郝 志

(山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西太原 030006)

近年来，能源需求越来越大，特别是煤炭资源的开采，造成了严重的环境污染，矿区地质环境严重恶化。地表塌陷和矿井废水污染问题比较突出。因此，改善煤矿环境地质迫在眉睫［1］。据统计，全国煤矿累计采空塌陷面积非常严重。全国重点煤矿，采空塌陷面积约占矿区含煤区域面积的1/10。山西作为国家能源基地，采煤大省，其采空塌陷灾害非常严重。全省15×104km2的土地，采空区就达到了惊人的2×104km2，相当于全省土地面积的1/7。其中，采空区内有6 000 km2的区域发生过地质灾害，造成了很大的经济损失和人员伤亡。此外，煤炭开采还影响地下水资源，大范围的煤炭开采造成了矿区及周边严重缺水，导致地下水位下降。同时煤炭开采中产生的矿井水、洗煤水和矸石淋溶水等直接排放，对矿区周边地表水造成了很大的污染。煤炭开采导致废气排放，危害大气环境。煤炭在开采中排放的矿井瓦斯中含有大量的CH4温室气体，地面堆放的煤矸石自燃过程中产生大量的SO2，CO2，CO等有毒有害气体，严重污染矿区及周边大气环境，使矿区周边环境持续恶化，影响居民的身体健康［2］。

1 煤矿环境地质研究的内容

煤矿环境地质研究对象是由地质因素引起的环境问题，重点研究煤炭开采引起的环境地质问题。其研究内容包括:1)煤炭原始环境地质条件和环境质量;2)煤矿生产活动过程中引起的环境地质问题;3)煤矿环境地质灾害;4)煤矿资源保护和环境污染的防治方法;5)煤矿环境地质监测、评价技术［3］。

2 煤矿环境污染因素及危害

2.1 影响环境质量的基本因素

影响环境质量的基本因素有天然因素和人为因素。天然因素主要是由地质、水文地质、地球化学等天然因素和决定的环境称之为原始环境;人为因素是人类生产和生活等人为因素影响和决定的环境称之为次生环境。

2.2 煤矿环境污染的主要因素

2.2.1 废物堆放的地质因素

主要包括矸石、露天剥离物和煤泥。煤矸石的排放量取决于煤层条件、开采方法、选矿工艺以及煤层的埋藏深度和煤层的赋存条件等，矸石的岩性:炭质泥岩、泥岩、砂岩、石灰岩，与煤系中的岩性组成有关。露天矿剥离物主要是覆盖矿体的表土、岩石和暂时不能利用的级外品矿石。其数量为矿石数量的几倍到十几倍，需占用大量土地，排弃时产生大量粉尘，污染环境。煤泥粒度细、微粒含量多，持水性强，水分含量高，灰分含量高，粘土物质多，热值低［4］。

2.2.2 水文地质因素

包括采矿废水、选矿废水和煤炭在洗选过程中产生的废水。其中，采矿废水就是外排的矿井水，水量较大，根据其水质可分为:1)洁净矿井水;2)含悬浮物矿井水矿化度小于1 000 mg/L;3)高矿化度矿井水矿化度大于1 000 mg/L;4)酸性矿井水pH值小于5.5;5)含特殊污染物的矿井水。选矿废水中含有大量悬浮煤粒、酚类和醇类等污染物。煤炭在洗选排放的废水，含大量的煤泥、泥砂和悬浮物以及少量的金属离子等，给矿区周边的环境造成了严重的污染［5］。

2.2.3 瓦斯及其他气体因素

主要包括采矿废气、燃煤废气和自燃产生的废气。采矿废气及从矿井中排出的废气含有多种有害成分有CH4，CO2等;燃煤废气主要指矿区锅炉、民用燃煤产生的废气，易形成煤烟型大气污染;煤和矸石发生自燃产生的废气，其成分与燃煤有关。煤和矸石发生自燃的原因是FeS2氧化和煤的氧化等。

2.2.4 岩体移动

在外界因素下，地表岩体失去原有平衡状态发生移动，叫岩体移动。矿区的岩体移动，主要是由采矿引起的。地表移动类型有:漏斗状陷坑和阶梯状断裂、缓波状沉陷盆地。在浅部急倾斜煤层采空区和开采深度比开采厚度小于20的缓倾斜煤层采空区，易出现漏斗状陷坑。其破坏范围小，但是危害严重，事发突然。在深部急倾斜煤层采空区和开采深度比开采厚度大于20的缓倾斜煤层采空区，常出现阶梯状断裂、缓波状沉陷盆地。

