煤矿环境治理

毕 业 论 文

煤矿开采对周围环境的影响

姓 名： 学 号： 指导老师： 系 名： 专 业： 班 级：

二零一零年十一月十九日

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摘 要

煤炭作为我国最主要的能源，在经济发展中发挥了重要作用。然而，长期传统的粗

放型生产经营方式引起许多诸多环境污染和生态破坏问题，并且也已成为影响我国社会、经济和区域可持续发展的综合性制约因素。在分析煤矿开采造成矿区土地资源浪费、水资源破坏和大气污染现状的基础上，根据可持续发展思想，结合ISO14000环境管理标准，提出了以自然-经济-社会复合生态系统理论为基础的矿区生态环境管理体系和“绿色开采技术”。

关键词：煤矿开采；环境污染；绿色开采；综合规划

II

Abstract

Coal as the dominating energy source plays an important role in economy development in China， but it has brought forward some environment pollution and ecology destruction， and affected sustainable development in coal mine area since the standing execution of the typically free management in production and operating . This paper analyses the problem of land destruction， water resources and atmosphere pollution due to coal mining， Based on analysis of the environment problems and ISO14000 environment management standard， the ecology and environment management system and “green mining system principle” is put forward in terms of sustainable development.

Key words: coal mining；environment pollution；green mining system；integrated planning

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目 录

摘 要 ........................................................................................................................................ I Abstract.................................................................................................................................... III 1．绪论 ..................................................................................................................................... 1 1.1 当前中国煤矿开采的现状.......................................................................................... 1 1.2 环保型煤矿开采的起源............................................................................................... 2 1.2.1 传统煤矿的缺陷 .................................................................................................... 2 1.2.2 中国人民普遍思想素质的提高 ............................................................................ 2 1.2.3 国际环保呼声空前强烈 ........................................................................................ 2 1.3 研究的方法和目的...................................................................................................... 3 2．煤矿开采工艺的发展 ......................................................................................................... 4 2.1 煤矿开采技术的内涵与发展...................................................................................... 4 2.1.1 煤矿开采内涵 ...................................................................................................... 4 2.1.2 我国煤矿开采技术的发展历程 .......................................................................... 4 2.2 我国采煤技术的发展方向........................................................................................... 5 2.2.1 采煤方法和工艺 .................................................................................................... 5 2.2.2 采煤技术的发展方向 ............................................................................................ 7 3．煤矿开采对水环境的影响 ............................................................................................... 10 3.1 煤矿开采对水环境的影响......................................................................................... 10 3.1.1 地下水资源破坏情况 .......................................................................................... 10 3.1.2 地表水资源破坏情况 .......................................................................................... 12 3.2 水环境污染成因及防治对策..................................................................................... 13 3.2.1 酸性矿井水的危害 .............................................................................................. 13 3.2.2 酸性矿井水形成的原因 ...................................................................................... 14 3.2.3 酸性矿井水的预防与治理 .................................................................................. 15 3.3 山西煤矿开采对水资源的主要危害......................................................................... 16 3.4 水资源污染的控制技术............................................................................................ 17 3.4.1 矿井水污染的控制技术 ...................................................................................... 17 3.4.2 煤矸石淋滤液污染治理 ...................................................................................... 20 3.4.3 煤矿用化工材料污染治理 .................................................................................. 20 4．煤矿开采对大气、土壤以及生态的污染及治理对策 ................................................... 21 4.1矿区大气污染及其防治................................................................................................ 21 4.1.1 矿区大气污染 ...................................................................................................... 21 4.1.2 矿区大气污染的防治措施 .................................................................................. 23

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4.2 煤炭开采对土地的影响............................................................................................. 24 4.2.1 土壤污染 .............................................................................................................. 24 4.2.2 地表破坏 .............................................................................................................. 24 4.2.3 土地治理对策－－土壤复垦技术 ...................................................................... 26 4.3 煤矿开采对周边生态环境的破坏........................................................................... 27 4.3.1 煤矿生产与建设破坏森林植被 .......................................................................... 27 4.3.2 生物资源的损害 .................................................................................................. 27 4.3.3 噪声污染 .............................................................................................................. 28 4.3.4 矿区景观环境损害 .............................................................................................. 29 5．矿区生态综合治理 ........................................................................................................... 30 5.1 煤矿生态系统............................................................................................................. 30 5.2 污染煤矿环境的主要影响因子................................................................................. 33 5.3 运用生态原理来规划和治理煤矿环境..................................................................... 33 5.4 煤矿区生态环境管理................................................................................................. 35 5.4.1 环境管理标准的特征及其意义 .......................................................................... 35 5.4.2 构建煤矿区生态环境管理体系的措施 .............................................................. 36 5.5 开发绿色开采技术实现可持续发展......................................................................... 37 6．案例分析 ........................................................................................................................... 41 6.1 东山矿区主要地质环境问题..................................................................................... 41 6.2 矿区地质环境问题的影响及危害............................................. 错误！未定义书签。 6.3 矿区主要地质环境问题的防治措施........................................ 错误！未定义书签。 结论 ......................................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ................................................................................................. 错误！未定义书签。 致 谢 ....................................................................................................... 错误！未定义书签。

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1．绪论

1.1 当前中国煤矿开采的现状

煤炭在我国能源结构中约占75 % ，在国民经济和社会发展中具有重要的地位和作用。然而，长期以来，煤炭大规模的开发和利用主要沿用传统的、粗放型的生产经营方式，造成大量污染物的产生和排放，引发许多环境污染和生态环境破坏问题。然而，由于长期以来煤矿矿山追求短期的经济效益，对矿山的环境保护问题重视不够，造成了严重的环境污染，特别是在煤炭行业不景气的时候，煤矿更是没有精力顾及环境保护，加之管理监督不善，使煤矿环境状况更加恶化。尤其是过度及不合理地开采与开发，已对矿山及其周围环境造成了严重的污染并诱发出了多种环境地质灾害。由于露天矿和井下矿煤炭的开采，煤矿每年从地表或地表深处开采出大量的煤炭和岩石，这不但会造成地面塌陷，还有可能破坏地球表层的地质构造，诱发山体滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害，此外，地面塌陷不仅导致土地资源劣化，而且破坏了土地原有的水循环系统，严重的会造成土地荒漠化。煤炭开采的同时排出大量的煤矸石，由于煤矸石的堆积，占用大片的土地，使地形地貌发生改变，遭到破坏，影响生态平衡。

据统计，全国煤矸石累计堆积已达30亿t，占地55万m2，每年煤矸石外排量为2亿t，增加占地约3万m2。国有重点煤矿有121座矸石山在自燃，排放大量烟尘、SO2、CO、H2S等有害气体，对矿区和大气污染严重。开采煤炭过程中，地下水系统被人为强制性改变，一些可开发的地下水源不复存在，大部分矿井水没有被处理而排放，引起地表环境的污染，我国煤矿区水资源普遍缺乏，据统计，有71%的煤矿缺水,40%的煤矿严重缺水， 80%以上的煤矿职工饮用不洁水。而煤炭开采对地下水资源的破坏却相当惊人，当前全国煤矿外排矿井水达22亿t，选煤水0.28亿t，其它工业废水0.3亿t，生活污水4亿t；北方矿区平均吨煤破坏地下水资源约10m3，使生态环境恶化。特别是煤炭选洗加工及其他附属工厂排出的工业污水，其危害更为严重，渗透流入农田，引起减产；排入河流、湖泊，会淤塞河道，抑制鱼类生长甚至引起死亡，渗入地下污染饮用水源，尤其是洗煤水中的浮选药剂及聚丙烯胺药剂具有毒性，并可诱发多种疾病，对人体健康造成极大这些问题已经成为我国乃至世界各国和科技界共同关注的热点问题。并且

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这些问题已不再是单一的环境要素问题，而成为影响我国社会、经济和区域生态环境发展的综合性制约因素的系统问题 。

1.2 环保型煤矿开采的起源

1.2.1 传统煤矿的缺陷

传统的煤矿开采多以小煤矿为主，科技含量低，煤矿开采效率低下，一味追求经济

效益而忽视了对于环境的影响，忽视了资源环境的有限容量，虽然这种粗放型的发展曾经一度为我国带来了无比巨大的经济腾飞，帮助了我国的大工业的发展，但却对我们现在的经济集约型环境友好型和谐社会的建设目标带来了极大的阻碍。因此对于新时期的大工业建设，环保节约型煤矿开采势在必行。 1.2.2 中国人民普遍思想素质的提高

随着改革开放30年的建设，中国的综合国力，人民的思想素质水平得到了极大的提高，对于煤矿开采，大多数人已经开始认识到我们不能继续污染我们的天空与绿水，不能不给我们的子孙后代留下他们赖以生存的矿产资源。可持续发展方式给了我们目标，经济集约型，环境友好型社会展原则，综合考虑矿业经济发展与矿区生态环境。当今社会经济高速发展，人们生活水平日益提高，对能源特别是煤炭的需求量在大幅度增加，不可能矿山资源开发利用，应根据可持续发保护关系，走矿业“绿色开采”道路。 1.2.3 国际环保呼声空前强烈

资源与环境问题是一个全球性的战略问题。世界自然保护同盟、联合国开发署和世界野生生物基金会共同提出了《保护地球—可持续发展战略》。我国制定的《中国21 世纪议程》把资源与环境问题提到了前所未有的战略高度。煤炭资源的开发也同样造成了较大的环境污染，破坏了人类生存的自然环境，我国大规模的煤炭开展也证明了这一点。煤炭开采过程对环境的破坏是多方面的: 水资源的污染与破坏、土地的破坏，排放出的瓦斯造成的温室效应，再加之煤炭利用中产生的二氧化碳对大气的破坏等都严重了煤炭工业的发展。事实上，正是出于对环境保护要求的考虑，人们越来越多地放弃作为

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燃料的煤炭，去寻求高效、洁净的绿色能源。在这种大的环境保护前提下，煤炭的开采技术必须放弃原来的那种粗放型开采模式，而应充分考虑环保要求，采用既能提高资源回收率，又不破坏自然生态环境的开采方法，走煤炭可持续发展的道路。

1.3 研究的方法和目的

以太原东山煤炭开采对周边地质环境的影响为例，采用收集资料的方式，对目前中国煤矿开采过程中存在的环境问题问题进行论述，探讨具体治理环境问题的对策以及实行以ISO14000环境管理标准为基础的矿区生态环境管理体系和开发绿色开采技术的重要性。

