安太堡露天矿环境治理及现状分析

2022-03-14赵雪峰

露天采矿技术 2022年6期

李娟，赵雪峰

（中煤平朔集团有限公司安太堡露天矿，山西朔州 036006）

露天煤矿现场生产中，穿爆、采装、运输、排土等各环节会产生扬尘，采出的煤炭、煤矸石则会在堆积过程中产生有害气体污染空气。解决露天煤矿突出的环境问题，促进经济、社会与环境协调发展和实施可持续发展，是露天煤矿面临的重要而又艰巨的任务。目前，安太堡露天矿通过采取预湿爆量、覆盖、喷雾、洒水降尘、安装除尘设施、绿化及土地复垦等多措并举治理环境污染，已逐步打造出绿色低碳的生态环保经济区模式，大力改善了矿坑环境。

1 矿区概况

安太堡矿区位于宁武煤田北端，地理位置在朔州市区与平鲁区交界处，坐标为东经112°18′～112°24′，北纬39°32′～39°35′，矿坑呈不规则多边形。矿区周边交通便利，运煤专线直通北同蒲线上的大新站，直距16 km，可与全国各大城市相接；本矿西南方向有朔州-平鲁公路可行，北东部有平鲁-小平易公路通过，往南东距离208 国道和大运高速公路分别为18、50 km。

1）地形地貌。安太堡矿地处山西省北部，北、东、西三面环山，东有洪涛山、北西有西石山脉，南接朔县平原。矿区属于高原平朔台地之低山丘陵，全区多为黄土覆盖，形成梁垣卯等黄土高原地貌景观。矿区内地形由北东向南西倾斜，相对高差约210 m 左右。由于露天开采拉沟与剥离物的回填堆积，目前矿区最高点标高为1 420 m，最低点标高为1 020 m，相对高差400 m。

2）气候特征。安太堡露天矿地处山西朔州平鲁区，平鲁境内属北温带大陆性季风气候，四季分明。春冬两季风大，风向以西北风为主，风沙严重，天气寒冷干燥；夏季凉爽短促，秋季温差变化剧烈霜降早，夏秋两季过渡快。矿区气温年较差和日较差大，昼夜温差也大，年平均气温为5.4～13.8 ℃，日温差一般在18～25 ℃以上。矿区年日照时数平均为2 693.3 h，全年雨少，1 年之内各月降水量分布极不均匀，全年降水总量的65.2%集中在6—8 月间。矿区年平均降水量426.7 mm，而年平均蒸发量则为2 006.7 mm，相当于5 倍降水量。矿区年最大湿度为80%，最小为0。

3）矿区采选工艺。安太堡矿于1982 年开始筹备，1985 年7 月开工建设，经过“三年准备，两年建设”，于1987 年9 月建成投产，是迄今为止我国煤炭行业引进外资、技术、设备和管理的最大项目。剥离采用单斗-卡车工艺；原煤采用单斗-卡车-带式输送机半连续工艺，现场实现100%机械化作业。

2 露天开采造成的环境污染

安太堡矿现场作业环节包括穿孔、爆破、采掘、运输和排土。在这些环节中产生大量的粉尘、煤尘及有害气体，同时，露天开采作业过程中占用土地资源，排弃物料堆积破坏地表植被，导致水土流失风沙大。

2.1 有害气体对环境的污染

1）煤自燃。安太堡矿采煤是通过爆破将原煤暴露在空气中，导致煤炭与空气接触发生氧化反应，产生热量，当温度达到着火点后就会发生煤炭自燃。煤自燃产生大量煤烟，其中含有细微烟尘、氮氧化物、碳氢化物和碳氧化物等有害气体。

2）煤矸石。煤炭开采过程中剥离产生的固体废物主要就是煤矸石，它是在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石不仅堆积占地，而且还能自燃，产生H2S、SO2、CO 等有害气体和烟尘，污染空气。

3）机动车尾气。机动车尾气成分复杂，含有CO、SO2、未燃烧的烃类、氮氧化物、铅等多种有害物质，不仅会危害人体健康，还会导致温室效应或有害的光化学烟雾。其中CO 对人体全身的组织细胞均有毒性，尤其对大脑皮质的影响最为严重；未燃烧的烃类会致癌，导致温室效应或有害的光化学烟雾；氮氧化物除了会诱发支气管炎或肺气肿，还会造成光化学烟雾或酸雨，减少平流层臭；氧颗粒物污染会引发雾霾，主要是PM2.5 与PM10 这2 类，危害人体健康，影响植物生长，造成酸雨。

