中国煤矿城市生态环境及其整治论析*

2014-03-20薛毅

湖北理工学院学报(人文社会科学版) 2014年6期

薛毅

(中国矿业大学中国煤矿史研究所，江苏徐州221008)

煤矿城市是指在煤炭大规模开发的基础上形成和发展起来的、矿区人口占城市人口1/3 以上的国家行政管辖县级以上的一类城市。煤炭是这类城市的主要产品，煤炭产业发展的状况对所在城市的发展有决定作用。21世纪初，在中国660 多座城市中，被国家有关部门确定的资源型城市有118 座，其中63 座属于煤矿城市，遍布中国20 多个省区。由于煤炭工业是煤矿城市的支柱产业，煤炭在开采、加工、运输等过程中，会不同程度造成水和空气污染、噪声污染、地面塌陷、露天矿坑、固体废弃物堆积、矿井报废等一系列环境问题。总结煤矿城市的生态环境问题，探讨整治方略，借鉴西方国家的经验教训，有益于中国煤矿城市生态环境的不断改善，对有色金属、石油等其它资源型城市生态环境的改善，也可以提供借鉴和参考，有利于整个国家生态文明建设的发展。

一、煤矿城市生态环境问题的由来

伴随着工业化、城市化的不断发展，城市在为人们提供前所未有的物质与精神享受的同时，也给生态环境施加了巨大的压力。这种压力主要来自城市工业生产、交通运输和日常生活所消耗掉的自然资源及其产生的废弃物。1980年3月5日，联合国发出呼吁:必须研究自然的、社会的、生态的、经济的以及利用自然过程中的基本关系，确保全球持续发展。从此，“可持续发展”一词在全球范围内被广泛关注，它所倡导的经济发展、环境保护和社会公平相结合的宗旨得到了全世界人民越来越多的理解和赞同。

生态环境是人类生存和发展的基本条件，是经济、社会发展的基础。《辞海》对环境的解释为“周围的境况”。通俗地讲，所谓环境即主体事物所面对的周围的一切，包括自然环境和社会环境两大领域。社会环境包括居住环境、生产环境、文化环境、交通环境等。环境通常是指作用于人类的所有外界影响因素的总和，是人类赖以生存空间的总称。《中华人民共和国环境保护法》第一章第二条明确提出:“本法所称环境，是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。”环境是一个相对的概念，是相对于主体而言的客体。环境与其主体相互依存，因主体的不同而不同，随主体的变化而变化。煤矿城市的环境问题可以说与煤炭的开发相伴共生，它涉及到煤炭开采、加工、储运和燃烧使用的全过程。

长期以来，我国许多煤矿城市由于对煤炭资源的保护问题认识不足，对煤炭开采带来的环境问题重视不够，形成了煤炭工业粗放发展的模式，地方政府和煤矿企业大多重采煤、轻生态环境保护。

煤炭开采主要分为井工开采和露天开采两种方式，中国95%以上的煤炭生产来自于井工开采。一般而言，煤炭开采会造成地面塌陷、露天矿坑、矸石堆积、矿井报废等环境问题。地面塌陷往往造成地面水与地下水径流改变，土地盐渍化和沙化严重等一系列问题。大量的矸石堆积如山，不仅占用良田，而且还会自燃、排放粉尘及有害气体，污染环境。对煤炭需求较多的火力发电、冶金工业、建材工业、化学工业等产生的固体废弃物、废水和灰尘对土壤、水和大气造成严重污染，对生态环境造成一定的破坏。因此，恢复和改造煤矿城市所辖地域的地表形态，防止生态系统恶化，是煤矿城市所面临的一大问题。据2001年的调查，“我国因采矿直接破坏的森林面积达106 万公顷，破坏草地面积为26.3 万公顷，全国累计占用土地约586 万公顷，破坏土地约157 万公顷，且每年仍以4 万公顷的速度递增，而矿区土地复垦率仅为10%。另据测算，我国每采万吨煤，平均塌陷土地0.2 公顷”［1］207。煤炭生产出来后，一般要进行一系列的加工。加工包括选矸、筛分、洗煤、炼焦、制气等工序。煤炭的生产，一方面给社会提供了重要的能源和资源，另一方面又给煤矿城市带来了环境污染和社会问题。