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2．煤矿开采工艺的发展

2.1 煤矿开采技术的内涵与发展

2.1.1 煤矿开采内涵

任何一种采煤方法。均包括采煤系统和采煤工艺两项主要内容。采煤系统指回采巷道的掘进一般都是超前于回采工作进行的，它们之间在时间上的配合以及在空间上的相互位置关系。采煤方法指根据不同的矿山地质及技术条件，可有不同的采煤系统与采煤工艺相配合，从而构成多种多样的采煤方法。 2.1.2 我国煤矿开采技术的发展历程

采煤方法是煤炭工业的关键工艺技术，是建设现代化矿井的基础，走依靠科学技术进步的发展之路，是我国煤炭工业发展的重要方针。采煤方法改革的根本出路在于发展机械化、自动化、工艺操作程序化，从而达到安全、高产、高效、资源损失少的目的，并努力达成或接近国际先进水平。

建国初期，绝大多数煤矿设施极为简陋，采煤方法多采用无支护的穿硐式和高落式。在三年经济恢复时期（1949-1952）推行了以壁式体系为主的采煤方法。1950年开始对顶板进行分类，并采用了全部垮落法管理顶板。1952年，国营煤矿采用以长壁式为主的正规采煤方法，其煤炭出产量比重已由1949年的12.51%迅速增长到72.4%。

第一个五年计划期间（1953-1957），继续开展采煤方法改革。1953年双鸭山岭西煤矿在长壁工作面上首次使用了框式联合采煤机.1957年，全国采煤机械化程度达到12.75%，以长壁为主的正规采煤方法所占的产量比重已达92.27%，并创造性的发展了一批适合中国国情的采煤方法。19年，我国首次在鸡山矿务局小恒山矿使用了浅截式滚筒采煤机，对发挥长壁采煤法的优越性起了重要的作用。1965年以后，煤炭工业部组织推广了一次多放炮、爆破装煤、滚筒式采煤机采煤、使用金属摩擦支柱和铰接顶梁等12项先进经验，使采煤方法得到进一步的完善和发展。1974年开始采用采用综合机械化采煤技术设备，从此我国的采煤方法走上了现代化发展的道路。第五个五年计划

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期间（1976-1980），1977年煤炭工业部召开了全国采煤方法工作会议，确定了采煤方法的发展方向。在大力推广走向长壁采煤法机械化采煤的同时，因地制宜地积极推广倾斜长壁采煤法、柔性掩护支架采煤法、对拉工作面采煤、无煤柱护巷，水力采煤等。80年代以后，我国出现了十余种新采煤方法和采煤工艺，采煤方法得到了迅速的发展。

回顾我国50年来采煤方法的沿革，总结正反两方面的经验教训，使我们认识到，采煤方法的改革必须结合中国的国情来进行。当代中国由于采煤而带来的环境问题日益严重，对周围城镇的居民生活造成了极大的影响，要实现新世纪中国现代化 “以人为本”的建设目标，环保型煤矿开采方法和系统管理模式的发展是势在必行。

2.2 我国采煤技术的发展方向

在当今科技经济发展的新形势下，煤炭开采技术的研究必须面向国内国外两个市场、面向经济建设主战场，立足于煤炭开采技术的前沿，立足于中国煤炭发展战略所必要的技术储备，立足于煤炭工业中长期发展战略所必须的关键技术的攻关，立足于煤炭工业工程实际问题的解决，重点从事中长期研究开发和技术储备，跟踪产业科技前沿，开发有自主知识产权的以煤矿开采技术及配套装备为主导的核心技术，占领技术制高点。

2.2.1 采煤方法和工艺

采煤方法和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。采煤工艺的发展将带动煤炭开采各环节的变革，现代采煤工艺的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性，基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合，研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤设备和生产监控系统，改进和完善采煤工艺。在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺，建立具有中国特色的采煤工艺理论。我国长壁采煤方法已趋成熟，放顶煤采煤的应用在不断扩展，应用水平和理论研究的深度和广度都在不断提高，急倾斜、不稳定、地质构造复杂等难采煤层采煤方法和工艺的研究有很大空间，主要方向是改善作业条件，提高单产和机械化水平。

（1） 开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术。以提高工作面单产和生产集中化为核心，以提高效率和经济效益为目标，

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研究开发各种条件下的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺，简单、高效、可靠的生产系统和开采布置，生产过程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术，发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化，进一步改进工艺和装备，提高应用水平和扩大应用范围，提高采煤机械化的程度和水平。

（2） 开发“浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技术”，主要解决以下技术难题。硬顶板控制技术，研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术，主要通过岩层定向水力压裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技术，使直接顶能随采随冒，提高顶煤回收率，且基本顶能按一定步距垮落，既有利于顶煤破碎，又保证工作面的安全生产。硬厚顶煤控制技术，研究开发埋深浅、支承压力小条件硬厚顶煤的快速处理技术，包括高压注水压裂技术和顶煤深孔预爆破处理技术，使顶煤体能随采随冒，提高其回收率。顶煤冒放性差、块度大的综放开采成套设备配套技术，研制既有利于顶煤破碎和顶板控制，又有利于放顶煤的新型液压支架，合理确定后部输送机能力。两硬条件下放顶煤开采快速推进技术，研究合适的综放开采回采工艺，优化工序，缩短放煤时间，提高工作面的推进度，实现高产高效。5-5.5m宽煤巷锚杆支护技术，通过宽煤巷锚杆支护技术的研究开发和应用，有利于综采配套设备的大功率和重型化，有助于连续采煤机的应用，促进工作面的高产高效。

（3） 缓倾斜薄煤层长壁开采。主要研究开发:体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机、刨煤机；研制适合刨煤机综采的液压支架；研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术。

（4） 缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综采。应进一步加强完善支架结构及强度，加强支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究，提高支架的可靠性，缩小其与中厚煤层(采高3m左右)高产高效指标的差距。

（5） 各种综采高产高效综采设备保障系统。要实现高产高效，就要提高开机率，对“支架—围岩”系统、采运设备进行监控。今后研究的重点是:通过电液控制阀组操纵支架和改善“支架—围岩”系统控制，进一步完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的自动采集系统；乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断；采煤机在线与离线相结合的“油—磨屑”监测和温度、电信号的监测；带式输送机、刮板输送机全面状态监控。

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2.2.2 采煤技术的发展方向

（1） 现代化开采技术的地质保障系统

以大功率可靠性长壁综采技术为核心的一矿一面大型高产高效矿井的建设， 是当今世界煤炭工业的发展方向。目前，我国机械化采煤量已超过66.31%，其中，综采超过38.40 %，随着采煤机械化、自动化程度的提高及新的采煤方法的采用，已经出现了一批高产高效矿井，形成了一矿一面的格局。国有重点煤矿的全员效率显著提高，目前已出现年产400万t 的综采面。但是，总体而言，我国综采面的平均效率仍不高，这与没有可靠的地质保障系统有很大关系。长期以来，国内在煤矿建设以前缺乏系统的工程地质条件评价，不能满足综采所要求的高精度的地质资料: 如煤厚变化、顶底板地质条件、小的断层、陷落柱及其它地质异常问题，造成工作面布置的主观性，使我国综采工作面设备总体使用效率低， 综采面开机率仅为30%左右。因此，利用现有的高新技术成果， 研究精确地质构造探测的新理论、新方法，研制新的探测仪器， 是保证综采发挥最大潜能的前提条件。主要应做好以下几方面的研究。

① 推广三维地震勘探的技术成果，进一步深入研究，获得高精度探测地质构造的技术，形成一套综合研究岩性、裂隙及含水层等问题的资料综合处理系统，为选择综采采区奠定基础。

② 开展探测理论的基础研究，结合煤矿开采技术中的上覆岩层动态变化特点及规律， 运用新兴的边缘学科的新理论、新方法，研究顶板冒落、瓦斯突出、冲击地压等煤矿灾害现象的发生机理，并找出可定量化探测、预报这些现象的新方法， 如声、光、电、超声波、化学元素等方法与这些现象的相关关系，从而使矿方能有效地采取相应措施。

③ 运用新的电子计算机技术、新材料技术， 研制适合于井下使用的探测仪器， 精确实时探测煤厚、夹矸厚、层位和工作面较大范围内的不同方位、落差的小断层、陷落柱等。

（2） 采煤工艺的高新技术应用

回采工作面是煤矿生产的核心，采用新技术、新设备对传统的开采方法、工艺形式的改造， 是煤矿实现高产、高效、安全的关键。近年来，我国在厚煤层中采用了放顶煤采煤法、大采高采煤法等先进的采煤方法，取得了较好的效果，但也有不少教训。运

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用新技术对采煤工艺的改造，体现在以下几个主要方面:

① 继续消化和吸收国外的先进采煤设备的技术，在采煤机、刮板输送机的大功率、高可靠性、智能控制等方面开展深入研究，对采煤机滚筒的煤炭分界面的自动识别技术、液压支架的电液控制技术及三机的自动控制技术深入研究并投入工业运行。以上技术的发展， 最终为实现无人采煤工作面打下基础，从而极大地提高煤矿效率。

② 研究放顶煤开采技术中的难点问题，使其成为真正的高产、高效、高回收率、高安全的开采方法。目前对于放顶煤条件下顶煤的破碎规律，破碎后顶煤与顶板相互作用的移动规律的认识仍不是特别清楚，从而导致支架架型的设计、回采工艺的选择不合理、放煤率不高。所以，首先要开展进一步的基础理论研究，在此基础上，运用新技术研制新型的放煤支架，完善探测顶煤放出率的相关技术，提高回收率。另外，对于高瓦斯矿井、坚硬顶煤及顶板矿井的放顶煤实践需进一步探讨，合理地确定放顶煤的运用条件， 以及提高顶煤回收率的其它辅助方法。

③ 在煤层条件适宜的条件下使用大采高的开采技术。大采高开采技术一般指厚度大于3.8 m 的一次采全高综采技术，目前，我国最高已采到5m，大采高开采技术的高产、高效、高回收率正受到越来越多的关注。采用大采高开采技术，由于设备大型化，支架高度大，因而使用新技术对大采高工作面的监测监控显得尤为必要，否则，也不能充分发挥其潜力。采高大，采煤机的重量大，其自身的平衡与稳定对机械制造及设备配套提出新的要求。支架的高度加大，重心提高，也极易出现失稳，因而必须对支架的设计，特别是支架与上覆岩层的相关关系及支架的三维稳定性进入深入研究。另外，大采高技术的发展对回采工作面的运输巷及回风巷的支护与掘进提出了新的要求。目前， 我国大采高的回采巷道高度一般在3m～4m ，采用锚杆、锚索等支护方式。一般情况下， 回采工作面与回采巷道之间出现一台阶，不仅浪费了煤炭资源，而且对回采工作面支架的稳定性及回采工艺造成了很大影响。因而，研究回采巷道高度在4 m 以上的巷道支护方式及掘进工艺，对于大采高技术的推广应用无疑是非常重要的。

