煤炭开采和利用中的环保问题及对策

第17卷第3期1994年8月煤炭转化COALCONVERSIONVol.17No.3Aug.1994煤炭开采和利用中的环保问题及对策姜帆龚祯祥摘要根据我国煤炭生产加工利用现状，本文重点概述、展望了矿区煤炭开采利用中的环保问题现状。并结合国情，就解决矿区采空沉陷地表破坏、瓦斯、煤及共伴生矿物洗选加工、煤炭利用及矿区炼焦等环保问题进行了探讨，提出了部分对策建议。强调了造地复田和煤炭及其共伴生矿物合理洗选加工在解决我国煤炭环境、节能、节运、提高经济效益中的重要作用。关键词洁净煤，煤炭利用，矿区环保引言就环境而言，未经加工前的煤炭是一种非洁净能源，煤炭资源占我国总能源资源的90%，而且在可预见的将来，以煤为主的能源结构尚不会改变。目前我国煤炭产量已达11.4亿吨，世界最大的煤炭生产大国和消费大国，也是煤炭环境问题十分严重的国家。当前，人类面临着因燃煤大量排放C02产生的“温室效应”导致的全球气候变暖的挑战。我国燃煤引起的SO2等大量排放的环境问题，也已引起周边国家的关注，成为制约我国经济发展的因素，煤炭环境问题急待解决。我国煤炭开采中的环保问题主要有：矿区地表采空沉陷、矿井瓦斯、煤矸石及积压煤炭的环境污染、矿井及选煤厂废水污染。煤炭利用中的环境污染主要有：发电厂、工业锅炉、窑炉、焦炉及大量民用灶具排出的炉渣、废水、废气。鉴于煤炭用户地区的环保已在其它的专题论述，本文着重讨论矿区的电站、土焦炉及煤炭和煤素共伴生矿物加工所产生的三废污染，并探讨了与环保有关的技术途径和对策。1我国煤炭生产和加工利用中环境现状及展望·教授级高级工程师：高级工程师，煤炭科学研究总院唐山分院，063012唐山收稿日期，1994-05-101.1全国的现状和展望目前我国原煤产量的结构为，国有重点矿占44%，地方和乡镇煤矿占56%，一改过去以国有重点矿为主的格局。我国煤矿分散，2/3国土有煤矿。有煤矿就有发电、建材、化工等相应行业。因此，在中国煤炭环境问题上研究解决矿区的煤炭环境污染具有特别重要的地位。我国选煤加工工业发展很快，目前已有选煤厂300多座，年入洗能力约3亿吨，1995年将达4亿吨，但入洗比重却多年徘徊在19%左右。入洗比重没有与入洗能力和煤炭产量同步增长。在洗煤方法比例上：重介占23%，跳汰占60%，浮选占14%，摇床及其它占3%．它与我国高硫、难选煤多及提高煤炭洁净程度的要求不相适应。目前入洗煤种的结构为：炼焦煤占47%，动力煤占28%，无烟煤占21%，褐煤占4%．市场不同用途的用煤比例为：发电31%，工业锅炉及取暖30%，工业窑炉3%，民用20%，冶金8%，出口8%，其它6%．主要问题是污染严重、效率低的工业锅炉及民用煤比例高达50%；仍有7%的直销原煤，而经过洗选的商品煤只占29%．按发挥环境和节能效益要求，煤炭供需严重不对路，直接影响煤炭利用效率和环保。当前煤炭利用的主要问题是产品单位能耗离、能源利用率低、燃煤污染严重。如全国平均供电煤耗比国外高lOOg/kWh，40万台一般工业锅炉平均热效率低于发达国家15%～20%，14万台工业窑炉的平均热效率低于国外10%，蒸汽机车的平均热效率只有5%～8%，民用煤的平均热效率也只有is%～20%；燃煤污染极为严重，据1992年环境公报公布，全国排放S021687万吨，排放烟尘1414万吨，排放工业固体废物5.6亿吨。粉煤灰排放占地13000公顷。尽管改革开放以来我国能源工业取得很大发展，但人均能源消费量仅相当于世界人均占有量水平的13%.可见我国靠高能耗、高污染情况来提高能源人均占有量，环境污染将不堪设想。据研究，就全国因煤炭产生的污染而言，1985年实际、2000年预测和按2000年环境保护纲要目标三者的用煤量，全国主要城市SOz和烟尘日均浓度如附表所示。附表全国煤炭消费量及主要城市S02和烟尘排放量由附表可见，为实现全国2000年规划纲要提出的目标，必须使S02和烟尘的年排放量分别达到160万吨和592万吨。