安太堡露天矿矿坑采掘机械化程度100%，主要采矿工程设备有174 台，其中主要为电铲11 台、反铲5 台、前装机1 台、运输卡车71 台、穿孔钻机10台及其他工程机械等辅助设备76 台。矿坑煤炭及剥离物料运输均涉及卡车运输，另外还有各种轻型皮卡车及推土机、平路机等工程机械每日在矿坑运行，这些设备排放的尾气，对大气造成污染。

2.2 粉尘造成的污染

安太堡矿现场作业过程中会产生各种岩矿微粒，主要包括岩尘和煤尘，统称为煤矿粉尘。矿尘按粒径大小分为粗尘、细尘、微尘和超微尘4 类。粒径大于40 μm 的是粗尘，粗尘极易在空气中沉降；粒径介于10～40 μm 的是细尘，细尘肉眼可见，在静止空气中可加速沉降；粒径介于0.25～10 μm 的是微尘，微尘需通过光学显微镜方可观察到，在静止空气中匀速沉降；粉径小于0.25 μm 的是超微尘，要用电子显微镜才可以观察到，在空气中扩散运动。

研究表明，穿孔、爆破和采装作业产生的粉尘多为含硅尘和煤尘，并含有一氧化碳、二氧化氮及丙烯醛[1]。而卡车运输、皮带运煤及土场排弃作业都会产生扬尘，尤其是煤炭运输过程中产生的煤尘除了可能引发职业病，煤尘覆盖在矿坑植被表面，还会造成火灾隐患。

2.3 煤层开采破坏生态平衡

据国土资源部的调查，我国露天开采每万吨煤约破坏土地0.22 hm2，其中挖掘破坏为0.12 hm2、外排土场压占0.1 hm2，另外，露采破坏的土地还将以每年8%～9%的速度递增[2]。所以露天煤矿的开采，造成了严重的水土流失、土地沙化和地表塌陷等问题，而这些问题导致的危害并不是立竿见影，而是长期渐变的。

3 安太堡露天矿开采过程中的环境治理

安太堡露天矿结合自身的实际情况，按照GB 50197—2005《煤炭工业露天矿设计规范》进行环境治理方面的设计，执行国家和省、自治区、直辖市地方政府颁布的法令、法规、政策、标准和规定[3]，采取了一系列的环境治理对策。

3.1 有害气体对大气造成污染的环境治理对策

1）砂子覆盖。安太堡露天矿为了不让煤炭与空气接触发生氧化反应，煤堆的堆放时间严禁超过3个月。对3 个月以上不采的煤层，用10 cm 厚的砂子覆盖，从而阻止煤的氧化自燃或延长发火期。

2）分类堆放。为防止煤矸石自燃，将选煤矸石采用分类堆放、覆盖黄土等措施，并合理将不具有危险特性的选煤矸石与剥离物一起排入排土场。

3）升级油品。安太堡露天矿针对坑下现有设备，升级油品质量，并按照国六排放标准，对轻型汽油机、轻重型柴油机的后处理系统进行尾气处理。这里说的排气后处理系统是指催化器、颗粒捕集器等各种安装在发动机下游的削减尾气中污染物含量的装置。安太堡露天矿在处理设备尾气时，为设备添加燃油添加剂，来弥补燃油自身品质不足而导致的车辆问题；对于轻型设备必须安装或者自带三元催化器。

3.2 防尘措施

1）穿孔作业的防尘措施。在穿孔作业中，粉尘危害问题比较突出。目前，穿孔机除尘措施可归纳为干式捕尘、湿式除尘、干湿结合除尘3 种方式。干式捕尘的前级除尘系统多为沉降箱和旋风除尘器，末级除尘则以袋式收尘器最好。湿式除尘是利用洗涤液（一般为水）与含尘气体充分接触，将尘粒洗涤下来而使气体净化，这种除尘方式特别适宜于处理高温、高湿、易燃、易爆的含尘气体[4]。湿式除尘效果要优于干式补尘，但湿式除尘剂易腐蚀设备，在低温环境易结冻，比一般干式除尘的操作费用要高。安太堡矿地处平鲁区境内，受平鲁区气候特征条件限制，安太堡露天矿穿孔作业采用干式捕尘。

