劉守全

（江煤貴州礦業(yè)集團有限責(zé)任公司， 貴州 貴陽 550000）

0 引言

人為活動影響生態(tài)、環(huán)境狀況和氣候變化，從而對世界人口的健康產(chǎn)生負面影響，縮短健康預(yù)期壽命，增加死亡率，惡化生活條件。人類活動產(chǎn)生的有毒排放物是造成環(huán)境變化的主要原因之一。自然溫室效應(yīng)為地球上生命的形成和保存創(chuàng)造了必要的環(huán)境，但它的增加破壞了區(qū)域和全球?qū)用嫔鷳B(tài)系統(tǒng)過程的平衡。

人類活動直接或間接產(chǎn)生的所有溫室氣體排放總量通常被稱為碳足跡，碳足跡以二氧化碳當量（CO2e）表示，通過將特定溫室氣體的質(zhì)量乘以其全球變暖潛勢，它被認為相當于二氧化碳。不同的國家和不同的國際組織都有不同的規(guī)定計算碳足跡的方法，但目標是相同的——減少溫室氣體的負面影響。

煤礦開采釋放出的甲烷被困在煤炭和周圍的地層中，美國環(huán)境保護署預(yù)測，到2030 年，全球煤礦的甲烷排放量將超過7.843 億t 二氧化碳當量。中國將占總數(shù)的55%以上，其次是美國（約10%）、俄羅斯（約7%）、澳大利亞（約5%）、烏克蘭、印度和哈薩克斯坦（各約3%～4%）。全球排放量的變化主要是由煤炭使用的變化引起的，而石油和天然氣使用的增長在20 世紀70 年代石油危機之后的1980 年以來并沒有減弱。煤炭開采、加工企業(yè)和煤炭作為燃料的使用是溫室氣體的來源之一，同時煤塵污染環(huán)境，向地下水排放有毒元素等。許多分析人士認為，煤炭的使用可能已經(jīng)達到頂峰。全球煤炭使用量的峰值在很大程度上取決于我國，我國占全球煤炭原材料使用量的50%。據(jù)預(yù)測，我國的經(jīng)濟和社會發(fā)展將在未來十年左右依賴煤炭。本研究旨在評估煤炭行業(yè)的現(xiàn)狀，通過碳足跡研究煤礦企業(yè)對環(huán)境的影響程度，并考慮減少煤炭開采和使用所產(chǎn)生的負面后果的可能方法。

1 采煤業(yè)概況

世界上主要的煤炭開采國包括中國、美國、印度、澳大利亞和俄羅斯，除南極洲外，所有大陸都有已知的煤炭儲量，但分布不均勻，北半球儲量最高。但全球90%的煤炭儲量集中在10 個國家（美國、俄羅斯、澳大利亞、中國、印度、印度尼西亞、德國、烏克蘭、波蘭和哈薩克斯坦）。黑煤的主要消費國是中國、美國、印度、南非、烏克蘭、波蘭和俄羅斯，褐煤的主要消費國是德國、中國、俄羅斯和美國。全球煤炭生產(chǎn)的規(guī)模與全球煤炭消費的規(guī)模大致相當。

1.1 煤炭工業(yè)生命周期的碳足跡

經(jīng)濟、科技的發(fā)展人口的增長和煤炭消費不斷增加對環(huán)境造成了破壞。煤炭開采作為煤炭消費的主要環(huán)節(jié)，在煤炭消費產(chǎn)生的碳排放總量中占有重要地位。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦地下開采的過程正逐步實現(xiàn)機械化，向綜采煤礦技術(shù)轉(zhuǎn)變，目前已被廣泛應(yīng)用。地下煤礦開采產(chǎn)生的二氧化碳排放的主要來源包括能源利用、溫室氣體排放、煤炭自燃、廢石和原煤等。

地下煤礦開采產(chǎn)生的二氧化碳排放的主要來源包括能源利用、溫室氣體排放、煤炭自燃、廢石和原煤等。通常，煤礦中自發(fā)加熱引起的火災(zāi)是由于煤層、儲存區(qū)或運輸過程中緩慢氧化造成的，煤在氧化過程中發(fā)生自發(fā)加熱，其速率隨溫度的升高而增加。煤低溫氧化初期的氣態(tài)產(chǎn)物為CO、CO2和H2O，當溫度升高時，CH4、H2和其他低分子量的碳氫化合物被釋放出來。對煤炭自燃氣體排放及其對環(huán)境的影響進行了一些研究，由于燃燒產(chǎn)生的許多氣體是在傳統(tǒng)的煤炭開采過程中形成的，但這些氣體的濃度隨環(huán)境變化而變化，因此沒有統(tǒng)一的方法來評估煤炭氧化過程中的溫室氣體排放。

