【正文】 這主要是因?yàn)槊禾抗I(yè)具有明顯的行業(yè)特點(diǎn) ， 開采、加工、貯運(yùn)及利用等項(xiàng)技術(shù)都較落后 ， 并且 ，在一些地區(qū) ， 人們對(duì)于生產(chǎn)和建設(shè)考慮得較多 ， 往往只是追求多采煤快采煤 ， 而較少顧及生態(tài)環(huán)境 ， 不注意創(chuàng)建新的生態(tài)平衡 ， 從而使煤礦生態(tài)環(huán)境繼續(xù)惡化 ， 造成了一系列不利于發(fā) 展生產(chǎn) ， 又影響到社會(huì)生活的后果。 圖 52 煤炭生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 其中人類及動(dòng)植物屬于生命系統(tǒng) ， 其余部分屬于環(huán)境系統(tǒng)。 能量流動(dòng)路線 物質(zhì)流動(dòng)路線 圖 51 地表生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖 從圖中可以了解到 :生產(chǎn)者通過光合作用 ， 把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能 ， 貯存在它所制造的有機(jī)物質(zhì)中供消費(fèi)者需要分解者能使生物體分解成為無(wú)機(jī)物質(zhì) ， 再將其轉(zhuǎn)變成為可供植物利用的養(yǎng)分 ， 保持著相對(duì)平衡狀態(tài)。 煤炭是中國(guó)的主要能源 ， 約占一次能源構(gòu)成的 74%， 中國(guó)原煤產(chǎn)量占世界第一位 ，煤炭開采引起地表沉陷 ， 并誘發(fā)大量地質(zhì)災(zāi)害 ， 造成土地挖損和占?jí)?， 使礦區(qū)大量耕地?fù)p害與貧瘠 ， 植被破壞、水土流失與土地沙漠化加劇 ， 礦區(qū)生態(tài)環(huán)境日益惡化 ， 給礦區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活及社會(huì)安定造成了極大影響 ， 亦嚴(yán)重制約了礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。煤礦噪聲具有強(qiáng)度大、聲級(jí)高、連續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、頻帶寬等特點(diǎn)。由于礦井采礦及其配套工程設(shè)施諸如交通線、建筑物等的建設(shè)，使得礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)原有的大面積連續(xù)的生物環(huán)境被人為分割成許多面積較小的不規(guī)則板塊，甚至是完全消失。 晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦業(yè)系專科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 （ 2） 挖深墊淺法是用挖掘機(jī)械將塌陷的區(qū)域再挖深 ， 形成水 (魚 )塘 ， 取出的土方用于充填塌陷淺的區(qū)域形成耕地 ， 達(dá)到水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植并舉的因其操作簡(jiǎn)單、適用面廣、經(jīng)濟(jì)效益高、生態(tài)效益顯著 ， 被廣泛用于采煤塌陷地的復(fù)墾。例如 ， 陜西榆林神府東勝礦區(qū)是黃 河流域風(fēng)蝕沙漠化和水土流失復(fù)合侵蝕最為嚴(yán)重的地區(qū)。預(yù)測(cè)到 2021年 ， 因煤炭開采塌陷土地將達(dá) 5300hm2。 例如 ， 土壤中毒性最大的 Cd、Pb、 Hg、 As等元素在生物放大作用下大量富集 ， 沿食物鏈最后進(jìn)入人體 ， 引起急、慢性中毒 ， 造成肝、腎、肺、骨等組織的損壞 ， 甚至能夠致癌 。 （ 2） 減少井下廢氣、粉塵和地面粉塵污染井下排入大氣中的 CO、 NOx、 CO2和 H2S等有害氣體雖雖然遠(yuǎn)小于 CH4， 但也不可忽視。例如電廠燃燒含 1%硫的煤 ， 煙氣中的 SO2在 %左右。燃煤產(chǎn)生的 SO2排放量占全國(guó)總排放量的 74%； 燃煤產(chǎn)生的 CO2排放量占全國(guó)總排放量的85%； 燃煤產(chǎn)生的 NOx排放量占全國(guó)總排放量的 60%； 燃煤產(chǎn)生的 TSP排放量占全國(guó)總排放量的 70%。為了井下生產(chǎn)安全 ， 通 常采用通風(fēng)方式將井下的有害氣體抽出排入大氣中 CH4， CO，CO2， NOx， H2S等是造成大氣污染和溫室效應(yīng)的有害源 ， 嚴(yán)重影響地球的氣候和生態(tài)環(huán)境。 ⑤ 對(duì)地表的塌陷區(qū)和和裂縫應(yīng)采用密封性能較好的材料進(jìn)行填堵。含鐵、錳水 ， 通常采用混凝、沉淀、吸附、離子交換和膜技術(shù)等處理方法。最常規(guī)方法主要是采用混凝、沉淀、過濾、消毒殺菌處理工藝 ， 經(jīng)處理后的礦井水 ， 可作為生活飲用 水及井上、下工業(yè)用水。綜合以上分析計(jì)算結(jié)果 :煤礦開采對(duì)山西省水資源影響的經(jīng)濟(jì)損失為 13. 92~14. 72 元 / t。 （ 5） 煤礦開采導(dǎo)致地表變形、塌陷。由于山西地質(zhì)條件的特殊性 ， 煤系地層直接覆蓋在奧陶系碳酸鹽巖類地層上。山西地處黃土高原 ， 煤礦絕大部分位于山區(qū) ， 地形復(fù)雜 ， 河谷切割深 ， 溝谷徑流較少 ， 大部分為季節(jié)性河流 ， 當(dāng)煤礦開采沉陷波及到地面時(shí) ，造成地表開裂和塌陷 ， 使得地表水滲入地下或礦坑 ， 因而使地表徑流減少 ， 水庫(kù)蓄水量下降。 煤 炭開采過程中的礦井水和矸石淋 濾 水等未經(jīng)凈化處理就被直接排放 ， 對(duì)周圍水環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染 ， 僅山西省水資源的破壞造成的經(jīng)濟(jì)損失就達(dá) 300 億元。 在開拓布局上要權(quán)衡利弊 ， 統(tǒng)籌安排 ， 在礦井前期不予開采或探放 ， 留待礦井水末期處理 ， 避免長(zhǎng)期排放酸性水。減少工作 面 丟失的浮煤、積極撿選利用黃鐵礦結(jié)核 ， 能減少產(chǎn)生酸性水的物質(zhì)。礦井涌水量穩(wěn)定 ， 則水的酸性穩(wěn)定；密閉差、空氣流通良好 ， 則水的酸性較強(qiáng) ， Fe3+離子含量較多；反之．則酸性較弱 ， Fe3+離子較多；開采越深 ， 煤的含硫量越高；開采面積越大。 2H20時(shí) ， 體積增大一倍；形成 MgS04酸性礦井水的形成對(duì)地下水造成了嚴(yán)重的污染 ， 同時(shí)晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦業(yè)系?？茖W(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 還會(huì)腐蝕管道、水泵、鋼軌等井下設(shè)備和混凝土井壁 ， 也嚴(yán)重污染地表水和土壤 ， 使河水中魚蝦絕代。在大同十里河 ， 懷仁小峪河 ， 朔州七里河 ， 陽(yáng)泉桃河 ， 孝義兌鎮(zhèn)河 ， 左權(quán)清漳河 ， 晉城長(zhǎng)河等地均有此現(xiàn)象。加上城鎮(zhèn)供水井 ， 全省現(xiàn)狀的深井已達(dá) 44298 眼。 （ 3） 對(duì)淺部含水層及供水水源地的影響 圖 32 煤礦開采對(duì)淺層地下水的影響 煤礦采空塌陷使覆巖產(chǎn)生了大量垂向張裂縫 ， 有的裂縫直通地表 ， 在地面形成地裂縫、地面塌陷。 晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦業(yè)系?？茖W(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 3． 煤礦開采對(duì)水環(huán)境的影響 煤礦開采對(duì)水環(huán)境的影響 地下水資源破壞情況 煤礦開采對(duì)地下水資源的影響主要表現(xiàn)在三個(gè)方面 ， 一是破壞了地下水均衡 ， 二是采空塌陷使覆巖產(chǎn)生了大量垂向張裂縫 ， 造成采空區(qū)以上各類地下水含水層地下 水位下降或被疏干 ， 三是奧陶系巖溶水遭到一定程度的破壞 ， 導(dǎo)致巖 流量減少。采用長(zhǎng)壁全部垮落法后 ， 巖層產(chǎn)生大范圍的破壞移動(dòng) ， 如何控制這種破壞與移動(dòng)以及它們與地下水破壞內(nèi)在規(guī)律的研究是有實(shí)際意義的。采高大 ， 采煤機(jī)的重量大 ， 其自身的平衡與穩(wěn)定對(duì)機(jī)械制造及設(shè)備配套提出新的要求。以上技術(shù)的發(fā)展 ， 最終為實(shí)現(xiàn)無(wú)人采煤工作面打下基礎(chǔ) ， 從而極大地提高煤礦效率。因此 ， 利用現(xiàn)有的高新技術(shù)成果 ， 研究精確地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)的新理論、新方法 ， 研制新的探測(cè)儀器 ， 是保證綜采發(fā)揮最大潛能的前提條件。 （ 5） 各種綜采高產(chǎn)高效綜采設(shè)備保障系統(tǒng)。硬厚頂煤控制技術(shù) ， 研究開發(fā)埋深淺、支承壓力小條件硬厚頂煤的快速處理技術(shù) ， 包括高壓注水壓裂技術(shù)和頂煤深孔預(yù)爆破處理技術(shù) ， 使頂煤體能隨采隨冒 ， 提高其回收率。 采煤方法和工藝 采煤方法和工藝的進(jìn)步和完善始終是采礦學(xué)科發(fā)展的主題。 1965 年以后 ， 煤炭工業(yè)部組織推廣了一次多放炮、爆破裝煤、滾筒式采煤機(jī)采煤、使用金屬摩擦支柱和鉸接頂梁等 12項(xiàng)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn) ， 使采煤方法得到進(jìn)一步的完善和發(fā)展。采煤方法改革的根本出路在于發(fā)展機(jī)械化、自動(dòng)化、工藝操作程序化 ， 從而達(dá)到安全、高產(chǎn)、高效、資源損失少的目的 ，并努力達(dá)成或接近國(guó)際先進(jìn)水平。事實(shí)上 ， 正是出于對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的考慮 ， 人們?cè)絹?lái)越多地放棄作為燃料的煤炭 ， 去尋求高效、潔凈的綠色能源。 國(guó)民思想認(rèn)識(shí)的 提高 隨著改革開放 30 年的建設(shè) ， 中國(guó)的綜合國(guó)力 ， 人民的思想素質(zhì)水平得到了極大的提高 ， 對(duì)于煤礦開采 ， 大多數(shù)人已經(jīng)開始認(rèn)識(shí)到我們不能繼續(xù)污染我們的天空與綠水 ， 不能不給我們的子孫后代留下他們賴以生存的礦產(chǎn)資源。 據(jù)統(tǒng)計(jì) ， 全國(guó)煤矸石累計(jì)堆積已達(dá) 30 億 t， 占地 55萬(wàn) m2， 每年煤矸石外排量為 2 億t， 增加占地約 3萬(wàn) m2。然而 ， 長(zhǎng)期傳統(tǒng)的粗放型生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式引起許多諸多環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題 ， 并且也已成為影響我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的綜合性制約因素。