4．煤矿开采对大气、土壤以及生态的污染及治理对策
4.1矿区大气污染及其防治
4.1.1 矿区大气污染
（1） 煤矿井下开采产生大量煤粉尘和有害气体污染环境。
图4-1 矿区开采扬尘
我国大部分煤矿都有瓦斯，并且瓦斯矿井和煤瓦斯突出矿井约占40%左右。此外，在井下其他作业过程中还产生部分有害气体，如井下使用的硝胺炸药在放炮中产生CO和NOx；使用柴油动力机械排放的废气中含有大量的NOx；煤炭自燃产生CO，CO2等。为了井下生产安全，通常采用通风方式将井下的有害气体抽出排入大气中CH4，CO，CO2， NOx，H2S等是造成大气污染和温室效应的有害源，严重影响地球的气候和生态环境。煤矿在生产、贮存、运输及巷道掘进等各个环节都产生大量粉尘。粉尘的主要成分是硅和铝的化合物，掘进工人患职业矽或硅肺病，采煤工人患职业的煤肺病就是二氧化硅和煤尘微粒在肺部沉积的结果，煤矿肺病是二者混合沉积的结果，在矿工职业病中
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（2） 矸石山自燃排放出大量烟尘和有害气体。
图4-2 煤矸石自燃
煤矸石是煤炭生产过程中排弃的主要废渣，约占煤炭产量的10%~20%。目前全国矸石山约1 500座，其中自燃的有300座，经治理，仍有百余座在自燃，燃烧的矸石山放出大量的烟尘及NO2，H2S，CO等有毒气体，严重污染了矿区及周边地区的大气环境。 （3） 矿区工业锅炉、窑炉以及居民燃烧的烟囱排放大量烟尘、二氧化硫对矿区大气环境造成污染。
据统计，我国SO2排放量占世界第一，CO2排放量占全球总排量的13%，居世界第二。燃煤产生的SO2排放量占全国总排放量的74%；燃煤产生的CO2排放量占全国总排放量的85%；燃煤产生的NOx排放量占全国总排放量的60%；燃煤产生的TSP排放量占全国总排放量的70%。许多矿区大气中，颗粒物、二氧化硫的浓度已经超过国家标准几倍，甚至10几倍，尤其是冬季，其超标率明显大于其它三个季节。
在矿区，用于生产、生活的锅炉，大部分都未安装二氧化硫净化装置，矿区二氧化硫排放的90%来自煤炭的燃烧。另外，矿区居民由于用煤非常便利，因而烧煤不加节制，大量燃用原煤，一方面造成原煤的浪费，另一方面产生严重的大气污染。这些小煤炉基本上没有经过治理，同时缺乏统一的管理，数量多，而且低空排放，烟尘难以扩散，对矿区大气污染严重。
煤炭是我国的主要能源，每年有80%以上的煤炭用于直接燃烧。煤是由C、H、O、N、S组成的极其复杂的高分子有机化合物。煤炭燃烧时80%左右的硫是可燃的，燃烧
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时硫分大部分以SO2的形式排出。例如电厂燃烧含1%硫的煤，烟气中的SO2在0.1%左右。SO2进入大气后，可转化为SO32-，SO42-遇降水可形成酸雨。酸雨危害鱼类、侵害土壤、破坏森林，抑制农作物生长，对桥梁、机械设备、城市建筑、石灰石、大理石、雕刻的名胜古迹严重侵蚀。
（4） 煤矿煤层气排放对大气的污染
煤层气是成煤作用过程中所生成的烃类气体(主要是甲烷)经运移、散失后仍保留在煤层和顶底板岩层之中的部分。它在采煤过程中释放出来，成为矿井瓦斯的主要有害气体，并常常造成瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故，给矿工的身体健康和生命安全以及国家财产造成严重威胁和损失。我国有90%以上的煤产量来自地下开采，在国有重点煤矿中，高沼气和煤与瓦斯突出矿井占47%，是矿井瓦斯爆炸等恶性事故发生频率很高的国家。 4.1.2 矿区大气污染的防治措施
（1） 开发利用煤层甲烷气在采煤之前和采煤中利用钻井工程进入采层，通过一定的技术措施改善煤层的渗透条件，将煤层甲烷气预先抽放出来，并加以利用，可大大减小矿井瓦斯的威胁，减缓地球温室效应，同时可得到廉价、洁净、高效的能源。经专家测评250m3甲烷气即可顶替1t标准煤；同时甲烷燃烧产生的CO2仅为烧煤的1/2，且不产生SO2和烟尘，十分有利于改善环境条件。
