南天山荒漠化高原矿区生态环境治理与保护工程研究与应用

陈国强

【摘 要】本文针对俄霍布拉克煤矿地处南天山荒漠化高原地区这种特殊地理位置的水文、地质、气象条件，逐一分析了矿井开采过程中环境污染问题，并针对这些问题研究，采取了积极有效的防治措施，经过实施后，效果显著，达到人与环境和谐发展，生态与经济效益双赢的良好局面。

【关键词】水;大气;固体废弃物;噪声;环境;污染;治理;生态

1 俄矿概况

徐矿集团新疆天山矿业公司俄霍布拉克煤矿（以下简称俄矿），位于库车县城北约69km处，库拜煤田范围之内，井田东部14km处有217国道（独库公路）通过，矿井与217国道公路间有矿区公路相通，交通便利。井田地理坐标为东经82°57′～83°3，北纬42°12′～42°14′。井田区域处在天山南麓部的中山地区，海拔高度1910m左右，相对高差100m，东部由于沟谷切割而地面起伏不平，西部为中山丘陵，中部平坦，呈四周是山，中央平坦之势。矿井设计生产能力400万t/a，目前产能600万t/a，是南疆最大的井工煤矿。

2 矿井气候特征

井田区属北温带典型大陆性干旱气候区。日照时间长，热量丰富，降水稀少，蒸发强烈，夏季炎热，冬季寒冷，昼夜温差大，春季多风沙。光热、风能气候资源丰富。年平均气温为11.6℃，最热月（7月）平均气温25.8℃;最冷月（1月）平均气温—7.9℃;雨季时间一般为七、八月份，蒸发量大，降雨量少，年平均降雨量为64.5mm，年最大降雨量128mm，最大日降雨量为56.3mm。区内最大积雪厚度160mm，最大冻土深度为1200mm。矿区年主导风向为北风，年平均风速2.03m/s，矿区最大风速为27m/s，四、五月份有沙尘暴和扬沙出现。矿井生产生活区地处天山地震带，地震频繁，微震时有发生。矿区地震烈度为8度。

3 矿井水文特征

矿区范围无常年地表水，井田东边的克孜库坦河是库车河上游的一条支流，是矿区边缘唯一的一条季节性河流，该河由冰雪山融水和大气降水作为补给源，4～11月有水，其中7月份最大可达0.47 m3/s ，11月后干涸。此河是矿区地下水的补给源之一。

3.1 矿区地下的三个含水层

Ⅰ号含水层为第四系松散的冲洪积沙卵砾石层孔隙潜水，分布在东部克孜库坦沟谷中和西部俄霍布拉克山口前，长1km，宽0.5km，呈北东，南西向分布。矿区北部局部低洼地带也有分布，水位埋深8～11m，厚2～22m，含水性强。经抽水实验该水为无色、无嗅、无味、透明的弱矿化微硬水，据离子组份属重碳酸盐钾钠型水。

Ⅱ号含水层为标准砂岩裂隙承压水，除北部煤层露头外，广泛分布于全矿区，厚度由北向南由数10m到240m。含水性中等—弱，水位埋藏深度4m～28m，经抽水实验该水质为无色、无嗅、无味的弱矿化极硬水，据离子组分属重碳酸盐钙镁型水。

Ⅲ号含水层为煤系砂岩裂隙层间水和承压水，埋深大约40m左右，广泛分布于矿区，含水性属中等—弱級，经抽水实验，水质为微咸的极硬水，属氯化物钾钠质水。

3.2 地下水的补给、径流、排泄

矿区地下水的补给来源主要为地表水卡特古尔河和克孜库坦河渗透以及山区大气降水的补给等。矿区地下水向南径流5.8km至提克买克及布拉克阿克孜，因受东西向凸起的坚硬中侏罗统（J2）中含煤组（J2）地层的阻截水位上升，在山口和深谷呈侵蚀下降泉群，向南排泄。泉水流量为6480 m3/d。从俄霍布拉克到提克买克水位差96m，该水出露后由距矿区约5km处的阿合村作为生活及农灌水源引用后即消失殆尽。