（3） 基于环保问题的采矿技术发展

① 深入研究长壁采煤法对岩层及地表的破坏规律，特别是对水资源的破坏规律。在这方面的研究，以前主要着眼于煤矿的安全问题，而现在应主要考虑环保问题。采用长壁全部垮落法后， 岩层产生大范围的破坏移动， 如何控制这种破坏与移动以及它们

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与地下水破坏内在规律的研究是有实际意义的。从这一点考虑， 在选择采煤方法时， 应充分利用新的理论方法，在开采顺序、开采方法、工艺形成上进行分析比较。

② 发展开采过程中的瓦斯处理技术。瓦斯排放是煤矿的另外一个主要污染源，它加剧了温室效应，破坏臭氧层，给煤矿安全造成了严重的隐患。我国有多个煤炭企业有抽放瓦斯、变害为宝的实际经验。但抽放率较低，这与抽放设备、抽放技术工艺有关， 特别和开采过程中对瓦斯的运移规律认识不清有关。因此，对于高瓦斯矿井的开采技术选择应同时考虑瓦斯抽放技术的应用。随着对开采过程中瓦斯逸出及运移规律的逐步认识，以及大孔径、长距离抽放技术的成熟，开采中将从实体煤中抽出高纯度的瓦斯，从而进一步降低对环境的污染。

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3．煤矿开采对水环境的影响

3.1 煤矿开采对水环境的影响

3.1.1 地下水资源破坏情况

煤矿开采对地下水资源的影响主要表现在三个方面，一是破坏了地下水均衡，二是采空塌陷使覆岩产生了大量垂向张裂缝，造成采空区以上各类地下水含水层地下水位下

降或被疏干，三是奥陶系岩溶水遭到一定程度的破坏，导致岩流量减少。

（1） 地下水均衡破坏

图3-1 地下水系遭到严重破坏

煤层开采至一定面积后。由于采空区顶板的冒落，在采空区上部覆岩中形成较为明显的三带，即I带一冒落带、Ⅱ带一裂隙带、Ⅲ带一整体移动带。冒落带和裂隙带含水层直接遭到破坏，原来储存于该含水层中的地下水在短时间内排向采空区形成矿坑水而被排出，人为改变了地下水的补径排条件，从而破坏了地下水均衡，这种破坏是一次性的、不可逆的。据原山西省计委主持完成的《山西省煤炭开采对水资源的破坏影响评价》(中国科学技术出版社2003年9月出版) 资料，山西煤炭开采对水资源破坏的总计面积为20352 km2，占全省总面积的13％。其中严重破坏区面积为2670 km2，占全省总面积的

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1.7％；一般破坏区面积10113km2，占全省总面积的6.5％；影响区面积为7569 km2，占全省总面积的4.9％。

（2） 对岩溶大泉的影响

在泉域范围内采煤，不可避免地要对岩溶泉水的流量产生影响。如果开采煤层下伏及附近的岩溶水水位高于采空区标高，并有断裂破碎带、陷落柱及钻孔穿过采空区与下面的岩溶水相联通时，则可能出现下伏岩溶水的底板突水和侧向突水现象，这样不但疏干了煤系地层中的地下水，也使得下伏奥陶系岩溶水遭到一程度的破坏，从而直接影响溶大泉流量，例如郭庄泉流量减少、晋祠泉断流就和太原西山煤田的开采有直接关系。

（3） 对浅部含水层及供水水源地的影响

图3-2 煤矿开采对浅层地下水的影响

煤矿采空塌陷使覆岩产生了大量垂向张裂缝，有的裂缝直通地表，在地面形成地裂缝、地面塌陷。这些矿井、巷道、采空区及张裂缝成为采空区以上各类含水层中地下水快速漏失的通道，致使采空区以上各类含水层中地下水流入矿坑，随着矿坑水的疏干排放，造成采空区以上各类地下水含水层地下水位下降或被疏干。其直接后果是造成水利设施大量报废，地表植被死亡、粮食减产甚至绝收。

山西省主要矿区，每公顷耕地粮食减产约250kg，每年减少粮食产量约1.17×108kg。还引起泉水流量减少或断流，共影响井泉3218眼，水利工程433处，水库40座；输水管道793.0 m．导致近4000个村庄、1494948人口、218329头大牲畜饮水严重困难。2000年到2005年6年间，全省解决了因采煤漏水而缺水的2006个村95万人，而在此期间建设的饮水工程有625处因采煤破坏报废，8l个村37万人重新陷入饮水困难。在

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山西共有14个城市、42个县城位于采煤影响区，这些城市受到采煤漏水影响而削减的供水量为3．61×108 m3，有34个重要水源地受到煤炭开采的影响。

根据《山西省水利统计年鉴》的资料，20年前的1987年，全省的农村机井共84154眼，其中深井为22023眼，2005年的农村机井共90724眼，其中深井为35656眼，新增深井13633眼。加上城镇供水井，全省现状的深井已达44298眼。近20年来原有机井平均以每年2000眼的速度报废，现状40×108m3的地下水供水量中，浅层地下水供水量为10.7×108m3，只占26.7％，其余的73.3％都是中深层地下水和岩溶地下水。

由于采煤影响，致使现有的农村饮水工程不断报废，造成已解决饮水问题的农村重复出现饮水困难。据统计，2000年到2005年的六年建成的饮水工程中，因采煤漏水又造成饮水困难的村庄有8l个村、37万人。此外，打井深度的增加，不仅增加了工程建设投资，而且增加了井位选择和打井的难度，导致今后解决农村饮水问题更加复杂和艰巨。在现状条件下，打一眼800m深的机井大约需要三、四个月时间，投资在60万元以上。如果发生大旱，临时打井根本不能解燃眉之急。 3.1.2 地表水资源破坏情况

图3-3 矿区污水污染地表水

当采空区面积不断扩大，采空区导水裂隙带和地面沉陷范围也随之扩大，在局部地段，与地表水发生水力联系，地表水渗入地下或矿坑，因而使地表径流减少，水库蓄水量下降。在大同十里河，怀仁小峪河，朔州七里河，阳泉桃河，孝义兑镇河，左权清漳河，晋城长河等地均有此现象。

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3.2 水环境污染成因及防治对策

煤炭中一般都含有约0.3％～5％的硫。主要以黄铁矿形式存在，约占煤含硫量的21%。煤层开采后处于氧化环境，硫铁矿与矿井水和空气接触后，经过一系列的氧化、水解等反应．形成硫酸和氢氧化铁。使水体呈现酸性，即酸性矿井水。PH值低于6的矿井水称酸性矿井水。我县煤矿的矿井水pH值一般在2.5～5.8，有的达2.0。pH值低的原因与煤中含硫比例高有密切关系。酸性矿井水的形成对地下水造成了严重的污染，同时还会腐蚀管道、水泵、钢轨等井下设备和混凝土井壁，也严重污染地表水和土壤，使河水中鱼虾绝代。土壤板结。农作物枯萎，影响人体健康。

图3-4 矿井地下水中含有大量酸性物质 比如：硫

3.2.1 酸性矿井水的危害

矿井水的pH值低于6即具有酸性，对金属设备有一定的腐蚀性；pH值低于4即具有较强的腐蚀性，对安全生产和矿区生态环境产生严重危害。具体有以下几个方面：1．腐蚀井下钢轨、钢丝绳等煤矿运输设备。如钢轨、钢丝绳受pH值<4的酸性矿井水侵蚀，几天或几十天后，其强度会大大降低，可造成运输安全事故；2．探放pH值低的老空水，铁质拄水管道和闸门在水流冲刷下腐蚀很快，使放水失去控制而带来灾害；3．酸性矿井水中SO22-含量很高，与水泥中某些成分相互作用生成含水硫酸盐结晶。这些结晶在生成时体积膨胀。经测定，当SO22-生成CaS04·2H20时，体积增大一倍；形成MgS04·7H20时，体积增大43％；体积增大使混凝土构筑物结构疏松、强度降低而受到毁坏；4．酸性矿井水还是环境污染源。酸性矿井水排人河流，pH质小于4时,会使鱼类死亡；酸性矿井水排入土壤，破坏土壤的团粒结构，使土壤板结、农作物枯黄，产量降低，影响农业收入；

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酸性矿井水人类无法饮用，长期接触，可使人们手脚破裂，眼睛痛痒，通过食物链进入人体，影响人体健康。 3.2.2 酸性矿井水形成的原因

煤系地层大多形成还原环境，含黄铁矿(Fes2)的煤层形成于强还原环境。煤炭中一般都含有约0.3％～5％的硫，主要以黄铁矿形式存在，约占煤含硫量的2／3。煤层开采后处于氧化环境，硫铁矿与矿井水和空气接触后，经过一系列的氧化、水解等反应，生成硫酸和氢氧化铁，使水呈现酸性，即产生酸性矿井水。酸性矿井水形成的主要原因即发生的主要化学反应如下：

1．黄铁矿氧化生成游离硫酸和硫酸亚铁： 2FeS2+702+2H202===2H2S04+2FeS04

2．硫酸亚铁在游离氧的作用下转化为硫酸铁： 4FeS04+2H2S04+02====2Fe2(S04)3+2H20

3．在矿井水中，硫酸亚铁的氧化反应，有时也不一定需要硫酸： 12FeS2+302+6H2O，===== Fe2(S04)3+4Fe(OH)3

4．矿井水中硫酸铁，具有进一步溶解各种硫化矿物的作用： Fe2(S04)+MS+H20+3/202====MS04+2FeS04+ H2S04 5．硫酸铁在弱酸性水中发生水解而产生游离硫酸： Fe2(S04)3+6H2O===Fe(0H)+3H2S04

6．在矿井深部硫化氢含量高时，在还原条件下，含有硫酸哑铁的矿井水也能产生游离硫酸。

酸性矿井水的性质除与煤中含硫量有关外，还与矿井水涌水最、密闭状态、空气流通状况、煤层倾角、开采深度及面积，水的流动途径等地质条件和开采方法有关。矿井涌水量稳定，则水的酸性稳定；密闭差、空气流通良好，则水的酸性较强，Fe离子含量较多；反之．则酸性较弱，Fe离子较多；开采越深，煤的含硫量越高；开采面积越大。水的流经途径越长．则氧化、水解等反应进行得越充分。水的酸性越强，反之则弱。