（2） 减少井下废气、粉尘和地面粉尘污染井下排入大气中的CO、NOx、CO2和H2S等有害气体虽虽然远小于CH4，但也不可忽视。这些有害气体不仅威胁井下安全生产及工人身心健康，而且对地面大气环境造成污染，也应采取相应的治理措施。如采用煤层注水、高压喷雾、声波雾化、巷道风流水幕净化、集尘风机等灭尘措施，防止沼气与煤尘爆炸时产生CO；向采空区灌浆、注氮、喷洒阻化剂、及时打密闭等措施，防止煤炭自燃产生CO；发展使用岩巷与煤巷掘进机和研究制造适合地方小煤矿使用的小型采煤机，防止爆破掘巷和爆破采煤中放炮产生CO、NOx和H2S等有害气体；使用柴油动力机械应配置废气净化器，防止产生NOx。上述措施可使井下各作业环节产生的有害气体和粉尘降到最低限度。地面防尘采用定点和移动式的喷雾洒水，保持储煤场和道路湿润，运煤车厢垫好车帮防止漏煤，可以有效地降低矿区粉尘。
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4.2 煤炭开采对土地的影响
4.2.1 土壤污染
煤矿区土壤中的有害元素主要来源于煤矸石风化自燃、淋滤，矿区大量粉尘、废气的沉降以及矿井水。有害元素通过各种水力联系(导水砂层、地层裂隙、河流等)发生污染转移，使矿区及其周边地区的土壤质量下降，生态系统退化，农作物减产，甚至威胁人体健康。土壤一旦被有害元素污染，其危害性远大于大气和水体的污染，因为有害元素化合物能较长时间存在于土壤环境中，且不易被人察觉。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，沿食物链最后进入人体，引起急、慢性中毒，造成肝、肾、肺、骨等组织的损坏，甚至能够致癌。
土壤有害元素污染对矿区生态环境产生多种损害方式，总体分为三大类:①受污染的土壤直接暴露在环境中，通过土壤颗粒等形式直接或间接地被动物或人吸收；②在雨水淋溶作用下，土壤中的有害元素缓慢向下渗透，导致地下水的污染；③外界环境条件的变化，例如酸雨，提高了土壤中有害元素活性和生物可利用性，使得有害元素较容易被植物吸收而进入食物链，对动物和人体产生毒害作用，并易向下迁移，导致地下水污染。目前，对煤矿区土壤中有害元素的研究越来越深入，有研究表明:土壤中有害元素的活动性、生物可利用性、毒性与有害元素的形态有密切关系，为矿区土壤的修复提供了新思路。 4.2.2 地表破坏
煤矿开采对土地的影响还表现对地表的破坏，主要有以下两种形式： （1） 土地塌陷
我国是土地资源极其匮乏的国家，人均耕地占有量只有0.11hm2，不到世界人均耕地面积的1/2。然而煤炭开采对土地资源的损害十分巨大，这无疑加重了我国人多地少的矛盾。煤炭开采损害土地资源的直接方式主要有挖损、塌陷和压占三种类型，其中，土地塌陷是主要形式，对生态环境的损害程度最大。研究资料表明:
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图4-3 煤矿开采造成的土地塌陷
2002年山东邹城煤矿区由于采煤塌陷造成土地破坏面积4166.32hm2，其中积水面积1173.53hm2，绝产面积1728.19hm2，涉及到20多个行政村。随着煤炭开采数量逐年增加，土地塌陷面积每年将扩大200~300hm2。预测到2010年，因煤炭开采塌陷土地将达5300hm2。土地塌陷使得矿区农村人均耕地急剧下降，目前人均耕地不足0.03hm2的村庄有15个。此外，地面塌陷还不同程度地损害水体、植被等人类生活所依赖的基本环境要素。陕西榆林地区环保部门1997年6月调查，大柳塔矿区产生地表塌陷面积104hm2，造成王渠水库干涸，影响下游农田灌溉；使得前柳塔村3条水渠断流，13hm2水浇地变为旱地；后柳塔村4条水渠断流， 2.7hm2水浇地变为旱地。同时，因塌陷造成植被干枯、死亡，在相同立地类型条件下，塌陷区沙蒿死亡率比非塌陷区高16%。 （2） 水土流失与沙漠化
我国西部煤炭资源蕴藏丰富，但是该区域位于干旱半干旱区，植被稀疏，水土流失及沙漠化严重，生态系统非常脆弱。因此，水土流失和土地沙漠化成为我国煤矿区最突出的生态环境问题之一。煤矿建设和生产过程中挖掘地表、堆弃土渣、破坏土地和植被，从而减少了地面植被的覆盖，造成地表径流和地表糙度改变，使土壤抗蚀指数降低，加剧了水土流失和土地沙化，不仅损害矿区生态环境，而且为周围地区带来了严重的环境污染和安全威胁。例如，陕西榆林神府东胜矿区是黄河流域风蚀沙漠化和水土流失复合侵蚀最为严重的地区。
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