摘 要：煤礦開采會(huì)引發(fā)地面沉降、水環(huán)境破壞、采礦廢棄物處理和空氣污染等環(huán)境問題。但煤炭是我國(guó)重要的化石燃料和我國(guó)生產(chǎn)生活的能量來(lái)源，暫時(shí)還未找到能夠完全替代煤炭的能源，仍需使用煤炭資源。在前人研究的基礎(chǔ)上，分析了煤礦開采冶煉和煤炭使用過程中引發(fā)的環(huán)境問題，根據(jù)產(chǎn)生的問題提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，為煤礦的開采冶煉和煤炭使用過程中的環(huán)境保護(hù)提供參考，促使煤炭行業(yè)和環(huán)境保護(hù)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：煤炭；環(huán)境問題；治理措施

中圖分類號(hào)：P642.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）12–0-03

煤炭是人們生產(chǎn)生活所需能源的重要組成部分，是我國(guó)最重要的能源之一。煤炭對(duì)全球能源生產(chǎn)作出了重要貢獻(xiàn)，煤炭能源生產(chǎn)系統(tǒng)本質(zhì)上由煤礦開采、準(zhǔn)備或加工和能源生產(chǎn)組成。但煤炭的開采、冶煉等過程中容易產(chǎn)生一些環(huán)境問題，包括地表擾動(dòng)、生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的破壞、礦山沉降、土壤侵蝕，以及噪聲污染、空氣污染和水污染等。此外，重金屬、放射性元素、多環(huán)芳烴（PAH）和其他有機(jī)污染物等有毒化合物會(huì)釋放至環(huán)境中，最終影響生態(tài)系統(tǒng)和普通人群的健康。

煤礦開采對(duì)環(huán)境影響的嚴(yán)重程度取決于礦山活動(dòng)是否活躍，以及煤礦開采所使用的開采方法和具備的地質(zhì)條件等。我國(guó)消耗的煤炭比歐洲、日本和美國(guó)加起來(lái)還要多，占世界總量的68.4%。20世紀(jì)80年代后期，我國(guó)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用迅速增加。然而，由于當(dāng)時(shí)環(huán)境保護(hù)意識(shí)和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較為薄弱，礦產(chǎn)的開采對(duì)礦山的地質(zhì)環(huán)境造成了較大的破壞。例如：過度開采和渣堆破壞占用了土地資源；采礦過程中的山體切割和爆炸性開山作業(yè)引發(fā)了崩塌、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害；地下開采造成地下水層破壞，引發(fā)地基坍塌、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害。因此，防治地質(zhì)災(zāi)害具有十分重要的意義。

我國(guó)煤炭使用量每年都在持續(xù)增長(zhǎng)，當(dāng)前采礦對(duì)環(huán)境的影響與20世紀(jì)80年代的影響明顯不同。我國(guó)煤炭消費(fèi)預(yù)計(jì)在未來(lái)20年大致趨于穩(wěn)定，與過去20年工業(yè)化推動(dòng)的快速增長(zhǎng)形成鮮明對(duì)比。即便如此，我國(guó)仍是世界上最大的煤炭市場(chǎng)。因此，本研究結(jié)合當(dāng)前煤礦開采作業(yè)的現(xiàn)狀，根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域的研究成果，探討煤礦開采造成的環(huán)境問題及其治理措施。

1 煤礦開采冶煉和煤炭使用引發(fā)的環(huán)境問題

1.1 對(duì)水環(huán)境的影響

煤礦開采對(duì)水環(huán)境的影響主要是導(dǎo)致地下水位下降，造成水損失、水污染及水道改變。由于地下水體通過破碎覆蓋層與開采空間相連，采礦排水和礦山沉陷對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生直接影響。若在地下開采煤炭資源，地表沉降將改變地形的坡度，拓寬地表水通道，從而改變地表水的狀態(tài)。

酸性礦山排水（AMD）是一個(gè)普遍存在的環(huán)境問題，酸性礦山廢水是在水和空氣并的條件下黃鐵礦中的微生物氧化而成的。酸性礦山廢水是具有pH值低、含有高濃度的重金屬和其他有毒元素為特征的溶液[1]。

