露天煤矿的环境保护措施与效果评估

2023-08-11裴彦峰李峰鸽

黑龙江科学 2023年12期

姜凯,裴彦峰,李峰鸽

(新疆中岩恒泰爆破工程有限公司,乌鲁木齐 830000)

0 引言

随着矿井数量的不断增多,煤炭行业对环境的破坏问题也日益突显。数据表明,过度采矿导致很多土地被占用,包括矿山本身及矿山排土场对土地的占用。而恶劣的自然环境会增加采矿难度,加大事故的发生几率。虽然矿山企业积极投入环境治理,但由于环境保护措施不到位,效率较低,主要问题表现在以下几方面:①缺少矿山地质资料。经济实力不足的采矿企业,采取的环境保护措施不到位,导致环境保护效果不好。管理部门无法清楚掌握矿山地质环境问题,而这些地质材料的缺失将会对矿区环境治理措施的实施产生影响。②矿山“三废”处理不到位。煤炭开采的沉陷造成土地积水,甚至导致土地盐渍化、水土流失、土地荒漠化问题加剧。平原地区,地面沉降改变了地下水、地表水的流向,长年及季节性积水影响了土地耕种及其自然生态环境。煤层开采会产生大量废气,影响大气环境,很多情况下只洒水降尘,对大气环境及周围居民的生活环境造成影响。针对新疆某露天煤矿的实际情况,对环境保护措施进行了评估优化,以提高环境保护效果。

1 煤矿开采对环境的影响

对地表环境的影响。新疆某露天煤矿总占地429 hm2,包括采掘场、外排土场、工业场地、场外道路、输电线路、给排水及工程外包驻地等,其中永久占地400 hm2,临时占地29 hm2,扰动原地貌面积496 hm2。根据各预测单元扰动地貌植被面积、施工扰动前后土壤侵蚀模数、预测时段进行水土流失预测,此为露天矿开采项目,采掘场及排土场扰动为动态的且逐年增加,根据计算,施工结束时采掘场与排土场占地分别为161 hm2、214 hm2。建设期可能造成水土流失量56 184.525 t,其中原地貌水土流失量14 094.96 t,新增水土流失量42 222.165 t。

对水环境的影响。露天开采对地下水的影响是在开采过程中形成巨大的人工排水区,出露边坡将多个含水层与矿坑相连,造成地下水渗漏。开采过程中形成的矿坑相当于新的排水区,将原始的地下水系统进行外部排水,原有的地下水平衡遭到破坏导致地下水流失,因此其对地下水的影响远大于矿区整体面积。边坡开挖会破坏原始地层结构,造成岩体断裂,形成裂隙,导致地下水下渗及水位下降。

对大气的影响。露天煤矿开采对大气的污染主要体现为扬尘污染,来自于以下几方面:①根据露天煤矿的开采需要,矿山爆破必不可少,爆破过后将产生大量扬尘。②在采装、运输、排土环节,运输道路多为松散的泥路或砾石路面,产生的扬尘量大且不固定,在空中主要为分散状态,运动范围广,且在干旱地区扬尘不易消散,被人体吸收后危害健康。③筒仓储煤过程中会产生大量扬尘,主要成分为煤灰,对人体及大气污染非常严重。

2 环境保护措施

节约用地措施。随着露天煤矿开采深度的加深,矿用地的采掘场及排土场用地不断增多。为保证该露天煤矿的土地利用率达到最高,减少土地占有率,采取以下措施:①优化开采方案,根据设备及生产工艺尽量缩短工艺流程,尽早实现内排,减少采掘场及外排土场占地。②优化工业场地场址的选择,尽量利用荒地及劣地。按生产工艺、物料流程及工程要求,充分利用地形、地势,尽量紧凑布置,减少占地。③辅助与附属企业贯彻社会化服务及专业化协作的原则,减少建设项目,避免重复建设占用土地。④分期建设的工程可分期征用土地。⑤通过工程措施对内、外排土场进行复土造田,恢复耕地或种植草类。

