煤矿开采对环境的影响及煤矿废水资源化分析

煤矿开采对环境的影响及煤矿废水资源化分析

张深

身份证号：120101198703313042

摘要：近年来，由于煤矿的开采，对生态环境的损害日益加剧。通过对煤矿的环境污染问题的分析，对矿井的大气、水资源的影响、废水的性质、分类、处理等问题进行探讨，并针对煤矿开采的现状，提出提高煤矿环境质量的对策。充分利用煤矿废水，实现经济、社会、环境三方面的综合效益，为煤矿生态环境的健康循环和经济的可持续发展提供理论基础和技术保证。

关键词：煤矿；经济发展；环境污染；废水资源化

前言

煤炭是我国的主要能源之一，对我国的工业经济发展和转型起着举足轻重的作用。由于煤矿开采工艺复杂，需要通过多个生产环节，使用各种关键技术。因此，在煤矿开采中，如果操作不当，会对周围的环境造成严重的影响。为此，应加大对煤矿开采施工工艺等方面的研究，降低煤矿开采对生态环境的影响，是实现绿色开采、保障经济发展的关键措施，必须引起有关部门的高度重视。

1煤矿开采对环境的影响

1.1对大气环境造成的影响

煤矿开采对大气环境的影响很大，其主要表现为气体的排放和粉尘的排放。据统计，煤矿开采每年产生5.1×10英尺至7.0×10英尺的气体排放。其中，瓦斯在矿井中存在着很大的安全隐患，而且在一定程度上会对臭氧层产生损害，从而污染空气。煤矿开采过程中，粉碎过程中产生的粉尘也是造成大气污染的主要原因。

1.2对水资源造成的影响

第一由于煤矿开采对地表水的影响，矿坑周围的裂缝水被排入河道，随着开采深度的增加，采空区也会逐渐扩大，从而导致地表水和大气中的雨水向地下转化。第二煤矿开采对土壤水造成的影响，通过调查，查明矿区因采矿而导致的土壤水分损失，使其内部结构发生改变，从而影响了地表水和地下水的循环。土壤含水量的减少，使土壤的热容度发生变化，使气候变化的能力发生变化。第三煤矿开采对地下水造成的影响，随着煤矿开采程度的提高，采空区逐渐增大，在采放等施工过程中，煤层顶板破裂、坍塌，造成采空区结构破裂，造成了地下水的连通，水位下降，储水量减少。地下水在矿井中流动，形成一个下降的漏斗。在此期间，由于若采空区的扩展和漏斗的渗透性越来越强，在水流的作用下，岩体很容易发生变形和断裂，进而引起一系列的地质灾难[1]。

1.3对土地资源的影响

第一导致矿区土地沉陷，目前我国煤矿塌方面积已达1万多平方公里，一些耕地因坍塌而不能继续耕作，同时还导致生态破坏和管道的土壤养分流失殆尽，对周边的村庄、铁路等造成重大损失。煤矿开采崩塌严重，对当地的生态环境造成了极大的损害，大量的居民向别处迁移，对社会产生很大的影响。第二煤矸石排放压占土地并污染环境，我国有500多个大中型矿井，年产1千多吨的磨石山，每年产出1.2吨左右，煤矸石的产出率为8%~20%，平均为12%，也就是说，一年可以生产0.15吨的煤粉，而研石料的堆积量则是3吨以上。其中，碎石堆积会对环境造成很大的污染:一占用耕地，煤矸石堆积占据大量的土地，使我国的耕地不断萎缩，严重影响当地的生态环境。二将其带入环境，煤矸石的自燃会产生大量的二氧化硫、 CO、 HS、 NO和烟尘，对环境造成很大的污染。

1.4侵占和破坏土地

煤矿的开采会带来一系列的环境问题，使人口和资源、人口和环境之间的矛盾更加突出。由于不同的采矿方法，导致不同的生态问题。采矿活动对矿山环境的损害主要表现为采掘区的崩塌和研石山的堆积，长期下去会对矿区周边环境产生不利的影响。露天采矿也会对周围的环境造成一定的影响，采掘和排土场的挤压是造成这种情况的主要原因。无论采用何种方法，都会对矿山和周边的生态环境造成严重的破坏。

1.5破坏生态平衡

煤矿开采将对周围的生态环境造成极大的破坏，其中水、土地资源将逐步耗尽，对生物群落和环境适应能力的降低，甚至造成大批的动物死亡。同时，由于有毒物质的不断积累，使得当地的生态环境在短期内不能满足生物的需要，从而造成生态系统的不平衡。