二、影响煤矿城市环境的主要因素

煤矿城市的环境问题主要有地表沉降和塌陷、大气污染、水污染、噪声污染、固体废弃物污染等。

(一)地表沉降和塌陷

在中国众多煤矿中，绝大部分在地下井巷坑道采煤，采用全面冒落法管理顶板。地下煤层开采后，采空区上方的覆盖岩层和地表将失去平衡而发生移动和变形，致使大多数矿区出现地表沉降和塌陷现象。地表沉降和塌陷是矿山地质灾害之一，它会损害地表各类建筑物，如，城市工业与民用建筑、村庄、铁路、桥梁、管道、输电线路等。据统计，煤矿在地下每开采1 万吨原煤，导致地表土地塌陷面积0.2 公顷，塌陷区面积约为煤层开采面积的1.2 倍。最大下沉值约为煤层采出厚度的70% ～80%。凡地表塌陷沉降严重的地方，农田绝产，道路毁坏，建筑倒塌，环境恶化，导致人口搬迁等一系列问题，严重制约着煤矿城市的可持续发展。有人把矿区塌陷称之为“缓慢式地震”。例如山西大同市，“50年来形成采空区近450 平方公里，地面塌陷随处可见，地面裂缝纵横交错，大量耕地、道路、房屋损毁”［2］15。黑龙江鸡西市矿区面积约709.7 平方公里，因为煤炭开采，到2000年塌陷区面积约有206 平方公里，地面下陷深度从0.1 米到4 米不等。“其中，有2 平方公里下陷深度大于4.1 米。由于地面塌陷使市区120 万平方公里市政建筑设施受到破坏，其中有266 公顷耕地已无法耕作;使公路、铁路、桥梁遭受不同程度的破坏，公路受严重破坏的路面面积达37.8 平方公里，需要重建的桥梁22 座，使人民生命财产遭受损失，影响社会的安定团结”［3］133。

再看同样为煤矿城市的辽宁抚顺市，因城区建在煤田上，煤炭开采与城市建设之间的矛盾十分突出，建市几十年来，塌陷区内房屋倒塌和人员伤亡的事故经常发生。为了社会稳定，抚顺矿务局从20世纪70年代末以来不得不“保城限采”，使该市的煤炭产量急剧下降。

据对抚顺西露天矿、阜新海州露天矿、阜新新丘露天矿、义马北露天矿和铜川前河露天矿的统计调查，“每开采万吨煤要挖损土地0.06 ～0.13公顷，平均约0.12 公顷。从1949—1989年底，我国露天矿产量约8 亿吨，挖损土地总面积达9 600公顷。我国在1991—2000年期间露天开采计划年产原煤1 亿吨，以此估算，今后年挖损土地面积约1 200 公顷”［4］72。

地表沉陷不仅给农业带来灾难，而且危害城区的建筑和基础设施。

在20世纪80年代，全国平均每采1 万吨煤造成地面塌陷土地约0.2 公顷。仅以黑龙江省的鹤岗、鸡西、双鸭山、七台河四大煤矿城市每年采出的煤炭约5 000 万吨计算，累计塌陷土地1 000公顷。地表塌陷造成大片土地毁坏，良田荒芜，导致土壤成分改变。土地贫瘠荒芜，农民收入下降，迫使农民外出打工。开滦煤矿经过100 多年的开采，在唐山“已经形成60 多平方公里的采空区和约21 373 公顷的采煤塌陷地，今后还将以每年133 公顷的速度塌陷。……目前，唐山市因采煤造成地表塌陷总面积已达22 460 公顷，其中绝产地4 750 公顷，形成大小塌陷积水坑53 个，积水总面积2 480 公顷;因采煤塌陷搬迁村庄94 个”［5］106。

河南平顶山市是20世纪50年代开始大规模开采煤炭的城市。到2004年，平顶山市因煤炭开采造成的塌陷区东西绵延约30 公里，南北宽约8 公里，采煤塌陷土地的地貌多呈蝶形洼地或槽形洼地，塌陷深度从边缘向中心部逐渐加深，最深处一般为采出煤层厚度的60% ～70%。到2009年左右，平顶山市采煤塌陷土地总面积约67.87 平方公里，其中稳定塌陷土地约12 平方公里，平均塌陷深度2 ～4米，积水面积约4.28 平方公里，其中积水深度1 ～3 米的占积水面积约80%，共涉及平顶山市卫东区、新华区的3 个乡镇41 个行政村近万户农户。塌陷破坏耕地36.67 平方公里，50%的耕地大幅度减产或绝产。塌陷还造成农村居民住房变形或倒塌，需搬迁21 个村组近2 000 户村民［6］69。

在中国煤矿城市发展史上，很多煤城都是先有矿，后有城，城市围绕着矿井群建设，甚至城市建在优质煤田的上方。这种城市规划虽然有方便生活、有利生产的一面，同时也给城市的发展带来了“紧箍咒”，煤矿发展时时刻刻要考虑地面塌陷带来的一系列问题。例如，唐山市采煤塌陷区主要集中在4 个中心城区，其它城区的塌陷区已成为煤矸石、粉煤灰、城市垃圾的排放场。

地表沉陷还使矿井排放水在地面污染后又顺着采煤塌陷地裂缝下渗，污染地下水体。以黑龙江省七台河市为例，这里曾经有大小塌陷坑200 余处，其中最大的“落燕湖”存水量达万立方米。在七台河市100 多平方公里的土地上，200 余家企事业单位、学校商店，几百万平方米的建筑全部毁于地表塌陷，城市经过两次搬迁、三次建设，损失巨大。