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3.2.3 酸性矿井水的预防与治理

（1） 酸性矿井水的预防。

根据酸性矿井水形成的条件和原因，可以从减源、减量、减时等二个方面进行预防或减轻其危害程度。

① 减源：捡选利用造酸矿物，化害为利。煤矿床的主要造酸矿物时夹杂在煤层中的黄铁矿结核和煤本身的含硫量。煤的开采率低、残留煤柱或浮煤丢失多，黄铁矿结核废弃在井下采空区中，被积水长期浸泡，是产生酸性水的重要根源。减少工作面丢失的浮煤、积极捡选利用黄铁矿结核，能减少产生酸性水的物质。拦截地表水，减少渗入量。例如回填矸石，控制顶板，防止地面水沿塌陷裂隙浸入老空区。在井下，特别是废弃封闭井巷处，对矿井水施放适量的抑菌剂，抑制或杀灭微生物的活性，或者减少矿井水中微生物的数量，通过降低微生物对硫化物的有效作用，达到控制酸性矿井水生成的目的。

② 减少排水量：设立专门排水系统，集中排酸性水，在地表拦蓄起来，使其蒸发、浓缩，而后加以处理，免除污染。

③ 减少排放酸性水的时间：减少矿井水在井下的停留时间，可在一定程度上降低微生物对煤中硫化物的氧化作用。从而有助于减少酸性矿井水的形成。对含黄铁矿多、硫分高，地表水渗漏条件又好的浅部煤层，或已形成强酸性水的老窖积水区。在开拓布局上要权衡利弊，统筹安排，在矿井前期不予开采或探放，留待矿井水末期处理，避免长期排放酸性水。

（2） 酸性矿井水的治理。

在一定地质条件下，酸性水中的硫酸可与钙质岩石或其它基性矿物发生中和反应而降低酸度。用烧碱作中和剂，用量少，污泥生成也少，但水的总硬度往往很高。虽降低了水的酸度，但增加了硬度，而且成本高，现已基本不用。目前，处理方法有以石灰乳为中和剂的方法、石灰石行为中和剂的方法以及石灰石——石灰法、微生物法和湿地处理法。石灰乳中和剂处理法适用于处理酸性较强、涌水量较小的矿井水；打灰石——石灰法适用于各种酸性矿井水，尤其是当酸性矿井水中的Fe3+离子较多时适用，还可以减少石灰用量；微生物法基本原理时应用氧化铁细菌进行氧化除铁，此菌能从水生环境中摄取铁，然后以氢氧化铁形式把铁沉淀子在它们的粘液分泌物中，时酸性水的低铁转化为高铁沉淀出来，然后再用石灰石中和游离硫酸，可降低投资，减少沉渣。

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3.3 山西煤矿开采对水资源的主要危害

煤炭开采严重危及地下水资源，加剧缺水地区的供水紧张。煤炭开采过程中的矿井水和矸石淋滤水等未经净化处理就被直接排放，对周围水环境造成了严重的污染，仅山西省水资源的破坏造成的经济损失就达300亿元。公开资料显示，山西省每年的环境污染损失大约占到GDP的15%左右，而新增的GDP大约只有9%左右。随着煤炭开采强度和延伸速度的不断加大提高，矿区地下水位大面积下降，使缺水矿区供水更为紧张，以致影响当地居民的生产和生活。另一方面，大量地下水资源因煤系地层破坏而渗漏矿井并被排出，这些矿井水被净化利用的不足20%，对矿区周边环境又造成了新的污染，严重影响了社会经济的可持续发展。同时地下水位的严重下降，也使区域内的作物大面积减产，抗御自然灾害能力下降，严重危害农业生产。如何解决好经济发展中山西省煤炭生产与水资源的矛盾，是一个非常紧迫的课题。

煤炭开采过程中形成的巷道和开采后形成的采空区，严重地破坏了表水、地下水运移、赋存的天然状态，产生了一系列问题，诸如河水断流、地下水位下降、泉水流量锐减甚至干涸、水污染加重等严重影响着山西经济社会的可持续发展和生态环境的建设。

（1） 采煤对地表水的影响。山西地处黄土高原，煤矿绝大部分位于山区，地形复杂，河谷切割深，沟谷径流较少，大部分为季节性河流，当煤矿开采沉陷波及到地面时，造成地表开裂和塌陷，使得地表水渗入地下或矿坑，因而使地表径流减少，水库蓄水量下降。此外，大量的矿坑污水排向河道后，不仅严重污染了流域内地表水，还可能通过渗漏污染地下水。例如在大同十里河、口泉河、怀仁小峪河、朔州七里河、阳泉桃河、孝义兑镇河、左权清漳河、晋城长河等地均有此类现象。

（2） 采煤对煤系地层裂隙水的影响。煤矿开采直接影响的地下水是煤系地层裂隙水，煤炭开采改变了地下水自然流径及补、排条件。

（3） 采煤对岩溶水资源的影响。山西省碳酸盐岩分布总面积占全省总面积的72. 3%，是我国北方碳酸盐岩分布最多的省。山西省岩溶水资源总量约35亿m3，是工业与城市生活的主要供水水源。由于山西地质条件的特殊性，煤系地层直接覆盖在奥陶系碳酸盐岩类地层上。岩溶水的主要含水层位于煤系底部的奥陶系灰岩中，它下伏于煤系地层中，在有断裂构造导水或底部隔水层厚度薄，不能抵御水压或矿山压力对其的破坏

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时，无论煤层是否带压，都会对岩溶水造成破坏。如果煤层带压可造成煤矿突水，不仅威胁安全生产，且造成水资源破坏。如果不带压，煤系地层中由于开采所形成的污水渗入到灰岩中可造成岩溶水水质污染。

（4） 采煤对水利工程的破坏，导致人畜吃水困难。据调查统计，山西由于采煤排水和采空区漏水引起矿区水位下降，导致泉水流量衰减或断流，共影响井泉3218个。水利工程433处，水库40余座，输水管道近800多km。由于井泉流量减少，水量漏失，水位下降等，导致1 678个村庄的80多万人和近11万头大牲畜饮用水困难。

（5） 煤矿开采导致地表变形、塌陷。据全省不完全的调查统计，到2000年由于煤矿开采，导致地表变形、产生裂缝和塌陷面积为4. 14 km2，使得6 52万m2耕地被毁；因采煤占用土地面积达7 500万m2。根据2006年山西原煤生产分析计算的采煤影响破坏地下水静储量、动储量为2. 54 m3/ t(煤)，折合总水量6. 25亿m3。其中，采煤直接排水量为0. 8m3/ t。为此，煤矿开采对水资源破坏量的价值估算采用两部分计算，一部分是造成水资源污染，使得水资源质量有所下降，即采煤过程中，使得优质的地下水转化为矿井水，造成采煤直接排水量为0. 87 m3/ t另一部分是对水资源永久性的破坏，即难以恢复的水资源量的消耗为1. 67 m3/ t。根据估算，采煤排水量对水资源破坏价值为0. 7~1. 1元/ t煤矿开采对水资源量的永久消耗价值计算为12. 62元/ t。综合以上两部分计算结果，煤矿开采对水资源量破坏价值为13. 32~13. 72元/ t。此外，煤矿开采对人畜饮水影响的价值计算为0. 6~1. 0元/ t。综合以上分析计算结果:煤矿开采对山西省水资源影响的经济损失为13. 92~14. 72元/ t。

3.4 水资源污染的控制技术

3.4.1 矿井水污染的控制技术

矿井水对水资源的污染，可以通过矿井水资源化，利用特殊开采技术减少矿井水涌出量和降低其污染程度来控制。

（1） 矿井水的资源化

矿井水由于受到开采、运输过程中散落的粉煤灰、岩粉和矿工生产活动及煤中伴随矿物的分解氧化导致污染。根据矿井水含污物特性一般分为：洁净矿井水、含悬浮物矿

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井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水及含特殊污染物的矿井水等。

① 洁净矿井水

洁净矿井水多数是从奥陶纪石炭二迭系的太原组及茅口组灰岩中涌出的，其水质较好，一般pH呈中性，硬化度与浊度低，不含有毒有害离子。只需在井下涌水水源处妥善截流，通过专用管排至井底，再经水泵排至地表，不用处理或经简单消毒即可作为生活饮用水，有的还含有多种有益元素，可直接开发作为矿泉水。

② 含悬浮物矿井水

含悬浮物矿井水一般指除悬浮物、细菌及感官指标外，其它理化指标均满足饮用水卫生标准的矿井水。其悬浮物含量多在100-400mg/L，在中国北方矿区分布较广，如平顶山、焦作、开滦及华东、华北矿区的矿井水多数属这种水质。最常规方法主要是采用混凝、沉淀、过滤、消毒杀菌处理工艺，经处理后的矿井水，可作为生活饮用水及井上、下工业用水。常用的处理工艺流程如图3-5所示。

矿井井下水 仓 混凝剂 消毒剂 水 调节水 池 混合 反应 沉淀 过滤 生活 生产 用水 一般农业用水 反应 初沉淀 排放 图3-5 水处理工艺流程

③ 高矿化度矿井水

高矿化度矿井水也称含盐矿井水，它是由于地下水与碳酸盐和硫酸盐岩层的接触融蚀，使水中Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-、SO42-等离子增多而形成的，矿化度大多为1000-4000mg/L，水质多呈碱性，带苦涩味，其硬度往往也较高。高矿化度水处理分2步进行：一是预处理（主要去除悬浮物），主要采用混凝沉淀技术去除悬浮物及杂质；二是脱盐处理，使处理后水含盐量符合中国卫生饮用水要求。脱盐处理方法有蒸馏法、电渗析、反渗透法。常用的方法是电渗析法，目前中国处理高矿化度矿井水几乎全部采用电渗析技术如图

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3-6所示。经处理后的矿井水一般可做工业用水。

3-6 电渗析装置工艺流程图

④ 含特殊污染物的矿井水

一些含重金属、放射性元素、氟化物等的矿井水，首先应去除悬浮物，然后对其中不符合标准水质的污染物质进行处理，对含氟水，可用活性氧化铝吸附除去氟。含铁、锰水，通常采用混凝、沉淀、吸附、离子交换和膜技术等处理方法。它们对环境的污染和人体的健康危害性较大，且处理工艺较复杂，成本也较高，按常规处理后很难满足生活饮用水及工业用水的标准，通常只要求达标排放，仅作农灌用。实际矿井水大多数为 复合型水，在设计水处理工艺时必须查清水质和水量，然后考虑水处理单元操作的取舍和优化组合。

