碳中和背景下煤矿开采环境污染改善措施

2023-10-24色胜坤李家春

化工管理 2023年29期

色胜坤，李家春

(1.抚顺矿业集团有限责任公司生态环境中心，辽宁抚顺 113008；2.抚顺矿业集团有限责任公司工程技术研究中心，辽宁抚顺 113008)

0 引言

习近平总书记在《中央财经委员会第九次会议》上指出：“我国的碳排放目标要实现，只有根据碳中和要求及能源双控政策严格开展工作，才能推动煤矿消费在2025年达到峰值，并将其维持在42亿吨左右；此外，加大技术研发，促使煤炭相关工业实现脱碳化，争取到2060年，煤炭消费量降至3～5亿吨[1]。”因此，我国控制CO2大量排放的同时，也要注意煤矿开采带来的环境污染问题。

1 碳中和背景下煤炭开采环境问题

1.1 碳中和背景下煤炭开采

碳中和背景下，“CCUS”技术(二氧化碳捕集、利用与封存技术)是目前可以显著减少碳排放的关键技术之一。在煤矿开采过程中，应用“CCUS”技术，可以有效释放煤层气。开采煤炭过程中，“减碳”关键环节是释放煤气层。作为与煤矿伴生的共生资源，煤气层的分离可以有效减少碳排放。我国目前没有合适的技术来完善“煤矿与煤气层开采系统的分离模式[2]”，导致煤气层直接经过通风系统排放到大气层中，产生比CO2多出20倍的温室效应气体，据统计，煤气层气体对臭氧层的破坏程度要比CO2高出7倍多。碳中和背景下，煤矿开采要避免直接排放煤气层的气体，可以应用智能化煤气同采N00工法来采煤，实现煤、气同采，使采出率由原来的不足50%增加到100%。碳中和并不意味着不使用煤炭资源，世界各国对煤炭的需求决定着煤炭工业的发展，碳中和只能推动煤炭使用方向转变—转向为洁净煤。

1.2 煤矿开采环境改善重要性

分析国内外重大煤矿事故发生的原因发现，环境的不安全条件、物的不安全状态和缺乏安全管理、人的不安全行为等都会导致事故发生。环境的不安全条件影响最大，容易导致煤矿安全事故发生。因此，改善煤矿开采环境，有利于保障工作安全。改善煤矿开采环境能增加经济效益。积极引进采矿新技术，可以改善开采环境，节约经济成本。用科技代替人工操作，避免人力资本大量投入。机械生产可以控制采矿过程中的安全事故，实现“投入-产出”最优化[3]。改善煤矿开采环境能提升核心竞争力，通过改善开采环境来促使采矿企业管理规范化。煤矿开采环境涉及到诸多领域，积极应用新技术，有利于优化开采环境，帮助煤矿企业抢占市场先机，推动创新发展，改善煤矿开采环境能促使煤矿企业经营规范化。

2 煤矿开采带来的环境污染问题

2.1 煤矿地表水污染

煤矿开采都会对水资源造成污染，煤矿开采之前，要将地下水排放到地表，直至矿区地下水全部排到地表才可以进行开采。在这个过程中，大量地下水直接排放到地表，不仅会影响地表的植被、农作物，还会与地表水产生交集，形成交叉污染。煤矿开采产生废水会污染地表水，开采出来煤矸石长期露天堆放，会在物理作用下污染地表水。与空气长期接触，在雨季长时间浸泡，煤矸石会产生氧化反应或其他化学反应，影响地表水的水质。随着煤矿开采的推进，水土流失会越来越严重。

2.2 地下水污染

地下水流动过程中，会与矿区内各种物质接触，产生化学反应，随着化学反应的加剧和时间的积累，地下水中的化学物质会越来越多，久而久之，地下水大面积污染。煤矿开采工作正式开展过程中，各种机械设备和人工作业会产生有机悬浮颗粒，导致细菌数量激增，直接污染地下水源。与此同时，煤矿开采形成的矿坑会阻碍地下水的流动。开采产生的废水得不到排放，开采所需水资源无法及时得到弥补也会导致地下水水位下降，致使整个区域内井水和泉水递减，严重的情况出现干涸，影响整个矿区正常用水并污染矿区地下水。随着煤矿开采持续深入，带来的污染也会深入地下，与地下水结合，导致整个地下水系受到污染。

