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[摘 要]随着煤炭形式的好转,各集团公司都加大了环境的防治和治理,对煤炭事业来说,功在当代,利在千秋。文章主要分析了煤矿开采对矿区环境破坏的影响,并以减轻危害程度来防治和控制开采危害。
[关键词]煤炭企业;矿井开采;危害;措施
中图分类号:TD79 文献标识码:B 文章编号:1009-914X(2015)23-0357-01
引言
随着煤炭的开发为经济快速持续发展提供了基本保证,然而煤炭的大规模开采对矿山及其周围环境造成了严重的破坏日益突出,开采沉陷造成的矿区环境灾害主要有土地塌陷或积水,农田减产或绝产、道路塌陷、房屋变形破坏等,这都是开采引起的岩层移动,是造成矿区塌陷灾害和区域变形的根源,有效控制和减轻地面塌陷程度是解决此问题的根本之路。
一、当前煤矿开采引发的环境问题
煤矿对环境的影响主要表现在对地表的破坏及其所造成的水土流失、水体污染和空气污染。随着煤矿数量的增加和生产规模的扩大,对环境特别是对土地资源的占用和污染将日趋严重。同时,采煤形成的凹坑,由于地质构造、边坡岩体、地表水地下水作用等原因诱发滑坡、塌陷、水土流失、泥石流等一系列地质灾害,可能危及周边地区的工业企业和居民建筑的安全。既造成巨大的经济损失又破坏了原来的生态环境。
1、当前煤矿开采对土地的破坏
煤矿区对土地资源的破坏主要表现在采场的直接挖損、外排土场压占土地和工业广场的占用等。挖损是对原地表形态、浅部地层、生物种群的直接摧毁,致使原土地不复存在,压占是挖损过程中产生的废弃岩土堆置于外排土场上造成原地貌功能的丧失一挖损和压占等工程活动直接破坏了表层的植被,导致这一区域原先处于相对稳定的系统受到干扰,使区域内的土地利用、植被覆盖、地貌、保水力等生态因子发生巨大的变化,占用使原有的土地利用类型变为容纳厂房、选煤场、运煤铁路、排土道路、供电线路以及排水管道等工矿用地。
据不全完统计,我国开采平均每万吨煤破坏土地0.24hm2,其中采场挖损破坏0.08hm2,外排土场压占0.16hm2。尤其是倾斜煤层的凹陷矿因不能内排或内排量较小,剥采区不可能在开采闭坑时恢复为原始地形,剥离废石外排占用土地量更为巨大。
2、地表水和地下水污染问题
煤矿闭坑后,对地表水和地下水污染最严重的是煤矿排土场淋溶水。排土场的煤矸石中富含碱金属、碱土金属和硫等,大气降水淋溶了煤矸石中的无机盐类,含无机盐类的淋溶水流入地表水体会对地表永体造成污染,渗入地下含水层,也会污染地下永体。
3、大气染污问题
煤矿排土场污染最严重的因子为剥采区、排土区和运输道路两侧一定范围内的粉尘(TSP)。另外含有因少量煤矸石和残煤在大气中慢慢被氧化而可能发生自燃,产生一定量的CO、SO2、和NOx等有毒有害气体,对大气造成,污染。
我国煤矿排土场大多没有土地复垦和再植被,每个煤矿的外排土场都会形成一个几百到几千公顷的人为荒漠化土地,春秋时节,荒漠化的排土场所产生的扬尘等亦会使周围大气造成严重的TSP污染。
4、矿闭坑前环境地质问题与灾害
4.1采矿形成的矿坑边坡及排土场边坡,由于地质构造、边坡岩体、地表水及地下水作用、采矿工程活动等原因诱发一系列诸如滑坡、塌陷、泥石流等突发性或缓变性地质灾害,危及该地区周边工业企业与民居建筑的安全,造成人员伤亡及巨大的经济损失。
4.2矿开采还引发许多生态环境恶化及缓变性的灾害。如矿坑裸露的煤、可燃矿物,排土场排放的煤矸石等有可能造成局部区域自燃,引起温室效应影响小气候,有害气体污染地区大气环境。危害人们健康,排弃物中的有害元素通过地表水、地下水渗透,造成水质污染和周围农田盐渍化;矿坑、排土场裸露的废岩土,经剥蚀风化,受风力作用产生大量粉尘及有害气体,危害人民健康等等。这些问题日积月累就变成了长期污染空气、水质、农田的缓变性灾害而影响人类生存环境,而且如不及时治理,则在露天矿闭坑后仍将继续产生影响。
二、开采沉陷破坏的恢复和整治
1、全部充填开采在煤炭采出后顶板尚未冒落之前,用固体材料对采空区进行密实充填,使顶板岩层仅产生少量下沉,以减少地表的下沉和变形,达到保护地面建、构筑物或农田的目的。其中水沙充填是充填采煤法中减少地表下沉效果作好的方法,其次是风力充填和矸石自溜充填。但充填采矿法需要专门的充填设备和设施,还需要有充足的充填材料。矿井初期投资大,吨煤成本相应的增加。
