河南省煤炭工业环境地质灾害现状及防治对策

河南省煤炭工业环境地质灾害现状及防治对策

河南省是中国的重要能源基地之一，其煤炭开采和储量在中国排名第七。近年来,煤炭生产居全国第2～3位。到1994年为止,全省共有煤矿井3114处,原煤年产量9617.6万t,为全省的工农业生产和地方经济腾飞做出了巨大贡献。煤炭储量、产量和人均占有量,是衡量一个国家、一个地区经济实力和发展潜力的重要指标。目前,世界上一些发达国家年产煤人均占有量均在3t以上,美国人均达5t,而我国人均只有1t。煤炭部“科技兴煤”战略提出:在今后若干年内达到人均3t煤的目标,即原煤年产量达到40亿t,这将给我省煤炭工业的发展带来机遇和挑战。然而,随着我省煤炭工业的迅速发展,已经和正在产生日益严重的环境地质灾害。例如:采煤引起的顶板冒落和地表塌陷,前者是煤矿事故中发生次数和伤亡人数最多的灾害,后者则破坏耕地和地表建筑物,引起自然生态环境的恶化;煤层自燃发火占煤矿火灾事故的98%以上,不仅烧伤矿工、烧毁井巷设备,而且产生大量CO等有害气体,使人员中毒死亡,还会引起瓦斯和煤尘爆炸,造成更大的灾害。封闭火区,又减少了煤炭资源;煤矸石的堆放,不但占用了大量土地,且燃烧和爆炸还污染矿区大气环境;矿井水害可导致淹井等事故,影响煤矿生产和矿工生命安全;煤矿瓦斯和有毒气体突出,也一直是危及矿井和矿工安全的重大灾害,等等。以上煤矿灾害,属于环境地质灾害的范畴,即在采煤过程中,由于自然的或人为的因素破坏了地质环境的平衡所引起的灾害。煤矿环境地质灾害已经和正在威胁煤矿生产,造成巨大的经济损失。在技术力量薄弱、经济实力和安全措施欠缺的地方煤矿,显得尤为突出。据对1990～1994年我省地方煤矿死亡3人以上的各类事故统计,5年间,死于环境地质灾害的人数达1220人,占各类事故死亡总人数的77.3%,直接经济损失达数千万元,间接经济损失更为惨重。环境地质灾害已经使我省煤炭工业蒙受巨大经济损失,而且带来严重的社会问题和环境问题,若不及早加以研究和提出防治对策,必将进一步恶化煤矿环境,严重影响我省煤炭工业的可持续发展。为此,特提出以下建议。1环境灾害防治环境地质灾害不仅发生于煤矿区,也普遍存在于其它各类矿区,在地质环境不稳定的地区,泥石流、滑坡等环境地质灾害也时有发生。这些灾害直接威胁各类矿产开发业的持续发展和人民生命财产安全,是我省的主要灾种之一,应引起各级政府和职能部门的充分重视。建议省灾害防治委员会将其列为重要的议事日程,在工作计划、学术活动、灾害研究与治理经费安排等方面,应有环境地质灾害防治的一席之地。2地表与环境污染环境地质灾害对环境破坏十分严重,也属环境保护和环境治理的重要内容。地表塌陷毁坏耕地、破坏房屋和道路等地面设施,导致矿区生态环境的恶化。1990～1994年间,仅我省地方煤矿采煤塌陷累计毁坏土地约853ha,历年累积塌陷土地约3200ha。大量的塌陷区和地裂缝改变了地表水和地下水的流动状态,破坏了农田灌溉系统。塌陷区积水已使有些地方由陆生生态环境改变为水生生态环境。地表塌陷使地面楼房开裂、道路变形、管道破裂。禹州某矿采煤塌陷使附近村庄形成一个面积达0.3km2的塌陷坑,深达4.1m,房屋出现裂缝,地基下沉,致使该村举村搬迁,矿方赔偿数十万元。在某乡镇,地表局部下沉达3m多,许多房屋东倒西歪,裂缝密布,小学三层教学楼岌岌可危。矿区内有2.5km铁路位于塌陷区,塌陷深度3.2m,铁路路基下沉,须经常铺垫。矿井污水排放不仅浪费地下水资源,使全国煤矿区70%缺水,40%严重缺水,而且造成地表水和土壤污染。据统计,我国30条500km以上的河流中有18条已受到煤矿区废水污染,我省煤矿区的地表水几乎均被污染。煤矸石堆放占用大量耕地,据1991年底的初步统计,我省历年煤矸石堆放量约有1.5亿t,占地450多万m2,其中占用农田160多万m2。