尤其是過度及不合理地開采與開發(fā) ， 已對(duì)礦山及其周圍環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染并誘發(fā)出了多種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害。并且這些問題已不再是單一的環(huán)境要素問題 ， 而成為影響我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和區(qū)域生態(tài)環(huán)境發(fā)展的綜合性制約因素的系統(tǒng)問題 。我國(guó)制定的《中國(guó) 21 世紀(jì)議程》把資源與環(huán)境問題提到了前所未有的戰(zhàn)略高度。采煤系統(tǒng)指回采巷道的掘進(jìn)一般都是超前于回采工作進(jìn)行的 ， 它們之間在時(shí)間上的配合以及在空間上的相互位置關(guān)系。 第一個(gè)五年計(jì)劃期間（ 19531957） ， 繼續(xù)開展采煤方法改革。 回顧我國(guó) 50 年來(lái)采煤方法的沿革 ， 總結(jié)正反兩方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn) ， 使我們認(rèn)識(shí)到 ，采煤方法的改革必須結(jié)合中國(guó)的國(guó)情來(lái)進(jìn)行。以提高工作面單產(chǎn)和生產(chǎn)集中化為核心 ， 以提高效率和經(jīng)濟(jì)效 益為目標(biāo) ，研究開發(fā)各種條件下的高效能、高可靠性的采煤裝備和工藝 ， 簡(jiǎn)單、高效、可靠的生產(chǎn)系統(tǒng)和開采布置 ， 生產(chǎn)過程監(jiān)控與科學(xué)管理等相互配套的成套開采技術(shù) ， 發(fā)展各種礦井煤層條件下的采煤機(jī)械化 ， 進(jìn)一步改進(jìn)工藝和裝備 ， 提高應(yīng)用水平和擴(kuò)大應(yīng)用范圍 ， 提高采煤機(jī)械化的程度和水平。主要研究開發(fā) :體積小、功率大、高可靠性的薄煤層采煤機(jī)、刨煤機(jī) ； 研制適合刨煤機(jī)綜采的液壓支架 ； 研究開發(fā)薄煤層工作面的總體配套技術(shù)和高效開采技術(shù)。國(guó)有重點(diǎn)煤礦的全員效率顯著提高 ， 目前已出現(xiàn)年產(chǎn) 400萬(wàn) t 的綜采面。 （ 2） 采煤工藝的高新技術(shù)應(yīng)用 回采工作面是煤礦生產(chǎn)的核心 ， 采用新技術(shù)、新設(shè)備對(duì)傳統(tǒng)的開采方法、工藝形式的改造 ， 是煤礦實(shí) 現(xiàn)高產(chǎn)、高效、安全的關(guān)鍵。 ③ 在煤層條件適宜的條件下使用大采高的開采技術(shù)。因而 ， 研究回采巷道高度在 4 m 以上的巷道支護(hù)方式及掘進(jìn)工藝 ， 對(duì)于大采高技術(shù)的推廣應(yīng)用無(wú)疑是非常重要的。但抽放率較低 ， 這與抽放設(shè)備、抽放技術(shù)工藝有關(guān) ， 特別和開采過程中對(duì)瓦斯的運(yùn)移規(guī)律認(rèn)識(shí) 不清有關(guān)。其中嚴(yán)重破壞區(qū)面積為 2670 km2， 占全省總面積的％；一般破壞區(qū)面積 10113km2， 占全省總面積的 ％；影響區(qū)面積為 7569 km2， 占全省總面積的 ％。2021 年到 2021 年 6 年間 ， 全省解決了因采煤漏水而缺水的 2021 個(gè)村 95萬(wàn)人 ， 而在此期間建設(shè)的飲水工程有 625處因采煤破壞報(bào)廢 ， 8l 個(gè) 村 37萬(wàn)人重新陷入飲水困難。