輔助元素也是二氧化碳排放的來源，如排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、員工每天的能源消耗、辦公空間消耗、運輸系統(tǒng)等。在露天煤礦開采中，必須考慮到產(chǎn)生二氧化碳排放的以下幾個階段：露天煤礦采區(qū)調(diào)查、技術(shù)材料（混凝土、鋼材等）的使用以及適當?shù)臋C器（筑路機、挖掘機等），需要考慮現(xiàn)場破碎、裝車、運輸、頂板固定、處理煤等過程，所有的過程都會產(chǎn)生大量的二氧化碳。

機械的使用和煤氣出口是該礦碳排放的主要來源：工作面廣泛采用耗電的噴淋式泵站，減少粉塵量，產(chǎn)生溫室氣體排放；在地下煤礦開采過程中，甲烷會泄漏；爆破的性能導(dǎo)致了一定的碳排放。每噸煤的碳排放量為29.196 t，運輸占地下煤礦總碳排放量的29%。煤炭企業(yè)需要通過礦井產(chǎn)生的甲烷二次利用來發(fā)電，并利用這些甲烷進行各種技術(shù)創(chuàng)新。

1.2 企業(yè)用煤對環(huán)境的負面影響

盡管國際社會在努力減少碳足跡，但燃煤電廠對環(huán)境的負面影響仍然很大。煤電廠嚴重污染飲用水和地下水，在煤礦附近的鄰近河流在季風(fēng)季節(jié)可能受砷、鉻、錳污染，旱季可能受砷、鉻、錳、鉛、鎳污染；地下水可能受到鉻、鉛、錳的污染，這些因素的存在對人的健康產(chǎn)生不利影響。

煤炭企業(yè)排放的廢棄物對土壤造成了嚴重的污染，Zhang 對煤礦廠區(qū)土壤進行了評估，測定了6 種重金屬（As、Pb、Cu、Zn、Mn 和Cd）及其潛在的環(huán)境風(fēng)險，結(jié)果表明，鎘、砷污染較為嚴重。砷、鉛和鎘的積累主要與人為來源有關(guān)，包括煤礦開采和燃燒，以及工業(yè)廢氣排放。Cu、Mn、Zn 主要來源于源物質(zhì)（自然源），采礦改變了土壤的pH 值，土壤要么變成酸性，要么變成堿性，這使得植物和一些土壤微生物無法維持最佳的生存條件。

礦區(qū)的增加相應(yīng)地減少了自然景觀，人口過剩加上農(nóng)業(yè)面積的減少，加劇了糧食生產(chǎn)問題。因此，Li 研究發(fā)現(xiàn)，在燃煤電廠附近種植的79%的蔬菜和67%的谷物中，汞含量超過了PTWI 食品安全標準，對當?shù)鼐用竦慕】禈?gòu)成了重要威脅。與其他類型的工作相比，礦工患職業(yè)病的風(fēng)險更高，尤其是呼吸系統(tǒng)疾病，職業(yè)病的風(fēng)險不僅限于地下礦工，也延伸到露天礦工人。因此，發(fā)展創(chuàng)新現(xiàn)代化技術(shù)旨在減少煤炭企業(yè)有毒、致癌物質(zhì)的排放。

2 減少煤炭企業(yè)對環(huán)境影響的措施

從開采到生產(chǎn)的所有階段，煤炭都是溫室氣體的排放源。有兩種方法可以解決碳足跡問題，即減少產(chǎn)生溫室氣體排放的生命過程的數(shù)量，或者消除這些排放。國際社會對碳足跡問題的態(tài)度模棱兩可，一方面，他們提出了嚴厲的措施——完全不使用煤炭和一般的碳氫化合物，轉(zhuǎn)而使用替代能源（太陽能、風(fēng)能等）；另一方面，作為溫室氣體主要排放國之一，美國認為沒有必要支持《巴黎協(xié)定》，于2017 年退出了《巴黎協(xié)定》。根據(jù)EPA 的數(shù)據(jù)，在過去20 年中，美國煤炭部門的甲烷排放量減少了40 Tg 二氧化碳當量（CO2e）。人們認為，這種減少是由于煤炭產(chǎn)量的減少和地下開采向露天開采的過渡。煤炭進出口雙方的大多數(shù)人都同意：減少恢復(fù)環(huán)境措施的負面影響，因為大多數(shù)技術(shù)過程中的二氧化碳捕獲技術(shù)都是相當昂貴的。持減少觀念的人認為對環(huán)境的影響有許多不同的方法，方法可按應(yīng)用區(qū)域（大氣、水體和水生生物資源）和影響目標（生產(chǎn)或消費廢物管理領(lǐng)域、土地復(fù)墾和保護、以及生物多樣性保護的一般方法）。