煤矸山自燃产生的有害气体也严重污染矿区大气环境。煤矿区大量的生产与生活用煤和众多的土法炼焦,使得我省煤矿区SO2含量严重超标,个别矿区日均浓度达1.57mg/m3以上,比伦敦烟雾事件的起始值高3倍多。天然降水对煤矸山的淋滤,使有害元素进入地表水、地下水和土壤,对人体造成危害,少数煤矿区土壤中的汞含量高出周围土壤2.3倍。所以,对环境地质灾害的防治,应引起各级政府的充分重视,列为环境保护、环境治理和环境评估的重要内容。3利用省科委、地矿厅、省环保确定科研方向,大力推进科研队伍建设鉴于环境地质灾害造成的巨大经济损失和严重的伤亡事故,以及它所产生的日趋严重的社会问题和环境问题,建议省科委、煤炭厅、地矿厅、省环保局将其辟为专门的科研方向,在科研政策上和经费上予以倾斜。4坚决内容上要坚决管辖无证开采,保障矿产资源开发与环境保护同步发展1980年以来,乡办、村办、联办、个体办的小煤窑大量涌现,一些地区管理失控,出现大量无证开采矿井,如在豫北×矿区和豫西×矿区内就有小煤窑496对,无证矿井占50%以上。仅在××矿区,个体小煤窑井架林立,数平方公里内多达120个,且相当一部分是无证矿井。这些无证小煤矿越层越界乱挖滥采,不仅打乱了国有大矿的生产布局,而且对矿井安全造成威胁,缩短了矿井寿命。韩庄矿务局二矿是该局目前仅存的一个生产矿井,1991年其+63水平大巷被韩庄村3个无证小矿将“保安煤柱”采空,形成火区,成为二矿安全生产的心腹大患。1995年以来,该矿大巷变形加剧,断面缩小,不能满足运输和通风需要。1995年6月1日,矿工在对该大巷返修时,顶板发生严重冒落,大量火团从采空区落下,烧毁了巷道中的碹胎、通讯电缆和高压电缆,矿井受到瓦斯爆炸的威胁。为此,韩庄二矿不得不停产抢修一个半月,直接和间接损失达1500万元。由于管理职责上的不规范和地方保护主义,使得无证开采问题一直未得到很好解决。建议由省政府矿产资源委员会牵头,省灾委、省煤炭厅、省地矿厅协同,指导和协调国家统配煤矿、地方国营煤矿和各地矿管理部门的关系,坚决取缔无证开采,保障矿产资源开发与环境保护同步发展。建议对主管或兼管的各级领导干部进行煤炭法和环保法规知识培训,提高业务素质和管理水平。5矿井环境灾害防治对策与资源利用途径治理已形成的环境地质灾害,不仅是环境保护的需要,也是经济发展的需要。煤矿环境地质灾害,是煤矿生产消极的一面,如若得到治理,可以化害为利,变废为宝,创造可观的经济效益。我院资源与环境工程系承担的省科委项目“河南省地方煤矿环境地质灾害与防治对策”已通过省级鉴定,达到国内先进水平。报告对我省煤矿环境地质灾害进行了全面调查,对防治对策和资源化利用途径进行了初步探讨。由于篇幅所限,下面仅以采煤塌陷灾害为例简述其危害、预防及治理措施。5.1地表缺陷及地表凹陷量大,但耕地减少,土地指标偏低,且逐渐减少采煤塌陷危害是多方面的,如破坏地面建筑物、破坏公路、铁路和地面管道等。其中主要危害之一是对耕地的毁坏。目前,我国统配煤矿塌陷面积已达86667ha,华东地区每年约有4万多农民因塌陷而失去土地。我省煤矿区普遍存在地表塌陷问题,如焦作矿区形成较大塌陷坑17个,严重塌陷面积达51.7km2。平顶山矿区形成较大塌陷坑20多个,严重塌陷面积达20多km2,地方煤矿地表塌陷也十分严重,以塌陷率0.03ha/万t计(据有关单位对华东、华北40个矿区的统计,平均每采1万t煤,塌陷耕地0.03～0.05ha),1990年塌陷土地为158.7ha,1991年有161.4ha,1992年是167.3ha,1993年为178.3ha,1994年为187.8ha,5年累计塌陷土地达853.5ha,若加上1990年以前的塌陷,累计约达3200ha。我省是一个农业大省,土地资源紧张,但耕地面积锐减。1995年,全国耕地净减少38.8万ha,而我省平均每年减少5.5万ha,目前人均耕地低于全国平均水平,居第22位。