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煤矿及其开采论文

毕业论文

煤矿开采对周围环境的影响

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二零一零年十一月十九日

摘　要

煤炭作为我国最主要的能源，在经济发展中发挥了重要作用。

然而，长期传统的粗放型生产经营方式引起许多诸多环境污染和生态破坏问题，并且也已成为影响我国社会、经济和区域可持续发展的综合性制约因素。

在分析煤矿开采造成矿区土地资源浪费、水资源破坏和大气污染现状的基础上，根据可持续发展思想，结合ISO14000环境管理标准，提出了以自然-经济-社会复合生态系统理论为基础的矿区生态环境管理体系和“绿色开采技术”。

关键词：

煤矿开采；环境污染；绿色开采；综合规划

Abstract

CoalasthedominatingenergysourceplaysanimportantroleineconomydevelopmentinChina，butithasbroughtforwardsomeenvironmentpollutionandecologydestruction，andaffectedsustainabledevelopmentincoalmineareasincethestandingexecutionofthetypicallyfreemanagementinproductionandoperating.Thispaperanalysestheproblemoflanddestruction，waterresourcesandatmospherepollutionduetocoalmining，BasedonanalysisoftheenvironmentproblemsandISO14000environmentmanagementstandard，theecologyandenvironmentmanagementsystemand“greenminingsystemprinciple”isputforwardintermsofsustainabledevelopment.

Keywords:

coalmining；environmentpollution；greenminingsystem；integratedplanning

目录

摘　要I

AbstractII

1．绪论1

1.1当前中国煤矿开采的现状1

1.2环保型煤矿开采的起源2

1.2.1传统煤矿的缺陷2

1.2.2中国人民普遍思想素质的提高2

1.2.3国际环保呼声空前强烈2

1.3研究的方法和目的3

2．煤矿开采工艺的发展4

2.1煤矿开采技术的内涵与发展4

2.1.1煤矿开采内涵4

2.1.2我国煤矿开采技术的发展历程4

2.2我国采煤技术的发展方向5

2.2.1采煤方法和工艺5

2.2.2采煤技术的发展方向7

3．煤矿开采对水环境的影响10

3.1煤矿开采对水环境的影响10

3.1.1地下水资源破坏情况10

3.1.2地表水资源破坏情况12

3.2水环境污染成因及防治对策13

3.2.1酸性矿井水的危害13

3.2.2酸性矿井水形成的原因14

3.2.3酸性矿井水的预防与治理15

3.3山西煤矿开采对水资源的主要危害16

3.4水资源污染的控制技术17

3.4.1矿井水污染的控制技术17

3.4.2煤矸石淋滤液污染治理20

3.4.3煤矿用化工材料污染治理20

4．煤矿开采对大气、土壤以及生态的污染及治理对策21

4.1矿区大气污染及其防治21

4.1.1矿区大气污染21

4.1.2　矿区大气污染的防治措施23

4.2煤炭开采对土地的影响24

4.2.1土壤污染24

4.2.2地表破坏24

4.2.3土地治理对策－－土壤复垦技术26

4.3煤矿开采对周边生态环境的破坏27

4.3.1煤矿生产与建设破坏森林植被27

4.3.2生物资源的损害27

4.3.3噪声污染28

4.3.4矿区景观环境损害29

5．矿区生态综合治理30

5.1煤矿生态系统30

5.2污染煤矿环境的主要影响因子33

5.3运用生态原理来规划和治理煤矿环境33

5.4煤矿区生态环境管理35

5.4.1环境管理标准的特征及其意义35

5.4.2构建煤矿区生态环境管理体系的措施36

5.5开发绿色开采技术实现可持续发展37

6．案例分析41

6.1东山矿区主要地质环境问题41

6.2矿区地质环境问题的影响及危害41

6.3矿区主要地质环境问题的防治措施45

结论46

参考文献47

致谢48

1．绪论

1.1当前中国煤矿开采的现状

煤炭在我国能源结构中约占75%，在国民经济和社会发展中具有重要的地位和作用。

然而，长期以来，煤炭大规模的开发和利用主要沿用传统的、粗放型的生产经营方式，造成大量污染物的产生和排放，引发许多环境污染和生态环境破坏问题。

然而，由于长期以来煤矿矿山追求短期的经济效益，对矿山的环境保护问题重视不够，造成了严重的环境污染，特别是在煤炭行业不景气的时候，煤矿更是没有精力顾及环境保护，加之管理监督不善，使煤矿环境状况更加恶化。

