南天山荒漠化高原礦區生態環境治理與保護工程研究與應用

陳國強

【摘 要】本文針對俄霍布拉克煤礦地處南天山荒漠化高原地區這種特殊地理位置的水文、地質、氣象條件，逐一分析了礦井開采過程中環境污染問題，并針對這些問題研究，采取了積極有效的防治措施，經過實施后，效果顯著，達到人與環境和諧發展，生態與經濟效益雙贏的良好局面。

【關鍵詞】水;大氣;固體廢棄物;噪聲;環境;污染;治理;生態

1 俄礦概況

徐礦集團新疆天山礦業公司俄霍布拉克煤礦（以下簡稱俄礦），位于庫車縣城北約69km處，庫拜煤田范圍之內，井田東部14km處有217國道（獨庫公路）通過，礦井與217國道公路間有礦區公路相通，交通便利。井田地理坐標為東經82°57′～83°3，北緯42°12′～42°14′。井田區域處在天山南麓部的中山地區，海拔高度1910m左右，相對高差100m，東部由于溝谷切割而地面起伏不平，西部為中山丘陵，中部平坦，呈四周是山，中央平坦之勢。礦井設計生產能力400萬t/a，目前產能600萬t/a，是南疆最大的井工煤礦。

2 礦井氣候特征

井田區屬北溫帶典型大陸性干旱氣候區。日照時間長，熱量豐富，降水稀少，蒸發強烈，夏季炎熱，冬季寒冷，晝夜溫差大，春季多風沙。光熱、風能氣候資源豐富。年平均氣溫為11.6℃，最熱月（7月）平均氣溫25.8℃;最冷月（1月）平均氣溫—7.9℃;雨季時間一般為七、八月份，蒸發量大，降雨量少，年平均降雨量為64.5mm，年最大降雨量128mm，最大日降雨量為56.3mm。區內最大積雪厚度160mm，最大凍土深度為1200mm。礦區年主導風向為北風，年平均風速2.03m/s，礦區最大風速為27m/s，四、五月份有沙塵暴和揚沙出現。礦井生產生活區地處天山地震帶，地震頻繁，微震時有發生。礦區地震烈度為8度。

3 礦井水文特征

礦區范圍無常年地表水，井田東邊的克孜庫坦河是庫車河上游的一條支流，是礦區邊緣唯一的一條季節性河流，該河由冰雪山融水和大氣降水作為補給源，4～11月有水，其中7月份最大可達0.47 m3/s ，11月后干涸。此河是礦區地下水的補給源之一。

3.1 礦區地下的三個含水層

Ⅰ號含水層為第四系松散的沖洪積沙卵礫石層孔隙潛水，分布在東部克孜庫坦溝谷中和西部俄霍布拉克山口前，長1km，寬0.5km，呈北東，南西向分布。礦區北部局部低洼地帶也有分布，水位埋深8～11m，厚2～22m，含水性強。經抽水實驗該水為無色、無嗅、無味、透明的弱礦化微硬水，據離子組份屬重碳酸鹽鉀鈉型水。

Ⅱ號含水層為標準砂巖裂隙承壓水，除北部煤層露頭外，廣泛分布于全礦區，厚度由北向南由數10m到240m。含水性中等—弱，水位埋藏深度4m～28m，經抽水實驗該水質為無色、無嗅、無味的弱礦化極硬水，據離子組分屬重碳酸鹽鈣鎂型水。

Ⅲ號含水層為煤系砂巖裂隙層間水和承壓水，埋深大約40m左右，廣泛分布于礦區，含水性屬中等—弱級，經抽水實驗，水質為微咸的極硬水，屬氯化物鉀鈉質水。

3.2 地下水的補給、徑流、排泄

礦區地下水的補給來源主要為地表水卡特古爾河和克孜庫坦河滲透以及山區大氣降水的補給等。礦區地下水向南徑流5.8km至提克買克及布拉克阿克孜，因受東西向凸起的堅硬中侏羅統（J2）中含煤組（J2）地層的阻截水位上升，在山口和深谷呈侵蝕下降泉群，向南排泄。泉水流量為6480 m3/d。從俄霍布拉克到提克買克水位差96m，該水出露后由距礦區約5km處的阿合村作為生活及農灌水源引用后即消失殆盡。

