染来源包括2个方面，一方面是在煤炭开采及运输过程中产生的，另一方面是生活区居民燃煤所造成的。

1.1 开采运输过程中的污染物分析

在煤炭开采运输过程中，产生的主要大气污染物包括沙尘和粉尘等颗粒污染物及二氧化硫、一氧化氮和瓦斯等气体污染物。颗粒污染物中的沙尘主要来源于采矿过程中，对地表植被破坏造成地表扬尘污染，同时，在挖掘、爆破、破碎、运输以及堆放过程中，会产生大量的扬尘污染。煤矿的气体污染物主要包含硫化物、氮化物和瓦斯等［3］，其中，以二氧化硫为主的硫化物主要来源是矸石山的自燃，以一氧化氮为主的氮化物主要来源为运煤车辆的尾气排放和矿井下爆破，而瓦斯则是在煤体中以游离状态存在的烷烃类易燃气体，不适当的处理方式会导致爆炸事故的发生。

1.2 煤矿居民区污染物分析

在煤矿的居民生活区，通常会利用煤炭作为能源来源，因此，在燃煤过程中，会产生一定量的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、多环芳烃等气体污染物以及微量的颗粒污染物。

2 防治措施

在煤矿矿区产生的大气污染中，主要包括有开采运输过程中产生的沙尘和粉尘等颗粒污染物及开采运输过程和居民区产生的二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、多环芳烃和瓦斯等气体污染物。但是，在不同环节产生的污染物，需要采取不同防治措施对相应设施设备进行更换，以改善周围空气质量，实现绿色发展。

2.1 开采运输过程中的污染物防治

2.1.1 开采运输过程中颗粒污染物的防治措施

在开采运输过程中产生的沙尘和粉尘等颗粒污染物的防治，需要井上井下“双管齐下”。改善煤泥的干燥方式能够极大程度地降低粉尘的产生，在储煤设备中，及时进行通风除尘及喷雾洒水［4］。在控制扬尘的同时，采取一定的监测手段才能实现污染物的实时监测，并及时对防治措施进行改进。对于开采过程中产生的颗粒污染物，可对于井下的颗粒污染物进行实时监控，建立空气监测系统，由专人负责监管，并监控井下气体的排放。

对于运输过程中颗粒污染物的防治，包括两方面的措施，一方面，在政府宏观利民设施及企业经济条件允许的前提下，尽可能改汽车运输为铁路运输，不仅能减少人员配置，提高运输效率，而且能够减少车辆扬尘与其尾气排放。另一方面，可对现有运输设施设备进行积极改进，在运输过程中，实现对煤炭的封闭化贮存，同时对煤车进行一定的喷洒清洗，减少车辆行驶过程中的扬尘。

2.1.2 开采运输过程中气体污染物的防治措施

在井下的开采环节中，积极采用各类清洁生产技术，如流化床清洁燃烧技术、洗选加工技术、烟气净化技术等，减少原料消耗的同时，从根源上降低气体污染物的产生，解决大气环境的污染问题［5］。

对于开采运输过程中的矸石自燃所产生的二氧化硫，可以通过3个方面的工作进行防治。首先，利用新技术对开采过程中的矸石进行分离，减少矸石的产出；其次，在运输过程中，对矸石进行密闭处理，减少其与空气的接触，从而降低其自燃率；最后，利用煤矸石复垦技术将其用于生产农肥改良土壤，或用于充填开采中，对其进行资源化利用，实现矸石山“零排放”，建设绿色矿区［6，7］。

在开采过程中，煤炭附近游离态的瓦斯气体极易发生爆炸事故，在传统的局部通风区域通常是事故高发区，因此，需要对其进行严格管理，并保证备用通风机的安装及其供电需求。另外，在进行局部通风的同时，应保证掘进通风的顺利进行［8］，不仅要保证大功率通风机，也要利用通风机的串联，达到工作风压和风量，以确保井下空气质量，预防爆炸事故的发生，保证井下矿工的健康。此外，还可利用科学化的瓦斯与矿山共采技术或利用燃气内燃瓦斯机组，有效预防瓦斯逸散，合理利用各类矿区资源，实现资源利用最大化，同时多方面提升企业的经济效益［9］。

对于运煤车辆的尾气排放所产生的气态污染物，可以使用低重金属含量的汽油、及时养护汽车甚至更换新能源车辆，降低尾气排放中所产生的一氧化氮的含量。对于矿井下的爆破所产生的一氧化氮，一方面，严格监管炸药成分，遵循国家相关法律法规和环保标准；另一方面，在井下建立空气监测系统，对井下气体进行一定的净化处理，并且，加强对矿工的安全知识培训，普及气体污染物的危害，建立健康系统大数据。

2.2 居民区的污染物防治分析

对于煤矿居民区的供热燃煤产生的污染，应从源头上进行控制。根据国务院《打赢蓝天保卫战三天行动计划》第十一项中要求，开展燃煤锅炉综合整治，加大燃煤小锅炉淘汰力度，企业应积极响应国家政策，尽可能降低燃煤集中供热体系的利用率，改为采用矿井水及矿内设施的余热资源进行供热采暖，在经济条件允许的前提下，可采用清洁能源天然气或新能源太阳能，在煤矿居民区实现绿色可持续发展。即便对于已有锅炉，也应在满足国家及地方的相关法律法规要求的前提下，安装脱硫脱硝除尘处理设施［10］，同时保留一定的安全余量［11］，在污染物排放量达标的同时最大程度确保大气环境的清洁。

3 结 论

煤矿矿区大气污染来源多样且成分复杂，包含有开采运输过程中产生的二氧化硫、一氧化氮和瓦斯等气体污染物，沙尘和粉尘等颗粒污染物，而且在居民生活区也会排放一定量的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、多环芳烃等气体污染物以及微量的颗粒污染物。因此，大气污染的防治，离不开政府的监督管理与资金投入，同时，企业作为污染物产生的主体，在实现自身盈利的同时，应投入一定的资金，对有资质的相关人员进行系统管理，提升煤矿的绿色清洁生产水平，在遵守国家相关法律法规、环保标准的同时，保证煤矿收益，保护矿工健康，改善煤矿周围大气环境，实现区域内可持续发展。