尤其是过度及不合理地开采与开发，已对矿山及其周围环境造成了严重的污染并诱发出了多种环境地质灾害。

由于露天矿和井下矿煤炭的开采，煤矿每年从地表或地表深处开采出大量的煤炭和岩石，这不但会造成地面塌陷，还有可能破坏地球表层的地质构造，诱发山体滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害，此外，地面塌陷不仅导致土地资源劣化，而且破坏了土地原有的水循环系统，严重的会造成土地荒漠化。

煤炭开采的同时排出大量的煤矸石，由于煤矸石的堆积，占用大片的土地，使地形地貌发生改变，遭到破坏，影响生态平衡。

据统计，全国煤矸石累计堆积已达30亿t，占地55万m2，每年煤矸石外排量为2亿t，增加占地约3万m2。

国有重点煤矿有121座矸石山在自燃，排放大量烟尘、SO2、CO、H2S等有害气体，对矿区和大气污染严重。

开采煤炭过程中，地下水系统被人为强制性改变，一些可开发的地下水源不复存在，大部分矿井水没有被处理而排放，引起地表环境的污染，我国煤矿区水资源普遍缺乏，据统计，有71%的煤矿缺水,40%的煤矿严重缺水，80%以上的煤矿职工饮用不洁水。

而煤炭开采对地下水资源的破坏却相当惊人，当前全国煤矿外排矿井水达22亿t，选煤水0.28亿t，其它工业废水0.3亿t，生活污水4亿t；北方矿区平均吨煤破坏地下水资源约10m3，使生态环境恶化。

特别是煤炭选洗加工及其他附属工厂排出的工业污水，其危害更为严重，渗透流入农田，引起减产；排入河流、湖泊，会淤塞河道，抑制鱼类生长甚至引起死亡，渗入地下污染饮用水源，尤其是洗煤水中的浮选药剂及聚丙烯胺药剂具有毒性，并可诱发多种疾病，对人体健康造成极大这些问题已经成为我国乃至世界各国政府和科技界共同关注的热点问题。

并且这些问题已不再是单一的环境要素问题，而成为影响我国社会、经济和区域生态环境发展的综合性制约因素的系统问题。

1.2环保型煤矿开采的起源

1.2.1传统煤矿的缺陷

传统的煤矿开采多以小煤矿为主，科技含量低，煤矿开采效率低下，一味追求经济效益而忽视了对于环境的影响，忽视了资源环境的有限容量，虽然这种粗放型的发展曾经一度为我国带来了无比巨大的经济腾飞，帮助了我国的大工业的发展，但却对我们现在的经济集约型环境友好型和谐社会的建设目标带来了极大的阻碍。

因此对于新时期的大工业建设，环保节约型煤矿开采势在必行。

1.2.2中国人民普遍思想素质的提高

随着改革开放30年的建设，中国的综合国力，人民的思想素质水平得到了极大的提高，对于煤矿开采，大多数人已经开始认识到我们不能继续污染我们的天空与绿水，不能不给我们的子孙后代留下他们赖以生存的矿产资源。

可持续发展方式给了我们目标，经济集约型，环境友好型社会展原则，综合考虑矿业经济发展与矿区生态环境。

当今社会经济高速发展，人们生活水平日益提高，对能源特别是煤炭的需求量在大幅度增加，不可能限制矿山资源开发利用，应根据可持续发保护关系，走矿业“绿色开采”道路。

1.2.3国际环保呼声空前强烈

资源与环境问题是一个全球性的战略问题。

世界自然保护同盟、联合国开发署和世界野生生物基金会共同提出了《保护地球—可持续发展战略》。

我国制定的《中国21世纪议程》把资源与环境问题提到了前所未有的战略高度。

煤炭资源的开发也同样造成了较大的环境污染，破坏了人类生存的自然环境，我国大规模的煤炭开展也证明了这一点。

煤炭开采过程对环境的破坏是多方面的:

水资源的污染与破坏、土地的破坏，排放出的瓦斯造成的温室效应，再加之煤炭利用中产生的二氧化碳对大气的破坏等都严重限制了煤炭工业的发展。

事实上，正是出于对环境保护要求的考虑，人们越来越多地放弃作为燃料的煤炭，去寻求高效、洁净的绿色能源。

在这种大的环境保护前提下，煤炭的开采技术必须放弃原来的那种粗放型开采模式，而应充分考虑环保要求，采用既能提高资源回收率，又不破坏自然生态环境的开采方法，走煤炭可持续发展的道路。

1.3研究的方法和目的

以太原东山煤炭开采对周边地质环境的影响为例，采用收集资料的方式，对目前中国煤矿开采过程中存在的环境问题问题进行论述，探讨具体治理环境问题的对策以及实行以ISO14000环境管理标准为基础的矿区生态环境管理体系和开发绿色开采技术的重要性。

2．煤矿开采工艺的发展

2.1煤矿开采技术的内涵与发展

2.1.1煤矿开采内涵

任何一种采煤方法。

均包括采煤系统和采煤工艺两项主要内容。

采煤系统指回采巷道的掘进一般都是超前于回采工作进行的，它们之间在时间上的配合以及在空间上的相互位置关系。

采煤方法指根据不同的矿山地质及技术条件，可有不同的采煤系统与采煤工艺相配合，从而构成多种多样的采煤方法。

2.1.2我国煤矿开采技术的发展历程

采煤方法是煤炭工业的关键工艺技术，是建设现代化矿井的基础，走依靠科学技术进步的发展之路，是我国煤炭工业发展的重要方针。

采煤方法改革的根本出路在于发展机械化、自动化、工艺操作程序化，从而达到安全、高产、高效、资源损失少的目的，并努力达成或接近国际先进水平。

建国初期，绝大多数煤矿设施极为简陋，采煤方法多采用无支护的穿硐式和高落式。

在三年经济恢复时期（1949-1952）推行了以壁式体系为主的采煤方法。

1950年开始对顶板进行分类，并采用了全部垮落法管理顶板。

1952年，国营煤矿采用以长壁式为主的正规采煤方法，其煤炭出产量比重已由1949年的12.51%迅速增长到72.4%。

第一个五年计划期间（1953-1957），继续开展采煤方法改革。

1953年双鸭山岭西煤矿在长壁工作面上首次使用了框式联合采煤机.1957年，全国采煤机械化程度达到12.75%，以长壁为主的正规采煤方法所占的产量比重已达92.27%，并创造性的发展了一批适合中国国情的采煤方法。

1964年，我国首次在鸡山矿务局小恒山矿使用了浅截式滚筒采煤机，对发挥长壁采煤法的优越性起了重要的作用。

1965年以后，煤炭工业部组织推广了一次多放炮、爆破装煤、滚筒式采煤机采煤、使用金属摩擦支柱和铰接顶梁等12项先进经验，使采煤方法得到进一步的完善和发展。

1974年开始采用采用综合机械化采煤技术设备，从此我国的采煤方法走上了现代化发展的道路。

第五个五年计划期间（1976-1980），1977年煤炭工业部召开了全国采煤方法工作会议，确定了采煤方法的发展方向。

在大力推广走向长壁采煤法机械化采煤的同时，因地制宜地积极推广倾斜长壁采煤法、柔性掩护支架采煤法、对拉工作面采煤、无煤柱护巷，水力采煤等。

80年代以后，我国出现了十余种新采煤方法和采煤工艺，采煤方法得到了迅速的发展。

回顾我国50年来采煤方法的沿革，总结正反两方面的经验教训，使我们认识到，采煤方法的改革必须结合中国的国情来进行。

当代中国由于采煤而带来的环境问题日益严重，对周围城镇的居民生活造成了极大的影响，要实现新世纪中国现代化“以人为本”的建设目标，环保型煤矿开采方法和系统管理模式的发展是势在必行。