由于地表塌陷，矿区住宅区难以形成集中供热管网，道路的不平整更是成为普遍的问题。由于矿区的道路无法修筑水泥路面，只能修砂石路面，每当车辆驶过尘土飞扬，使大气中的微悬浮物严重超标。

地表沉陷极易造成地裂缝，诱发新的地质灾害。例如，报废矿井中残存的瓦斯顺势而上溢出地面，一方面污染环境，更严重的是达到一定的浓度就会燃烧，甚至爆炸，严重威胁居民的生命财产安全。

再以露天开采为例。据不完全统计，“我国露天开采每万吨煤破坏土壤0.24 公顷，其中采场挖损破坏0.08 公顷，外排土场压占0.16公顷，尤其是倾斜煤层的凹陷露天，这些露天不能内排或内排量微乎其微，采空区不可能在开采完毕时恢复为原始地形，剥离废石外排占用土地量更为巨大。……以抚顺矿务局的露天煤矿为例:抚顺矿务局所属西露天煤矿、东露天矿设有3 个外排土场。其中西排土场和东排土场主要收容各种剥离岩土，汪良排土场主要收容选煤厂洗后矸石和杂煤。东排土场和汪良排土场使用到2010年，西排土场已经于2000年关闭。三个排土场原地貌均为丘陵平地，长期的废弃岩石堆积，对原来土地上的植被造成了严重的破坏，由于剥离的岩土土质疏松，无法修建厂房、住宅，因而大面积撂荒，造成了土地资源的严重浪费”［7］46－47。

还有“三下”采煤(水体下采煤、建筑物下采煤、铁路下采煤)对城市环境的影响更是不言而喻。

(二)大气环境污染

埋藏在地下的煤炭保留着一部分在其煤化过程中生成的烃类气体(主要是甲烷)，这些甲烷在采煤过程中释放出来，由矿井通风排到大气中，引起的大气污染主要有以下几方面的原因:

1)露天煤矿的排土场多数没有进行合理的土地修复和再植被。露天煤矿的外排土场形成几百到几千公顷的人为荒漠化土地，到了春季和秋季，荒漠化的排土场产生的扬尘会给周围大气造成严重的污染。

2)煤炭在生产和加工利用过程中会产生大量的煤矸石，在运输、装卸、堆放等过程中，由于处于裸露状态，大风随时都会将煤矸石的粉尘吹入大气中，造成大气污染。污染严重时会降低煤矿城市的光照度，影响人们的日常生活和植物生长。

3)煤炭本身在开发、运输、存储的过程中，煤尘对大气会带来一定程度的污染。生产出来的煤炭被运输到井上后，由于地面上的煤炭仓库、煤场、筛洗地多处于露天状态，缺乏防尘及降尘设备，煤尘会随风飘浮，既浪费了煤炭资源，也污染了大气环境。煤炭在运输过程中，会向大气排出铅、氮氧化物、CO、碳氢化合物、SO2等有害气体。

4)煤炭在使用的过程中也会污染大气环境。在中国，约85% 的煤炭是通过直接燃烧使用的，主要包括火力发电、工业锅(窑)炉、民用取暖和家庭炉灶等，全国平均煤炭利用率仅为22%。煤炭中含有SO2和CO2。在当下的中国，燃煤造成的SO2及总悬浮颗粒物(英文缩写TSP)的排放量分别约占85%和70%，造成我国以煤烟型为主的大气污染。特别是火力发电、冶金和建材行业等在生产过程中，向大气排出粉尘、烟尘、SO2等各种污染物。例如:“唐山市能源结构中的耗煤量占总耗能量的84.47%，大气污染为烟煤型污染。据监测，2001—2003年，全市废气排放量分别为2 666亿立方米、3 621 亿立方米、6 638 亿立方米。TSP年均值高于国家规定的三级标准，也超过适用于生活区、居民区执行的二级标准的1 ～2 倍;一些致癌物远远超过了世界卫生组织和我国推荐的标准;全市大气环境质量总体在三级标准。”［5］105如表1所示。

表1 唐山市大气污染物排放情况表

还有的煤矿城市因区位和地理等因素，大气污染问题比较突出。例如陕西省的铜川市，“由于地处河谷，风速低，逆温强，人口密度大，过往车辆多，工农业生产和居民生活用有烟原煤……，因而，环境污染、尤其是大气污染严重。1989年，已成为严重污染级城市。……铜川大气污染源主要有工业、生活、交通运输三大类。按污染负荷比计算，工业污染源占66.6%，交通污染源占22.3%，生活污染源占11.1%。”［8］155“铜川矿务局矸石山自燃，矸石山周围SO2等有害气体严重超标，使此矿区成为肺气肿和癌症的高发区。”［9］20