2排放废水污染土地资源

煤矿开采对土地资源产生了污染，土壤肥力下降。煤矿采空区的形成，会导致地表发生大范围的沉陷和坍塌，每开采1吨煤，引起的沉陷面积约为0.21m。另外，由于煤矸石的大量生产，会形成大量的煤粉，使土壤受到严重的污染。由此可以看出，由于煤矿开采而产生的碎石堆积对土壤的污染是十分严重的，并且使耕地的有效面积大大降低。

2.1排放废水的特征

由于煤矿开采过程中产生大量的污水，其中一些污染物由于没有达到规定的标准，会对当地的生态环境产生一定的影响。污水污染水体和土壤，对鱼卵和幼体的生长有一定的影响，使鱼类避免迁移，甚至死亡。

2.2废水的分类及处理

第一清洁废水，主要来自旧窑积水、裂隙砂岩水等。此类煤矿所储存的污水，不含有毒有害物质，pH值为中性，浊度较低，水质较好，可满足日常生活用水的要求，并含有多种有益成分。通过单独设置的输水管道，经过相应的消毒处理，这些水可以用作日常生活用水。第二废水中的悬浮物，高浓度悬浮物废水的成因，主要是由于矿井在开采过程中，在地下水中掺入一些岩石粉末和煤粉，而在化学、物理指标方面，除了含有微生物和悬浮物质之外，其他指标均符合国家饮用水的要求

[2]。

3煤矿废水资源化技术工艺研究

3.1 A2/0工艺

A2/0工艺(Anaerobic-Anoxic-Oxic)是指厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷技术;该工艺能实现BOD5、 SS90%~95%、磷90%以上。但是,由于A2/0工艺的成本和运行费用比常规的活性污泥法要高.因此,在我国现有条件下,将废水排放到封闭或缓流区会造成富营养化,对供水系统造成一定的影响。

3.2 SBR工艺

SBR工艺是一种以间歇式曝气法为运行原则的废水处理方式,也是顺批式活性污泥法的别名。事实上,SBR工艺是美国最早发现的一种反应污泥技术,在二十多年的发展中,将生物选择器与可变溶剂反应技术有机地结合在一起,取得更好的效果。

3.3 BAF工艺

BAF技术,也就是所谓的曝气生物滤池工艺,在90年代初期,通过微生物的吸附作用,将生物处理和固液两种物质相分离,再通过过滤系统的结构调整和优化,实现生物降解。BAF工艺生产中,废水由滤池底部排入过滤层,通过微生物对有机物进行氧化，NH3-N被氧化为NO3-N。另外，在堆叠的过滤和微生物膜中，也有一定程度的厌氧/低氧环境。经净化后，可用于绿化、冲洗和工业用水。

4煤矿开采影响环境的对策

4.1积极应用新的技术

第一减少5米以下煤层的放顶煤混入的碎石。在实践中，可以采用分层开采技术，既可以降低煤中的研石成分，又可以降低煤层回采时的研石成分。第二采用远距离单孔掘进巷道的通风与安全技术.该技术在矿井生产中的运用，可以有效地预防矿井自燃、通风、巷道掘进等方面的问题，确保煤矿的正常开采。

4.2减少粉尘和废气的排放

由于煤矿开采中的烟尘、尾气等污染物进入到大气中，对人类的生存环境有很大的影响，所以必须降低烟尘、废气的排放量。在煤矿开采之前，必须对煤矿下的气体进行预抽，以保证以后的采掘安全，同时也能降低以后的采掘过程中的废气。采用喷雾、声波水雾化等方式，可以降低粉尘的排放。同时，在采空区进行注浆、氮气注入，可以降低 CO的排放。

4.3煤矸石治理

第一废旧矸石山的治理，在煤矿开采初期，没有认识到研石的作用。随着大量开采出来的矿石被地面选煤厂进行分级，堆积在矿区上，形成了一座巨大的研石山，占地面积大，容易引发自燃、爆炸，不仅对环境造成严重的污染，也会对人类的生命造成直接的危害。同时，在目前的开采技术条件下，开采出来的碎石大多被用来填充采空区和建材，所以很少有现代煤矿开采的研石堆积如山。在已废弃的研石山中，为了提高景观和观光价值，往往采取生态治理与恢复技术。通过不断的探索与实践，研石山的治理取得了初步的成果，曾经的环境污染很重的研石山，如今已经变成了一片绿意盎然、花果飘香的矿场。第二减少煤炭回采时产生的研石量，为了降低煤矿开采过程中的研石量，对3~5米宽的缓倾斜煤层，采取一次全高、整体机械化的综合机械化开采技术。对于3~5.0 m的斜坡、陡坡煤层，采用分层开采法，若有夹石层，则采用下层顶结构。当煤层厚度大于5.0m时，应采用全机械化放顶煤法，并采用多轮连续放顶，以增加采收率。