這種酸徑流中有Zn（鋅）、Al（鋁）和Ni（鎳），以及Cr

（鉻）、Pb（鉛）和Cu（銅）的有毒物質(zhì)，在pH值降低后會(huì)釋放出來(lái)，這些重金屬最終會(huì)進(jìn)入地下水和地表水，產(chǎn)生嚴(yán)重污染，并通過飲水和食物鏈進(jìn)入人體，危害人類健康。采礦活動(dòng)產(chǎn)生的金屬污染物可以通過水和風(fēng)蝕長(zhǎng)距離運(yùn)輸。在美國(guó)，AMD也是備受關(guān)注的問題，據(jù)估計(jì)有超過44.52萬(wàn)hm2的廢棄煤礦，超過14 484.1 km的被酸性礦井排水污染的溪流。

1.2 對(duì)土壤環(huán)境的影響

礦區(qū)建設(shè)會(huì)破壞土壤環(huán)境，不同程度地?fù)p壞土壤結(jié)構(gòu)，擾亂地表土壤層。施工過程中機(jī)械碾壓、人員踐踏等均會(huì)造成區(qū)內(nèi)土壤板結(jié)，抑制土壤微生物活動(dòng)，影響土壤質(zhì)量，降低土壤生產(chǎn)能力，并且土體的開挖、回填等都會(huì)使土壤松散，容易造成水土流失，導(dǎo)致土壤中的養(yǎng)分流失，土壤質(zhì)量下降。在礦區(qū)周圍，在煤炭開采過程的多個(gè)階段，包括運(yùn)輸、廢水處理、尾礦放置和泥漿泵送、表土去除、礦物開采和礦石濃縮，都可能產(chǎn)生大量的重金屬粉塵，導(dǎo)致土壤污染。煤矸石堆、電廠和制漿廠及灰處理場(chǎng)附近的土壤受到未經(jīng)適當(dāng)處理的廢渣所釋放的微量元素的污染。從堆積在陸地上的煤或煤矸石中產(chǎn)出的微量元素會(huì)轉(zhuǎn)移至土壤，可能對(duì)養(yǎng)分可用性和微生物活性產(chǎn)生不利影響，同時(shí)這些物質(zhì)會(huì)在土壤中積累并危害生態(tài)系統(tǒng)，如這些元素會(huì)被農(nóng)作物吸收，最后進(jìn)入人體，對(duì)人體造成傷害。已有研究表明，礦區(qū)周圍的土壤中重金屬As（砷）、Cd（鎘）、Pb、Zn等污染嚴(yán)重[2-3]。

1.3 對(duì)空氣環(huán)境的影響

采礦造成的空氣污染不僅影響當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量，還影響區(qū)域和全球空氣質(zhì)量。其他造成空氣污染的因素包括氣體排放、氣味排放、燃料或溶劑中的揮發(fā)性有機(jī)化合物及采礦設(shè)備和機(jī)動(dòng)車輛氣體的排放。Se（汞）、Hg（硒）和As等元素是煤燃燒過程中釋放的高度揮發(fā)性元素。這些有毒的微量元素以細(xì)灰、煙霧和燃煤過程中的煙氣形式排放至大氣中，造成嚴(yán)重的大氣污染。

由于我國(guó)大量燃燒煤炭，Hg釋放至大氣中的量非常大。排入空氣中的有毒元素甚至?xí)鹑藗冎卸尽?/p>

在貴州西部農(nóng)村，當(dāng)?shù)鼐用褚揽考矣萌济鹤鲲埡腿∨瑢⒗苯?、玉米和培根掛在屋頂橫梁上晾曬和儲(chǔ)存，

使這些食物暴露在高砷或高氟化合物的環(huán)境中，造成二次污染，不衛(wèi)生的生活環(huán)境和不健康的生活方式引發(fā)地方性砷中毒和氟中毒問題。此外，貴州煤中的Hg含量高，曾有報(bào)道貴州家庭燃煤可能導(dǎo)致Hg中毒，主要表現(xiàn)為老年村民視力下降。對(duì)視障人士家中使用的煤進(jìn)行礦物學(xué)分析后發(fā)現(xiàn)，煤中含有豐富的含Hg礦物[4-5]。