3.3 礦井涌水量

根據設計文件提供，預測礦井開采時涌水量為11496m3/h 。

4 礦井生態環境情況及存在主要問題分析

4.1 水體的污染與損害

礦區的污染水源主要有礦井水、煤矸石淋溶水、礦區生活污水等。一般認為，煤礦區廢水具有兩個特點：

（1）排放量大：據統計，俄礦每年排放礦井水300萬t，生活污水6萬t。

（2）成分復雜：礦井水中含有大量煤粉等高濃度懸浮物質、COD、BOD、NH3-N、石油類污染物質、重金屬以及放射性物質，有些礦井還排放高礦化度礦井水和強酸性礦井水。礦區生活污水中含有大量的有機物、細菌、病毒等。這些廢水不僅污染礦區周邊地表水體，損害水生生物，而且通過采礦活動和廢水滲入作用還會污染地下水體。

4.2 土地塌陷

俄礦煤炭開采損害土地資源的主要形式為塌陷，對生態環境的損害程度最大。研究資料表明：地面塌陷不同程度地損害水體、草場等人類及牲畜生活所依賴的基本環境要素。庫車縣環保部門2013年6月調查，俄礦礦區產生地表塌陷面積 15 平方公里，造成俄霍布拉克泉水水流減小，影響下游少數幾戶當地居民農田灌溉;同時，因塌陷造成植被干枯、死亡，在相同地表型條件下，塌陷區牧草死亡率比非塌陷區高10%。

4.3 水土流失與沙漠化

俄礦井田區域位于干旱區，植被稀疏，水土流失及沙漠化嚴重，生態系統非常脆弱。因此，水土流失和土地沙漠化成為俄礦區最突出的生態環境問題之一。礦井建設和生產過程中挖掘地表、堆棄土渣、破壞土地和植被，從而減少了地面植被的覆蓋，造成地表徑流和地表糙度改變，使土壤抗蝕指數降低，加劇了水土流失和土地沙化，不僅損害礦區生態環境，而且為周圍地區帶來了嚴重的環境污染和安全威脅。例如，礦區東北部是天山雪山溶溶水流域風蝕沙漠化和水土流失復合侵蝕最為嚴重的地區。劇烈的水土流失不僅加重了河道排洪輸流能力，而且大量泥沙污染了水源泉域供水水質。據庫車縣水保部門預測，礦區年增土壤侵蝕量31575Mt，為原生侵蝕量的近百倍。由于礦區鄰近塔克拉瑪干沙漠，氣候干旱，風大沙多，植被稀少，沙漠化問題嚴重，因而對周邊地區工農業生產、居民生活水道均構成了嚴重威脅。

4.4 大氣粉塵污染

在俄礦礦區，煤與煤矸石在運輸或破碎過程中引起的粉塵以及燃燒產生的煙塵，是礦區大氣的重要污染源。所產生的粉塵多為固體小顆粒，吸入人體會危害身體健康。廢氣以CO2與SO2居多，CO2是形成溫室效應的主要氣體;SO2容易被氧化成SO3，并與水分子結合形成硫酸分子，再經過均相或非均相作用易形成氣溶膠，同時發生化學反應生成硫酸鹽。此外，由于煤炭采用的是地銷方式，大量的汽車進出入礦區，造成的地面揚塵、撒炭、汽車尾氣污染也很嚴重;井下的廢氣，如CH4、CO、NOx、H2S等排放到大氣中，造成礦區大氣污染。

4.5 生物資源的損害

主要表現為：第一，煤炭開采活動造成生物的生存環境或棲息地被破壞。由于礦井采礦及其配套工程設施諸如交通線、建筑物等的建設，使得礦區生態系統原有的大面積連續的生物環境被人為分割成許多面積較小的不規則板塊，甚至是完全消失。限制了生物的活動范圍，影響了生物生存活力，導致生物多樣性受損。第二，由于煤炭開采對礦區及周圍水體、大氣和土壤的嚴重污染，導致某些生物減少，甚至滅絕，最終導致礦區生物多樣性受損。

4.6 噪聲污染

煤炭開采過程中帶來的噪聲污染已越來越受到人們的關注。煤礦噪聲有井下噪聲和地面噪聲兩種，井下噪聲主要來自鑿石、放炮、采煤、通風、運輸、提升、排水等所用的各種機電設備。據調查，礦井井下工作場所的噪聲級已超過國家規定的允許值90dB，有的高達110dB。煤礦噪聲具有強度大、聲級高、連續時間長、頻帶寬等特點。地面的噪聲源主要有壓風機、抽風機、制氮機的排氣、原煤運輸及煤炭吐排系統等機械設備運轉時發出的超標聲音。長期暴露于強噪聲作業環境中，不僅會對礦工的聽覺器官造成損傷，還會引發多種其他疾病;妨礙通信聯絡，容易發生工傷事故。