4.4减少地表塌陷

在低品位煤层或结构较为复杂的煤层中，通常采用柱式或房柱式开采，可有效避免地面塌陷，避免对地面造成严重影响。在采空区，常采用煤粉或浆料填充厚煤层，以防止地面塌陷。对于薄、中厚煤层，采用离层带高压注浆技术，降低煤层的沉陷。

4.5煤炭地下气化

煤矿地下气化不仅可以减轻矿井作业、减轻劳动强度，而且可以改善矿井的生产环境，消除环境污染。我国的煤矿井下气化技术是50年代首次应用的，大同和沈阳的矿井也进行大量的研究和实验，但是因为种种原因，一直没有得到推广。我国煤矿地下气化技术经过多年的发展，已经在国内进行了较为全面的研究，并在此基础上总结了我国煤矿的经验和技术[3]。

4.6减少废气与粉尘对大气的污染

煤矿开采过程中产生的废气、粉尘等污染物进入大气中，会对大气造成严重的污染，所以要降低废气和粉尘的排放量。首先，在煤矿开采之前，要对煤矿的沼气进行预抽，既能确保后期的施工安全，又能有效地降低后期的排烟。其次，通过对煤层注水、声波雾化、高压喷淋等手段来降低瓦斯爆炸时一氧化碳的排放。此外，还可以通过小型采煤机和煤巷掘进机来降低煤矿开采中的有毒气体。为了避免在煤矿中大量排放一氧化碳，采取对采空区进行氮气注入和灌浆等措施。

4.7控制噪音污染措施

在煤矿开采中，噪声是不可避免的，为了降低噪声对周边居民的影响，需要对噪声进行有效的治理。因此，相关部门要严格遵守国家有关法规。在采矿前要对煤矿的噪声影响进行规划、预报，并采用必要的隔声措施，以达到降低噪声的目的，同时引入最先进的降噪设备，确保周边居民的正常生产、生活[4]。

4.8充填采空区

采空区充填技术包括:水力充填、风力充填、自溜充填等。水力充填物有河砂、山砂、碎石等。地表沉降因填充物的不同而有差异，通常为0.1~0.5，而降低沉降的效果可达50%~90%。在充填物料中，以淤渣和碎石充填效果最佳。风力充填需要特殊的压风机、充填机及输送管道，对充填物料的粒径要求很高，但因充填容量及充填效果等因素，其适用范围一般很小。在急倾斜煤层和斜坡煤层中，采用自溜充填，其减沉作用比较弱。

近几年，在大屯，新汶等地区，采用采空区上部离层裂缝注浆充填技术，降低沉降速率和下沉量，可降低沉降30%~40%。采用的填料为粉煤灰、粉煤灰，既能降低粉煤灰的堆积，又能降低地面沉降，对高水位矿区的农田保护有很好的发展前景。它的技术要点之一是确保注浆不会进入采空区;二是要对形成离层的准确预测。同时，采用地下采空区、预掘室、废弃巷道等为储藏空间，在地下储藏空间中填充研磨石，可以从一定程度上解决或减少地表沉陷问题。

4.9减少煤矿瓦斯排放

我国煤矿煤层气储量十分丰富，预计在2000米以下的煤层气资源约为32~35×1012立方米，与传统的天然气资源基本持平，主要分布在东北、华北、华南、西北四大聚气区，其中华北煤层气资源十分丰富。如何对这些曾经被遗弃的资源进行高效的资源化，成为有待解决的课题。目前，在山西晋城、沁水等条件较好的地区，煤层气勘探已经取得初步的突破。煤矿的瓦斯井下抽放取得了比较成功的成绩，技术水平达到国际先进水平，2000年矿井抽放量达到8.6亿立方米，年平均使用量达到5亿立方米。2001年矿井抽放瓦斯达9.8亿立方米，目前已有180家煤矿瓦斯抽放和地下输气系统。目前，淮南等高瓦斯煤矿开展煤与瓦斯并采新技术的探索，主要是对瓦斯抽放规律、抽放技术、材料、设备进行深入的研究，并在煤矿中开展规模开采和应用示范工程[5]。