当然，就燃煤产生的煤烟型污染而言，除SO2和烟尘外，还有NOx，C02及苯并(a)芘等，这些物质达到一定浓度就会对人体健康造成危害。1.2矿区环保问题现状主要有矿井建设生产对地表破环、土地资源破坏及生态环境的破坏；矿区生产建设过程中产生的三废（废渣、废气、废水）及噪声污染问题；煤炭及其共伴生矿物洗选加工（包括坑口电站、水泥厂、制酸厂等）造成的三废污染。其主要问题如下：1.2.1矿区采煤地表沉陷问题据不完全统计，由于采煤造成地表沉陷的面积达210万亩，其中耕地110万亩，并以’每年沉陷33万亩，耕地损失16.5万亩的速度递增。倒塌毁坏房屋、损坏矿区公路及桥梁、破坏矿区供排水设施不计其数。仅七台河矿区，其采空面积就达4209万m2，塌陷面积400万m2，倒塌房屋和房屋损坏不能居住的面积达42万II12；城市供排水基础设施损坏67.9%，煤矿开采区上方的公路大部沉陷不能通车；雨季河水倒灌，23%的居民受淹，地面商业、文化、医疗社会事业也遭到普遍损坏。此外，晋陕蒙（西）新开发区的水土保持和防止沙漠化问题相当严重。该区今后总规模达2—2.5亿吨／年，但地处毛乌素沙漠边缘，生态环境本已脆弱，有沙漠化问题；境内又大部为黄土丘陵，是全国的重点水土保持区，大量开发后必然要破坏地表，增加水土流失，破坏水利工程设施，危害煤矿和农业生产。至于乡镇煤矿，由于其规模小、分散，污染较小，环保处在自流状态。1.2.2矿区煤矸石等废渣堆积环境问题煤炭在开采和洗选加工时要排出大量煤矸石等废弃物，其排放量均占煤炭产量的10%～20%，全国每年排放1.5亿吨之巨。仅国有重点煤矿每年就排放7600万吨。历年矸石堆存量多达15.75亿吨，占地8670公顷。它对矿区的污染，主要表现在以下三个方面：侵占土地；矸石淋水溶水对周围地表水、地下水的污染；煤矸石在空气中自燃排放大量烟尘、S02、C02、H2S等有毒有害的气体，污染矿区大气。其中矸石堆积占用的土地，仅国有重点煤矿就达4636公顷。如南票矿务局，历年堆积的矸石山多座，占地100多亩，由于矸石自燃，矿区终年烟雾腾腾，严重影响矿区人民的健康，矸石山因雨水淋洗污染地下水源，引起矿区下游居民的腹泻，不得不投资铺设管道为受害村民供给自来水。1.2.3矿井水和洗煤厂废水环境影响矿井水大部排放，由于矿井水含有不少煤泥等固体物及有毒有害的化学物、铅、镉等稀有元素而污染水资源；洗煤厂排放的煤泥水，国有煤矿的选煤厂一般已设有比较完善的煤泥水闭路设施，得到较好的控制，但由于管理等原因仍有不少选煤厂大量排放煤泥水，特别是地方的小选煤厂，没有完善的甚至根本没有煤泥水处理设施，致使煤泥水大量流失，严重污染矿区河流。1．．2.4矿区坑口电站三废环境问题近年来矿区坑口电站发展比较迅速，据不完全统计，总装机容量达2000kW，年排放灰渣约2000万m3，不仅侵占大量土地，而且冲渣水净化处理不够，污染河流。排出的烟囱废气没有很好处理，污染矿区环境屡遭罚款。1.2.5矿区土焦环境问题土法炼焦不仅严重浪费能源，而且给矿区造成十分严重的环境污染。这是因为土法炼焦是一种十分落后的生产工艺，炼焦过程中产生的含有二氧化硫、一氧化碳、硫化氢、氰化物、挥发酚、烟尘及强力致癌物苯并芘等的煤气及焦油毫无回收处理设施，在矿区大量肆意扩散；据古交的实测结果，每炼一吨土焦可排放烟尘20公斤，苯系物3.9公斤，二氧化硫6.1公斤，还有挥发酚、硫化物、氰化物等有害物。据山西环保局测定，仅土焦一项每年排放废气12.33～20.55亿m3，烟尘2056吨，硫化氢224吨，苯系物65.7吨，氰化物28.77吨，挥发酚822吨，硫化物164.6吨。此外，含有酚等多种有毒物的熄焦水随地横流，污染水源和土壤。特别在焦生产集中的矿区，浓烟蔽日，寸草不生，毁灭性地破坏生态环境。水源污染和大量致癌物危及矿区人民的健康和生命。同时，因土法炼焦工艺落后，需要1.8～2吨煤才能炼1吨焦，与机焦相比，多耗煤o．45～0.55吨。