（2） 采用特殊开采技术减少矿井水涌出量

① 当煤层顶板一定距离内有较大含水层时（如三叠纪的某些灰岩），可采取一些采后顶板移近量较小的特殊开采技术（如条带式采煤法、充填采煤法，房柱式采煤法，离层带的注浆充填法等）以最大程度地降低顶板下沉量，使煤层顶板冒落的高度不致导通上覆的含水层。

② 当煤层底板有强含水层时（如某些北方矿区的奥灰岩、南方某些矿区的茅口灰岩），井下巷道布置应与这些含水层保持一定的安全距离。如遇断层切割，则应进行渗水和突水的严密封赌。

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③ 当矿区地面有湖泊、河流、水库等水体时，应在地下相应范围留设保安煤柱或采用充填采煤法、条带采煤法等特殊采煤方法，严格控制采动影响范围，力求避免由于采动引起的采动裂隙导通上覆水体。

④ 对于实现水力化采煤的矿井，应用闭路循环供水系统，使废水在生产过程中多次重复使用。

⑤ 对地表的塌陷区和和裂缝应采用密封性能较好的材料进行填堵。 （3） 降低矿井水的污染程度 ① 定期对井下水仓进行清理；

② 完善井下排水系统，水沟规范并加盖板；

③ 以水介质代替乳化液或尽量采用油路系统的闭路循环； ④ 加强井下环境卫生的管理，严禁粪便及腐烂物混入矿井水； ⑤ 对充填或灌浆污水，必须先进行井下沉淀后方可排入井下水仓。 3.4.2 煤矸石淋滤液污染治理

煤矸石淋滤液地下水的污染，主要是露天堆放的矸石在雨水的淋滤作用下形成的酸

性水，悬浮物和有机物造成的，可以通过减少矸石排放量来减少这类污染，可采用矸石不出井或少出井的开采技术（如采用宽巷掘进，将掘进出矸用于巷旁支护、堆放在井下废弃的巷道和硐室内、直接用于采空区充填、在开拓部署和采区巷道布置中 采用全煤巷布置、采用无煤柱开采技术等）。 3.4.3 煤矿用化工材料污染治理

为了防止煤矿化工材料对水资源的污染，可以从以下几个方面着手： （1） 加强对设备的管理；

（2） 通过开发新液压传动介质代替乳化液，降低使用量，同时降低或去除原乳化油中的矿物油，并选择易于降解的添加剂，减少乳化油对环境的污染；

（3） 完善各种用油设备的密封性能，防止石油产品泄露；

（4） 研究开发水介质单体液压支柱，彻底去掉乳化油。同时，发展油产品再生技术，延长油产品使用期，降低油品使用量。

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4．煤矿开采对大气、土壤以及生态的污染及治理对策

4.1矿区大气污染及其防治

4.1.1 矿区大气污染

（1） 煤矿井下开采产生大量煤粉尘和有害气体污染环境。

图4-1 矿区开采扬尘

我国大部分煤矿都有瓦斯，并且瓦斯矿井和煤瓦斯突出矿井约占40%左右。此外，在井下其他作业过程中还产生部分有害气体，如井下使用的硝胺炸药在放炮中产生CO和NOx；使用柴油动力机械排放的废气中含有大量的NOx；煤炭自燃产生CO，CO2等。为了井下生产安全，通常采用通风方式将井下的有害气体抽出排入大气中CH4，CO，CO2， NOx，H2S等是造成大气污染和温室效应的有害源，严重影响地球的气候和生态环境。煤矿在生产、贮存、运输及巷道掘进等各个环节都产生大量粉尘。粉尘的主要成分是硅和铝的化合物，掘进工人患职业矽或硅肺病，采煤工人患职业的煤肺病就是二氧化硅和煤尘微粒在肺部沉积的结果，煤矿肺病是二者混合沉积的结果，在矿工职业病中

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见得更多。

（2） 矸石山自燃排放出大量烟尘和有害气体。

图4-2 煤矸石自燃

煤矸石是煤炭生产过程中排弃的主要废渣，约占煤炭产量的10%~20%。目前全国矸石山约1 500座，其中自燃的有300座，经治理，仍有百余座在自燃，燃烧的矸石山放出大量的烟尘及NO2，H2S，CO等有毒气体，严重污染了矿区及周边地区的大气环境。

（3） 矿区工业锅炉、窑炉以及居民燃烧的烟囱排放大量烟尘、二氧化硫对矿区大气环境造成污染。

据统计，我国SO2排放量占世界第一，CO2排放量占全球总排量的13%，居世界第二。燃煤产生的SO2排放量占全国总排放量的74%；燃煤产生的CO2排放量占全国总排放量的85%；燃煤产生的NOx排放量占全国总排放量的60%；燃煤产生的TSP排放量占全国总排放量的70%。许多矿区大气中，颗粒物、二氧化硫的浓度已经超过国家标准几倍，甚至10几倍，尤其是冬季，其超标率明显大于其它三个季节。

在矿区，用于生产、生活的锅炉，大部分都未安装二氧化硫净化装置，矿区二氧化硫排放的90%来自煤炭的燃烧。另外，矿区居民由于用煤非常便利，因而烧煤不加节制，大量燃用原煤，一方面造成原煤的浪费，另一方面产生严重的大气污染。这些小煤炉基本上没有经过治理，同时缺乏统一的管理，数量多，而且低空排放，烟尘难以扩散，对矿区大气污染严重。

煤炭是我国的主要能源，每年有80%以上的煤炭用于直接燃烧。煤是由C、H、O、N、S组成的极其复杂的高分子有机化合物。煤炭燃烧时80%左右的硫是可燃的，燃烧

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时硫分大部分以SO2的形式排出。例如电厂燃烧含1%硫的煤，烟气中的SO2在0.1%左右。SO2进入大气后，可转化为SO32-，SO42-遇降水可形成酸雨。酸雨危害鱼类、侵害土壤、破坏森林，抑制农作物生长，对桥梁、机械设备、城市建筑、石灰石、大理石、雕刻的名胜古迹严重侵蚀。

（4） 煤矿煤层气排放对大气的污染

煤层气是成煤作用过程中所生成的烃类气体(主要是甲烷)经运移、散失后仍保留在煤层和顶底板岩层之中的部分。它在采煤过程中释放出来，成为矿井瓦斯的主要有害气体，并常常造成瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故，给矿工的身体健康和生命安全以及国家财产造成严重威胁和损失。我国有90%以上的煤产量来自地下开采，在国有重点煤矿中，高沼气和煤与瓦斯突出矿井占47%，是矿井瓦斯爆炸等恶性事故发生频率很高的国家。 4.1.2 矿区大气污染的防治措施

（1） 开发利用煤层甲烷气在采煤之前和采煤中利用钻井工程进入采层，通过一定的技术措施改善煤层的渗透条件，将煤层甲烷气预先抽放出来，并加以利用，可大大减小矿井瓦斯的威胁，减缓地球温室效应，同时可得到廉价、洁净、高效的能源。经专家测评250m3甲烷气即可顶替1t标准煤；同时甲烷燃烧产生的CO2仅为烧煤的1/2，且不产生SO2和烟尘，十分有利于改善环境条件。

（2） 减少井下废气、粉尘和地面粉尘污染井下排入大气中的CO、NOx、CO2和H2S等有害气体虽虽然远小于CH4，但也不可忽视。这些有害气体不仅威胁井下安全生产及工人身心健康，而且对地面大气环境造成污染，也应采取相应的治理措施。如采用煤层注水、高压喷雾、声波雾化、巷道风流水幕净化、集尘风机等灭尘措施，防止沼气与煤尘爆炸时产生CO；向采空区灌浆、注氮、喷洒阻化剂、及时打密闭等措施，防止煤炭自燃产生CO；发展使用岩巷与煤巷掘进机和研究制造适合地方小煤矿使用的小型采煤机，防止爆破掘巷和爆破采煤中放炮产生CO、NOx和H2S等有害气体；使用柴油动力机械应配置废气净化器，防止产生NOx。上述措施可使井下各作业环节产生的有害气体和粉尘降到最低限度。地面防尘采用定点和移动式的喷雾洒水，保持储煤场和道路湿润，运煤车厢垫好车帮防止漏煤，可以有效地降低矿区粉尘。

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4.2 煤炭开采对土地的影响

4.2.1 土壤污染

煤矿区土壤中的有害元素主要来源于煤矸石风化自燃、淋滤，矿区大量粉尘、废气的沉降以及矿井水。有害元素通过各种水力联系(导水砂层、地层裂隙、河流等)发生污染转移，使矿区及其周边地区的土壤质量下降，生态系统退化，农作物减产，甚至威胁人体健康。土壤一旦被有害元素污染，其危害性远大于大气和水体的污染，因为有害元素化合物能较长时间存在于土壤环境中，且不易被人察觉。例如，土壤中毒性最大的Cd、Pb、Hg、As等元素在生物放大作用下大量富集，沿食物链最后进入人体，引起急、慢性中毒，造成肝、肾、肺、骨等组织的损坏，甚至能够致癌。

土壤有害元素污染对矿区生态环境产生多种损害方式，总体分为三大类:①受污染的土壤直接暴露在环境中，通过土壤颗粒等形式直接或间接地被动物或人吸收；②在雨水淋溶作用下，土壤中的有害元素缓慢向下渗透，导致地下水的污染；③外界环境条件的变化，例如酸雨，提高了土壤中有害元素活性和生物可利用性，使得有害元素较容易被植物吸收而进入食物链，对动物和人体产生毒害作用，并易向下迁移，导致地下水污染。目前，对煤矿区土壤中有害元素的研究越来越深入，有研究表明:土壤中有害元素的活动性、生物可利用性、毒性与有害元素的形态有密切关系，为矿区土壤的修复提供了新思路。 4.2.2 地表破坏

煤矿开采对土地的影响还表现对地表的破坏，主要有以下两种形式： （1） 土地塌陷

我国是土地资源极其匮乏的国家，人均耕地占有量只有0.11hm2，不到世界人均耕地面积的1/2。然而煤炭开采对土地资源的损害十分巨大，这无疑加重了我国人多地少的矛盾。煤炭开采损害土地资源的直接方式主要有挖损、塌陷和压占三种类型，其中，土地塌陷是主要形式，对生态环境的损害程度最大。研究资料表明:

