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西部煤矿如何绿色开采

来源:中国能源报 时间:2020/12/17 18:25:43

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原标题:找水比找煤难,西部煤矿如何绿色开采


      “我国煤炭资源赋存现状是‘西部多、中部富、东部区域枯竭’,今后很长一段时间内,保障供应主要依靠晋陕蒙三地。但西部地区生态环境脆弱,采煤进一步带来地表开裂、区域性水位下降、植被受损等问题。煤炭开采必然产生采动损害,再先进的国家也无法避免。如何实现绿色开采,是煤炭工业高质量发展必须破解的重大难题。”中国工程院院士、西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院院长王双明近期在多个场合都表达了这一观点。


      在煤炭行业供给侧结构性改革、中东部矿井面临资源枯竭等背景下,以晋陕蒙为代表的西部地区,煤炭产量已占到全国总产量的70%以上。然而,由于西部多处于干旱、半干旱地区,“找水比找煤都难”,加之生态本底脆弱,这些矿井所面临的环境约束与日俱增。如何在开发煤炭资源、保障能源安全的同时,实现可持续的绿色开采,已成为行业的严峻挑战?


保供任务艰巨,但水资源严重匮乏


      以大兴安岭-太行山沿线为界,以东地区经济发展活跃、用能需求较大,煤炭资源却已趋于枯竭。王双明表示,新疆虽资源丰富,但因地质条件复杂、运输距离过远,“远煤解不了东部的近用”,现阶段使用较为困难。而晋陕蒙等地集中了我国60%以上的煤炭资源,目前已成为开发主战场。“国家规划的14个大型煤炭基地,有6个就分布在西部黄河流域的‘几’字形湾。”



      预测显示,随着生产重心西移,到2035年,西部地区煤炭产量占比将达到90%,开采随之由浅部向深部转移。“晋陕蒙加上宁夏、甘肃五地,水资源不足全国总量的1/25,年蒸发量是降雨量的6倍左右,水资源短缺是规模开发的关键瓶颈。反过来,煤炭规模开采又引起地表沉陷、地面塌陷和裂缝等问题,导致矿区地下水位大范围、大幅度疏降。”中国工程院院士彭苏萍指出,现有方法和技术,已难以支撑煤炭开采与生态环境的协调发展。


      王双明进一步称,西部煤炭富集区主要位于沙漠黄土广泛覆盖区,地表生态与地下水埋深关系密切。由于当地水资源蒸发量大,水位埋深不可过浅。没有实施煤炭开采前,煤层与地下含水层之间存在着隔水岩组,相当于一定厚度的保护层。而采掘工程在地下形成巨大空间,原先的地质条件发生变化,当隔水岩组遭遇破坏,就会导致水位下降、生态退化。


      “地表一旦开裂,对植被、农田等造成伤害,恢复困难。”王双明举例,煤炭采空后第2年,影响最为严重;第5年,环境影响可初步改善。直到到第10年才有望明显改善,但依然达不到此前的生态质量,需施加修复等手段。


水问题进一步加剧其他环境影响


      记者了解到,作为西部煤炭开采面临的最大问题,水资源进一步加剧大气、土壤等其他环境影响。


      中国矿业大学副校长周福宝坦言,因资源丰富且易于开采,西部矿区采煤机械化程度、生产强度普遍较高,井下粉尘排放强度相应较大;由于矿体埋藏深,井下运输多靠防爆柴油机车,在大幅提升效率的同时,也排放大量尾气、氮氧化物等。“部分矿区粉尘浓度高达3000毫克/立方米,对矿工职业健康造成威胁。”


      “恰恰因为煤质好、油性大,西部煤炭资源亲水性差。加上水资源本就匮乏,常规用水来除尘往往存在效率问题。粉尘治理难度大、浓度居高难下,导致西部矿区职业病的发病工龄及其周期,也不同于传统意义上的认识。”周福宝称。


      中国矿业大学(北京)土地复垦与生态重建研究所所长胡振琪指出,干旱缺水还导致西部植被稀少,地表覆盖较厚风积沙层,保水保肥能力差,水土流失严重。一旦遭到破坏,生态恢复治理更难。“如果说水是生命之源,土是生命之基,植被就是生命之根。面对水土流失、地表形变与破裂、原始植被破坏等问题,亟待采取减损与生态修复措施,这也是当前技术难题所在。”


      对此,神东煤炭集团副总经理、总工程师杨俊哲深有感触。作为亿吨级煤炭生产基地,神东矿区肩负重任。地处黄土高原和毛乌素沙漠过渡地带,矿区生态环境又很脆弱,是国家级水土流失重点监督区与治理区。“若采用传统开采方式,必将破坏地貌、植被等环境,加剧土地风蚀荒漠化趋势,带来地表塌陷、空气恶化、煤矸石污染等问题。如何解决超大规模开采与生态环境保护之间的突出矛盾是一大难题。”


重视全生命周期的绿色服务


      在王双明看来,水环境破坏并非单一矿井造成,而是煤炭开发产生的综合问题。“矿区发展带来周边人口聚集,工业用水、生活用水、生态用水增加,区域性水位随之下降。建议西部地区把地质工作做细,根据矿区不同地质条件的变化规律,以‘煤水共生’研究为基础,以保护生态水位为核心,实施减沉、减损、保水、绿色开采技术。”


      彭苏萍也称,理论和技术创新是实施生态环境修复的迫切需求。“根据不同区域的环境与生态现状进行规划,通过人工修复技术与自然界的自修复作用一起,实现从被动防治到主动治理。资源富集区的煤炭开采强度大,需采用先进方法对水资源和生态特征进行系统调查,分析它们与煤矿开采之间的关系,对水资源展开有效保护。”


      除了技术,生态环境部环境工程评估中心研究员郭二民提出,应重视煤炭开采全生命周期的绿色服务。具体而言,采前重视科学规划、绿色先导、采治同步,采中注意不沉陷技术、敏感区开采等难点,采后重视承载力修复、复绿复垦等。“充分考虑自然生态条件、沉降影响等因素,定制生态重建与恢复方案,确保与周边生态环境相协调。此外,还要明确恢复的质量标准,做好生态系统稳定性的监控监测。”