严重的大气污染会对人体健康产生影响，会腐蚀建筑物及金属制品，给农作物生长带来灾难。在山西省5 000 多平方公里的煤炭运输线上，两侧农作物因煤尘覆盖，影响光合作用，仅此一项就使全省每年粮食减产2 800 万斤［10］24。

(三)矿井水污染

矿井水是煤炭生产过程中的主要伴生物，由伴随矿井的开采而产生的地表渗透水、岩石空隙裂水、矿坑水、地下含水层的疏放水，以及煤矿生产、防尘用水等组成。矿井水是一种地下水，但它又区别于一般的地下水。由于长期赋存于地下，大量矿物质溶入其中;同时，受井下开采活动的影响，油类等有机物质也进入到水体中，矿井水的水质成分变得较为复杂。煤矿在地下开采煤炭时，为了安全生产的需要，需将大量的地下水抽排到地面。而这些被排出的水与煤、岩层接触发生了一系列的物理、化学和生化反应，一般均含有煤粉、岩粉、酚和黏土等固体颗粒，其主要成分为煤粉。矿井水中有些含有悬浮物，有些高度矿化，有些为酸性水，有的含有少量的氟或放射性元素。这类矿井水中往往含有一种或几种对人体有害的成分，包括微量放射性元素、重金属、氟、石油类等。尽管矿井水中的有害成分含量不高，但超过了生活饮用水水质标准规定的限值，不能用来做饮用水的水源。一些煤泥水，特别是浮选废水对生物危害较大，用于灌溉农田，往往会引起农作物减产;将其排入河流、湖泊，会影响水生物生长，淤塞河道;渗入地下，会污染饮用水水源，容易引起胃肠道及神经系统的疾病。据统计，“我国煤矿每年产生的各种废污水约占全国总废污水量的25%。2005年统计数据显示，全国煤炭行业总共有2 968 家工业废水排放企业，共排放污水46 650 万吨，其中有7 341 万吨污水排放没有达到国家环保标准，不合格比例达15.7%，有123 万吨污水没有经过任何处理被直接排放到江海中。”［11］22露天煤矿排土场的煤矸石中富含有碱金属、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水体造成污染，渗入地下含水层，也会污染地下水体。排入河流、湖泊会抑制鱼类生长。

煤矿排水量根据地质状况、矿区地势气候条件的不同差异很大。吨煤排水量最多的河南焦作煤矿，达到47.1 吨，开滦煤矿为7.7 吨，徐州煤矿为4.4 吨，淮北煤矿为1.8 吨，铜川煤矿为0.5 吨，乌达煤矿为0.1 吨。从矿井内抽排出来的水如不做净化处理，则无法利用，并且污染周边环境。经过净化处理的矿井水可用来作煤矿城市的生活和生产用水。据估算，“2007年我国煤炭生产排放的矿井水达54 亿立方米，利用量约29.7 亿立方米，利用率达55%”［12］20。

除了矿井水，生产的煤炭在洗选过程中还产生煤泥水。在选煤工艺中，水是重要的工作介质，每选1 吨原煤，用水量约为4 立方米。20世纪90年代时，全国有近200 家选煤厂，由于工艺流程和装备的不完善，中国一年累计排放煤泥水2 800 万吨，其中超标排放约1 000万吨［9］19。

此外，煤矿主要附属工厂火药厂、煤机厂、矿灯厂、焦化厂等产生的废水排放量虽不大，但毒性很高。露天煤矿闭坑后，采场周围水体和大气降水汇入采场采空区，也会由于浸润采场的残煤露头，使煤层中硫和重金属等污染物质溶入水体而使地下水受到污染。

应该说明的是，中国的煤矿城市大多是缺水城市，矿井水对于当地来说是宝贵的资源。

(四)固体废弃物污染

固体废弃物污染主要是指煤矿在建井和生产过程中产生的煤矸石、锅炉渣、粉煤灰等，以煤矸石居多。煤矸石是赋存在煤层顶板和底板含有少量炭质的一种泥页岩。对煤矿城市而言，给环境带来破坏的最主要的是煤矸石。一个年产量在1 000 万吨煤炭的煤矿，每年要排出几十万立方米的煤矸石。这些煤矸石运到地面后，不仅占用了大量的土地，堵塞河道，其中一部分还会燃烧，排放出大量的有害气体，污染空气，影响农作物生长，直接危害人们的身体健康。例如铜川市的“三里洞煤矿矸石山一直自燃，王石凹矿矸石山自燃尤为严重，尽管工人日夜灭火，但自燃点此伏彼起不绝。矸石山烟雾弥漫，造成矿区大气严重污染”［8］161。再以江苏省徐州市为例，该市在20世纪“80年代末，徐州矿务局共有矸石山28座，煤矸石堆存总量约4 000 万吨”［13］184。