4.7 固體廢棄物的污染

煤礦在開采過程中產生的煤矸石，每年的排出量在100萬噸左右，一般直接傾倒在礦井的地表采煤塌陷區內，風化自燃，雨水沖刷等污染地表環境，壓占土地，影響植物生長。

礦區有1000余人口，每天產生大量的生活垃圾，無法做無害化處理而直接外排，對地表環境及水體產生污染，如垃圾袋、爐渣等。

4.8 其他污染

礦井生產檢修過程中的廢液如：乳化油、機油的殘液，生活泔水，醫療廢棄物等。

5 礦井生態環境治理的主要目標

5.1 恢復自然生態環境為目的

恢復自然生態環境，把可持續發展作為必須考慮的因素。利用自然過程，采取自然再現方法是重要的手段，包括采用當地鄉土物種，恢復植被群落，改善土壤質量，恢復自然河道與水的自然過程等以提高自然生態系統生產力和穩定性。

5.2 打造生態良好的礦區文明環境

充分利用井田區域的各種環境資源，加大環保投資力度，改善礦井井田區域的綠色植被生存狀況，建設生態文明環境，形成綠洲式生態礦區，努力使俄礦及井田周邊區域，成為宜居的生產生活工作區域，創建讓職工健康生活，快樂工作的綠色環保企業。

6 礦區生態環境治理與保護的主要措施

6.1 做好礦區環境規化

礦區環境規化就是對礦井開發過程對環境的損害進行全面系統的評價，并對礦井環境的保護確定規化目標、管理目標和規化防治措施。通過全面系統的環境規化，協調環境與發展的關系。實行環境規化管理，首先是研究制定環境規劃，使之納入礦井經濟發展規劃中，然后以環境規劃來指導礦井環境保護工作，并在實際操作過程中對環境規劃進行調整和優化，實現生產與環境雙贏。完善、修改礦井開采的有關標準、規范，使煤礦開采的環境管理和治理具有可操作性、規范，使礦山環境管理和治理具有可操作性、針對性和科學性。實現礦井開采從勘察、建設、生產、閉坑全過程的管理和監督有法可依。實現礦井開采環境的改變—破壞—恢復—重建的良性循環，促進可持續發展。這就從源頭避免、減少了環境問題的危害和地質災害的發生。

6.2 實施環境保護技術工程

（1）減少污染物的排放量。煤礦的主要污染有大氣污染、廢水污染、固體廢物污染。礦山環境大氣污染一般表現為煤煙型，是由于煤炭燃燒和矸石山自燃造成的。據監測結果，一噸煤燃燒排放煙塵6～11千克，其危害是相當大的。所以要改變礦山燃料的構成或改變煤的燃燒方式、采取集中供暖、對煤矸石進行壓實法堆積，避免矸石自燃;減少有害氣體的排放。目前本礦井使用的10T鍋爐，采用旋流式水膜脫硫除塵器，安裝自動加藥裝置及在線監測，除塵效果達到90%，半自動化加藥除硫設施，除硫達到國家規定的排放標準。煤場抑風防塵網和高壓霧化防塵裝置。根據礦井產能的環評有要求，投資780萬元，建設煤場防風抑塵網。硬化煤場的道路，定期灑水沖洗，控制揚塵，進出入煤場的車輛進行除塵沖洗，高裝車輛覆蓋等具體措施。

（2）建立礦井水和生活污水凈化處理站。對煤礦水資源進行循環利用和礦區廢水的凈化利用。針對礦井水的水質特點，采取相應的廢水處理工藝，使處理后的礦井水做為礦井補給水源，減少污染物的排放。礦井水采用井下、地面二個層次沉淀。井下沉淀池容積為3000m3，地面沉淀池容積設計為四級沉淀，容積5250m3，水泵的流量為每臺420m3/h，礦井水流量700m3/h，外排量為611.74萬m3/a，每天有40m3澄清水用于井下生產用水，其余澄清水排至地面，用于綠化、路面灑水。經沉淀池后通過自建的明渠排入下游攔擋的壩中滲透消失。在現生活區西南800m處，修建了4個生活污水沉淀池，容積1200m3。生活污水按環評要求處理后，達標排放。2013年投資1800萬元，建設與增擴產能相匹配的礦井水、生活污水處理廠，目前兩廠建設已經進入運營階段。

（3）固體廢棄物循環利用。礦井生產期間，產生一定的矸石、爐渣及生活垃圾（其量分別為：20萬t/a，6485t/a、2.67t/a）。我們對其處置方式：一是矸石一部分用于井下老塘回填，一部分用于地面塌陷區回填，覆土恢復植被。今年以來，共平整矸石25萬方，覆土16萬方，共計投入資金219萬元。二是爐渣用于道路鋪設，建筑保暖，多余的回填。三是建立生產生活垃圾收儲體系，生活垃圾按環評要求進行無害化處理。四是特殊物處理。醫療廢棄物專門存放定期送庫車處理，油脂類廢物收集處理，廢油收集送廢品收購站處理等。

