铜川矿区地质环境保护规划
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发布时间：2022-04-23 09:47
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时间：2022-06-18 19:48
煤炭是我国重要的基础能源和原料，在国民经济中具有重要的战略地位。改革开放以来，煤炭工业取得了长足发展，煤炭产量持续增长，生产技术水平逐步提高，煤矿安全生产条件有所改善，对国民经济和社会发展发挥了重要的作用。但是随着煤炭资源的开发又出现了一系列的地质环境问题，如大气污染、土地压占、水资源破坏、地面塌陷等，影响到煤炭资源的开发和当地人民的生活。我们需要借鉴国内外先进的煤炭生产及环境治理经验，来减少或避免再出现上述的地质环境问题，同时对已经造成的地质环境问题进行治理，做到煤炭资源开发与环境的协调发展。
一、国内外煤矿区环境保护
1.从开采到利用综合考虑，统筹规划
从煤炭开采到利用的整个过程中，每一个环节对环境都会产生巨大的影响。这就要求从各个环节考虑，统筹规划，宏观*，*应根据各类情况在*与税收等方面加以支持，使煤炭企业得以健康发展。从生产方面来讲，推行煤矿绿色开采，就是从广义的资源角度上认识和对待煤、瓦斯、煤矸石、水等一切可以利用的资源，基本出发点就是防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响，目标是取得最佳的经济效益和社会效益。
2.绿色开采技术和洁净煤技术
针对煤炭开采过程中出现的水土地资源破坏、瓦斯、地面塌陷、地裂缝、煤矸石等问题，实施绿色开采技术和洁净煤技术。绿色开采技术，主要包括保水采煤技术、煤与瓦斯共采技术、煤层巷道支扩技术与减少矸石排放技术、煤炭地下液化技术等，利用先进的生产技术最大限度地减轻或消除煤炭开采对环境造成的损害。洁净煤技术(CCT)是指煤炭开发和利用过程中旨在减少污染和提高效率的煤炭生产、煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。洁净煤技术的应用可以大幅度提高煤炭利用效率，减少污染物排放量，并可将煤炭高效地转化为液体、气体燃料，保障能源安全。
煤炭地下液化技术:煤炭液化技术是将固体的煤炭转化为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。采用煤炭液化技术在地下将煤炭直接液化，减少煤炭在运输和利用中对环境造成的影响。
煤层配采:我国煤矿大部分是多煤层开采，各煤层煤质不同，在确定煤层的开采方法与开采顺序时，改变单一煤层开采，尽可能对各煤层进行合理协调配采。减少矿井煤炭灰分和有害气体的含量，使硫化物含量低于国家要求的标准。煤层配采可减少地表沉陷强度。
煤矸石充填与改革巷道布置:在井下设立矸石分选系统，利用矸石充填技术，矸石不出井，利用煤矸石进行巷旁充填与采空区充填，既少开了巷道，又提高了巷道支护强度，减少矸石运至地面后对环境造成的污染。转变思想观念，加强巷道布置改革力度，尽量多开煤层巷道，少开掘矸石巷道。利用矸石充填技术，还可以减少和预防地面沉降及地表塌陷的产生。
煤层气开采:铜川矿区的焦坪矿区煤层含有大量的瓦斯，积极进行煤层气开采技术研究，提高瓦斯抽放效果，为社会提供洁净能源，既保证了煤矿的安全生产，又提高了矿区的经济效益。
推广房柱式与条带式开采:在矿山浅部煤层采用房柱式与条带式采煤法，同时对其他煤层进行间歇式开采和煤种配采，可有效地防止地表沉陷。