2、条带开采根据煤层和上覆岩层组合条件,按一定的采留比,在被开采的煤层中采出一条,保留一条。由于条带开采仅是部分地采出地下煤炭资源,保留了一部分煤炭以煤柱形支撑上覆岩层。从而减少覆岩移动,控制地表的移动和变形,实现对地面建、构筑物的保护。但该方法采出率低、巷道掘进多,工作面效率低。
3、覆岩离层带充填根据采空区上方覆岩移动形成三带的岩移特性,在煤炭采出后一定时间间隔内,用钻孔往离层带空间高压注浆,充填,加固离层带空间,将采动的砌体梁结构加固为稳定性较好的连续梁结构,使离层带的下沉空间不再向地表传递,以减少或减缓地表下沉,保护地面建、构筑物或农田。但该技术难度大,再近一步研究。
4、限厚开采根据矿区地形、水文地质条件和建、构筑物抗变形能力,以不产生地表积水和满足建筑物所要求的保护等级为依据,确定可开采的煤层厚度,开采是仅回采这一厚度的煤,其余各煤层均不开采,以实现减少下沉保护地面建、构筑物及土地的目的。但该技术采出率低,仅在薄煤层中应用有一定的使用价值。
5、协调开采厚煤层分层开采时,合理设计各工作面的开采间距,相互位置与开采顺序,使开采一个煤层(工作面)所产生的地表变形和开采另一个煤层(工作面)所产生的地表变形相互抵消或抵消一部分,以减少采动引起的地表变形,保护地面建、构筑物。但该技术要保持一定的错距,因此组织生产难度较大。我国尚未开展这种工业性实验。
6、“采-注-采“三步法开采 充分利用覆岩结构对岩层移动的控制作用,应用荷载置换的原理,进行小条带开采-注浆充填固结采空区-剩余条带开采的三步法开采,有效的对岩层移动和地表沉陷的控制,解决了大面积开采地表沉陷控制、提高了煤炭的回采率,保护了地面建、构筑物,但也存在工艺复杂,成本较大等缺点。
三、结语
煤矿开采所诱发的种种环境问题产生的影响是直接的、深远的,尤其是对生态环境的影响,而对这些环境问题的防治也是一项复杂的、综合的、庞大的系统工程。要应用环境地质学、环境科学、采矿学、水土保持学、系统工程、工程经济学等学科的原理和思路研究防治对策,追求最优的经济效益、社会效益和环境效益。实现煤炭开采与环境保护协调发展,实现矿区的可持续发展。
[关键词]煤炭企业;矿井开采;危害;措施
中图分类号:TD79 文献标识码:B 文章编号:1009-914X(2015)23-0357-01
引言
随着煤炭的开发为经济快速持续发展提供了基本保证,然而煤炭的大规模开采对矿山及其周围环境造成了严重的破坏日益突出,开采沉陷造成的矿区环境灾害主要有土地塌陷或积水,农田减产或绝产、道路塌陷、房屋变形破坏等,这都是开采引起的岩层移动,是造成矿区塌陷灾害和区域变形的根源,有效控制和减轻地面塌陷程度是解决此问题的根本之路。
一、当前煤矿开采引发的环境问题
煤矿对环境的影响主要表现在对地表的破坏及其所造成的水土流失、水体污染和空气污染。随着煤矿数量的增加和生产规模的扩大,对环境特别是对土地资源的占用和污染将日趋严重。同时,采煤形成的凹坑,由于地质构造、边坡岩体、地表水地下水作用等原因诱发滑坡、塌陷、水土流失、泥石流等一系列地质灾害,可能危及周边地区的工业企业和居民建筑的安全。既造成巨大的经济损失又破坏了原来的生态环境。
1、当前煤矿开采对土地的破坏
煤矿区对土地资源的破坏主要表现在采场的直接挖損、外排土场压占土地和工业广场的占用等。挖损是对原地表形态、浅部地层、生物种群的直接摧毁,致使原土地不复存在,压占是挖损过程中产生的废弃岩土堆置于外排土场上造成原地貌功能的丧失一挖损和压占等工程活动直接破坏了表层的植被,导致这一区域原先处于相对稳定的系统受到干扰,使区域内的土地利用、植被覆盖、地貌、保水力等生态因子发生巨大的变化,占用使原有的土地利用类型变为容纳厂房、选煤场、运煤铁路、排土道路、供电线路以及排水管道等工矿用地。
据不全完统计,我国开采平均每万吨煤破坏土地0.24hm2,其中采场挖损破坏0.08hm2,外排土场压占0.16hm2。尤其是倾斜煤层的凹陷矿因不能内排或内排量较小,剥采区不可能在开采闭坑时恢复为原始地形,剥离废石外排占用土地量更为巨大。
2、地表水和地下水污染问题