2.2我国采煤技术的发展方向

在当今科技经济发展的新形势下，煤炭开采技术的研究必须面向国内国外两个市场、面向经济建设主战场，立足于煤炭开采技术的前沿，立足于中国煤炭发展战略所必要的技术储备，立足于煤炭工业中长期发展战略所必须的关键技术的攻关，立足于煤炭工业工程实际问题的解决，重点从事中长期研究开发和技术储备，跟踪产业科技前沿，开发有自主知识产权的以煤矿开采技术及配套装备为主导的核心技术，占领技术制高点。

2.2.1采煤方法和工艺

采煤方法和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。

采煤工艺的发展将带动煤炭开采各环节的变革，现代采煤工艺的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性，基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合，研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤设备和生产监控系统，改进和完善采煤工艺。

在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺，建立具有中国特色的采煤工艺理论。

我国长壁采煤方法已趋成熟，放顶煤采煤的应用在不断扩展，应用水平和理论研究的深度和广度都在不断提高，急倾斜、不稳定、地质构造复杂等难采煤层采煤方法和工艺的研究有很大空间，主要方向是改善作业条件，提高单产和机械化水平。

（1）开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术。

以提高工作面单产和生产集中化为核心，以提高效率和经济效益为目标，研究开发各种条件下的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺，简单、高效、可靠的生产系统和开采布置，生产过程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术，发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化，进一步改进工艺和装备，提高应用水平和扩大应用范围，提高采煤机械化的程度和水平。

（2）开发“浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技术”，主要解决以下技术难题。

硬顶板控制技术，研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术，主要通过岩层定向水力压裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技术，使直接顶能随采随冒，提高顶煤回收率，且基本顶能按一定步距垮落，既有利于顶煤破碎，又保证工作面的安全生产。

硬厚顶煤控制技术，研究开发埋深浅、支承压力小条件硬厚顶煤的快速处理技术，包括高压注水压裂技术和顶煤深孔预爆破处理技术，使顶煤体能随采随冒，提高其回收率。

顶煤冒放性差、块度大的综放开采成套设备配套技术，研制既有利于顶煤破碎和顶板控制，又有利于放顶煤的新型液压支架，合理确定后部输送机能力。

两硬条件下放顶煤开采快速推进技术，研究合适的综放开采回采工艺，优化工序，缩短放煤时间，提高工作面的推进度，实现高产高效。

5-5.5m宽煤巷锚杆支护技术，通过宽煤巷锚杆支护技术的研究开发和应用，有利于综采配套设备的大功率和重型化，有助于连续采煤机的应用，促进工作面的高产高效。

（3）缓倾斜薄煤层长壁开采。

主要研究开发:

体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机、刨煤机；研制适合刨煤机综采的液压支架；研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术。

（4）缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综采。

应进一步加强完善支架结构及强度，加强支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究，提高支架的可靠性，缩小其与中厚煤层（采高3m左右）高产高效指标的差距。

（5）各种综采高产高效综采设备保障系统。

要实现高产高效，就要提高开机率，对“支架—围岩”系统、采运设备进行监控。

今后研究的重点是:

通过电液控制阀组操纵支架和改善“支架—围岩”系统控制，进一步完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的自动采集系统；乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断；采煤机在线与离线相结合的“油—磨屑”监测和温度、电信号的监测；带式输送机、刮板输送机全面状态监控。

2.2.2采煤技术的发展方向

（1）现代化开采技术的地质保障系统

以大功率可靠性长壁综采技术为核心的一矿一面大型高产高效矿井的建设，是当今世界煤炭工业的发展方向。

目前，我国机械化采煤量已超过66.31%，其中，综采超过38.40%，随着采煤机械化、自动化程度的提高及新的采煤方法的采用，已经出现了一批高产高效矿井，形成了一矿一面的格局。