3.3 矿井涌水量

根据设计文件提供，预测矿井开采时涌水量为11496m3/h 。

4 矿井生态环境情况及存在主要问题分析

4.1 水体的污染与损害

矿区的污染水源主要有矿井水、煤矸石淋溶水、矿区生活污水等。一般认为，煤矿区废水具有两个特点：

（1）排放量大：据统计，俄矿每年排放矿井水300万t，生活污水6万t。

（2）成分复杂：矿井水中含有大量煤粉等高浓度悬浮物质、COD、BOD、NH3-N、石油类污染物质、重金属以及放射性物质，有些矿井还排放高矿化度矿井水和强酸性矿井水。矿区生活污水中含有大量的有机物、细菌、病毒等。这些废水不仅污染矿区周边地表水体，损害水生生物，而且通过采矿活动和废水渗入作用还会污染地下水体。

4.2 土地塌陷

俄矿煤炭开采损害土地资源的主要形式为塌陷，对生态环境的损害程度最大。研究资料表明：地面塌陷不同程度地损害水体、草场等人类及牲畜生活所依赖的基本环境要素。库车县环保部门2013年6月调查，俄矿矿区产生地表塌陷面积 15 平方公里，造成俄霍布拉克泉水水流减小，影响下游少数几户当地居民农田灌溉;同时，因塌陷造成植被干枯、死亡，在相同地表型条件下，塌陷区牧草死亡率比非塌陷区高10%。

4.3 水土流失与沙漠化

俄矿井田区域位于干旱区，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俄矿区最突出的生态环境问题之一。矿井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，矿区东北部是天山雪山溶溶水流域风蚀沙漠化和水土流失复合侵蚀最为严重的地区。剧烈的水土流失不仅加重了河道排洪输流能力，而且大量泥沙污染了水源泉域供水水质。据库车县水保部门预测，矿区年增土壤侵蚀量31575Mt，为原生侵蚀量的近百倍。由于矿区邻近塔克拉玛干沙漠，气候干旱，风大沙多，植被稀少，沙漠化问题严重，因而对周边地区工农业生产、居民生活水道均构成了严重威胁。

4.4 大气粉尘污染

在俄矿矿区，煤与煤矸石在运输或破碎过程中引起的粉尘以及燃烧产生的烟尘，是矿区大气的重要污染源。所产生的粉尘多为固体小颗粒，吸入人体会危害身体健康。废气以CO2与SO2居多，CO2是形成温室效应的主要气体;SO2容易被氧化成SO3，并与水分子结合形成硫酸分子，再经过均相或非均相作用易形成气溶胶，同时发生化学反应生成硫酸盐。此外，由于煤炭采用的是地销方式，大量的汽车进出入矿区，造成的地面扬尘、撒炭、汽车尾气污染也很严重;井下的废气，如CH4、CO、NOx、H2S等排放到大气中，造成矿区大气污染。

4.5 生物资源的损害

主要表现为：第一，煤炭开采活动造成生物的生存环境或栖息地被破坏。由于矿井采矿及其配套工程设施诸如交通线、建筑物等的建设，使得矿区生态系统原有的大面积连续的生物环境被人为分割成许多面积较小的不规则板块，甚至是完全消失。限制了生物的活动范围，影响了生物生存活力，导致生物多样性受损。第二，由于煤炭开采对矿区及周围水体、大气和土壤的严重污染，导致某些生物减少，甚至灭绝，最终导致矿区生物多样性受损。

4.6 噪声污染

煤炭开采过程中带来的噪声污染已越来越受到人们的关注。煤矿噪声有井下噪声和地面噪声两种，井下噪声主要来自凿石、放炮、采煤、通风、运输、提升、排水等所用的各种机电设备。据调查，矿井井下工作场所的噪声级已超过国家规定的允许值90dB，有的高达110dB。煤矿噪声具有强度大、声级高、连续时间长、频带宽等特点。地面的噪声源主要有压风机、抽风机、制氮机的排气、原煤运输及煤炭吐排系统等机械设备运转时发出的超标声音。长期暴露于强噪声作业环境中，不仅会对矿工的听觉器官造成损伤，还会引发多种其他疾病;妨碍通信联络，容易发生工伤事故。