2.2.5 矿井热

矿井在生产过程中易产生矿井热。当生产矿井采掘工作面空气温度高于26℃和机电硐室的空气温度超过30℃时，就有可能发生矿井热害。矿井热的主要来源是生产和设备运行。

2.3 煤矿环境污染的危害

煤矿环境污染的危害有:1)破坏土地资源，露采直接开挖土地，地采造成土地塌陷，煤矸石排放压占土地，采矿三废污染土地等;2)破坏水资源，采矿工程地下水和地表水的储存和循环状态，降低地下水位，导致地下水枯竭;3)影响大气结构，煤矿废气中含有大量的CH4，CO2等排入大气，加剧了温室效应，同时废气中含有悬浮物和粉尘，降低了空气的能见度;4)污染自然景观，废气中的硫化物和氮氧化物易形成酸雨和光化学烟雾，腐蚀自然景观，对自然景观造成极大的破坏;5)诱发环境灾害，采动压力可诱发冒顶、片帮、矿井突水、煤与瓦斯突出等;6)破坏生态平衡，矿区环境污染，使有毒有害物质积聚，打破了原有的物质循环，导致生物退化、灭亡或逃逸;7)危害人类健康，矿区环境污染环境易产生一些环境疾病;8)制约煤矿可持续发展，水资源的破坏，导致周围区域缺水，煤层自然、岩体移动导致一些资源呆滞、缩短服务年限，开采移民等。

3 煤矿环境地质防治措施

煤矿环境地质的防治主要是以防为主，治为辅，改变了以往先污染环境后治理的理念，从思想上提高企业的环境保护意识，从根源上减少污染物的排放，减少三废的排放量，走可持续发展之路。

3.1 减少煤矸石的排放量

要从根本上减少煤矸石的排放量，需提高煤矸石的综合利用。加强井下矿选技术，增强排矸技术，将井下产生的矸石，直接用于回填，实现矸石的零排放。目前，机械动筛跳汰排矸技术已经相当成熟，以其造价低、效率高的优点得到了广泛的应用，但大部分建在井上，井上产生的矸石回填成本高，大部分只能在地上堆放，因此，机械动筛跳汰排矸技术是未来发展方向。

发展回填式开采和煤矸石发电，地上煤矸石进行分选，部分用于发电，其余的可回填，发展回填式开采，逐步消化地上堆放的煤矸石。从根本上减少固体废物的排放［6］。

3.2 加强矿井水处理

发展矿井水处理技术，对井下产生的污水集中处理，处理达标后的水可用于供井下洗选煤使用，洗选煤产生的废水还可以进行再处理再利用。多余水经处理达标后排出井外，也可用于绿化造林生态恢复等。

3.3 开发利用煤层气

矿井瓦斯对大气臭氧层有极大的破坏作用，同时瓦斯是制取炭黑的原料，瓦斯还可以民用，充分利用瓦斯可以从根源上减少大气的污染环境。一些煤矿，煤层气可抽系数非常高，煤层气的开发利用非常有前景。

4 结语

改善煤矿环境地质，还是要从根本上减少三废的排放量，实现回填式开采，综合治理与利用矿井水，保护井下水文地质，加强井下通风与监测，努力发展开发煤层气技术，走煤炭可持续发展之路。

［1］张方哲.中国煤矿资源评估与开发可行性研究［D］.北京:中国地质大学，2010.

［2］杨海燕，杨福英.关于煤矿行业污染治理的思考［J］.中小企业管理与科技(上旬刊)，2009(8):212.

［3］吴景龙.内蒙古煤炭资源开发利用现状及对策研究［J］.煤炭工程，2008(2):101-102.

［4］李增学，魏久传，刘 莹.煤地质学［M］.北京:地质出版社，2005.

［5］陈家良.能源地质学［M］.北京:中国矿业大学出版社，2004.

［6］白 通.鲁西北石炭—二叠纪含煤地层与控制因素研究［D］.青岛:山东科技大学，2011.