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图4-3 煤矿开采造成的土地塌陷

2002年山东邹城煤矿区由于采煤塌陷造成土地破坏面积4166.32hm2，其中积水面积1173.53hm，绝产面积1728.19hm，涉及到20多个行政村。随着煤炭开采数量逐年增加，土地塌陷面积每年将扩大200~300hm。预测到2010年，因煤炭开采塌陷土地将达5300hm。土地塌陷使得矿区农村人均耕地急剧下降，目前人均耕地不足0.03hm2的村庄有15个。此外，地面塌陷还不同程度地损害水体、植被等人类生活所依赖的基本环境要素。陕西榆林地区环保部门1997年6月调查，大柳塔矿区产生地表塌陷面积104hm2，造成王渠水库干涸，影响下游农田灌溉；使得前柳塔村3条水渠断流，13hm2水浇地变为旱地；后柳塔村4条水渠断流， 2.7hm水浇地变为旱地。同时，因塌陷造成植被干枯、死亡，在相同立地类型条件下，塌陷区沙蒿死亡率比非塌陷区高16%。

（2） 水土流失与沙漠化

我国西部煤炭资源蕴藏丰富，但是该区域位于干旱半干旱区，植被稀疏，水土流失及沙漠化严重，生态系统非常脆弱。因此，水土流失和土地沙漠化成为我国煤矿区最突出的生态环境问题之一。煤矿建设和生产过程中挖掘地表、堆弃土渣、破坏土地和植被，从而减少了地面植被的覆盖，造成地表径流和地表糙度改变，使土壤抗蚀指数降低，加剧了水土流失和土地沙化，不仅损害矿区生态环境，而且为周围地区带来了严重的环境污染和安全威胁。例如，陕西榆林神府东胜矿区是黄河流域风蚀沙漠化和水土流失复合侵蚀最为严重的地区。

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图4-4 煤矿开采肆意破坏植被

剧烈的水土流失不仅加重了河道排洪输流能力，而且大量泥沙污染了水源泉域供水水质。据陕西省水保部门预测，矿区一、二期年增土壤侵蚀量62.75M，t为原生侵蚀量的2.2倍。年增入黄河泥沙量15.91Mt占原输沙量的50.6%。由于矿区邻近毛乌素沙漠，气候干旱，风大沙多，植被稀少，沙漠化问题严重，因而对周边地区工农业生产、居民生活及黄河水道均构成了严重威胁。 4.2.3 土地治理对策－－土壤复垦技术

国家有关土地复垦的规定出台，土地复垦作为煤矿塌陷地处理的主要方法之一得到了大力推广和应用，并取得了很好的社会、经济效益。土地复垦技术大体有疏干法、挖深垫浅法、充填复垦、生态工程复垦。

（1） 疏干法是开挖大量排水渠，使塌陷区的积水排干再加以必要的整修，使塌陷区不积水并得以恢复利用；适用于潜水位不太高、地表下沉不大，采用正常的排水措施

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和进行地表整修能保证土地恢复利用的塌陷区；其优点是投资少、见效快，且不改变土地原用途，也可避免村庄和建筑物不必要的迁移。

（2） 挖深垫浅法是用挖掘机械将塌陷的区域再挖深，形成水(鱼)塘，取出的土方用于充填塌陷浅的区域形成耕地，达到水产养殖和农业种植并举的因其操作简单、适用面广、经济效益高、生态效益显著，被广泛用于采煤塌陷地的复垦。

（3） 充填复垦是利用矿区附近的煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离废物等充填采煤塌陷地复田；适用于有足够的充填材料且充填材料无污染或其污染可有效防治的地区，因其既解决了塌陷地复垦又解决了矿区固体废弃物的处理问题，所以经济效益显著。

（4） 生态工程复垦就是将土地复垦工程技术与生态工程技术结合起来，综合运用生物学、生态经济学、环境科学、农业技术以及系统工程学等理论，运用生态系统的物种共生和物资循环再生原理，结合系统工程方法，针对破坏土地所设计的多层次利用工艺；其目的是促进各生产要素的优化配置，实现物质、能量的多级分层利用，不断提高其循环转换效率和土地生产力，获得较大的经济、生态和社会综合效益；该方法目前正在试验推广，具有很大的发展前景。

4.3 煤矿开采对周边生态环境的破坏

4.3.1 煤矿生产与建设破坏森林植被

煤矿区森林植被的破坏主要是由于矿山工业广场的建设、矸石堆放、开山修路、地面塌陷与滥砍滥伐引起，其中以滥砍滥伐和人类工程活动破坏面积最大。如陕西黄陵矿区，因滥砍滥伐已有1533-3667ha的森林受到不同程度的破坏，使森林中的乔木减少、灌木增多，覆盖率下降20%-30%仅开凿修路工程就已造成80-100ha森林植被遭到破坏，而这种破坏仍随矿区的开发建设而加剧。 4.3.2 生物资源的损害

煤矿区生物资源的损害主要是由于矿山工业建设、矸石堆放、开山修路、露天采矿剥离等引起的。这些剧烈的煤炭开采与建设活动，特别是不合理的活动改

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图4-5 所到之处 生物罕迹

变了矿区内以及周边地区水体、土壤等环境的初始条件，破坏了区域内营养元素的循环与更新，从而对矿区生物资源造成了严重损害。主要表现为:第一，煤炭开采活动造成生物的生存环境或栖息地被破坏。由于矿井采矿及其配套工程设施诸如交通线、建筑物等的建设，使得矿区生态系统原有的大面积连续的生物环境被人为分割成许多面积较小的不规则板块，甚至是完全消失。了生物的活动范围，影响了生物生存活力，导致生物多样性受损。例如，乌海地区因煤炭开发直接破坏的天然草牧场高达140000hm2；将使包括四合木、绵刺、革苞菊、蒙古扁桃在内的世界珍稀残遗濒危野生植物从地球上消失。第二，由于煤炭开采对矿区及周围水体、大气和土壤的严重污染，导致某些生物减少，甚至灭绝，最终导致矿区生物多样性受损。第三，在进行煤矿区生态修复和重建的过程中，人为引入的外来物种入侵，对当地生态系统造成严重干扰和破坏，致使原有物种大量灭绝，导致矿区生物物种单一，生态系统退化。 4.3.3 噪声污染

煤炭开采过程中带来的噪声污染已越来越受到人们的关注。煤矿噪声有井下噪声和地面噪声两种，井下噪声主要来自凿石、放炮、采煤、通风、运输、提升、排水等所用的各种机电设备。据调查，目前煤矿井下工作场所的噪声级已超过国家规定的允许值90dB，有的高达110dB。煤矿噪声具有强度大、声级高、连续时间长、频带宽等特点。长期暴露于强噪声作业环境中，不仅会对矿工的听觉器官造

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图4-6 煤炭运输 沿路不安

成损伤，还会引发多种其他疾病；妨碍通信联络，容易发生工伤事故。此外，噪声还会污染周围环境，影响矿区周边居民的正常生活。 4.3.4 矿区景观环境损害

作为一个地理单元，煤矿区不仅蕴藏着煤炭等矿产资源，还形成了独特的地质地貌景观和生态景观，加之人文、社会、历史等方面的因素，使得它成为一个集矿产价值、生态价值、人文价值、地质价值等多种价值于一体的复杂综合体。由于在煤炭开采过程中，采掘土方、堆弃废石及尾矿、排放污染物，破坏了矿区地质地貌原有的形态，影响了自然风景观瞻，毁坏了珍贵的地质遗迹和名胜古迹。不仅给人们带来视觉污染，更重要的是给人类历史文化和科学研究造成了不可弥补的损失。

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5．矿区生态综合治理

环境与发展是当今国际与国内社会普遍关注的重大问题，经济与社会的发展离不开

自然资源的开发利用和生态环境的依赖，而资源的开发既给社会带来了财富，也带来了负面影响——环境的损害。所以，资源的开发和对环境的保护策略是决定社会或某一地区可持续发展的根本，资源开发利用引起的生态环境问题又是环境与发展的焦点问题。 煤炭是中国的主要能源，约占一次能源构成的74%，中国原煤产量占世界第一位，煤炭开采引起地表沉陷，并诱发大量地质灾害，造成土地挖损和占压，使矿区大量耕地损害与贫瘠，植被破坏、水土流失与土地沙漠化加剧，矿区生态环境日益恶化，给矿区农业生产、人民生活及社会安定造成了极大影响，亦严重制约了矿区的经济发展。煤炭在为人类文明和社会进步做出巨大贡献的同时，也给矿区带来了严重的环境与社会问题。因此，在煤矿的开发建设过程中，利用自然科学的基本原理与方法来研究煤矿环境与人类工程活动，研究煤矿床开采和利用对环境可能引起的破坏方式与程度，提出防治措施，控制其不利因素，维护生态平衡，把人类工程活动造成的环境灾害影响降低到最低程度。

5.1 煤矿生态系统

人类生存所依赖的生态环境，由各种各样的生态系统所组成。生态是生物和自然环境存在的状态，生态学则是研究它们之间关系的一门学科，而生态系统则是指生命系统和环境系统在特定空间的组合，它是自然界的基本单位。这个基本单位是由生物彼此之间以及生物与周围环境之间不断影响、演变且达到动态平衡的统一体。生态系统具有一定的结构和功能，并且不断地进行物质和能量的交换。在开发煤炭资源之前，地表的状态一般为草原、农田、森林或荒地等，即地表生态系统一般为自然生态系统或半自然生态系统，其组成、能量流动及物质循环见图5-1。

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阳 光

生产者（绿色植物菌类）热 消费者（动物人类）热 能量流动路线

物质流动路线

图5-1 地表生态系统构成示意图

从图中可以了解到:生产者通过光合作用，把太阳能转变成化学能，贮存在它所制造的有机物质中供消费者需要分解者能使生物体分解成为无机物质，再将其转变成为可供植物利用的养分，保持着相对平衡状态。但是，处于一定时空范围内的生态系统，都有其特定的能流和物流规律，在其内部潜育着脆弱性和再生性。当外部施加的影响不大时，生态系统运用其内部自动调节能力对外力干扰或污染物进行化学、物理及生物的白净作用，减少其危害。当生态系统某一部分出现了机能异常时，就可能被不同部分的调节所抵消，这样，再生性呈显性，生态系统则不会发生严重的退化或失调。但是，如果肆意干扰原生态环境，影响生态的不利因素或有害有毒物质不断大量地产生，对已遭到破坏的生态环境也不采取补救措施，这些外部影响超过了生态系统的调节能力，引起内部结构和功能的失调，使得自动的调节机制能力逐渐消失，生态系统的脆弱性就会呈现，能流和物流出现恶性循环，破坏了生态平衡，导致原生态系统的崩溃。在开采，加工和利用煤炭资源过程中，必然要对原自然(或半自然)生态系统进行改造，新开发出来的物质和能量，参与到生态系统的物质循环和能量交换中去，影响了原生态系统的动态生态