4.7 固体废弃物的污染

煤矿在开采过程中产生的煤矸石，每年的排出量在100万吨左右，一般直接倾倒在矿井的地表采煤塌陷区内，风化自燃，雨水冲刷等污染地表环境，压占土地，影响植物生长。

矿区有1000余人口，每天产生大量的生活垃圾，无法做无害化处理而直接外排，對地表环境及水体产生污染，如垃圾袋、炉渣等。

4.8 其他污染

矿井生产检修过程中的废液如：乳化油、机油的残液，生活泔水，医疗废弃物等。

5 矿井生态环境治理的主要目标

5.1 恢复自然生态环境为目的

恢复自然生态环境，把可持续发展作为必须考虑的因素。利用自然过程，采取自然再现方法是重要的手段，包括采用当地乡土物种，恢复植被群落，改善土壤质量，恢复自然河道与水的自然过程等以提高自然生态系统生产力和稳定性。

5.2 打造生态良好的矿区文明环境

充分利用井田区域的各种环境资源，加大环保投资力度，改善矿井井田区域的绿色植被生存状况，建设生态文明环境，形成绿洲式生态矿区，努力使俄矿及井田周边区域，成为宜居的生产生活工作区域，创建让职工健康生活，快乐工作的绿色环保企业。

6 矿区生态环境治理与保护的主要措施

6.1 做好矿区环境规化

矿区环境规化就是对矿井开发过程对环境的损害进行全面系统的评价，并对矿井环境的保护确定规化目标、管理目标和规化防治措施。通过全面系统的环境规化，协调环境与发展的关系。实行环境规化管理，首先是研究制定环境规划，使之纳入矿井经济发展规划中，然后以环境规划来指导矿井环境保护工作，并在实际操作过程中对环境规划进行调整和优化，实现生产与环境双赢。完善、修改矿井开采的有关标准、规范，使煤矿开采的环境管理和治理具有可操作性、规范，使矿山环境管理和治理具有可操作性、针对性和科学性。实现矿井开采从勘察、建设、生产、闭坑全过程的管理和监督有法可依。实现矿井开采环境的改变—破坏—恢复—重建的良性循环，促进可持续发展。这就从源头避免、减少了环境问题的危害和地质灾害的发生。

6.2 实施环境保护技术工程

（1）减少污染物的排放量。煤矿的主要污染有大气污染、废水污染、固体废物污染。矿山环境大气污染一般表现为煤烟型，是由于煤炭燃烧和矸石山自燃造成的。据监测结果，一吨煤燃烧排放烟尘6～11千克，其危害是相当大的。所以要改变矿山燃料的构成或改变煤的燃烧方式、采取集中供暖、对煤矸石进行压实法堆积，避免矸石自燃;减少有害气体的排放。目前本矿井使用的10T锅炉，采用旋流式水膜脱硫除尘器，安装自动加药装置及在线监测，除尘效果达到90%，半自动化加药除硫设施，除硫达到国家规定的排放标准。煤场抑风防尘网和高压雾化防尘装置。根据矿井产能的环评有要求，投资780万元，建设煤场防风抑尘网。硬化煤场的道路，定期洒水冲洗，控制扬尘，进出入煤场的车辆进行除尘冲洗，高装车辆覆盖等具体措施。

（2）建立矿井水和生活污水净化处理站。对煤矿水资源进行循环利用和矿区废水的净化利用。针对矿井水的水质特点，采取相应的废水处理工艺，使处理后的矿井水做为矿井补给水源，减少污染物的排放。矿井水采用井下、地面二个层次沉淀。井下沉淀池容积为3000m3，地面沉淀池容积设计为四级沉淀，容积5250m3，水泵的流量为每台420m3/h，矿井水流量700m3/h，外排量为611.74万m3/a，每天有40m3澄清水用于井下生产用水，其余澄清水排至地面，用于绿化、路面洒水。经沉淀池后通过自建的明渠排入下游拦挡的坝中渗透消失。在现生活区西南800m处，修建了4个生活污水沉淀池，容积1200m3。生活污水按环评要求处理后，达标排放。2013年投资1800万元，建设与增扩产能相匹配的矿井水、生活污水处理厂，目前两厂建设已经进入运营阶段。

（3）固体废弃物循环利用。矿井生产期间，产生一定的矸石、炉渣及生活垃圾（其量分别为：20万t/a，6485t/a、2.67t/a）。我们对其处置方式：一是矸石一部分用于井下老塘回填，一部分用于地面塌陷区回填，覆土恢复植被。今年以来，共平整矸石25万方，覆土16万方，共计投入资金219万元。二是炉渣用于道路铺设，建筑保暖，多余的回填。三是建立生产生活垃圾收储体系，生活垃圾按环评要求进行无害化处理。四是特殊物处理。医疗废弃物专门存放定期送库车处理，油脂类废物收集处理，废油收集送废品收购站处理等。