对此，国务院自1982年以来三令五申限制土焦生产，但屡禁不绝，而且呈增长态势（年产量由1952年的67万吨增长到1989年的1850万吨）。更有甚者，土焦一般仅利用结焦性好的煤种单煤炼焦，如任其发展，必将使矿区生态环境更加恶化并加速优质煤资源的枯竭。1.2.6其它污染问题煤矿瓦斯：目前瓦斯开发主要抽放煤层和围岩的瓦斯，其主要目的是保证安全，其抽出率仅15%，与国外先进水平的40%相比，具有很大潜力。由于过去把瓦斯视为废物，有相当一部分瓦斯放空，或点常明火，污染矿区环境。水泥制砖：随着煤矸石的利用，矿区水泥制砖业发展很快，目前仅煤炭系统就建有煤矸石制砖厂188座，总能力达16亿块。矸石水泥生产能力为130万吨，其污染主要是砖和水泥窑的排烟污染。硫铁矿焙烧制硫酸、炼硫磺：由于我国硫精砂供不应求，和天然硫铁矿建设周期长、成本高，因此在一些高硫煤矿区开发利用煤系硫铁矿，建成了一批选硫车间，硫精砂年产量已近20万吨，并发展了一些用煤系硫铁矿生产硫酸的生产厂，其工艺一般比较简单，特别是高炉生产硫磺，尾气中含有相当高的二氧化硫影响矿区大气环境。局部污染：如燃用含砷的煤产生的烟气污染。据报导，贵州西南地区兴义市地方病防治办公室统计，在兴仁县、兴义市等四个县市大约200万人口的居住区内，大约有七千人患有砷中毒，并不断有人死亡。1·3矿区环保问题展望由于以下原因，矿区环保问题将愈来愈严重：其一，据国家计委与亚洲开发银行，利用MEDEE-S模型，按终端能源水平出发，得出中国2000～2015年一次常规能源消费及构成的预测，即使到2015年，我国的石油、天然气，水电、核电等优质能源虽有所增加，但仍以煤炭为主要能源。煤炭环境问题的研究，将是发展我国经济的必须解决的主要课题。同时，目前我国煤炭环境问题已很严重。如不采取措施，我国的煤炭环境特别是矿区环境将更加严重。其二，鉴于我国高硫煤的沉积、分布、开采特点，随着我国主要聚煤区上组（山西组）低硫煤的采减，下组（太原统）高硫煤产量日增，原煤硫分将与日俱增，燃煤排放的二氧化硫量将愈来愈多。其三，随着我国洁净煤技术的发展，煤炭用户要求的日益提高，用能工业的合理布局及节能、节运和矿区合理洗选加工回收矿产资源的发展，煤矸石及低质煤将更多地集中在矿区加工利用，因此，矿区的煤矸石处理、低质煤发电、选硫选矿及其共伴物精加工、深加工的环境污染将日益严重。．其四，煤系共伴生矿物的合理利用和矿区发展煤及其共伴生矿物深加工多行业的结构已势在必行，矿区三废排污量将显著增加。2煤炭开采和利用中环保问题的治理途径和对策2·1加强矿区地表沉陷的治理2.1.1推广和开发研究三下采煤技术目前，我国在建筑物下、铁路下及河下采煤技术已比较成熟，先后在华东、华北等平原地区的绝大部分矿区应用，不仅采出大量煤炭，而且尽可能地保护矿区地表不受很大的破坏。2.2.2造地复田研究利用煤矸石、矿区工业废渣等回填陷区、造田复垦，近年来我国取得可喜的成果，先后在淮北、开滦、平顶山等十多个局进行造地复田，不仅取得近2亿元的经济效益，而且复地2万多亩。如淮北矿务局，到1988年用矸石回填塌陷区5927亩。其中用于工业占地1288亩，生活福利用地1415亩，迁村宅基地用地568亩，其它用地2656亩。实践证明，在回填区上建造房屋设施，经多年考验安全可靠。种植庄稼861亩，取得显著效益。对策是：(1)推广造地复田技术；(2)强化造地复田工艺技术的科研；加强充填物特别是对灰渣中有害物质的污染特性及迁移规律、防污染或降解技术及处理工艺等方面需要进行深入的研究；(3)将造地复田，矿区废渣治理纳入规划设计。2.1.3研究晋陕蒙接壤地区各矿区地表保护问题其中水土流失问题的对策，应是主要贯彻计委和水利部关于“开发建设晋陕蒙接壤地区水土保持规定”中有关原则。2.1.4提高回采率、煤系共伴生矿物与煤炭同步开采及防止矿区地表的二次破坏其主要对策有：(1)完善和贯彻矿产资源法。资源法应充分考虑回采率、煤种、煤质、地质条件、预计开采成本等因素，以及完善贯彻措施。(2)煤田地质勘探和矿井建设必须同时考虑共