修改煤炭技术*和规范，转变思想，*对环境会造成严重污染煤层的开采强度，浅地表煤层限量开采，待以后技术成熟后再进行开采。
利用先进的煤炭深加工技术:目前水煤浆技术已通过工业性试验，国家应重视并加大推广水煤浆技术的力度，减小大型企业因直接利用原煤对环境造成的污染。积极开展煤变油的试验研究，既缓解石油紧缺的局面，又加强了环境保护工作。
粉煤灰处理技术:火电厂燃烧后的粉煤灰加入一定量的方解石等化学物质，使燃烧后的粉煤灰直接作为水泥骨料，或应用到其他行业中，使粉煤灰得到综合利用。
充分利用矿井水资源:有些煤矿排出的矿井水经过简单的沉淀处理后，即可浇灌农田，可缓解我国北方干旱的局面。对矿井水进行深层次的处理后，完全可以达到生产和生活用水标准。
二、铜川矿区的地质环境保护规划
(一)地质环境保护规划的原则
总体采取防治结合的原则。“防”主要是针对在未来煤炭开采中尽可能地减少环境问题的产生，实施绿色矿山战略;“治”是针对已经产生的环境问题和随着煤炭的开采而出现的问题进行规划和治理。对未来可能产生的地质环境问题以“防”为主，以“治”为辅;对已经产生的地质环境问题以“治”为主，以“防”为辅，防止环境的进一步恶化。当务之急，对以前因煤炭资源的开发和利用而产生的各种地质环境问题进行调查、规划和治理，以改善矿区的地质环境。
1.结合铜川的环境保护规划，实施铜川矿区的地质环境保护规划
针对铜川环境问题众多和煤炭资源面临枯竭的形势，铜川已经进行了产业结构、环境保护的规划。铜川矿区的地质环境保护规划要符合铜川市的统一规划。一个城市的发展和产业转型都需要统一的规划，不能各自为政。企业与城市之间要互相配合，协调发展。
2.实施绿色矿山战略
正如朱训在“关于矿业城市可持续发展战略的思考与建议”报告中提出的那样:“树立环境也是生产力的新观念，保护好矿业城市的生态环境。”针对煤炭资源的开发，要综合考虑，统筹规划。从煤炭的开采到利用的每一个环节都要考虑，统筹兼顾。在煤炭资源开发的同时，要尽量减少对水资源、土地、大气等环境和其他资源造成的损害，同时尽可能地实现瓦斯、煤矸石、水资源等的综合利用，以获得最大的经济效益和社会效益。
(二)地质环境保护具体规划
1.水资源的保护规划
(1)矿井水资源化
铜川区和焦坪区各矿井，均要充分发挥污水处理厂的作用，进行不同程度的污水处理，使之满足不同的需要，实现污水资源化，同时也可以缓解各个矿区供水紧张的局面。
铜川区矿井属于缺水矿井，除了金华山矿矿井涌水量较大，部分外排至庞河外，其余4个矿井的矿井水大部分又复用于井下，基本未外排。但是铜川区的东坡矿、鸭口矿和徐家沟矿未设立污水处理厂，矿井水只排到地表经简单沉淀后大部分又复用于地下。因此，铜川区的3个没有污水处理设施的生产矿井都需要建立污水处理厂，根据处理后的水的用途，进行不同的处理方式，外排水必须处理到达标排放。
焦坪区的3个矿井属于富水矿井，陈家山矿和玉华矿建有污水处理厂，经过处理后，部分井下复用，部分外排。下石节矿的矿井水排到地表，经沉淀处理后大部分又用于井下洒水降尘、灌浆、灭火等，冬季时水还不够矿井使用。因此，下石节矿也要建立污水处理厂，即使外排水量很小，也要进行处理，达标后排放。焦坪区一方面面临水源地受到破坏，供水紧张的局面，同时又外排大量的矿坑水，没有真正实现矿井水资源化。因此，焦坪区应加强污水处理力度，重新规划矿井水的利用方式，真正实现矿井水的循环利用和矿井水资源化。
玉华矿的洗煤厂采用洗水闭路循环技术，洗煤用水来自矿坑排水，而且煤泥在厂内回收，洗水全部复用。