5煤矿开采中的环境保护措施

5.1树立煤矿可持续发展意识

要使煤矿资源得到可持续发展，必须坚持培养员工的可持续发展观念，强化煤炭资源的再开发，并严格遵守环保法规，以维护生态环境。第一，根据煤矿的具体情况，进行深入的调研、调研，不断地进行安全管理，不断地更新煤矿的采矿技术，以达到降低对周边环境的损害和污染的目的。第二，继续加大投资力度，使煤矿生产技术、装备不断更新，使煤矿开采有序、科学化、规范化。第三，要树立可持续发展的观念，必须不断提高煤矿管理人员的环保意识，从而进一步提高员工的安全意识和环保意识，促进煤矿企业的发展，向着绿色发展的方向迈进，从而达到可持续发展的目的。

5.2自觉开展煤矿地质调查工作

通过对煤矿进行地质调查，可以了解煤矿的地质环境问题和煤矿开采的分布和危害特点，从而制定相应的对策，保证煤矿的可持续发展。如果在煤矿开采中进行有针对性的环境监控，不但能找出煤矿的土层污染、水污染、矿井中有害化学物质的迁移规律，而且能及时发现煤矿内的瓦斯储量，并能采取措施降低瓦斯储量，防止瓦斯爆炸。

5.3建立健全环境保护法律法规

煤矿开采是一种十分复杂的生产工艺，为了降低其对生态环境的损害，需要不断完善有关的法律、法规，使其更加规范化、环保，并把保护生态环境作为一项重要的指标，以降低对生态环境的损害。另外，由于我国煤矿的开采方式比较简陋，有关环保方面的监管也不够严密，因此，要不断地对有关的法律、法规进行规范，以保证煤矿的采掘过程中有规则可循。

5.4优化矿井开采技术

利用技术对矿井的开发情况进行预测，使用先进的技术，及时减少因井下施工造成的坍塌，并合理地选取合适的物料，从而确保采空区的支护。同时，采用条带式开采和预留煤柱开采技术，降低塌方深度。

5.5地面塌陷及地裂缝的治理

对地面坍塌或轻微松动的地区，要继续进行监控，并采取警告措施，防止更大的安全事故发生。对于尚未稳定的地区，可以采取回调、防渗透、重建地表、排水等措施。对于有小危险的地方，如出现小裂缝，要立即用石头或泥土进行填筑，并用防渗措施加固，若有较大的裂缝，可以通过注浆等方法加以处理。

6排放废水资源化利用措施

第一对排水量进行中央控制。煤矿开采中的排水量控制，是在煤矿内修建闸门，将各水层的出口水流通过闸门连接起来，然后用阀门来调节出水的流量，从而达到集中排水的目的。第二分离污水和清水。为减少矿井水的污染，减少废水处理费用，提高矿井水的使用效率，应通过开发地下水循环利用系统，将地下水的蓄水排出，使矿井水不再受到采矿活动的影响。第三将污水注入到水源中。通过对矿井特殊区域的天然水压进行回灌，可以提高矿井的地下水位，使矿井的排水和补给达到均衡。第四利用环境休憩设施进行水力建设。可以在矿山开采的区域内修建一个地下蓄水池，规划好矿道，对污水进行相应的净化处理，并根据环境的不同，对水源进行合理的利用，使有毒的污水变成可用的水。建设矿道水库具有灌溉农田、不蒸发、改善环境、减少投资等优势[6]。

7结语

煤炭是我国的一种主要能源,是我国经济发展不可替代的重要资源。但是,由于煤矿的开采会污染坏境、污染水源、土地、大气等。但是由于煤矿开采，对环境造成了很大的污染。因此，必须加强煤矿的自然生态保护和绿色开发。我国出台了一系列的环保、能源政策，并且投资巨额的资金，开发先进的采矿技术和清洁煤技术，从而改善我国的煤矿生产和生产效率，并在一定程度上推动我国的经济和社会的发展，在保护生态环境方面起到积极的作用。所有有关部门都应该关注使用新技术来降低或者控制污染，从而促进国家的环境和经济的可持续发展。

参考文献

[1]万鹏. 煤矿开采对山东南四湖周边地表和土壤环境的影响研究[D].昆明理工大学,2021.

[2]武哲曦.煤矿开采对矿区生态环境的影响与应对措施[J].山西科技,2020,35(05):87-88.

[3]赖礼煌.福建煤矿开采对当地环境的影响及对策[J].内蒙古煤炭经济,2017(Z2):85-86.

[4]相坤.煤矿开采对地质环境的影响及防治措施[J].能源技术与管理,2016,41(03):126-127.

[5]张坤,任文轩.论中国煤矿开采对生态环境的影响——以河南鹤壁为例[J].农村经济与科技,2014,25(06):16-17+43.

[6]任虎奎,任建勋.浅议煤矿开采对环境的影响与生态矿山建设[J].陕西煤炭,2014,33(02):19-21.