1.4 對(duì)地表景觀的影響

煤礦渣、廢石等堆積在工業(yè)廣場(chǎng)上，占?jí)旱乇?。臨時(shí)場(chǎng)地在建設(shè)前期對(duì)土地的損毀表現(xiàn)為挖損，后期表現(xiàn)為壓占，總體表現(xiàn)為壓占。場(chǎng)地開挖平整改變?cè)械乇硇螒B(tài)，損毀地貌，使得原有土地利用類型在一定時(shí)間內(nèi)處于不可恢復(fù)狀態(tài)；表土原有的結(jié)構(gòu)被破壞，斜坡上土體由原來(lái)的密實(shí)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗缮⒑筒环€(wěn)定狀態(tài)，在強(qiáng)降雨雨水的沖刷下，加劇水土流失，土壤肥力也大幅降低。

煤礦開采極大地改變了當(dāng)?shù)氐木坝^，帶來(lái)了采礦廢料堆、露天開采造成的大規(guī)模地表疤痕或地下開采造成的地面沉降等問題，形成了典型的礦山景觀。此外，煤礦開采使得土地資源被破壞和景觀破碎化，土地利用情況發(fā)生變化，當(dāng)?shù)鼐用襁w離。

1.5 地面沉降

世界上大部分的煤炭產(chǎn)自地下礦井。隨著能源需求的擴(kuò)大，地下煤礦也越來(lái)越深。在較深的礦井中，地質(zhì)壓力較高，地下水壓力較大，溫度較高，地質(zhì)條件更復(fù)雜，當(dāng)?shù)V井上方的巖石不能提供足夠的支撐和因覆蓋材料的重量而坍塌時(shí)，地面也會(huì)發(fā)生沉降。地下礦山地面沉降是礦山開采對(duì)環(huán)境的重要影響之一。地面沉降不僅會(huì)降低農(nóng)作物產(chǎn)量，還會(huì)破壞建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是線性基礎(chǔ)設(shè)施，如鐵路軌道、管道和道路。此外，沉降可能會(huì)改變自然排水模式，影響水質(zhì)和環(huán)境。河北、河南、安徽、山東、江蘇都發(fā)生了嚴(yán)重的地面沉降現(xiàn)象，這些省份煤炭資源豐富，是我國(guó)東部和中部重要的煤炭生產(chǎn)區(qū)。根據(jù)我國(guó)煤炭協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，地下煤礦開采造成的沉降破壞的土地已達(dá)到1.0×105 hm2，在我國(guó)以7.0×104 hm2/年的速度增長(zhǎng)[6]。

2 治理技術(shù)

2.1 采礦廢棄物回收管理

地下煤礦開采的廢棄物包括粗廢（礦石或煤渣）和洗滌過程產(chǎn)生的細(xì)粉。前者出現(xiàn)在地面上，主要是“礦井運(yùn)行”的煤，這是切割道路和驅(qū)動(dòng)器或其他地下開發(fā)工作，以及高度自動(dòng)化應(yīng)用于可變地質(zhì)的結(jié)果。露天采煤產(chǎn)生的廢棄物包括煤炭開采過程中移除的覆蓋層廢棄巖石和表土。采礦廢物的管理包括減少、回收和再利用，即在煤礦開采、冶煉、運(yùn)輸、使用等過程中實(shí)行清潔生產(chǎn)，利用新的技術(shù)，減少采礦廢棄物產(chǎn)生。在我國(guó)，廢棄物平均占傳統(tǒng)長(zhǎng)壁采礦方法去除的材料15%。確切的比例取決于特定的地質(zhì)條件。隨著全塌陷方法的改進(jìn)，沿下一個(gè)采空區(qū)道路行駛已成為提高資源回收效率的有效途徑。這既產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)效益，又減少了采礦廢物的產(chǎn)生。采礦廢物的影響可能造成持久的環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)后果，通過補(bǔ)救措施解決極其困難，同時(shí)要付出高昂的代價(jià)。因此，相關(guān)單位應(yīng)妥善管理煤礦廢棄物，確保處置設(shè)施的長(zhǎng)期穩(wěn)定，減少或防止酸堿排水和重金屬浸出造成的水土污染。