(2)保水采煤
保水采煤是目前煤炭开采方面提倡的先进的绿色开采技术，通过改进开采方法、顶板管理办法等措施，使裂隙导水带的发育高度涉及不到上覆主要含水层，避免含水层中的水沿采动裂隙带渗漏进巷道，既破坏水资源，又增加排水量。研究地面塌陷与开采方式、采高、顶板管理办法等之间的关系，尽可能地减少地面塌陷的产生和裂隙带的发育高度，以避免大气降水、地表水和含水层中的水沿地面塌陷直接进入巷道。铜川矿务局已经委托中国矿业大学(北京)进行了焦坪矿区放采岩层与地表移动规律研究，并于2004年12月提交了研究报告。该报告揭示了水平煤层分段开采岩层移动的初始垮落、垮落扩展、移动稳定的发展过程以及岩层移动和岩层垮落带扩展的传播方式。报告研究结论认为:工作面间煤柱大于60m时，煤柱对采动覆岩有很好的支撑作用，地表沉降可得到有效控制，煤柱宽度小于20m时，支撑范围太小，多工作面将形成较充分的开采状态，地表下沉率显著增大;工作面开采宽度超过165m时，地表下沉率将有明显增加。这些研究结果为改进开采方式，减少地面塌陷等提供了科学依据。
焦坪区的矿井水的来源为大气降水沿风化裂隙和构造裂隙补给、第四系覆盖层渗漏补给、地表水沿导水断裂带补给、地表水和大气降水沿塌陷直接进入井下、含水层中的水沿裂隙导水带(裂隙带贯通上部含水层)补给、老窑积水补给及井下工业用水的汇聚。铜川区矿井水主要来源于大气降水的补给、老窑积水补给和井下工业用水的汇聚。
从采煤设计入手，采矿专家应与水文地质专家相互结合，优化出最佳的顶板管理办法，其目标是经济合理，技术可行，找到保护水资源环境与保证煤炭回采率的最佳结合点。铜川北区的采煤和顶板管理方法目前全部为放顶煤全陷，以前有的工作面采用的是长壁分层全陷。铜川区的采煤方法全部为长壁全陷(包括以前和现在)。这种采煤方法和顶板管理方法，非常不利于地下水资源的保护。矿井应与科研院所联合研究，设计新的采掘方案，探寻水资源保护与煤炭开采的优化方案(图5-20)。
图5-20 铜川矿区水环境保护规划图
2.煤矸石的治理和应用规划
铜川市区(三里洞矿、桃园矿、王家河矿、史家河矿)煤矸石作为火山灰质硅酸盐水泥的原料、水泥的混合材料、混凝土掺合料、混凝土集料和混凝土砌块加以应用。因为这些矸石山位于市区或紧临市区，影响较大，而且矿井已经关闭(仅桃园矿存在部分残采)。铜川东区(王石凹矿、史家河矿、李家塔矿、金华山矿、徐家沟矿、鸭口矿、东坡矿)的煤矸石作为水泥的混合材料、建筑材料、混凝土砌块加以应用。焦坪区的煤矸石可以用作生产免烧砖和煤矸石发电，由于焦坪区矿井的服务年限较长，且每年煤矸石的产生量较多，因此规划一煤矸石电厂。交通不便地区的煤矸石可进行覆土复垦，或进行无土复垦。铜川矿区2006年煤炭产量为967万t，产生煤矸石108.9万t，综合利用量是15万t，处置量是16.6万t，堆存量为60.5万t，年煤矸石的利用率仅为15.5%。铜川矿区现有煤矸石山16座，累计矸石堆存量约为2410万t，而整个铜川的煤矸石堆存量约为4200万t。煤矸石作为水泥原料、混凝土砌块、掺合料、混凝土集料、混凝土砌块、水泥的混合材料等的应用，每个生产单位的年利用量在几万吨至几十万吨之间，而煤矸石的堆存量和新产生量又较大，因此，在铜川市区和铜川东区应鼓励多种方法的应用。具体的各个矿井的煤矸石应用规划见图5-21。
图5-21 铜川矿区煤矸石资源化规划图