2）爆破作业的防尘措施。爆破作业的产尘量主要与炸药数量、爆破方法和矿尘物理性质及湿润程度有关。现在采用的爆破降尘方法主要有水封爆破降尘、喷雾降尘及水幕降尘。安太堡露天矿在进行爆破作业时，会观察当天风力情况，安排雾炮车在炮区周围喷雾，来达到爆破降尘的目的。

3）采掘作业的防尘措施。露天矿在采掘作业中，爆量扬尘较重，现在多采用预湿爆量的方法控制扬尘。安太堡露天矿在现场生产过程中，一是通过水车将打压的水对爆量进行浇注预湿，二是通过铺设管路引流水对开采爆堆进行预湿。

4）运输作业的防尘措施。首先是卡车运输的防尘措施。根据国家有关规定，露天矿要对现场运输作业进行抑尘处理。目前安太堡露天矿卡车运输作业防尘主要是通过洒水车洒水来治理，冬季作业时喷洒防冻液，既防滑又防尘。洒水防尘作业主要在于湿润颗粒细小的干燥粉尘，增加粉尘的含湿量，当道路上尘土含水量达10 %以上时，粉尘就不会飞扬起来[1]。而抑尘剂的工作机理是通过捕捉、吸附、团聚粉尘微粒，将其紧锁于网状结构之内，起到湿润、黏接、凝结、吸湿、防尘、防浸蚀和抗冲刷的作用，使用抑尘剂可以明显减少运煤损失和有效防止煤尘对周边环境污染。DB 14/2270—2021《煤炭洗选行业污染物排放标准》中明确要求原煤、精煤、中煤、煤矸石等物料应封闭输送；原煤带式输送机转载点应封闭或设置集气罩，并配置除尘设施；破碎过程中破碎机进、出料口应封闭或设置集气罩，并配置除尘设施[5]。安太堡露天矿原煤采用单斗-卡车-带式输送机半连续工艺，在原煤带式输送机运输中，设置防尘罩，间隔200 m 设置隔断喷雾，同时在转载点设置防尘喷淋，在破碎站安装射雾器，作业时喷雾降尘。同时要求及时清理栈桥等封闭空间的浮煤，清扫或冲洗沉积煤尘。

5）土场排弃作业的防尘措施。安太堡露天矿在排土作业中，安排水车与雾炮车等设备，对土场排弃物料进行喷雾降尘，利用水雾吸附空气中杂质，达到降尘、加湿等多重功效。

6）个体防护。在实施上述防尘措施以后，仍有小部分的细微粉尘弥漫于空气中，因此加强个体防尘也是综合防尘的一个重要方面。个体防尘的主要用具是防尘口罩，安太堡露天矿为职工配备3M 9501V带阀颗粒物防雾霾kn95 口罩，并不定期培训职工正确使用劳动防护用品。

3.3 土地复垦

GB 50197—2005《煤炭工业露天矿设计规范》中明确规定，露天煤矿建设或生产中破坏的土地，应按《中华人民共和国土地管理法》有关规定，进行及时复垦治理。目前研究表明，矿区复垦方法有工程复垦、生物复垦、生态复垦和组合复垦等，其中植被复垦被认为是矿区生态环境恢复的有效措施之一，而且复垦植被多为乔木和灌木，其中灌木类植被对环境因素的改善最佳[6]。土地复垦时，根据保护耕地和复垦地优先用于农业的原则确定复垦地利用方向，表面覆盖黄土的区域作为种植庄稼用地，表面覆盖老矸石的区域因开始几年矸石颗粒较粗不宜种植庄稼，则作为畜禽养殖场用地[7]。

平朔煤矿土地复垦已走出了“采、运、排、复一体化”的路子，在公司的指导安排下，在安太堡矿内排土场建设了330 座日光温室，年出栏4 000 只肉羔羊的养殖场1 座和17 000 m2的智能温室。安太堡露天矿在2018—2020 年，复垦平盘面积为211.71 hm2。其中复垦耕地占平台面积的80%，恢复耕地面积为169.37 hm2；田间道路、排水沟、防护林等配套设施占平台面积的20%，治理面积为42.34 hm2。复垦边坡面积为45.07 hm2，种植乔木（3 年生营养钵油松）和灌木（2 年生紫穗槐截杆苗）混交。经山西省生物研究所调查，矿区现有各类植物213 种，昆虫600 余种，动物30 余种，矿区生物多样性日益凸显[8]。由于植物繁茂，招引来了多种动物，使荒凉寂静的生态变成有生气的绿色生态园区。