（4）矿井水资源的保护和再利用。在井田区域地面修建疏排水设施，减少地表水、大气降水入渗补给矿井的水量。建立生产供排水沟系统，控制污染物排放浓度和排放量。加大排水、放水系统渠道的疏通清理工作，做到了清洁循环系统，最大限度地对排放水进行循环再利用，达到节约、保护、再利用水资源的效果。

（5）治理噪声。控制噪声污染源，淘汰高噪音的设备，如L型空压机，老式离心风机、制氮机，换用螺杆压缩机，高效对旋风机、高效制氮机;封闭厂房，增加消音板，消音房、增加封闭门窗，设备外排气口增加消音器;进入矿区的车辆严禁随意鸣喇叭;工人个体防护配备耳朵塞等措施。

6.3 采用科学的开采技术

（1）清洁开采技术。在减少废弃物方面，改革了巷道布置与支护，少开岩石巷多做煤巷，从总体上消除或减少矸石排放量;矸石井下处理技术（如宽巷掘进、沿空留巷、矸石充填等）。在减少有害气体排放方面，如实行了煤层气预开发和井下瓦斯抽放等。

（2）推行减沉开采技术。地表沉陷控制主要有两种技术途径。一是以支撑煤柱为核心的技术，选择优化的煤柱留设方式，在容许地表下沉范围内最大限度采出煤炭资源。

6.4 大力开展植树造林，美化绿化环境

执着的徐矿人，秉持“哪怕是沙漠也要變成绿洲”的理念，发扬不怕难、不拍苦的精神。在俄霍布拉克矿井戈壁滩开展了艰苦的绿化大会战。先后投入2000余万元，换土18000余方。购置树苗25000株，耐盐碱的植物如红柳、胡杨、新疆杨、榆树、沙枣、柳树等在矿区大量栽植。换土区苹果树、杏树、核桃、枣树、格桑花、新疆油葵等广泛栽植，春夏季节，矿区一片葱蓉，生机勃勃，矿区绿化面积达到45%。昔日的戈壁滩摇身变为绿洲大花园，见图1。

图1 优美矿区生态环境

6.5 坚持环保与开发相协调的长效机制

不断统筹人与环境和谐发展。矿区不断加强环保基础性工作，成立环保专管机构，加强力量配备，使环保工作有序开展。严格执行环保的各项制度，坚决执行“三同时”制度，集约节约利用资源，自觉把生态文明建设融入企业发展特别是工程建设、生产生活的各方面、全过程。持之以恒的通过一系列扎实有效的措施，提高资源综合利用率，保护地方生态环境，实现企业与地方经济快速协调发展，实现企地共赢，担当起国有企业应有的社会责任。

7 矿区生态建设成果

天山矿业公司地处海拔1900多米高的天山深部，针对气候干燥、荒山戈壁、植被匮乏等实际，围绕“建设绿色生态俄矿”为目标，倾力打造宜居矿区建设，见图2。

图2 土地覆土地表植物恢复

在以往绿化的基础上，仅2012年投入260万元专项绿化资金，以建成“平安园”和“幸福园”两大园林为主体，在矿区内种植了苹果树、杏树等10多个适宜生存的树木品种近20000棵，矿区绿化面积新增20000m2，基本达到工广内每2平方米1棵树的覆盖密度，绿色生态矿区初具雏形。矿内湿度比以前上升5%，相对湿度（RH）达到30%-35%， 含氧量得到提高，见图3。

图3大力开展植树造林

为缓解地面高寒缺氧的状况，新建了涵盖生态仓的矿及工区办公楼，内设假山、桥廊、花木和供暖设施，选植适应性强的树木花草，人工制造天然氧舱，四季常绿、景色宜人，矿区办公条件得到根本性改变。充分利用矿井水做好生态改造工程，在矿区建成了人工湖、人工河，将水害变成水利，实现矿井水循环利用。一个湖面波光粼粼，小河流水潺潺，植物繁茂、环境友好的生态矿区基本形成;职工的精神面貌有效改观，安居乐业、积极工作精神倍增，人与环境得到和谐统一。“绿色天山，生态俄矿”的理念得到极大的彰显。

[责任编辑：薛俊歌]