采煤塌陷毁坏耕地是导致我省耕地锐减的主要因素之一。5.2地下水开采区的充填(1)加强矿产管理和宏观调控,依法取缔无证开采,进行统一规划,减轻因小煤窑乱挖滥采而加剧的地表塌陷程度。(2)生产工艺措施:①矿井充填,减小地表下沉量。对采空区进行充填,是预防塌陷的一项重要措施,主要方法有:用煤矸石或过火矸充填采空区;把白矸留在井下,用洗矸回填采空区;用粉煤灰充填;对中～厚煤层的采空区用过火矸、粉煤灰加少量絮凝剂作矿井充填材料,只要粗细颗粒搭配适当,就能降低空隙度,提高强度。②减少单层开采厚度或采用条带法开采,控制地表变形值不超过对建筑物的容许极限。③增大采空区宽度,使地表下沉缓慢,使得地表移动充分,使建筑物很快处于盆地中部的均匀下沉区。④均匀控制开采推进速度,避免工作面长期停在建筑物下方,合理进行协调开采。(3)避免受淹措施。在即将受淹的塌陷区地表下埋设引水管道,将多余的地下水引入集中池,用水泵排走,以保证土地的充分利用。(4)地表塌陷预测方法可根据具体情况和要求,采用精确预测、粗略预测和根据本地区地表移动参数近似地预测移动盆地边界(具体预测方法略)。5.3抓治理,严格控制缺陷危害由于采煤塌陷已成为一种煤矿特有的生产破坏形式,它所产生的社会问题、经济问题和环境问题相当严重,我省各级煤矿3000余处,对塌陷危害除了被动赔偿外,积极加以治理的并不多。搞好这一工作,不但要靠各级政府的重视和相应的政策法规,更要靠各级煤矿对它的危害性的认识和积极地治理。这一工作搞好了,可以改善矿区环境质量,减少赔偿,改善矿群关系,还可以收到可观的经济效益,确是功在当代、利在千秋的事业。5.3.1地面稳定性分析综合考虑采空塌陷的时间、空间特征(采空塌陷年龄、最大沉降量、规模、强度、地面破坏状况)、开采条件(采厚、采深、规模方式)和地层条件等10余项因素判断各地段采空塌陷的地面稳定性。预测塌陷持续时间和最终边界,采取相应措施,充分利用耕地。5.3.2煤山的充填研究利用矿区固体废物(如煤矸石、坑口电站粉煤灰及少量生活垃圾)作为充填物料来充填塌陷坑。这种方法兼有掩埋固体废物和复垦塌陷土地的双重效能。按产矸率20%计,我省各级煤矿每年产矸近2000万t,但利用率很低(<0.4%),煤矸不仅占用大量土地,而且污染矿区大气和地表水。在目前经济技术条件下消灭煤矸山的主要途径之一是充填塌陷区。在充填后的稳定塌陷区建设地面建筑,既治理了塌陷,改善了矿区环境,也减少了煤矿建设征地费用。塌陷区充填矸石后,覆土0.1～0.5m种植玉米、红薯、豆类、蔬菜等。在矸石地基上挖1m3树坑,填入好土种树,成活率也很高。若矸石风化速度快,矸石地基不覆土,可直接栽种耐酸、耐贫脊的刺槐等树种,不但可绿化矿区,还可收到一定的经济效益。5.3.3低潜水位法水土流失区主要受损特征矸石一般只能回填塌陷区总面积的20%,还必须采用非充填式复垦部分塌陷区,这对于治理浅塌陷区(平均沉陷<2m)具有明显的优越性。低潜水位塌陷区是指潜水位虽相对上升,但基本上不积水或因渗漏使原水位下降的塌陷区,其主要受损特征是形成高低不平的丘陵地貌,如禹州、韩～梁矿区等。在这类塌陷区,塌陷范围不大时,略加平整既可治理。面积大时,治理模式可仿效北方丘陵山区的“围山转”绿色工程,在塌陷盆地底部挖塘蓄水打井灌溉,使复垦后的塌陷区成为保水、保土、农果相间的陆生生态系统。5.3.3.水陆覆盖盆地的复垦模式中潜水位塌陷区指局部积水或季节性积水的塌陷区,积水面积和深度不仅受季节影响,还受丰水年和干旱年的影响。积水区域难以种植作物,也不能进行淡水养殖。我省大多数丘陵地带煤矿的塌陷区属此类型。复垦模式是将盆地底部深挖成能蓄水养鱼的深水池塘,使其同时具有蓄洪和浇灌功能,将周围“坡子地”改建为围绕塌陷盆地的宽条带水平梯田,将塌陷前单一陆生农业改造为水陆混合型农业。或因地制宜,结合矿井排放水,在低凹水区修建鱼塘。5.3.3.