无生命者（水矿物等）热 分解者（细菌真菌） 31

平衡，同时改变了自然环境的地质地理条件。地表植被遭到破坏，地表移动和变形改变了原有地形，大量土地资源被占用或破坏，由其产生的煤研石、矿井废水等污染物，使大范围内的自然环境发生了变化，原生态系统所具有的内部平衡的自动调节机制能力大量丧失，打乱了生物圈中原来就比较脆弱的生态平衡状态，形成了一个新的人工生态系统一煤矿生态系统。煤矿生态系统是一个不、不完全且开放的生态系统，属于生物圈中的一个子系统，其结构框图见图5-2。

图5-2 煤炭生态系统结构框图

供气 生 活 供气 系统外部输入 供水土地矿产排烟 土地水矿产资源 供生活用煤人类及动植物大 气 排烟 排泄废物生 产 排泄废物破坏地表输出煤炭其中人类及动植物属于生命系统，其余部分属于环境系统。环境系统还包括被占用的土

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地，如工业民用建筑物，交通和通信线路，以及附属的工厂，商业等。由于煤矿生态系统是一个不完整的生态系统，所以，应当采用人工干预的方法来进行调节，以便维持其动态平衡。这就需要从系统外部输入大量能源和物质，而从系统内部向外部输出煤炭，并且，系统内部的排泄废物也不能在本系统内完全转化和分解，这就要输出到其它生态系统中去。煤矿生态系统的主要功能是生产煤炭，向系统外部输出。在煤矿生态系统形成以前，原生态系统的主要功能一般为生物生产，为人类提供生活资料和工业原料。而当煤炭开采结束后，煤矿生态系统的结构和功能将会逐渐消失，演变为其它形式的生态系统，其主要功能或是恢复生物有机体生产，或是商品生产，或两者兼备。

5.2 污染煤矿环境的主要影响因子

煤矿的形象很差，不仅指井下条件艰苦，而且地面的环境质量也很低。这主要是因为煤炭工业具有明显的行业特点，开采、加工、贮运及利用等项技术都较落后，并且，在一些地区，人们对于生产和建设考虑得较多，往往只是追求多采煤快采煤，而较少顾及生态环境，不注意创建新的生态平衡，从而使煤矿生态环境继续恶化，造成了一系列不利于发展生产，又影响到社会生活的后果。这种不合理开发利用煤炭资源的现象，是造成我国环境问题日趋严重的基本原因之一，已到了亟待解决的地步。所谓煤矿环境问题，是指在煤炭开采、贮运及加工利用过程中，给周围的生态环境带来的有害影响。主要表现在以下几个方面:破坏和占用土地资源，废物排放对周围环境的污染，对地表原有植被、地形及建筑物的不利影响，煤炭资源不合理开发和利用，以及由此引起的一系列社会问题，煤矿环境问题原发影响因子有排废、地表沉陷、岩体移动、占用土地、噪声振动、煤炭流失、资源浪费、景观不整及社会问题等。以上的煤矿环境问题，正是由于人们缺乏生态观念，忽视了生态平衡所造成的.环境作为总资源，受到污染和破坏，就会制约经济的发展，损害人类的健康，造成自然资源的很大浪费。保护好环境，就是维护生态良性循环，使经济持续发展，而经济的发展又为进一步改善煤矿环境提供条件，所以经济和环境的关系是互相制约互相助进的，两者是一个有机整体，必须兼顾考虑。

5.3 运用生态原理来规划和治理煤矿环境

要维持煤矿生态系统的良性循环关化煤矿环境，必须利用生态系统的整体观念，充

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分考虑各项活功对生态环境可能产生的影响，根据生态学的观点和理论来分析环境问题，把一些有害因子作综合的、与生态相关联的全面观察，而不是采用头痛医头脚痛医脚的应急措施，应把单项处理及其技术措施综合到全面规划、统筹安排中来，以达到保护生态环境的最优技术经济效果，改善、美化煤矿的形象。治理煤矿环境，就是要提高煤矿环境素质，其工作重点有以下三个方面:

（1） 治理主要污染源。

其中，对大气的污染源有:贮煤场、采暖供热锅炉、矸石山、装运交通线、水泥厂和石灰厂窑炉、破碎机、裸露岩体、井下废气等。对水体的污染源有:矿井水、洗煤水、焦化水、生活用水、医院污水、矸石及废料堆淋浴水等。主要噪声源有:爆破、装运交通线、矿井通风机、提升机、破碎机、凿岩机、排水设备、电锯、球磨机、鼓风机等。防治粉尘烟雾和有毒有害气体，是为了保持空气清新；防治振动机噪声是为了提供优雅清静的生活工作环境；防治废水是为了保护地下水资源、地表水体和生物免遭污染。

（2） 治理已遭到破坏和污染的环境因子。

煤炭开采破坏了大片的自然风光和土地资源。露天开采剥离掉生长植物的表土层，裸露出基岩，遍地废石废水。地下开采则导致地表沉陷，使原有自然环境的构成或状态发生了巨大的变化，土地浸蚀，景观不整，给煤矿生态环境带来巨大灾难.这些被破坏的土地，即使不能恢复为农林用地或原自然生态环境，也应该及时进行综合治理和利用。一般可以整治开发为:建筑用地，蓄水池，水上乐园，水禽鱼类养殖塘，体育运动场地，生态环境优雅的休养或旅游胜地。

（3） 实施煤矿的绿化和美化工程。

营造绿色植被，可以生产出巨大的生物能，为生产生活提供木材，防治煤矿污染，弥补工艺治理之不足，净化煤矿环境，增强自然景观的美感。同时，在绿化的基础上因地制宜，配合一些美化景色的建筑小品，如亭台，喷池，花坛及雕像等，这样就进一步加强了环境的艺术魅力，提高了环境质量，形成比较完整的园林景观。要在煤矿创造良好的生态环境，在设计阶段应全面规划，合理布局，采用新工艺，新技术来减少和控制污染源。煤矿总平面布置既要考虑采掘、提升、运输、储存、洗选、排废等生产环节的技术经济效益，还要兼顾煤炭生产给周围环境带来不利影响的环境效益和社会效益。重点考虑方面如下:

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① 一些主要污染源(如矸石山、锅炉房、风井等)应尽量避开生活区和工作区，不能设在上风向处和水源上游，主要公路应铺设成柏油路和水泥路面。

② 对于因受到影响而沉陷的地区，应预计出其地表建筑物，构筑物及田地受到破坏的程度，并且制定出相应的治理措施。

③ 工民用建筑物和一些固定设施的样式要避免单调粗陋，应进行美学设计，除规化出大量种植草木花卉等绿色植被的场所外，还应设计增强环境艺术色彩的一些小型建筑结构和植被的艺术造形。同时，尽量考虑开发煤矿周围的山林湖泊，设计建造旅游设施，为矿区群众提供良好的休息和娱乐场所。

5.4 煤矿区生态环境管理

5.4.1 环境管理标准的特征及其意义

ISO14000系列标准是一体化的国际标准，其主要内容包括环境管理体系、环境审计、环境评价、产品生态标志、产品寿命周期分析和产品具体环境要求等各个方面，是目前世界上最为全面和系统的环境管理的国际化标准。ISO14000标准是企业环境管理体系建立、审核和评审的依据，通过对企业生产、管理及服务中与环保、资源和原材料利用相关的问题进行有效管理，从而达到改善环境质量的目的。因其涵盖“清洁生产”和“绿色消费”，被世界公认为是实现21世纪可持续发展的重要工具。落实ISO14000系列标准有如下好处。

（1） 有利于提高煤矿企业员工的环保意识，企业要建立ISO14000标准，通过加强宣传教育，提高环保意识，自觉主动地遵守相关地环保法律法规和其它要求，全员参与环境保护，摒弃末端治理观念，反对先污染后治理地思想，树立源头控制、过程控制理念，做到污染源达标排放，有效解决环境污染问题。

（2） 有利于推行清洁生产和预防污染煤炭生产过程产生的瓦斯、粉尘等环境污染，不但影响员工的身体健康，而且制约着煤炭安全生产。因此通过产品调整、工艺设备改造，逐步推行环境生产，以实现污染预防。

（3） 有利于提高环境管理水平和规范企业管理行为我国许多煤炭企业由于较低的管理水平严重制约了煤炭企业的经营，不规范的管理行为了煤炭企业可持续发展。

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因此通过建立煤矿区环境管理体系，使得企业摸清并认识到自身的环境状况，增强在煤炭生产活动与服务过程中保护环境的责任感，引导员工创造良好的作业环境，可有效提高企业的环境与经济效益。其次通过建立环境管理体系可强化并改善企业原有的管理运行机制，改善不适宜的管理，推动煤炭企业由高消耗、高污染、低效率、低效益的粗纺模式向集约经营转变。

（4） 有利于树立企业绿色形象与开拓国际贸易市场如果煤炭企业不注重环境管理，将引起矿区与社区关系紧张，引起市场竞争的加剧，给企业带来巨大生存压力。而建立矿区生态环境管理体系，可以保证企业持续生产高质量的煤炭产品，提供优质的服务，提高企业绿色形象，降低环境风险，使煤炭产品与国际贸易接轨，开拓国际贸易市场。 5.4.2 构建煤矿区生态环境管理体系的措施 （1） 标准化矿区与清洁生产

为加大外向型煤矿区的建设，适应国内外煤炭市场的变革，与国际煤炭市场接轨，应积极加快各重点、大型煤炭骨干企业的ISO14000标准认证工作。在矿区内部体系的建立和运行，可有效规范矿区各单位的活动、产品和服务。实现产品整个生命周期的全过程控制，理顺内部关系，提高经营管理水平，增加矿区经济效益和防止污染的能力，为煤炭走出国门铺平道路。煤炭企业实施ISO14000环境管理标准，不仅是矿区环境保护的需要，也是煤炭市场竞争的需要，甚至可以说是现代化矿区生存与发展的必需。清洁生产涵盖煤炭工业采、贮、运和深加工的全过程，重点在“采”。在总体规划中，就必须对煤炭资源保护、洁净生产、采煤工艺、井下瓦斯抽放与利用等做出优选设计，提高块煤率、矿井水分类排放率与水循环率，并做好矸石井下处理、改革支护技术、降低坑木消耗等项工作。