在Holl 的工作中，制定了標準，對其進行評估是選擇填海方法所必需的：恢復(fù)的目的（生態(tài)和社會）、周邊景觀、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性（生態(tài)系統(tǒng)在遭受破壞后恢復(fù)其原有結(jié)構(gòu)和功能的程度和速度）、資源（修復(fù)的估計成本）。復(fù)墾方法分為物理、化學(xué)和生物三種，值得注意的是，這些方法結(jié)合使用效果最好，而不是單獨使用。

物理方法（物理- 機械）旨在減少侵蝕，減少土壤壓實同時提高其質(zhì)量，為植被恢復(fù)創(chuàng)造條件。例如，這種方法是通過向土壤施用有機肥料（堆肥和石灰石）來實現(xiàn)的，并施用從附近地點帶來的肥沃土壤?；瘜W(xué)方法的目的是去除土壤中的污染物并恢復(fù)其pH值。大多數(shù)情況下，化學(xué)方法與物理方法密切相關(guān)。因此，化學(xué)方法包括向土壤中引入化肥（（氮、磷、鉀）和重要微量元素（鋅、銅、石灰等）。在物理和化學(xué)方法中，利用生物煤是一個很有前途的方向。生物煤是一種通過熱解獲得的添加劑（原料在低氧含量的環(huán)境下在300～800 ℃的溫度下加熱），向土壤中添加生物煤有助于碳捕獲，增加土壤的pH 值，減少可溶性宏量營養(yǎng)素的淋失。換句話說，生物炭有可能增加土壤中的碳儲量，提高其肥力，保持土壤生態(tài)系統(tǒng)的平衡，為增加產(chǎn)量開辟了前景。

生物方法（植物修復(fù)）建議將微生物或綠色植物引入土壤中，以進行植物提取和植物穩(wěn)定。結(jié)果表明，該方法改善了土壤質(zhì)量，加快了植被的恢復(fù)。Bolan 將植物提?。òㄖ参飳χ亟饘俚奈蘸娃D(zhuǎn)運）和植物穩(wěn)定（植物和土壤添加劑通過根、芽或根際沉積的吸收和積累來固定重金屬）描述為植物修復(fù)階段。Masha還區(qū)分了根過濾和植物揮發(fā)，指出了植物提取的有效性。Mirza 綜述了五種植物修復(fù)技術(shù)的特點。草、灌木、樹木都可以作為復(fù)墾的植物對象，Li 提出使用土壤的本地代表作為開墾的植物對象，因為首先它們更有活力，其次外來植物物種會嚴重改變當?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)。文獻還研究了大麻（Cannabis sativa L.）對賓夕法尼亞州廢棄煤礦土壤的生長和恢復(fù)能力，結(jié)果表明，這些植物對重金屬具有較高的耐受性，這決定了它們在開墾荒地上的應(yīng)用前景。

然而，令人擔(dān)憂的是，受干擾土地上的植物在吸收了重金屬后，可能通過進入動物體內(nèi)而產(chǎn)生毒性作用。Bilski 研究表明，大麥、高粱、油菜籽、油菜、苜蓿和多年生黑麥草不積累金屬，適合開墾受干擾的土地，這些植物生長在添加了煤灰的營養(yǎng)培養(yǎng)基上。研究發(fā)現(xiàn)，大麥和蘇丹草即使生長在含有100%煤灰的培養(yǎng)基上，也不會積累有毒的重金屬。

3 結(jié)論

在未來幾十年里，完全放棄包括碳氫化合物在內(nèi)的化石燃料作為一種能源是不可能的。盡管幾十年來一直在解決碳足跡問題，但仍然沒有一個通用的方法。對包括煤礦企業(yè)在內(nèi)的企業(yè)提出了建議，但是沒有一種完全禁止的方法是有效的。解決之道在于和諧，在于實現(xiàn)溫室氣體排放與沉積之間的平衡。在這種情況下，生物回收方法是最好的選擇。碳多邊形或者農(nóng)場技術(shù)具有一定的發(fā)展前景，但其技術(shù)的發(fā)展需要對生物回收的各個階段進行全面的研究。