节水措施。该露天煤矿用水主要来自于琼果勒河河谷地第四系潜水,用水主要集中于矿坑内洒水降尘、消防用水及生活用水,每日最高用水量为1856 m3/d,为节约用水,采取以下措施:①矿山供水根据用水地点的不同,按要求采用分压分质供水方式,生活给水、部分生产用水采用琼果勒河河谷地第四系潜水,生活污水及矿坑排水全部复用,尽量减少取用地下水的能源消耗。②煤矿生产系统采取临时高压灭火系统,日常供水用低压给水系统,保证能源的有效果运用。③煤矿生产系统给水系统所用水泵均为高效新型直联泵,减少水泵占地面积,节约建设投资约40%,采用机械密封结构,无渗漏,使用寿命长,节约50%的营运管理成本。泵吸水管采用自充水,既可提升供水可靠性,又可拆除阻力大的底阀。出口止回阀采用新型节能阀,由于阻力小,可降低水锤压力。给水管道采用无渗漏、无腐蚀的钢塑复合给水管道,管道设计流量采用经济流量。

水土流失防治措施。该露天煤矿水土流失防治范围(达产占地面积)为482.92 hm2,其中项目建设区437.77 hm2,直接影响区45.15 hm2(直接影响:道路两侧3 m,采掘场周围50 m,排土场下风向200 m)。

本方案将工程分为场外公路防治区、工业场地防治区、采掘场防治区、供水管线防治区、外排土场防治区、输电线路防治区等6个水土流失二级防治分区。

图1 绿化前后生产道路对比

3 环保效果对比

3.1 锅炉排烟治理

为降低锅炉排烟,该露天煤矿选用2台SZL7.0-1.25/95/70-AⅡ2型(额定热效率≥86%)热水锅炉,主要供建筑物采暖及生活热水用。年耗标煤约2408 t/a,灰渣量按耗煤量的30%考虑。两台锅炉共用1座φ=1.2 m、H=45 m砖烟囱。每台锅炉均安装双碱法脱硫装置及干法除尘装置,脱硫效率80%,除尘效率不低于98%。采用分段低氮燃烧技术,脱氮效率20%以上,烟尘、NOx及SO2均可实现达标排放。各种污染物原始排放情况见图2。

图2 大气污染排放情况

3.2 扬尘治理

通过安装洒水降尘系统,可呼吸性粉尘分散度下降50%以上,除尘效率达70%,达到环境保护标准,各转载点粉尘得到了有效控制,原煤仓上粉尘较大的岗位作业环境得到了有效改善,切实保障了工作人员的身体健康。

表1 除尘系统设备

排土场扬尘治理包括两个阶段,一是排土阶段的扬尘治理,定期洒水,抑制扬尘;二是排土场达到服务年限后的扬尘治理。当排土排到最终标高平盘上形成一定面积之后,洒一次水后不再扰动,使其表面形成盐结皮,可有效防止扬尘。

3.3 节水效果

煤矿最高日用水量为1856 m3/d,其中:494 m3/d水量取自琼果勒河河谷地第四系潜水,1022 m3/d为净化后的矿坑排水(折减率按35%考虑),340 m3/d为净化后的污水,取用新鲜水量为16.302万m3/a,总取水量为61.248万m3/a。矿山供水根据用水地点的不同采用分质分压供水方式。生活给水及部分生产用水采用琼果勒河河谷地第四系潜水,矿坑排水及生活污水全部复用,减少取用地下水的能源消耗,年节约地下水资源44.79×104m3。矿山设计生产、生活供水系统均采用变频调速节能设备,采用电动机变频调速来调节流量,比用挡板、阀门调节节电20%～50%。矿山生产系统内给排水系统所选用的水泵均为高效新型直联水泵,缩小了水泵占地面积,节约建设投资约40%,采用机械密封结构无泄漏长寿命运行,节约运行管理费50%。

3.4 节能效果

通过采取措施,该露天煤矿达到1.2 Mt/a生产规模时的电耗指标为:年耗电量(含选煤厂)1015.39×104kW·h,吨煤电耗8.46 kW·h/t (含选煤厂)、4.83 kW·h/t(不含选煤厂)。根据露天矿的具体情况,吨煤电耗指标处在一个较合理的范围内,年工作日330 d,最大日用水量约1801 m3/d。若扣除矿坑水及生活污水再生复用水量1362 m3/d,只需从水源地取水439 m3/d,经计算,矿山实际吨煤用水量指标为0.49 m3/t,扣除矿坑水及废水复用水量,该项目实际吨煤用新鲜水量指标约0.12 m3/t,小于《新疆维吾尔自治区工业用水定额》(新政办发〔2007〕105号)采煤工业从水源地的取水量必须≤0.31 m3/t的要求。