第11章-煤矿环境地质

第十一章煤矿环境地质第十一章煤矿环境地质第一节煤矿环境地质研究内容第二节煤矿环境污染因素和危害第三节煤矿环境监测与质量评价第四节煤矿环境地质工作1、环境—指人类赖以生存的周围物质（大气、水、土地、岩石、森林、山脉、动植物等），下至地下深处，上达宇宙空间。2、地质环境—指大气圈、生物圈、水圈和科学技术研究可及的岩石圈总称，又称自然环境。3、环境地质学—是环境科学与地质学之间的边缘科学，主要研究人类活动与地质环境的相互作用。第一节煤矿环境地质研究内容主要内容：一、环境地质学的研究内容二、煤矿环境地质研究内容一、环境地质学的研究内容1、由自然地质作用引起的环境问题为原生地质环境（第一地质环境）问题。例如火山、地震、泥石流、冰川、地方病等。2、由人类活动造成的地质环境问题为次生地质环境（第二地质环境）问题。例如地下水污染、地面沉降、土地沙漠化、废物污染等。环境地质学包括以下分支学科：1、城市地质学5、灾害地质学2、资源地质学6、废物处置地质学3、医学地质学7、旅游地质学4、军事地质学8、环境法规学二、煤矿环境地质研究内容煤矿环境地质研究内容包括5个方面：（一）煤矿原始环境地质条件和环境质量研究1、有害地质体的种类、规模、分布及其相关特征研究。2、矿区地质环境中有害物质种类、成分、含量以及赋存状态，分布和迁移规律研究。3、与上述相关的地质、水文地质、地球化学条件研究。4、与地质、水文、地球化学等条件相关的矿区原始环境状态及质量水平研究。（二）煤矿生产活动引起的环境地质问题研究1、煤炭资源开发利用过程中产生的地质作用及其对地质环境影响的研究；2、环境污染与破坏的地质因素研究；3、废石、废水、废气的性质、成分、含量及其污染类型的研究；4、有害物质迁移、聚染、扩散的途径和地质因素的研究；5、各种污染（空气、水土、辐射、振动等）特点及其与地质因素关系的研究。（三）煤矿环境地质灾害研究1、煤矿环境地质灾害的类型、成因、分布、程度的研究。2、煤矿环境地质灾害诱发因素的研究。3、煤矿环境地质灾害预测研究。4、煤矿环境地质灾害对环境影响的研究。（四）煤矿资源保护和环境污染防治方法研究1、煤炭及共伴生矿产资源综合开发利用研究。2、煤矿“三废”处理及综合利用研究。3、煤矿环境地质灾害、不良地质现象、环境污染防治对象的研究。4、矿区自然、人文景观、水土、生态资源的管理和保护研究。（五）煤矿环境地质监测和分析评价技术研究1、地面环境地质监测和分析评价技术的研究2、井下环境地质监测和分析评价技术的研究第二节煤矿环境污染因素和危害主要内容：一、煤矿环境污染因素及其特点二、煤矿环境污染的危害一、煤矿环境污染因素及其特点污染因素包括7个方面：（一）固体废物1、矸石基本性质：灰分＞50%、发热量3.3~8.3MJ/kg兆焦耳/千克矿物成分：高岭石、脱石、石英、长石、方解石、黄铁矿等。化学成分：SiO2、Al2O3为主，还有Fe2O3、MgO、CaO、P2O5、K2O等。2、露天矿剥离物3、煤渣（二）废水1、采矿废水重点煤矿年排水量超过20亿m3，平均吨煤排出量为4m3。矿井采矿废水可分为5类：（1）洁净矿井水未污染、中性、低矿化度、无有害离子、基本符合饮用水标准。（2）含悬浮物矿井水中性、矿化度小于1000mg/L无有害元素、金属离子很少，合大量悬浮物、少量可溶性有机物和菌群。在我国煤矿分布广泛，除了悬浮物、细菌、感观等指标外，其它指标可达饮用水卫生标准。（3）高矿化度矿井水中性、弱碱性，含SO42-、Cl-、Ca2+、K+、Na+等离子，矿化度大于1000mg/L，苦涩味，又可分为：微咸水：矿化度1000-3000mg/L；咸水：矿化度3000-10000mg/L；盐水：矿化度大于10000mg/L。此类水十分不宜直接饮用（4）酸性矿井水PH值小于5.5，含硫量高，含较多的Fe、Mn、重金属元素和无机盐，矿化度和硬度均高。243（5）含特殊污染物矿井水含氟矿井水：含氟超过1mg/L，与含氟火山岩有关。