2.3 大气污染

大气污染物的来源较为复杂，煤矿开采单位的员工食堂有炉灶、工棚和取暖炉，只要使用，都会产生一定的污染物。相较于施工、运输产生扬尘污染，其他污染物对大气污染并不算严重。导致大气污染污染物主要包括TSP、SO2、CO、PM10、PM2.5等。特别是在粉尘收集制备过程中，如存在以下问题，就会增加大气污染的可能性。

(1)设备运行过程中，没有封闭皮带，导致下料口产生太多扬尘。

(2)振动筛的封闭性不够强，导致多处漏尘，粉尘大量进入空气中，四处飞扬。

(3)二次扬尘较为严重。振动筛封闭性不够强，当粉尘积攒到一定程度，就会在风的作用下(或由于机身振动导致)，漂浮在空中，产生二次扬尘，加重污染，导致大气中浮尘严重超标。根据粉尘试样初步检测结果，再结合相关资料进行深入分析发现，大气扬尘的主要成分如表1所示。

表1 大气扬尘的主要成分表

2.4 声环境影响

煤矿开采周期较长，所需设备较多，长时间开采意味着相关设备需要长期运行，导致噪音加重，因此，随着开采时长的增加，煤矿开采区域的噪声污染会越来越严重。在开采过程中，矿工在长期连续性工作中受到高强度噪声污染影响，导致听力下降是常见现象，情况严重的，还会引发耳鸣耳聋等问题。长期从事煤矿开采的矿工会因为声环境的影响而产生神经衰弱和心脑血管疾病。声环境会影响旷工身体健康，进而影响其工作效率，工作状态不佳，增加煤矿开采安全事故发生的几率，埋下安全隐患。噪声会对居民的身心健康产生影响，具体表现为：第一，损害周边居民的听力，诱发心脑血管疾病发生；第二，干扰周边区域的正常通讯，可能诱发安全事故；第三，影响周边居民的夜间休息，导致其白天感觉极度疲劳；第四，致使周边居民家中的电子仪器或电器失灵，影响正常生活。

2.5 固体废弃物污染

在煤矿开采过程中，固体废弃物污染主要来自于井筒和巷道中的煤矸石。一般来说煤矸石存在于煤层和削下煤层底板之中，在洗煤过程中，要有意识地将其剔除。因此，洗煤过程中，煤矸石会被大量排出，如果不做妥善处理，随意露天堆放，就会带来一系列污染问题，导致严重的固体废弃物污染，破坏自然环境。

2.6 矿区生态环境问题

煤矿开采会大量破坏土地资源，随着开采时间的增长，会产生形态各异的生态环境问题。将耕地变成矿区废弃地，引发土地沙漠化、盐碱化，导致林木绿化率降低。煤矿开采区域的周边环境会产生巨大变化，废弃堆积物没有做好处理，在雨天、大风天气的作用下，导致水土大量流失，加剧荒漠化。风力较大时，灰尘四处飞散，导致周边的天空雾蒙蒙的，影响农业生产和人们的身心健康。下大雨时，泥沙碎石被冲进水库当中，给水资源造成污染；有害物质被水冲到耕地和灌溉河流中，导致耕地和水源受到污染，影响农业生态环境和饮用水安全。

3 煤矿开采环境问题的治理对策

3.1 煤矿地表水污染改善措施

改善地表水污染要有针对性地开展相关活动。煤矿企业必须根据实际，做好系统处理工作，将污水净化，进行二次利用。净化后的水可以用作生产用水、消防用水、降尘洒水。生活污水经过简单处理后，也要进行综合利用，不能做外排处理。洗煤一般都采取“湿法洗煤”法开展作业[4]，这种洗煤方式会大量消耗水资源，导致地表水污染问题难以解决。煤矿企业通过闭路循环等方式洗煤，提高水资源利用率。根据煤质的特性，选择合适的加工工艺，确保煤炭加工的稳定性和低污染性。采取回灌的方式也可以减少废水排放，提高水循环效率。煤矿企业推行回灌技术，可以避免水位下降，缓解矿区水土流失、大面积干旱等问题。