2.2 礦區(qū)土地復(fù)墾復(fù)綠

開采土地利用的選擇是土地復(fù)墾規(guī)劃的主要問題，因?yàn)閺?fù)墾方法影響復(fù)墾成本及后續(xù)使用，以及區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。當(dāng)?shù)氐奈锢砗蜕鐣?huì)經(jīng)濟(jì)條件決定了正確的土地使用類型。這可以在對(duì)土地進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑u(píng)估后加以確定。在歐洲國(guó)家，超過50%的開采土地被開墾為森林或草地。然而，由于人口眾多和農(nóng)田短缺，我國(guó)人均耕地少，我國(guó)70%以上的開采土地被回收用于后續(xù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，這是應(yīng)對(duì)農(nóng)田短缺的有效途徑。

地下煤礦開采導(dǎo)致地面沉降，加劇了丘陵礦區(qū)的水土流失。一般來(lái)說，被開采的土地復(fù)墾需要三個(gè)步驟：重塑地形、治理污染和重新種植。地下開采淹沒土地的復(fù)墾技術(shù)可分為回填法和非填法?；靥罘ú捎梅勖夯摇⑽勰嗟炔傻V廢棄物作為填料，提高沉降表面。當(dāng)前，在回填煤開采實(shí)踐中，我國(guó)煤炭行業(yè)應(yīng)根據(jù)不同礦區(qū)的地質(zhì)特征，研發(fā)滿足安全、高效回填開采需求的新型回填材料。還需要開發(fā)低成本的回填運(yùn)輸系統(tǒng)和相應(yīng)的設(shè)備，打破回填能力不足的技術(shù)瓶頸，優(yōu)化開采和回填工藝。需要開發(fā)的技術(shù)主要包括回填采煤對(duì)地表沉降的控制能力和策略、新的回填材料及運(yùn)輸系統(tǒng)的相應(yīng)設(shè)備、回填設(shè)備的選擇和設(shè)計(jì)等[7]。此外，植物修復(fù)是有效途徑，高積累植物是自然產(chǎn)生或基因改造的成果，是從土壤中去除金屬并將其積累在植物生物量中的植物修復(fù)策略之一，具有經(jīng)濟(jì)利益和審美價(jià)值。它不僅有可能促進(jìn)植被恢復(fù)、修復(fù)礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境。植物修復(fù)是一種全面的修復(fù)策略，包括根莖降解、根際過濾、植物蒸發(fā)、植物穩(wěn)定和植物提取，所有這些都是由微生物與根、土壤的相互作用介導(dǎo)的。

2.3 農(nóng)村社區(qū)重建

煤礦開采會(huì)占用一定的空間，破壞農(nóng)村的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，需要制定有效的政策，積極采取行動(dòng)，加快農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。緩慢的農(nóng)村社區(qū)重建會(huì)影響地下采礦工程、采礦面、采礦和運(yùn)輸通道，以及通風(fēng)系統(tǒng)的規(guī)劃。相關(guān)企業(yè)要綜合規(guī)劃農(nóng)村社區(qū)重建和采礦工程的實(shí)施，包括土地利用政策、采礦工程規(guī)劃和技術(shù)、農(nóng)村社區(qū)規(guī)劃。通過這種方式，在開采前將要開采的村莊移至原址外并重建，將分散的村莊開墾成農(nóng)田。在我國(guó)，重建村莊有兩種方法。第一，將農(nóng)民轉(zhuǎn)移至不受煤礦開采影響的地方。新建建筑工地必須征用土地，將征用土地與周圍的土地一起復(fù)墾。第二，在填筑后重建農(nóng)戶房屋，提升地面基礎(chǔ)，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采取抗變形措施?？棺冃未胧┌ㄤ摻畹撞亢晚敳炕炷镰h(huán)梁，在建筑基礎(chǔ)上安裝滑動(dòng)層、結(jié)構(gòu)柱、剛性鋼筋混凝土墊層和超長(zhǎng)建筑施工變形縫。隨著城市化和工業(yè)化導(dǎo)致農(nóng)田減少，第二種方法逐漸流行，但更多的技術(shù)問題亟待解決[8-9]。