煤矿闭坑后,对地表水和地下水污染最严重的是煤矿排土场淋溶水。排土场的煤矸石中富含碱金属、碱土金属和硫等,大气降水淋溶了煤矸石中的无机盐类,含无机盐类的淋溶水流入地表水体会对地表永体造成污染,渗入地下含水层,也会污染地下永体。
3、大气染污问题
煤矿排土场污染最严重的因子为剥采区、排土区和运输道路两侧一定范围内的粉尘(TSP)。另外含有因少量煤矸石和残煤在大气中慢慢被氧化而可能发生自燃,产生一定量的CO、SO2、和NOx等有毒有害气体,对大气造成,污染。
我国煤矿排土场大多没有土地复垦和再植被,每个煤矿的外排土场都会形成一个几百到几千公顷的人为荒漠化土地,春秋时节,荒漠化的排土场所产生的扬尘等亦会使周围大气造成严重的TSP污染。
4、矿闭坑前环境地质问题与灾害
4.1采矿形成的矿坑边坡及排土场边坡,由于地质构造、边坡岩体、地表水及地下水作用、采矿工程活动等原因诱发一系列诸如滑坡、塌陷、泥石流等突发性或缓变性地质灾害,危及该地区周边工业企业与民居建筑的安全,造成人员伤亡及巨大的经济损失。
4.2矿开采还引发许多生态环境恶化及缓变性的灾害。如矿坑裸露的煤、可燃矿物,排土场排放的煤矸石等有可能造成局部区域自燃,引起温室效应影响小气候,有害气体污染地区大气环境。危害人们健康,排弃物中的有害元素通过地表水、地下水渗透,造成水质污染和周围农田盐渍化;矿坑、排土场裸露的废岩土,经剥蚀风化,受风力作用产生大量粉尘及有害气体,危害人民健康等等。这些问题日积月累就变成了长期污染空气、水质、农田的缓变性灾害而影响人类生存环境,而且如不及时治理,则在露天矿闭坑后仍将继续产生影响。
二、开采沉陷破坏的恢复和整治
1、全部充填开采在煤炭采出后顶板尚未冒落之前,用固体材料对采空区进行密实充填,使顶板岩层仅产生少量下沉,以减少地表的下沉和变形,达到保护地面建、构筑物或农田的目的。其中水沙充填是充填采煤法中减少地表下沉效果作好的方法,其次是风力充填和矸石自溜充填。但充填采矿法需要专门的充填设备和设施,还需要有充足的充填材料。矿井初期投资大,吨煤成本相应的增加。
2、条带开采根据煤层和上覆岩层组合条件,按一定的采留比,在被开采的煤层中采出一条,保留一条。由于条带开采仅是部分地采出地下煤炭资源,保留了一部分煤炭以煤柱形支撑上覆岩层。从而减少覆岩移动,控制地表的移动和变形,实现对地面建、构筑物的保护。但该方法采出率低、巷道掘进多,工作面效率低。
3、覆岩离层带充填根据采空区上方覆岩移动形成三带的岩移特性,在煤炭采出后一定时间间隔内,用钻孔往离层带空间高压注浆,充填,加固离层带空间,将采动的砌体梁结构加固为稳定性较好的连续梁结构,使离层带的下沉空间不再向地表传递,以减少或减缓地表下沉,保护地面建、构筑物或农田。但该技术难度大,再近一步研究。
4、限厚开采根据矿区地形、水文地质条件和建、构筑物抗变形能力,以不产生地表积水和满足建筑物所要求的保护等级为依据,确定可开采的煤层厚度,开采是仅回采这一厚度的煤,其余各煤层均不开采,以实现减少下沉保护地面建、构筑物及土地的目的。但该技术采出率低,仅在薄煤层中应用有一定的使用价值。
5、协调开采厚煤层分层开采时,合理设计各工作面的开采间距,相互位置与开采顺序,使开采一个煤层(工作面)所产生的地表变形和开采另一个煤层(工作面)所产生的地表变形相互抵消或抵消一部分,以减少采动引起的地表变形,保护地面建、构筑物。但该技术要保持一定的错距,因此组织生产难度较大。我国尚未开展这种工业性实验。
6、“采-注-采“三步法开采 充分利用覆岩结构对岩层移动的控制作用,应用荷载置换的原理,进行小条带开采-注浆充填固结采空区-剩余条带开采的三步法开采,有效的对岩层移动和地表沉陷的控制,解决了大面积开采地表沉陷控制、提高了煤炭的回采率,保护了地面建、构筑物,但也存在工艺复杂,成本较大等缺点。
三、结语
煤矿开采所诱发的种种环境问题产生的影响是直接的、深远的,尤其是对生态环境的影响,而对这些环境问题的防治也是一项复杂的、综合的、庞大的系统工程。要应用环境地质学、环境科学、采矿学、水土保持学、系统工程、工程经济学等学科的原理和思路研究防治对策,追求最优的经济效益、社会效益和环境效益。实现煤炭开采与环境保护协调发展,实现矿区的可持续发展。