国有重点煤矿的全员效率显著提高，目前已出现年产400万t的综采面。

但是，总体而言，我国综采面的平均效率仍不高，这与没有可靠的地质保障系统有很大关系。

长期以来，国内在煤矿建设以前缺乏系统的工程地质条件评价，不能满足综采所要求的高精度的地质资料:

如煤厚变化、顶底板地质条件、小的断层、陷落柱及其它地质异常问题，造成工作面布置的主观性，使我国综采工作面设备总体使用效率低，综采面开机率仅为30%左右。

因此，利用现有的高新技术成果，研究精确地质构造探测的新理论、新方法，研制新的探测仪器，是保证综采发挥最大潜能的前提条件。

主要应做好以下几方面的研究。

①推广三维地震勘探的技术成果，进一步深入研究，获得高精度探测地质构造的技术，形成一套综合研究岩性、裂隙及含水层等问题的资料综合处理系统，为选择综采采区奠定基础。

②开展探测理论的基础研究，结合煤矿开采技术中的上覆岩层动态变化特点及规律，运用新兴的边缘学科的新理论、新方法，研究顶板冒落、瓦斯突出、冲击地压等煤矿灾害现象的发生机理，并找出可定量化探测、预报这些现象的新方法，如声、光、电、超声波、化学元素等方法与这些现象的相关关系，从而使矿方能有效地采取相应措施。

③运用新的电子计算机技术、新材料技术，研制适合于井下使用的探测仪器，精确实时探测煤厚、夹矸厚、层位和工作面较大范围内的不同方位、落差的小断层、陷落柱等。

（2）采煤工艺的高新技术应用

回采工作面是煤矿生产的核心，采用新技术、新设备对传统的开采方法、工艺形式的改造，是煤矿实现高产、高效、安全的关键。

近年来，我国在厚煤层中采用了放顶煤采煤法、大采高采煤法等先进的采煤方法，取得了较好的效果，但也有不少教训。

运用新技术对采煤工艺的改造，体现在以下几个主要方面:

①继续消化和吸收国外的先进采煤设备的技术，在采煤机、刮板输送机的大功率、高可靠性、智能控制等方面开展深入研究，对采煤机滚筒的煤炭分界面的自动识别技术、液压支架的电液控制技术及三机的自动控制技术深入研究并投入工业运行。