中国目前有矸石山1 500 多座，累计堆存35.5亿吨，占用土地已经超过7 500 公顷，而且每年以200 ～300 公顷的速度递增，如表2所示。

表2 全国部分矿区煤矸石排放状况统计表

除了已有的煤矸石，每年煤炭生产和加工新产生煤矸石3 ～3.5 亿吨，其排放量占全国煤矿原煤产量的15% ～20%，2005年排放的煤矸石综合利用率为43.5%。“全国有380 多座矸石山长期自燃，加之矸石堆放产生的淋溶水，还造成了严重的大气和水资源污染。”［12］21

(五)噪声污染

在煤矿城市，地面工矿企业各种机械运转、煤炭装卸、轨道机车和各种运输产生的噪音，经常超过人们日常生活噪音30 分贝的标准，对人们的生活和健康形成了危害。据陕西铜川市“1981年和1985年噪声普查资料，交通运输为市环境噪声主要污染源;其余依次是生活活动、其他、工业生产。交通噪声声级在上升，而且覆盖面积也在扩大”［8］159。

(六)煤炭运输污染

在中国，由于煤炭生产与消费之间大多存在巨大的空间距离，导致“北煤南运，西煤东输”的长距离运煤特点。无论是铁路还是公路运输煤炭，一般都没有篷布遮盖，运输中产生的煤尘到处飞扬，既损失大量的煤炭，又污染沿线周围的生态环境。据有关资料介绍，运距为1 600 公里的组合整体列车，煤炭受风吹损失约占所运煤炭的1%。“据统计，1999年全国铁路运煤量为64 917万吨，平均运距为550 公里;经公路运输或中转到铁路的煤炭量达6 亿吨，平均运距为80公里。若以0.5%的扬尘损失计算，因运输向大气中排放的煤尘达600 多万吨，直接经济损失超过6 亿元人民币。”［14］6

(七)煤炭化工的污染

煤炭不仅是工业和交通的重要能源和居民生活的燃料，而且是重要的化工原料。煤炭经过加工转换，可以提取苯、萘、醇、醛、酮、胺、蒽等有机化合物，制成数千种化工产品，如，农药、化肥、医药、炸药、燃料、涂料、塑料、合成橡胶、合成纤维、感光材料、耐高温材料等。

20世纪60年代以来，国内不少煤矿城市为了延长煤炭的产业链条，提高煤炭的深加工能力，增加矿区的经济效益，陆续上马了大大小小的洗煤厂和焦化厂。由于一些企业负责人思想认识不够或投资不足，环保不能达标，造成烟气不达标排放、排出的废水未经处理，从而严重污染了矿区的生态环境。仅以吉林辽源市为例，“一是水土流失严重，全境水土流失面积占土地面积的36%。二是森林结构不合理，涵养水分与防护能力差，农村生态破坏加重。三是矿山生态环境问题比较严重，主要有采空区地面沉陷、占用和破坏土地、三废排放与污染及矿井地质灾害等问题。采煤沉陷区致使多个村庄及住宅、市政设施、医院、学校、工厂遭受严重破坏且有加重趋势。现有各类露天开采矿山146 个，占用和破坏林地、耕地等土地面积达30 平方公里。露天采煤常造成不稳定斜坡、崩塌、滚石等地质灾害”［15］267。

三、对煤炭资源的综合利用

煤矿城市实现工业文明与生态文明的融合互动、良性发展，最关键的是要解决好“方法论”问题，要把生态文明建设放在突出地位。

在煤炭生产、加工、运输、使用的过程中彻底消除污染是件十分困难的事情。煤炭既是工业的主要燃料，又是工业的原料。这就使各种工业围绕煤炭的加工利用组成地域工业综合体成为可能。世界上最早的工业基地一般多是以煤化工为基础，以炼焦炉为中心组成的。

对煤炭资源的综合利用，主要是通过物理或化学的方法全面地多次利用煤炭及相关产品。它能够变小用为大用，变一用为多用，变有害为有利，提高煤炭及其附属产品的经济价值，从而物尽其用。例如，煤炭的焦化可得到焦炭、煤焦和焦油;煤的加氢可以得到合成汽油、合成橡胶和塑料等。

在煤矿城市，在综合利用煤炭资源的基础上发展地方原材料基地，是消除各种不合理运输和保证依靠区内资源最大限度地满足当地工业发展与居民需要的重大措施。化学工业的兴起与发展，为充分合理地使用煤炭资源开辟了无限的可能性。例如运输褐煤，从经济上来看不合算;如果就地综合利用，就可生产出煤气、氨、苯、酚等重要化工原料或产品。对煤炭进行综合利用，也可以达到防止污染、保护环境的目的。对煤炭的综合利用主要包括以下几个方面。