含重金属元素矿井水：含Fe2+、Mn2+，还有Cu2+、Zn2+、Pb2+等离子，是还原条件下形成的。含放射性矿井水：总射线放射性大于0.1Bq/L；总β射线放射性大于1Bq/L，则超出生活饮用水标准，与围岩有关。含油矿井水：与煤系中的含油层有关。2、选煤废水含大量悬浮物及油类、酚类、醇类等有机药剂，煤中还能浸出各种离子和放射性元素。因此。选煤废水是有毒废水。我国每洗一吨原煤约外排0.8~1.0m3废水，年排量达数千万立方米。3、其它工业废水例如机修厂、火药厂、矿灯厂、焦化厂等排放的有害废水。（三）废气1、采矿废气甲烷等可燃性气体；CO2、N2等窒息性气体；H2S、CO、SO2等有毒气体。2、燃煤废气燃烧1t煤可产生：CO0.5~45kg碳氢化合物0.15~45kg氮氧化合物1.5~27kg醛类0.0025kg硫氧化物19kg我国燃煤废气年排放量超过1700亿m3，烟尘和SO2在30万t以上。3、自燃废气矸石山自燃、煤自燃。与煤岩成分、煤化程度、地质条件、煤质等因素有关。（四）粉尘采掘工作产生的粉尘占全矿井产尘量的70%~85%。煤尘、岩尘中含有：砷、铬、镉、硒、锌等微量有害元素；铀、钍、钴放射性元素；并具有粘附性，电荷性、爆炸性、气溶性等性质。产尘量与煤及其夹矸性质、采煤方法、地质构造、煤层赋存条件、水文地质条件、煤质等因素有关。（五）岩体移动在外界因素影响下，地层岩体失去原有平衡而发生移动。影响因素：采矿活动、煤层自燃、矸石堆堆放等。地表移动的分类；（1）漏斗状陷坑和阶梯状断裂发生突然而快速，强烈而危害性大，但破坏范围小，主要发生在浅部急倾斜煤层采空区，开采深度与采高之比小于20缓倾斜煤层采空区、及较大地质构造分布区等地域。（2）缓状沉陷盆地发生过程缓慢，连续沉降，影响范围大。主要发生在深部急倾斜煤层采空区、采深与采高之比大于20的缓倾斜煤层采空区。（六）矿井热煤矿安全规程：采掘工作面温度不得超过26℃，机电硐室温度不得超过30℃。热源：地热、空气压缩热、煤岩层氧化热，井下热水热、煤层自燃热、机电设备运动热、爆破热、井下人体热等。（七）噪声工业生产噪声70%煤矿设备运动噪声大于90dB,25%煤矿设备运动噪声在100~130dB间。二、煤矿环境污染的危害（一）破坏土地资源1、露天采矿直接挖损土地；2、地下开采造成地表塌陷；3、煤矸石等堆放占用土地；4、采矿“三废”污染土地。采矿引起地表自然环境、地表及地下水系统的破坏、土壤肥力的恶化，使其有毒有害成分增加。（二）破坏水资源1、改变地下和地表水的储存和循环状态；2、洗煤、采矿消耗大量洁净水；3、大量的洁净水被矿井排放的污水所污染；4、“三废”污染矿区及周围的水资源。（三）影响大气结构加剧温室效应、破坏臭氧层、形成酸雨；破坏矿区微气候环境。（四）污损自然景观改变矿区地貌、微地理，破坏自然和人文景观。（五）诱发环境灾害矸石山堆积和采矿岩移：诱发山体滑坡、泥石流、矸石流等；采矿废气：煤尘及可燃气体的爆炸；有毒有害气体：CO2、SO2等使人窒息、死亡；采动压力：诱发冒顶、突水、煤与瓦斯突出，地面建筑物破坏等。（六）破坏生态平衡破坏生物群落与环境之间的物质循环及动态平衡，破坏生态链；干扰矿区居民正常生活，破坏矿区居民正常生活条件。（七）危害人类健康1、粉尘性疾病：矽肺病（煤尘、岩粉）；2、放射性病疾：井下放射性物质所致；3、矿物质中毒：CO、SO2、镉、砷、氰化物等；4、体内元素比例失衡：铜、钼含量增多，产生骨质疏松症，氟含量太高可引起氟骨病、氟牙病；5、其它性质疾病；噪声地热引发心血管病、神经系统等疾病。第三节煤矿环境监测与质量评价主要内容：一、煤矿环境监测二、煤矿环境质量评价一、煤矿环境监测（一）监测网点布设1、面状监测对象（大气、水库、湖泊、矸石山）布点方法（1）网格布点法：适用污染源分散的大区域；（2）同心圆布点法：适用污染源固定的小区域；（3）扇形布点法：适用于单个独立的污染源监测；（4）功能分区布点法：适用于了解污染物排放对不同功能区的影响。