姜 凱,裴彥峰,李峰鴿

(新疆中巖恒泰爆破工程有限公司,烏魯木齊 830000)

0 引言

隨著礦井?dāng)?shù)量的不斷增多,煤炭行業(yè)對(duì)環(huán)境的破壞問題也日益突顯。數(shù)據(jù)表明,過度采礦導(dǎo)致很多土地被占用,包括礦山本身及礦山排土場(chǎng)對(duì)土地的占用。而惡劣的自然環(huán)境會(huì)增加采礦難度,加大事故的發(fā)生幾率。雖然礦山企業(yè)積極投入環(huán)境治理,但由于環(huán)境保護(hù)措施不到位,效率較低,主要問題表現(xiàn)在以下幾方面:①缺少礦山地質(zhì)資料。經(jīng)濟(jì)實(shí)力不足的采礦企業(yè),采取的環(huán)境保護(hù)措施不到位,導(dǎo)致環(huán)境保護(hù)效果不好。管理部門無法清楚掌握礦山地質(zhì)環(huán)境問題,而這些地質(zhì)材料的缺失將會(huì)對(duì)礦區(qū)環(huán)境治理措施的實(shí)施產(chǎn)生影響。②礦山“三廢”處理不到位。煤炭開采的沉陷造成土地積水,甚至導(dǎo)致土地鹽漬化、水土流失、土地荒漠化問題加劇。平原地區(qū),地面沉降改變了地下水、地表水的流向,長(zhǎng)年及季節(jié)性積水影響了土地耕種及其自然生態(tài)環(huán)境。煤層開采會(huì)產(chǎn)生大量廢氣,影響大氣環(huán)境,很多情況下只灑水降塵,對(duì)大氣環(huán)境及周圍居民的生活環(huán)境造成影響。針對(duì)新疆某露天煤礦的實(shí)際情況,對(duì)環(huán)境保護(hù)措施進(jìn)行了評(píng)估優(yōu)化,以提高環(huán)境保護(hù)效果。

1 煤礦開采對(duì)環(huán)境的影響

對(duì)地表環(huán)境的影響。新疆某露天煤礦總占地429 hm2,包括采掘場(chǎng)、外排土場(chǎng)、工業(yè)場(chǎng)地、場(chǎng)外道路、輸電線路、給排水及工程外包駐地等,其中永久占地400 hm2,臨時(shí)占地29 hm2,擾動(dòng)原地貌面積496 hm2。根據(jù)各預(yù)測(cè)單元擾動(dòng)地貌植被面積、施工擾動(dòng)前后土壤侵蝕模數(shù)、預(yù)測(cè)時(shí)段進(jìn)行水土流失預(yù)測(cè),此為露天礦開采項(xiàng)目,采掘場(chǎng)及排土場(chǎng)擾動(dòng)為動(dòng)態(tài)的且逐年增加,根據(jù)計(jì)算,施工結(jié)束時(shí)采掘場(chǎng)與排土場(chǎng)占地分別為161 hm2、214 hm2。建設(shè)期可能造成水土流失量56 184.525 t,其中原地貌水土流失量14 094.96 t,新增水土流失量42 222.165 t。

對(duì)水環(huán)境的影響。露天開采對(duì)地下水的影響是在開采過程中形成巨大的人工排水區(qū),出露邊坡將多個(gè)含水層與礦坑相連,造成地下水滲漏。開采過程中形成的礦坑相當(dāng)于新的排水區(qū),將原始的地下水系統(tǒng)進(jìn)行外部排水,原有的地下水平衡遭到破壞導(dǎo)致地下水流失,因此其對(duì)地下水的影響遠(yuǎn)大于礦區(qū)整體面積。邊坡開挖會(huì)破壞原始地層結(jié)構(gòu),造成巖體斷裂,形成裂隙,導(dǎo)致地下水下滲及水位下降。