(一)综合利用煤矸石

在中国，对煤炭的综合利用始于20世纪60年代。最初是对煤矸石进行加工利用，接着是发展建材、型煤、煤化工、煤的液化等。1964年，中国开始研究流化床燃烧技术，利用煤矸石、劣质煤等低热值燃料取暖，逐步发展到发电。20世纪80年代初，国产的35t/h 的流化床锅炉和130t/h 流化床锅炉先后通过技术鉴定。1985年，中国先后建成8 座低热值燃料火电厂，装机容量为9 万千瓦，取得良好的经济效益。例如，四川永荣矿务局电厂用洗中煤掺部分煤矸石发电，将发电用的旧式锅炉全部改造成沸腾炉，致使发电成本降低40%，发电量增加了2 倍。

对煤矸石的综合利用，主要有以下几个方面:第一，发展煤矸石不出矿井的生产技术，这项技术包括提高井下巷道支护强度、少开岩石巷道、少产生岩石和矸石的技术。将井下生产出来的煤矸石直接充填采空区，既减少了煤矸石排到地面压占土地，又起到井下支护作用。第二，将运到井上的煤矸石向地面塌陷区充填，将塌陷地区变为建设用地。第三，以煤矸石为原料烧制矸石砖、水泥等;从中提取氧化铝、聚合铝等化工原料;利用煤矸石发电等。

以煤矸石为主要原料生产建材产品，在20世纪80年代得到迅速发展。“1981年，全国煤炭系统建成以煤矸石、石煤和炉渣为原料的砖、瓦、水泥厂共481 座，砖、瓦年生产能力25 亿块，水泥年生产能力100 多万吨。有的煤矿试制和生产……陶粒、陶管、人造大理石、空心砖、混凝土和马赛克等产品，利用煤矸石的经济效益显著。”［16］41

吉林省舒兰矿务局的营城矿区和刘房子煤矿还注重开发与煤炭共生的膨润土。膨润土可用来生产粘合剂、悬浮剂等。

(二)抽采利用煤矿瓦斯

煤矿瓦斯又称煤层气，是与煤炭共存的烃类气体。和天然气一样，它的主要成分是甲烷，煤矿瓦斯中甲烷含量大于90%。据勘测，目前我国埋藏2 公里以浅的煤层气地质资源量有36.8 万亿立方米。瓦斯有“矿井杀手”之称，同时又是破坏环境的温室气体。目前中国的煤矿中，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井约占1/3。瓦斯易燃易爆，当空气中瓦斯浓度达到5% ～16%时，遇到火源就会爆炸，瞬间形成高温高压冲击波，并产生大量CO。煤矿一旦发生瓦斯爆炸或煤与瓦斯突出事故，就会造成大量人员伤亡。“新中国成立以来，全国共发生23 起一次死亡百人以上的煤矿事故，其中21起是瓦斯事故。近4年来，煤矿重特大事故死亡人数近70% 都是瓦斯事故造成的。”［17］可以说，瓦斯灾害目前是中国煤矿安全生产的最大危害，是威胁煤矿职工生命的“第一杀手”。

同时，煤矿瓦斯的热值与天然气相当，是一种潜在的储量巨大的洁净能源。在煤矿开采前将煤层气抽取利用有着多重意义。1 立方米瓦斯发热量大于33.44MJ，即8 000 千卡，是与天然气相当的优质清洁能源，可广泛用于发电、工业窑炉、民用、汽车灯方面燃料或生产化工产品。所以，对煤矿瓦斯进行抽采利用，既减少了煤矿生产的安全隐患，从根本上保障煤矿安全生产和改善大气环境，又可以增加优质清洁能源供给，改善能源供给结构。与此同时，抽采利用煤矿瓦斯可以有效带动钢铁、建筑施工、装备制造、运输及相关服务业发展，促进投资需求和扩大社会就业，能形成一个从生产到服务的大产业，成为新的经济增长点。比如，2009年全国瓦斯抽采利用直接投资超过66 亿元，带动国内生产总值增加约12亿元，提供就业岗位约12 万个。

搞好煤矿瓦斯抽采利用是减少环境污染的重要举措。“煤矿瓦斯的温室效应是CO2的21 倍。据计算，每利用1 亿立方米甲烷，相当于减排150 万吨CO2。”［18］182目前我国煤层气中绝大部分瓦斯直接排空了，既浪费资源，又污染环境。所以，搞好瓦斯综合利用，最大限度地控制瓦斯直接向大气中排放，有利于减少空气污染，保护生态环境。

对煤矿瓦斯进行抽采利用还是一个新的经济增长点。建设抽采工程和配套管网，可以带动钢铁、建筑、装备制造、运输及相关服务业的发展，促进投资需求扩大和就业增加。“比如，2009年全国瓦斯抽采利用直接投资超过66 亿元，带动国内生产总值增加约120 亿元，提供就业岗位12 万个。”［17］