3.2 地下水污染改善措施

地下水污染除了采煤时使用水产生的污染之外，最常见的就是矿井水的污染问题。处理矿井水污染，要结合实际情况，做好针对性处理和差异化处理。具体来说，地下水污染处理首先要做好清浊分流工作，严格控制水质较好的矿井水与浊水混合在一起；其次，利用石灰处理酸性矿井水；然后，利用湿地或微生物对污水进行生物处理和化学处理。除此之外，煤矸石由于长期淋雨，会产生水污染，必须合理处理，避免煤矸石的淋溶液污染地下水。

3.3 大气污染改善措施

以数据分析结果为依托，积极开展环保工作，监控系统的主要任务是收集数据。对排放物中的有害物含量进行分析，采取相应处理手段：第一，对煤层进行注水，减少粉尘污染和废气污染；引发大气污染的废气包括SO2、CO、PM10、PM2.5等，可以“应用脱硫技术，在炉前、炉中、炉后三个时段进行脱硫处理[5]。”使用干雾除尘装置，安装多个喷嘴，在各个排气口做好除尘处理工作。第二，利用雾滴捕捉技术处理粉尘；雾滴捕捉主要使用水舞捕捉扬尘，在冬天，累积在振动筛上的水容易结冰，影响工艺生产，带来安全隐患。第三，应用单台布袋除尘技术；在不同排气口安装小型布袋除尘装置，去除粉尘。相对而言，这一技术比较成熟，可以快速选购设备并投入使用，但存在粉尘回收问题。

3.4 声环境影响改善措施

施工过程中，如果不是必须使用大型生产机器的情况下，建议煤矿企业尽量使用噪声小的机械作业。为了避免噪声影响周边居民正常休息，保证施工人员及周边居民的身心健康，要科学合理地安排施工作业的时间，编制施工计划方案，尽可能避开夜间长时间施工。此外，煤矿往外运输要尽量避开夜间作业，凿岩机的作业会产生很大的噪声，煤矿企业必须采取消音措施，选用低噪音设备，最大限度降低噪声污染。在开采区安装隔声罩等隔音设备，全面解决空压机、通风机噪音过大等问题，保证周边居民及轮休工作人员的正常休息。选煤厂的常用设备噪音极大，煤矿企业必须选择合适的低噪音设备来代替，并在选煤厂周边安装消声装置，定期进行检修，保证消声效果。

3.5 固体废弃物污染改善措施

固体废弃物的污染要改善，从煤矿选址之初就要意识到这类问题，选择合适的开采区域，设置煤矿厂。“应用污染源自动监测技术，处理好排污口、采集数据、样品，以科学管理的方式来绘制出准入的项目标准化曲线[6]。”利用自动监测技术，对收集的数据，加以梳理整合，自动生成报表，增强工作质量。系统运维工作的好坏，决定着信息可靠性与利用率的高低，环保监督工作开展的质量，影响相关服务质量。根据实际污染类型，选择合适监测技术，获取数据，加以分析，制定完善工作方案。利用污染源自动监测技术，做好煤矿开采工作特性及固体污染物分析工作，统计分析结果，制定监测报告，深入了解固体污染物的主要来源。

3.6 矿区生态问题改善措施

改善矿区生态问题的措施除了常见利用生物技术和化学技术改良矿区废弃地的基质矿区废弃地之外，为保证污染源处理工作更好开展，还要将污染源自动监测技术应用于煤矿开采当中，且保证技术应用合理性。具体措施如下：第一，实施现场检查时，必须拥有两套方案，一套为定期检查方案，一套为不定期检查方案。以保证操作管理机制顺利落实，合理进行运维。第二，加大检查力度和惩处力度。基于相关工作方案，全面增强污染源自动监测技术应用效果，发挥这一技术的积极作用。第三，制定完善运维方案，树立正确责任观，进行现场检查时，对相关情况进行深入分析，展开详细调查，建立系统化的工作机制及模式，以保证管理创新。第四，明确现场管理工作目标，全面加强污染源自动监测技术在现场检查中的应用效果，以保证污染监管跟上时代步伐，达到预期目标。