（2） 矿区产业生态管理

传统的末端治理走的是“先污染后治理”的道路，污染物从一种介质向另一种介质转移，并没有真正地消除污染，而且也无法解决复杂的、系统的环境问题。作为对清洁生产的一种升华和补充，产业生态理论是在20世纪80年代末迅速发展起来的，产业生态管理是以生态学的理论观点研究工业生产全过程，研究生产中的资源、产品及废物的代谢规律和耦合方法，探讨促进资源的有效利用和环境的正面影响的管理手段。产业生态管理是矿区生态环境管理模式的一次深刻变革。实现矿区产业生态管理的基本途径

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是构建生态产业结构链。基本思路是:以主导产业链为核心，依据生产“食物网”供给关系，向下纵向延伸和横向环向拓展。向下纵向延伸就是对矿产资源进行深加工，横向环向拓展是将向下纵向延伸的生态产业链排放出来的副产品或废弃物再度深度加工，从而形成纵横交错的矿区生态产业结构网。

（3） 进行环境影响评价

环境影响评价是预计矿区潜在影响的最佳方法，也是从最大程度上控制和减轻恶性的环境影响和取得良好环境效果的承诺。环境影响评价的核心内容一般是从探矿、施工、开采到最终关闭整个过程中的环境和社会关心的问题。它是把环境因素按生态可持续发展相一致的方式纳入项目规划和决策的过程，通过考虑项目可能对环境造成的影响来保护环境，帮助采矿公司尽可能减小项目施工、作业和报废过程中所造成的那些影响。

（4） 公众参与和协商

对矿产资源勘探者和开发商来说，最佳环境管理涉及矿区居民讨论有关开发项目的各个方面并听取他们的忧虑、需要和建议，采取的开发方法是不断变化的。它是以整个矿区为中心，而不是以项目为中心，让矿区内的公众共同参与。由于矿产开发会造成广泛的影响，其中很多为负面影响，开发商必须让那些可能会受影响的人参与，与他们讨论尽可能减小或避免这些影响的策略。例如项目开发商应与本地农民讨论有关矿区水管理计划和污染控制设施，从讨论中可能会产生改进的建议，而且这样做会使下游的农民对该地区的水质保护充满信心。

5.5 开发绿色开采技术实现可持续发展

当今社会经济高速发展，人们生活水平日益提高，对能源特别是煤炭的需求量在大幅度增加，不可能矿山资源开发利用，应根据可持续发展原则，综合考虑矿业经济发展与矿区生态环境保护关系，走矿业“绿色开采”道路。

（1） 矿井保水开采技术研究

研究在开采后上覆岩层的破断规律和地下水漏斗的形成机理，以及各种地质条件下开采期间岩层活动与地下水渗漏的关系，从采矿方法、地面注浆等方面采取措施，实现矿井水资源的保护和综合利用。

（2） 改革巷道布置和采煤方法，减少岩石巷道

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掘进量改革矿井开拓与准备巷道布置系统，积极推广全煤巷布置技术，大幅度减少井下矸石产出量。兖州矿业集团在矿井采区巷道布置时，取消岩石集中巷，采用煤、岩巷相结合的边界上山取代中间岩石上山，加大采区走向长度，进一步简化巷道布置，减少联络巷道工程量，降低巷道掘进率，特别是岩巷掘进率，矿井巷道万吨掘进率由1990年的86.11m/万t，下降到1999年的36.94 m/万t，岩巷掘进率由33.01 m/万下降到8.28 m /万t仅此一项每年可减少矸石排放25Mt。我国一些新设计的大型矿井，如兖州矿业集团济宁三号煤矿、神东大柳塔、补连塔煤矿、潞安漳村煤矿等均采用全煤巷布置，实行单一煤层开拓、准备和回采，矸石基本不出井口。实现全煤开拓方式的若干支持技术也有了很大发展/ 煤巷快速掘进技术/ 锚、网、喷等综合支护新技术的发展，使大断面煤层巷道能长期维护使用；新型辅助运输技术和装备的出现，提高了煤层巷道的适应性；长距离独头煤巷掘进通防及安全技术研究的进展，解决了长距离煤巷掘进通风、降温、煤炭自燃和辅助运输等安全问题，使采区尺寸进一步加大成为可能。积极推广大采高开采技术，减少- ) 以下厚煤层采用分层开采或放顶煤开采时矸石混入量，减少原煤含矸率。优化厚煤层放顶煤开采参数和工艺程序，在有效提高顶煤采出率的同时，降低原煤含矸率。进一步研究、完善新型化学采煤方法，煤炭地下气化是一种新型的采煤技术，地下气化的原理是煤炭在地下煤气发生场（预先开掘的巷道）内进行热化学反应，经过氧化带、还原带、干馏、干燥带排出地面，被烧剩的煤灰和顶板垮落的岩石充填燃空区，只保留一个不大的空间供气流通过，作气化通道。其特点是将埋藏在地下的煤炭直接气化为煤气，经过净化、分离等处理，通过管道把煤气送到工厂等用户。煤炭地下气化开采具有安全性好、投资少、污染少等优点，被誉为第二代洁净采煤方法。目前在我国唐山、新汶、徐州、肥城等矿区试验的有井式、长通道、大断面的煤炭地下气化方法，可生产热值为5 MJ/m3的煤气和12 MJ/m3的水煤气，新汶矿区已成功地为1万户居民提供了燃气，取得了较好的经济效果。 （3） 采空区充填技术研究

采空区充填技术主要有水力充填、风力充填和自溜充填等几类。水力充填材料有河砂、山砂、碎石、炉渣、井下和洗煤厂矸石、油母页岩炼油废渣等。充填材料不同，地表下沉系数也不同，一般为0.1-0.5，减沉效果为50%-90%。以含泥量少的河砂充填材料减沉效果最好，炉渣、矸石充填的效果次之。风力充填一般运用于缺乏水源、井下不宜

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增加水流和一个矿井内仅在少数工作面使用的条件。风力充填要求专用的压风机、充填机和输送管路，对充填材料粒度的要求也较高，由于设备充填能力和效果等原因，国内外的使用范围均不大。近年来，我国在抚顺、兖州、大屯、新汶等矿区应用采空区上方离层裂缝注浆充填法能起减缓下沉速度和下沉量的作用， 可减少下沉30%-40%。使用充填材料可以是电厂粉煤灰和经粉碎的矸石，可起到减少矸石或粉煤灰堆放和减少地表下沉的双重效果，在高潜水位矿区农田保护方面有广阔的应用前景。其技术关键是：一是要保证充填浆液不流入井下采空区；二是要准确预测开成离层的位置。

矸石井下充填和综合利用，主要是利用井下采空区、预掘矿房和废弃巷道作为井下贮矸空间，将矸石充填在这些空间内，既可回收部分建筑物下的煤炭资源，又可部分解决或降低地面沉降和塌陷问题。另外矸石还可作为巷道掘进壁后充填材料等，作为地下结构支撑体，维护井下作业空间的安全。

（4） 减少煤矿瓦斯排放的技术研究

我国煤矿煤层气储量极为丰富，据估计，我国陆上埋深在2000m以下的煤层气（瓦斯）资源量达32×1012- 35 ×1012几乎与常规天然气资源量相当，主要分布在东北、华北、华南和西北等四大聚气区，尤其以华北地区煤层气资源量巨大。将这些废弃的矿产资源进行有效地进行资源化利用意义重大。目前煤层气的勘探在一些条件好的区域有所突破，如山西晋城、沁水南部和河东柳林等，有的已基本具备商业性开发利用条件。矿区瓦斯井下抽放工作进展较为顺利，技术水平居世界领先水平。2000年煤矿井下瓦斯抽放量达0.86G m3，利用量约在0.5 G m3左右，2001年井下抽放瓦斯达0.98 G m3，已经建成井下瓦斯抽放系统和地面输气系统的煤矿已达180个。我国淮南等高瓦斯矿区正在研究煤和瓦斯共采的新方法，主要研究瓦斯抽放规律与抽放的工艺、材料和设备，建立煤层气（瓦斯）井下规模开发与利用的示范工程。

（5） 矿区土地复垦与综合治理技术研究

矿山开采造成大规模土地破坏，对于矿山生态环境、当地居民生活及矿山和地方经济发展都产生了消极的影响。矿区土地复垦与综合治理已引起有关方面的高度重视。煤矿土地复垦的最终目标是恢复因采矿而破坏土地的利用价值，实现矿区生态系统的平衡，为企业生产创造一个良好的外部环境，保障采矿———土地利用———社会经济的持续发展。矿区的土地复垦和生态重建应与采矿活动同步进行，根据矿山不同开采时期

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的技术特点和自然环境等因素及时决策出相应的复垦或生态重建方案，尽量避免或减少对环境的破坏，实现采矿与生态重建的一体化。生态重建与土地复垦主要内容是：根据矿区周围主要特征的动态变化，如土地利用特征的变化等，根据不同的用途，如农业用地、林业用地、建筑用地等，进行系统的开发利用或景观设计；根据矿山开采引起矿区土壤的物理化学性质改变、地质水文的影响，按不同的土地利用方式，环保、水管部门的要求，提出具体的控制和利用措施。

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6．案例分析

本章简单介绍了太原东山矿区主要地质环境问题，详细调查了东山矿区地质环境问题所造成的影响及危害，提出了地质环境问题的防治措施与对策。以便能进一步了解煤矿开采对周边环境的影响。

6.1 东山矿区主要地质环境问题

（1） 采矿活动诱发的地质环境问题

地下矿层开采后，采空区顶板在围岩应力作用下发生变形、破坏，使上覆岩层发生沉陷、离层、裂缝，并可波及地表，引发地面变形与地质灾害。这种由采矿引起的变形破坏大大恶化了矿山地质环境，主要表现为地裂缝、地面塌陷、滑坡及煤矿开采对水资源的破坏等方面。

（2） 土地利用中引发的地质环境问题

在土地利用过程中，由于缺乏环境观念，引起了以固体污染物堆放、耕地被不合理占用及水土流失等为主的地质环境问题。主要表现在矿区内垃圾、矿渣、煤焦、石灰窑和污泥等固体污染物呈南北条带分布于城乡结合部位，形成了太原市城区东部的“垃圾围墙”。同时西部宜农土地资源大部分被城市建设和交通建设占用。还有一部分被果园和砖厂占用，真正用于耕地的土地所剩无几。此外，区内黄土面积大，森林覆盖率低，高强度降雨以及地形坡度等因素的影响，区内水土流失严重，面积约200 km2，占总面积的78%。

Volume 29， Issue 5， September 2009， Pages 330-339

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