在大气治理方面，一是尽可能利用先进生产技术减少有害气体的产生;二是采用先进技术对废气进行处理。在煤炭燃烧之前，把煤焦油提炼出来，然后气化，把发电与煤化工结合起来，生产二次、三次产品，大大提高煤炭的附加值，利用先进的煤化工技术减少对环境的污染。

(三)治理塌陷土地

对于因为采煤造成的地面塌陷和开裂，主要应从两个方面加以解决。一是选用技术合理、经济有利、操作可行的采煤方法和工艺，尽量减少与防止地面塌陷。对于地面是优质农田或有其它工程建筑设施的，根据煤层的具体情况，采用充填采煤法、条带采煤法和房柱采煤法等，起到一定的防塌陷作用。二是对于已经塌陷的土地，运用科学的方法，针对塌陷的具体情况，采取针对性措施，如疏干法、挖深垫浅法、充填复垦法、直接利用法和生态工程复垦等实用技术加以整治复垦。疏干法是指对低潜水及塌陷较浅的地区，通过将塌陷区积水排干，再加以平整与恢复利用。挖深垫浅法是指将较深塌陷区再行挖深以形成水塘、鱼塘，发展养殖业;将挖出的土填到塌陷浅的地方，再加以整理利用。充填复垦法是指利用煤矸石、煤泥、露天矿剥离物等充填塌陷区复垦利用。直接利用法是指对于大面积塌陷地或积水很深的水域因地制宜地发展网箱养鱼、养鸭、种植潜水藕或耐湿作物等。生态工程复垦是指将土地工程与生态工程技术结合起来，发展生态农业。例如，山东兖州制定了全市塌陷地复垦总体规划，他们针对各塌陷区既有深层塌陷区，也有浅层塌陷区，既有稳定塌陷区，也有不稳定塌陷区的状况，因地制宜地采取治理措施:一是发展网箱养鱼;二是养鸭;三是开发复垦成可耕地;四是实施“抢土”工程，即对于即将深层塌陷的土地，把其表土“抢救”出来再利用。把这些土或是用来改造耕地，或是用来烧制砖瓦。

有学者根据复垦后土地的用途大致分为建筑复垦、农业复垦、林业复垦、渔业复垦、草地复垦、娱乐园地复垦及生态复垦七大类［4］74－75。

近年来，国家有关部门已在全国几十个煤矿城市进行采煤塌陷的评估，已投资几百亿元资金对采煤塌陷区的居民进行搬迁，对部分城市的基础设施进行了维修。辽宁省抚顺市和黑龙江省七台河市被列为国家对采煤塌陷地区进行补偿的试点城市。七台河市的主要做法是:1)在治理采煤塌陷地区时，要有科学的治理方案和合理的搬迁规划;2)建立恢复生态资金，煤矿每采1t 煤要缴纳3 元塌陷补偿费;3)要制定整套的搬迁方案;4)成立常设的塌陷搬迁组织机构;5)创办地面塌陷防治研究所［18］183。

黑龙江鹤岗市政府对3.41 平方公里的岭北矿北露天采坑进行环境治理，恢复生态，已成功申报国家级矿山公园。

(四)净化矿井水

对于受过污染的矿井水，可根据原水水质和需要提供的目标水质的要求，利用反渗透装置和自动控制系统，通过反渗透防硫酸、防结垢技术，采用能与混凝剂起协同作用的放射性吸附剂等，对矿井水进行再生处理。经处理后，可分别用作生活饮用水、生活杂用水、锅炉用水、电厂循环冷却用水、选煤用水、井下防尘用水、注浆用水和地面冲洗、绿化用水等。

(五)发展煤泥深加工

在一些煤矿城市的选煤厂或洗煤厂，在洗选原煤过程中产生的煤泥水，含有粒度小于0.5 毫米的煤泥，无法有效处理。若将它排出厂外，既占用大量土地，又污染环境，同时造成煤炭资源浪费，影响经济效益。为了解决这一中国煤矿普遍存在的问题，抚顺矿务局和德国杜赛尔多夫市赫尔特公司于1999年6月1日签订了在抚顺矿务局老虎台矿兴建与经营煤泥选矿厂的协议书，德方出资51%，中方出资49%，引进赫尔特公司的选煤设备和技术，成立合资公司。在执行这项协议时，抚顺市政府给予了三项特殊的优惠政策:“一是从该项目投产之日起，3年内由政府用财政资金返还增值税地方留成部分，即增值税总额的25%的50%;二是从获利年度起5年内免征企业所得税;三是免收建设期固定资产投资方向调节税。”［19］204

(六)绿化环境

自1979年国家颁布《环保法(试行)》以后，全国各煤矿城市普遍建立了绿化工作领导小组，下设绿化办公室。1983年，煤炭工业部制订了《煤矿职工生活福利管理标准》，对煤矿的生产、职工住宅区的美化和绿化提出了比较具体的要求。