（4）礦井水資源的保護和再利用。在井田區域地面修建疏排水設施，減少地表水、大氣降水入滲補給礦井的水量。建立生產供排水溝系統，控制污染物排放濃度和排放量。加大排水、放水系統渠道的疏通清理工作，做到了清潔循環系統，最大限度地對排放水進行循環再利用，達到節約、保護、再利用水資源的效果。

（5）治理噪聲。控制噪聲污染源，淘汰高噪音的設備，如L型空壓機，老式離心風機、制氮機，換用螺桿壓縮機，高效對旋風機、高效制氮機;封閉廠房，增加消音板，消音房、增加封閉門窗，設備外排氣口增加消音器;進入礦區的車輛嚴禁隨意鳴喇叭;工人個體防護配備耳朵塞等措施。

6.3 采用科學的開采技術

（1）清潔開采技術。在減少廢棄物方面，改革了巷道布置與支護，少開巖石巷多做煤巷，從總體上消除或減少矸石排放量;矸石井下處理技術（如寬巷掘進、沿空留巷、矸石充填等）。在減少有害氣體排放方面，如實行了煤層氣預開發和井下瓦斯抽放等。

（2）推行減沉開采技術。地表沉陷控制主要有兩種技術途徑。一是以支撐煤柱為核心的技術，選擇優化的煤柱留設方式，在容許地表下沉范圍內最大限度采出煤炭資源。

6.4 大力開展植樹造林，美化綠化環境

執著的徐礦人，秉持“哪怕是沙漠也要變成綠洲”的理念，發揚不怕難、不拍苦的精神。在俄霍布拉克礦井戈壁灘開展了艱苦的綠化大會戰。先后投入2000余萬元，換土18000余方。購置樹苗25000株，耐鹽堿的植物如紅柳、胡楊、新疆楊、榆樹、沙棗、柳樹等在礦區大量栽植。換土區蘋果樹、杏樹、核桃、棗樹、格桑花、新疆油葵等廣泛栽植，春夏季節，礦區一片蔥蓉，生機勃勃，礦區綠化面積達到45%。昔日的戈壁灘搖身變為綠洲大花園，見圖1。

圖1 優美礦區生態環境

6.5 堅持環保與開發相協調的長效機制

不斷統籌人與環境和諧發展。礦區不斷加強環保基礎性工作，成立環保專管機構，加強力量配備，使環保工作有序開展。嚴格執行環保的各項制度，堅決執行“三同時”制度，集約節約利用資源，自覺把生態文明建設融入企業發展特別是工程建設、生產生活的各方面、全過程。持之以恒的通過一系列扎實有效的措施，提高資源綜合利用率，保護地方生態環境，實現企業與地方經濟快速協調發展，實現企地共贏，擔當起國有企業應有的社會責任。

7 礦區生態建設成果

天山礦業公司地處海拔1900多米高的天山深部，針對氣候干燥、荒山戈壁、植被匱乏等實際，圍繞“建設綠色生態俄礦”為目標，傾力打造宜居礦區建設，見圖2。

圖2 土地覆土地表植物恢復

在以往綠化的基礎上，僅2012年投入260萬元專項綠化資金，以建成“平安園”和“幸福園”兩大園林為主體，在礦區內種植了蘋果樹、杏樹等10多個適宜生存的樹木品種近20000棵，礦區綠化面積新增20000m2，基本達到工廣內每2平方米1棵樹的覆蓋密度，綠色生態礦區初具雛形。礦內濕度比以前上升5%，相對濕度（RH）達到30%-35%， 含氧量得到提高，見圖3。

圖3大力開展植樹造林

為緩解地面高寒缺氧的狀況，新建了涵蓋生態倉的礦及工區辦公樓，內設假山、橋廊、花木和供暖設施，選植適應性強的樹木花草，人工制造天然氧艙，四季常綠、景色宜人，礦區辦公條件得到根本性改變。充分利用礦井水做好生態改造工程，在礦區建成了人工湖、人工河，將水害變成水利，實現礦井水循環利用。一個湖面波光粼粼，小河流水潺潺，植物繁茂、環境友好的生態礦區基本形成;職工的精神面貌有效改觀，安居樂業、積極工作精神倍增，人與環境得到和諧統一。“綠色天山，生態俄礦”的理念得到極大的彰顯。

[責任編輯：薛俊歌]