在現(xiàn)狀條件下 ， 打一眼 800m 深的機(jī)井大約需要三、四個(gè)月時(shí)間 ， 投資在 60 萬(wàn) 元以上。 PH值低于 6的礦井水稱酸性礦井水。如鋼軌、鋼絲繩受 pH值 4的酸性礦井水侵蝕 ， 幾天或幾十天后 ， 其強(qiáng)度會(huì)大大降低 ， 可造成運(yùn)輸安全事故 ； 2．探放 pH值低的老空水 ，鐵質(zhì)拄水管道和閘門 在 水流沖刷下腐蝕很 快 ， 使放水失去控制而帶來(lái)災(zāi)害； 3．酸性礦井水中 SO22含量很高 ， 與水泥中某些成分相互作用生成含水硫酸鹽結(jié)晶。煤層開采后處于氧化環(huán)境 ， 硫 鐵礦與礦井水和空氣接觸后 ， 經(jīng)過一系列的氧化、水解等反應(yīng) ， 生成硫 酸和氫氧化鐵 ， 使水呈現(xiàn)酸性 ， 即 產(chǎn)生 酸性礦井水。 ① 減源 ：撿選利用造酸礦物 ， 化害為利。 ③ 減少排放酸性水的時(shí)間：減少礦井水在井下的停留時(shí)間 ， 可在一定程度上降低微生物對(duì)煤中硫化物的氧化作用。目前 ， 處理方法有以石灰乳為中和 劑 的方法、 石 灰 石 行為中和劑的方法以及石灰石 —— 石灰法、微生物法和濕地處理法。如何解決好經(jīng)濟(jì)發(fā)展中山西省煤炭生產(chǎn)與水資源的矛盾 ， 是一個(gè)非常緊迫的課題。 （ 3） 采煤對(duì)巖溶水資源的影響。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì) ， 山西由于采煤排水和采空區(qū)漏水引起礦區(qū)水位下降 ， 導(dǎo)致泉水流量衰減或斷流 ， 共影響井泉 3218 個(gè)。根據(jù)估算 ， 采煤排水量對(duì)水資源破壞價(jià)值為 0. 7~1. 1 元 / t 煤礦開采對(duì)水資源量的永久消耗價(jià)值計(jì)算為 12. 62 元 / t。只需在井下涌水水源處妥善截流 ， 通過專用管排至井底 ， 再經(jīng)水泵排至地表 ， 不用處理或經(jīng)簡(jiǎn)單消毒即可作為生活飲用水 ， 有的還含有多種有益元素 ， 可直接開發(fā)作為礦泉水。常用的方法是電滲析法 ， 目前中國(guó)處理高礦化度礦井水幾乎全部采用電滲析技術(shù)如圖36所示。如遇斷層切割 ， 則應(yīng)進(jìn)行滲水和突水的嚴(yán)密封賭。 4． 煤礦開采對(duì)大氣、土壤以及生態(tài)的污染及治理對(duì)策 礦區(qū)大氣污染及其防治 礦區(qū)大氣污染 （ 1） 煤礦井下開采產(chǎn)生大量煤粉塵和有害氣體污染環(huán)境。目前全國(guó)矸石山約 1 500座 ， 其中自燃的有 300座 ， 經(jīng)治理 ， 仍有百余座在自燃 ， 燃燒的矸石山放出大量的煙塵及 NO2， H2S， CO等有毒氣體 ， 嚴(yán)重污染了礦區(qū)及周邊地區(qū)的大氣環(huán)境。 煤炭是我國(guó)的主要能源 ， 每 年有 80%以上 的煤炭用于直接燃燒。我國(guó)有 90%以上的煤產(chǎn)量來(lái)自地下開采 ， 在國(guó)有重點(diǎn)煤礦中 ，高沼氣和煤與瓦斯突出礦井占 47%， 是礦井瓦斯爆炸等惡性事故發(fā)生頻率很高的國(guó)家。 煤炭開采對(duì)土地的影響 土壤污染 煤礦區(qū)土壤中的有害元素主要來(lái)源于 煤矸石風(fēng)化自燃、淋 濾 ， 礦區(qū)大量粉塵、廢氣的沉降以及礦井水。煤炭開采損害土地資源的直接方式主要有挖損、塌陷和壓占三種類型 ， 其中 ， 土地塌陷是主要形式 ， 對(duì)生態(tài)環(huán)境的損害程度最大。 （ 2） 水土流失與沙漠化 我國(guó)西部煤炭資源蘊(yùn)藏豐富 ， 但是該區(qū)域位于干旱半干旱區(qū) ， 植被稀疏 ， 水土流失及沙漠化嚴(yán)重 ， 生態(tài)系統(tǒng)非常脆弱。 土地治理對(duì)策－－土