2006年初，国务院出台《关于落实科学发展观加强环境保护的决定》，首次提出有关环境保护的战略性理念:“经济社会发展必须与环境保护相协调”，“促进地区经济与环境协调发展”，“坚持环境优先”和“坚持保护优先”。对于煤矿城市而言，要坚持科学的发展观，就要重视环境与生态问题，树立“环境优先，生态第一”的理念。

四、发展循环经济和低碳经济

循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、低排放、资源化”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征，符合可持续发展理念的经济增长模式，是对“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统增长模式的根本变革。循环经济不是简单地通过循环利用实现废弃物资源化，而是强调在优先减少资源消耗和减少废物产生的原则上，综合运用“减量化——再利用——资源化”原则。

德国与法国等欧洲国家大多在煤矿附设焦化厂生产焦炭和焦油等，从焦炉气中回收焦油、粗苯和氨。附设焦油蒸馏厂提取各种化工原料，如，萘、蒽、酚、吡啶、沥青等，供有机化工厂、制药厂、染料厂、沥青厂、炭黑厂作原料;将粗苯集中设厂加工成纯苯、甲苯和二甲苯等重要有机合成原料。合成氨厂与炼焦厂相连，从焦炉气中得到氢，空分得到氮，生产合成氨，制造氮气和硝酸。空气分离装置产生的氧气供炼钢用。此外，在煤矿城市建设以煤炭为主要原料的火力发电厂、煤气厂等，就地利用煤炭，减少煤炭的远途运输。

对于矿井水，采用沉淀、混凝、离子交换、中和法、消毒等技术方法加以净化，使其能重复使用;或采用洗煤水闭路循环等方法，使洗煤水不外排;或是对污水进行处理，然后再排出或回收利用。

煤矿城市发展循环经济，首先要引导煤矿企业把握煤炭产品的生命周期，整合煤炭开采、煤炭加工、煤炭利用的各个阶段，推行清洁生产，节能降耗，减少产品和服务中物料和能源的使用量，实现污染物排放的最小化。它要求煤矿在开采煤炭的过程中，采用先进的开采技术、工艺和设备，提高采矿回采率。其次，在对原煤加工过程中，采用洁净煤技术，加强选煤厂配套建设，提高原煤洗选率和成品煤质量，减少煤炭在利用之前可能排放的污染物。再次，对粉煤灰、煤矸石、尾矿、废石、废料、废气等废弃物最大限度地进行综合利用。还有，要对塌陷区进行土地复垦，美化生态环境。

在煤炭的消费过程中，发展洁净煤技术，是中国能源发展的战略需求。它既是积极应对全球气候变化，有效控制温室气体排放的需要，也是推动煤炭生产和利用方式变革，构建安全、稳定、经济、清洁的能源产业体系的必然。发展洁净煤技术主要有4 个方向:高效洁净燃煤发电、先进煤转化、先进节能技术、污染物控制及二氧化碳捕集与封存和资源化利用技术。

事实证明，人类的环境问题是由人类生活和生产两个方面的因素造成的。而环境与生态的破坏具有长期性，会影响子孙后代的利益。当前和今后一段时间内，中国生产的煤炭有约50% 用于发电，煤电占发电总量的80%以上，燃煤发电技术进步始终是先进能源技术的重点。根据科技部《洁净煤技术科技发展“十二五”专项规划》要求，“目前和今后若干年，国内煤电装机增量仍将处于较高发展速度，技术发展趋势是‘大型、高参数、洁净’。在此背景下，煤电重要发展方向有以下4 个方面:1)大型超超临界发电成套技术和高参数超超临界关键技术;2)高参数、新型循环流化床燃煤锅炉;3)大规模整体煤气化联合循环发电关键单元技术及装备，燃气轮机及其集成示范;4)燃煤污染治理，CO2分离、埋藏及利用技术”。

煤炭属于高碳能源。煤炭行业突破一些关键核心技术很可能形成许多新型、低碳的产业。

进入21世纪以后，我国加快了推进节能减排的步伐，重视发展低碳经济，这些为煤矿城市实践科学发展观，思考和规划城市的长远发展提供了难得的历史机遇。山西阳泉市根据本市“两山夹一沟”的特殊地理环境，在城市规划中提出了“显山露水、依山就势、错落有致、城在林中、林在城中”的建设思路。山西大同以提升历史文化名城新品位为根本，着力在文化旅游产业发展上实现新突破，依靠天然的生态资源打造旅游胜地，建设生态城市。随着国人环境意识的不断增强，与煤矿城市及矿区相关的各种环保政策与法规逐渐完善，中国煤矿城市的生态环境定将日益改善。

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［2］朱明锋.基于循环经济的资源型城市发展理论与应用研究［M］.合肥:合肥工业大学出版社，2005.

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