對(duì)大氣的影響。露天煤礦開采對(duì)大氣的污染主要體現(xiàn)為揚(yáng)塵污染,來自于以下幾方面:①根據(jù)露天煤礦的開采需要,礦山爆破必不可少,爆破過后將產(chǎn)生大量揚(yáng)塵。②在采裝、運(yùn)輸、排土環(huán)節(jié),運(yùn)輸?shù)缆范酁樗缮⒌哪嗦坊虻[石路面,產(chǎn)生的揚(yáng)塵量大且不固定,在空中主要為分散狀態(tài),運(yùn)動(dòng)范圍廣,且在干旱地區(qū)揚(yáng)塵不易消散,被人體吸收后危害健康。③筒倉儲(chǔ)煤過程中會(huì)產(chǎn)生大量揚(yáng)塵,主要成分為煤灰,對(duì)人體及大氣污染非常嚴(yán)重。

2 環(huán)境保護(hù)措施

節(jié)約用地措施。隨著露天煤礦開采深度的加深,礦用地的采掘場(chǎng)及排土場(chǎng)用地不斷增多。為保證該露天煤礦的土地利用率達(dá)到最高,減少土地占有率,采取以下措施:①優(yōu)化開采方案,根據(jù)設(shè)備及生產(chǎn)工藝盡量縮短工藝流程,盡早實(shí)現(xiàn)內(nèi)排,減少采掘場(chǎng)及外排土場(chǎng)占地。②優(yōu)化工業(yè)場(chǎng)地場(chǎng)址的選擇,盡量利用荒地及劣地。按生產(chǎn)工藝、物料流程及工程要求,充分利用地形、地勢(shì),盡量緊湊布置,減少占地。③輔助與附屬企業(yè)貫徹社會(huì)化服務(wù)及專業(yè)化協(xié)作的原則,減少建設(shè)項(xiàng)目,避免重復(fù)建設(shè)占用土地。④分期建設(shè)的工程可分期征用土地。⑤通過工程措施對(duì)內(nèi)、外排土場(chǎng)進(jìn)行復(fù)土造田,恢復(fù)耕地或種植草類。

節(jié)水措施。該露天煤礦用水主要來自于瓊果勒河河谷地第四系潛水,用水主要集中于礦坑內(nèi)灑水降塵、消防用水及生活用水,每日最高用水量為1856 m3/d,為節(jié)約用水,采取以下措施:①礦山供水根據(jù)用水地點(diǎn)的不同,按要求采用分壓分質(zhì)供水方式,生活給水、部分生產(chǎn)用水采用瓊果勒河河谷地第四系潛水,生活污水及礦坑排水全部復(fù)用,盡量減少取用地下水的能源消耗。②煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)采取臨時(shí)高壓滅火系統(tǒng),日常供水用低壓給水系統(tǒng),保證能源的有效果運(yùn)用。③煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)給水系統(tǒng)所用水泵均為高效新型直聯(lián)泵,減少水泵占地面積,節(jié)約建設(shè)投資約40%,采用機(jī)械密封結(jié)構(gòu),無滲漏,使用壽命長(zhǎng),節(jié)約50%的營運(yùn)管理成本。泵吸水管采用自充水,既可提升供水可靠性,又可拆除阻力大的底閥。出口止回閥采用新型節(jié)能閥,由于阻力小,可降低水錘壓力。給水管道采用無滲漏、無腐蝕的鋼塑復(fù)合給水管道,管道設(shè)計(jì)流量采用經(jīng)濟(jì)流量。

水土流失防治措施。該露天煤礦水土流失防治范圍(達(dá)產(chǎn)占地面積)為482.92 hm2,其中項(xiàng)目建設(shè)區(qū)437.77 hm2,直接影響區(qū)45.15 hm2(直接影響:道路兩側(cè)3 m,采掘場(chǎng)周圍50 m,排土場(chǎng)下風(fēng)向200 m)。

本方案將工程分為場(chǎng)外公路防治區(qū)、工業(yè)場(chǎng)地防治區(qū)、采掘場(chǎng)防治區(qū)、供水管線防治區(qū)、外排土場(chǎng)防治區(qū)、輸電線路防治區(qū)等6個(gè)水土流失二級(jí)防治分區(qū)。

圖1 綠化前后生產(chǎn)道路對(duì)比

3 環(huán)保效果對(duì)比

3.1 鍋爐排煙治理

為降低鍋爐排煙,該露天煤礦選用2臺(tái)SZL7.0-1.25/95/70-AⅡ2型(額定熱效率≥86%)熱水鍋爐,主要供建筑物采暖及生活熱水用。年耗標(biāo)煤約2408 t/a,灰渣量按耗煤量的30%考慮。兩臺(tái)鍋爐共用1座φ=1.2 m、H=45 m磚煙囪。每臺(tái)鍋爐均安裝雙堿法脫硫裝置及干法除塵裝置,脫硫效率80%,除塵效率不低于98%。采用分段低氮燃燒技術(shù),脫氮效率20%以上,煙塵、NOx及SO2均可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。各種污染物原始排放情況見圖2。