对现存煤矸石的治理措施:对于目前正在自燃的煤矸石进行灭火，可以采用黄土等惰性物质覆盖燃烧区的覆盖法、向燃烧区喷洒石灰乳或其他灭火浆液灌浇法以及将灭火材料制成浆液用机械注入矸石堆内部，通过“降温”和“隔氧”来灭火，从而消灭自燃和减少污染。对于堆放于各个沟谷中的煤矸石要进行覆土或是绿化，防止扬尘的产生。要在沟谷的底端修筑防御设施、排水设施，防止煤矸石的滑坍。对于煤矸石淋滤液要进行收集处理，防止造成土壤、地表水体和地下水的污染。
对于新排出的煤矸石，改变以往从山顶直接向下倾倒的方法。应实行分层堆放，层层压实，上覆黄土，边缘注浆等措施，防止煤矸石发生自燃和滑坡。当煤矸石的堆放厚度达到8～10m时，用机械把煤矸石推平压实，然后在其上方覆盖0.6～0.8m厚的黄土，再推平压实，然后方可在其上覆盖另一层的煤矸石。依此类推，实行层层压实，并上覆黄土，上一层比下一层向后退8m，整体呈梯田型。当矸石山饱和后，在最上层覆盖1.0～1.2m厚的黄土，并进行绿化。在层与层之间形成的梯形边坡上要采用打钻注浆的方式进行封闭隔氧。同时还要修建疏排水工程，防止煤矸石山发生滑坡。
3.地面塌陷的地裂缝的规划治理
铜川矿区地面塌陷和地裂缝现象普遍，对人民的生活和生产影响极大。铜川矿区的地面塌陷和地裂缝的规划治理按稳定区、正在发育区和未来可能发生区3类进行。
(1)稳定区的规划治理
对于地面塌陷已经稳定的地区，实行土地复垦，结合铜川市的总体规划，综合利用。其中铜川市区的稳定塌陷区按照铜川市区的发展规划，进行城市建设、土地复垦和生态重建;其他地方的塌陷稳定区应以生态修复为主(居民区除外)，因地制宜地对矿山地质环境进行恢复治理，保持健康的生态环境即可。
(2)正在发育区的规划治理
对于地面塌陷和地裂缝正在发育的地区，要加强观测，密切注意地面塌陷和地裂缝的发育、变化情况，发现问题，及时处理，把危害降低到最小。同时应加强这方面的科学研究，掌握采空区地面塌陷和地裂缝的发育规律，为防止灾害的发生和治理灾害提供科学依据(图5-22)。
图5-22 铜川矿区地面塌陷治理规划图
(3)未来可能发生区的规划治理
在目前的情况下，铜川矿区的采空区全部存在地面塌陷和地裂缝问题。如何防止在未来的采空区再次出现同样的问题，是我们必须要考虑并逐步解决的问题。目前铜川矿区的开采方法为长壁全陷和放顶煤全陷，根据铜川矿区的地层结构，这种采煤方法必然会导致采空区地面塌陷和地裂缝的产生。这就需要研究采空区的沉陷规律，结合矿区的地层结构，改进开采方法和顶板管理方法，最大限度地减少地面塌陷和地裂缝的产生。
4.焦坪矿区瓦斯利用规划
在焦坪区规划一个瓦斯发电厂和一座瓦斯储备站。焦坪区矿井全部为高瓦斯矿井，据初步测算:北区煤层瓦斯的涌出量每分钟在150～180m3之间，按每立方米发3度电计算，每年可发电2.8亿度，相当于14万t优质煤炭发的电，可产生直接经济效益2200万元。这样既节约了资源，提高了资源的利用率，又避免了瓦斯排入大气中造成大气污染，可谓一举两得。瓦斯还是一种清洁能源，在焦坪区建立一个瓦斯储备站，可与铜川市的天然气并网，可以供居民生活燃气，还可以减少使用煤炭造成的环境污染。已在下石节矿建了一座瓦斯发电站，少量的瓦斯得到利用。
瓦斯发电投资小、回收快，一般3年左右即可收回全部投资。瓦斯发电成本低(与燃煤发电相比)，因为瓦斯一般是作为废气排放的，瓦斯发电既节约了能源，又减少了对环境的污染。瓦斯发电技术成熟，设备完备，与矿井实际情况相结合即可实现。瓦斯发电站结构简单，易于安装。瓦斯发电耗气量大，耗气稳定，有利于开展CDM项目，获得减排资金的支持。瓦斯发电设备可在热电联产、备用电力和调峰等方面应用，前景广阔。