以上技术的发展，最终为实现无人采煤工作面打下基础，从而极大地提高煤矿效率。

②研究放顶煤开采技术中的难点问题，使其成为真正的高产、高效、高回收率、高安全的开采方法。

目前对于放顶煤条件下顶煤的破碎规律，破碎后顶煤与顶板相互作用的移动规律的认识仍不是特别清楚，从而导致支架架型的设计、回采工艺的选择不合理、放煤率不高。

所以，首先要开展进一步的基础理论研究，在此基础上，运用新技术研制新型的放煤支架，完善探测顶煤放出率的相关技术，提高回收率。

另外，对于高瓦斯矿井、坚硬顶煤及顶板矿井的放顶煤实践需进一步探讨，合理地确定放顶煤的运用条件，以及提高顶煤回收率的其它辅助方法。

③在煤层条件适宜的条件下使用大采高的开采技术。

大采高开采技术一般指厚度大于3.8m的一次采全高综采技术，目前，我国最高已采到5m，大采高开采技术的高产、高效、高回收率正受到越来越多的关注。

采用大采高开采技术，由于设备大型化，支架高度大，因而使用新技术对大采高工作面的监测监控显得尤为必要，否则，也不能充分发挥其潜力。

采高大，采煤机的重量大，其自身的平衡与稳定对机械制造及设备配套提出新的要求。

支架的高度加大，重心提高，也极易出现失稳，因而必须对支架的设计，特别是支架与上覆岩层的相关关系及支架的三维稳定性进入深入研究。

另外，大采高技术的发展对回采工作面的运输巷及回风巷的支护与掘进提出了新的要求。

目前，我国大采高的回采巷道高度一般在3m～4m，采用锚杆、锚索等支护方式。

一般情况下，回采工作面与回采巷道之间出现一台阶，不仅浪费了煤炭资源，而且对回采工作面支架的稳定性及回采工艺造成了很大影响。

因而，研究回采巷道高度在4m以上的巷道支护方式及掘进工艺，对于大采高技术的推广应用无疑是非常重要的。

（3）基于环保问题的采矿技术发展

①深入研究长壁采煤法对岩层及地表的破坏规律，特别是对水资源的破坏规律。

在这方面的研究，以前主要着眼于煤矿的安全问题，而现在应主要考虑环保问题。

采用长壁全部垮落法后，岩层产生大范围的破坏移动，如何控制这种破坏与移动以及它们与地下水破坏内在规律的研究是有实际意义的。

从这一点考虑，在选择采煤方法时，应充分利用新的理论方法，在开采顺序、开采方法、工艺形成上进行分析比较。

②发展开采过程中的瓦斯处理技术。

瓦斯排放是煤矿的另外一个主要污染源，它加剧了温室效应，破坏臭氧层，给煤矿安全造成了严重的隐患。

我国有多个煤炭企业有抽放瓦斯、变害为宝的实际经验。

但抽放率较低，这与抽放设备、抽放技术工艺有关，特别和开采过程中对瓦斯的运移规律认识不清有关。

因此，对于高瓦斯矿井的开采技术选择应同时考虑瓦斯抽放技术的应用。

随着对开采过程中瓦斯逸出及运移规律的逐步认识，以及大孔径、长距离抽放技术的成熟，开采中将从实体煤中抽出高纯度的瓦斯，从而进一步降低对环境的污染。

3．煤矿开采对水环境的影响

3.1煤矿开采对水环境的影响

3.1.1地下水资源破坏情况

煤矿开采对地下水资源的影响主要表现在三个方面，一是破坏了地下水均衡，二是采空塌陷使覆岩产生了大量垂向张裂缝，造成采空区以上各类地下水含水层地下水位下降或被疏干，三是奥陶系岩溶水遭到一定程度的破坏，导致岩流量减少。

（1）地下水均衡破坏

图3-1地下水系遭到严重破坏

煤层开采至一定面积后。

由于采空区顶板的冒落，在采空区上部覆岩中形成较为明显的三带，即I带一冒落带、Ⅱ带一裂隙带、Ⅲ带一整体移动带。

冒落带和裂隙带含水层直接遭到破坏，原来储存于该含水层中的地下水在短时间内排向采空区形成矿坑水而被排出，人为改变了地下水的补径排条件，从而破坏了地下水均衡，这种破坏是一次性的、不可逆的。

据原山西省计委主持完成的《山西省煤炭开采对水资源的破坏影响评价》（中国科学技术出版社2003年9月出版）资料，山西煤炭开采对水资源破坏的总计面积为20352km2，占全省总面积的13％。

其中严重破坏区面积为2670km2，占全省总面积的1.7％；一般破坏区面积10113km2，占全省总面积的6.5％；影响区面积为7569km2，占全省总面积的4.9％。

（2）对岩溶大泉的影响

在泉域范围内采煤，不可避免地要对岩溶泉水的流量产生影响。

如果开采煤层下伏及附近的岩溶水水位高于采空区标高，并有断裂破碎带、陷落柱及钻孔穿过采空区与下面的岩溶水相联通时，则可能出现下伏岩溶水的底板突水和侧向突水现象，这样不但疏干了煤系地层中的地下水，也使得下伏奥陶系岩溶水遭到一程度的破坏，从而直接影响溶大泉流量，例如郭庄泉流量减少、晋祠泉断流就和太原西山煤田的开采有直接关系。

（3）对浅部含水层及供水水源地的影响

图3-2煤矿开采对浅层地下水的影响

煤矿采空塌陷使覆岩产生了大量垂向张裂缝，有的裂缝直通地表，在地面形成地裂缝、地面塌陷。

这些矿井、巷道、采空区及张裂缝成为采空区以上各类含水层中地下水快速漏失的通道，致使采空区以上各类含水层中地下水流入矿坑，随着矿坑水的疏干排放，造成采空区以上各类地下水含水层地