2、线状监测对象（河流、井巷、工作面）布点方法按一定距离，再结合污染源排放口，交汇点、采样点综合布置。（二）监测方法1、连续分析法自动监测仪连续跟踪监测（如SO2监测仪）。2、化学分析法定期采样，实验室分析。注意：应按国家规定标准，用统一的方法、器具进行监测。（三）监测内容1、煤矿大气监测固态物质监测：降尘（粒径大于10）、飘尘（粒径小于10）；气态物质监测：硫氧化物、氮氯化物、碳氢化合物及有毒有害气体等；放射性物质监测：放射性元素；影响因素：天气、气象、太阳辐射、能见度等。2、水质监测水质：水温、色度、浊度、酸碱度、导电率、硬度、悬浮物、溶解氧、生化需氧量、耗氧量、水生生物、有害物质等。水文气象要素：流速、流量、水深、风速、风向、日照、气温等。mm3、土质监测成分：腐植酸、氮、磷、钾，重金属元素、酸度、有毒物质等。土质：土壤类型、结构、性质。4、岩移监测岩体：岩体移动方向、速度、岩体应力、应变、岩体强度；井下：井巷工程的收缩、变形，支护及充填体的变化；地表：地表移动方式、类型、规模、范围；（四）监测数据整理1、算术平均法：表示平均水平或集中趋势。2、几何平均法：了解污染物最大浓度对环境质量的影响；其中：Ci：污染物浓度统计值；Ci,av：污染物浓度算术平均值；Ci,max：污染物浓度最大值。3、超标率法Si：污染物超标率，%；Ni,T：污染物监测样本总数，个；Ni,S：污染物超标样本数，个。max),)(,(iiiCavCC%100,,TisiiNNS二、煤矿环境质量评价（一）环境质量评价类型：1、环境质量回顾评价通过对矿区环境背景的社会特征、自然特征及污染源等调查，分析环境质量演变过程，查明引起环境问题的原因和形成机理。2、环境质量现状评价通过对矿区环境现状监测与调查，分析环境污染现状及时空变化规律，对煤矿区当前环境质量作出评价。3、环境质量预测评价根据污染源、环境要素、污染物浓度变化特征及其相关性，推断污染物分布变化规律，预测变化趋势。（二）环境质量评价内容1、环境背景的调查与评价自然环境特征调查：地理位置、地质地貌、气象气候、水文、土壤、生物。社会环境特征调查：一般情况：村落、功能分类、人口、自然资源等。经济结构：工农业结构布局、产品、农作物、林业等。2、污染源调查与评价确定污染类型，自然扩散和人为排放方式途径，特点和规律，按影响程度筛选主要污染源和污染物。3、环境污染现状调查评价定量、定性地分析矿区环境质量，确定污染程度。4、环境效应分析评价（1）生态效应分析环境污染对生物生态变异、生理功能、产量、繁殖、生存及生态平衡的影响。（2）人体健康效应分析调查环境性疾病、居民健康、儿童发育状况，分析环境污染与人体健康的相关性并作出定量、定性评价。（3）经济效应分析调研因环境污染所造成的环境质量下降而带来的直接和间接损失，分析治理污染和改善环境的费用与取得的经济效益的关系，并对因环境污染造成的经济损失进行定量估算。（三）环境质量评价方法1、评价参数选用对环境有重要影响的污染物（因子）作为评价参数：（1）大气质量评价参数：颗粒物、有害气体、有害元素、有机物。（2）水体质量评价参数：感官性参数、氧平衡参数、营养盐类参数、毒物参数、流引病学参数。（3）土壤质量评价参数：重金属及其它无机毒物、有机毒物、酸度。2、评价指标分三种指数：1）污染指数以污染物质实测浓度与该污染物环境或排放允许浓度（评价标准）的比值来表示。分三种情况：（1）对污染危害程度随浓度增加而提高的评价参数：式中：Ii—某种污染物的污染指数；Ci—该污染物实测浓度；Cs,i—该污染物评价标准。isiiCCI,（2）对污染危害程度随浓度增加而降低的评价参数：式中：Ci,max—某污染物浓度的最大值。（3）对有最低和最高评价标准的评价参数：式中：—某污染物评价标准最高值和最低值的平均值；Cs,j—某污染物评价标准的最低值或最高值。isiiiiCCCCI,max,max,isisisiiC