圖2 大氣污染排放情況

3.2 揚(yáng)塵治理

通過安裝灑水降塵系統(tǒng),可呼吸性粉塵分散度下降50%以上,除塵效率達(dá)70%,達(dá)到環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn),各轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵得到了有效控制,原煤倉上粉塵較大的崗位作業(yè)環(huán)境得到了有效改善,切實(shí)保障了工作人員的身體健康。

表1 除塵系統(tǒng)設(shè)備

排土場(chǎng)揚(yáng)塵治理包括兩個(gè)階段,一是排土階段的揚(yáng)塵治理,定期灑水,抑制揚(yáng)塵;二是排土場(chǎng)達(dá)到服務(wù)年限后的揚(yáng)塵治理。當(dāng)排土排到最終標(biāo)高平盤上形成一定面積之后,灑一次水后不再擾動(dòng),使其表面形成鹽結(jié)皮,可有效防止揚(yáng)塵。

3.3 節(jié)水效果

煤礦最高日用水量為1856 m3/d,其中:494 m3/d水量取自瓊果勒河河谷地第四系潛水,1022 m3/d為凈化后的礦坑排水(折減率按35%考慮),340 m3/d為凈化后的污水,取用新鮮水量為16.302萬m3/a,總?cè)∷繛?1.248萬m3/a。礦山供水根據(jù)用水地點(diǎn)的不同采用分質(zhì)分壓供水方式。生活給水及部分生產(chǎn)用水采用瓊果勒河河谷地第四系潛水,礦坑排水及生活污水全部復(fù)用,減少取用地下水的能源消耗,年節(jié)約地下水資源44.79×104m3。礦山設(shè)計(jì)生產(chǎn)、生活供水系統(tǒng)均采用變頻調(diào)速節(jié)能設(shè)備,采用電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速來調(diào)節(jié)流量,比用擋板、閥門調(diào)節(jié)節(jié)電20%～50%。礦山生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)給排水系統(tǒng)所選用的水泵均為高效新型直聯(lián)水泵,縮小了水泵占地面積,節(jié)約建設(shè)投資約40%,采用機(jī)械密封結(jié)構(gòu)無泄漏長(zhǎng)壽命運(yùn)行,節(jié)約運(yùn)行管理費(fèi)50%。

3.4 節(jié)能效果

通過采取措施,該露天煤礦達(dá)到1.2 Mt/a生產(chǎn)規(guī)模時(shí)的電耗指標(biāo)為:年耗電量(含選煤廠)1015.39×104kW·h,噸煤電耗8.46 kW·h/t (含選煤廠)、4.83 kW·h/t(不含選煤廠)。根據(jù)露天礦的具體情況,噸煤電耗指標(biāo)處在一個(gè)較合理的范圍內(nèi),年工作日330 d,最大日用水量約1801 m3/d。若扣除礦坑水及生活污水再生復(fù)用水量1362 m3/d,只需從水源地取水439 m3/d,經(jīng)計(jì)算,礦山實(shí)際噸煤用水量指標(biāo)為0.49 m3/t,扣除礦坑水及廢水復(fù)用水量,該項(xiàng)目實(shí)際噸煤用新鮮水量指標(biāo)約0.12 m3/t,小于《新疆維吾爾自治區(qū)工業(yè)用水定額》(新政辦發(fā)〔2007〕105號(hào))采煤工業(yè)從水源地的取水量必須≤0.31 m3/t的要求。

4 結(jié)束語

實(shí)踐證明,采取合理的措施能夠有效控制礦山開采過程中產(chǎn)生的污染。需研發(fā)出適應(yīng)現(xiàn)代化礦山需要且充分吸收各學(xué)科理論知識(shí)的高效環(huán)保措施,實(shí)現(xiàn)礦山環(huán)境保護(hù)與開發(fā)的協(xié)調(diào)發(fā)展,從而建設(shè)綠色智能化礦山。