2.4 加強(qiáng)各方合作，解決煤炭開采帶來(lái)的環(huán)境問題

由于煤炭開采及其在煤工業(yè)中的利用與環(huán)境問題有關(guān)，因此有必要在利用煤礦前評(píng)估或減輕煤礦對(duì)環(huán)境的影響，必須發(fā)展清潔采礦技術(shù)。隨著煤礦開采復(fù)雜性的增強(qiáng)，傳統(tǒng)的機(jī)械化和自動(dòng)開采技術(shù)無(wú)法滿足進(jìn)一步提高開采效率和安全水平的需求。因此，實(shí)行智能采礦很有必要。當(dāng)前，煤炭開采已成為夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，許多煤礦被廢棄，因此面臨著煤礦開采帶來(lái)的環(huán)境問題。為解決與煤礦開采有關(guān)的環(huán)境問題，發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家應(yīng)共同制定和實(shí)施礦山環(huán)境質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展和推廣礦山瓦斯處理和利用、采礦廢棄物利用、開采土地復(fù)墾等清潔采礦技術(shù)。各國(guó)應(yīng)明確采礦相關(guān)干擾的程度并進(jìn)行分類，評(píng)估污染來(lái)源、類型和程度，并遵循既定的采礦區(qū)評(píng)估和生態(tài)修復(fù)指南。

2.5 加強(qiáng)技術(shù)研究，應(yīng)用新型技術(shù)

相關(guān)企業(yè)需要在實(shí)地開展更多的研究，以評(píng)估煤礦開采對(duì)生物多樣性、土壤、空氣、地表和地下水的影響。雖然目前在煤礦的脫硫、脫灰和脫鹽技術(shù)方面已經(jīng)進(jìn)行了一些研究，但應(yīng)努力進(jìn)一步研究開發(fā)有效、低成本和環(huán)保的煤清潔技術(shù)，并在該領(lǐng)域使用這些技術(shù)。此外，必須鼓勵(lì)和強(qiáng)調(diào)替代清潔能源，以滿足未來(lái)的能源需求，并制定嚴(yán)格的管理和規(guī)定，革新生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的舊模式，保證新技術(shù)的有效應(yīng)用。加大研發(fā)投資力度，建設(shè)智能采礦基地、資源綜合利用圓形經(jīng)濟(jì)園區(qū)、地表生態(tài)恢復(fù)示范基地、煤氣和煤液示范基地等重大項(xiàng)目。

3 結(jié)論

煤炭是世界上最豐富的能源之一，也是全球最重要的電力來(lái)源。煤礦開采和利用不可避免地會(huì)造成煤礦事故、地面沉降、水環(huán)境污染、礦山廢棄物處理和大氣污染等問題，同時(shí)礦區(qū)內(nèi)的煤炭消費(fèi)和運(yùn)輸活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致其他有害元素釋放至環(huán)境中。煤炭是我國(guó)最主要和最重要的化石燃料，保障著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代化的能源穩(wěn)定。我國(guó)煤炭產(chǎn)量一直在增加，這意味著煤炭開采活動(dòng)越發(fā)密集，環(huán)境影響問題愈加突出。因此，構(gòu)建安全、高效、綠色指標(biāo)監(jiān)管體系，實(shí)現(xiàn)煤炭資源從傳統(tǒng)能源向生態(tài)能源的轉(zhuǎn)型。未來(lái)，相關(guān)部門應(yīng)致力于開發(fā)更加綠色、高效的煤炭開采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益雙贏。

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收稿日期：2024-09-19

作者簡(jiǎn)介：曾繼軍（1993—），男，貴州大方人，助理工程師，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害、環(huán)境治理。