山西省煤炭開采對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的破壞

山西省煤炭開采對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的破壞

山西省的煤炭生產(chǎn)為全省乃至全國經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了顯著貢獻(xiàn)，對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境造成了前所未有的破壞。采煤生態(tài)環(huán)境損害評估是客觀評價采煤破壞生態(tài)環(huán)境程度、保護(hù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境、礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)工作,但這方面的研究一直沒有進(jìn)行過系統(tǒng)的研究。本文以多年來山西采煤破壞生態(tài)環(huán)境狀況的調(diào)查成果為基礎(chǔ),采用山西省環(huán)保局、水利廳、國土資源廳等部門研究出的開采噸煤的生態(tài)環(huán)境經(jīng)濟(jì)損失系數(shù),對山西采煤生態(tài)環(huán)境損害進(jìn)行初步評估,以期能為有關(guān)部門科學(xué)地制定煤炭資源開發(fā)和礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)的有關(guān)政策提供依據(jù)。1資源產(chǎn)出及其分配山西省的煤炭資源十分豐富,含煤面積達(dá)6.2×104km2,約占全省行政區(qū)面積的40%,全省119個縣(市、區(qū))中,賦存煤炭資源并已開采的有91個縣(市、區(qū)),占總數(shù)的76%。大同、寧武、太原西山、河?xùn)|、霍西、沁水六大煤田及若干個小型煤產(chǎn)地查明保有煤炭資源儲量2652.84×108t,居全國之首。至2005年底,全省持證開采的各類煤礦3811礦/4278對井,年生產(chǎn)能力合計5.54×108t,占全國總產(chǎn)量的25.7%,煤炭外調(diào)出省43283×104t,占全省當(dāng)年產(chǎn)量的79.75%,煤炭出口3476.8×104t,占全國煤炭出口總量的48.2%。2005年煤炭采選及能源加工工業(yè)總產(chǎn)值2471.87億元,占全省工業(yè)總產(chǎn)值的50.95%。進(jìn)行資源整合后,2007年全省煤礦數(shù)減少到2759個,2007年原煤產(chǎn)量6.3×108t。2005年底,全省保有煤炭資源基礎(chǔ)儲量為1045.31×108t,按2005年生產(chǎn)能力5.54×108t計算,其靜態(tài)保證年限為188年。另據(jù)統(tǒng)計,從1978年到2007年,山西省煤炭年產(chǎn)量由0.9825×108t增加到6.3000×108t,30年累計原煤產(chǎn)量約87.88×108t。2礦山“三廢”問題山西省采煤破壞生態(tài)環(huán)境具體表現(xiàn)在4個方面:采空塌陷破壞含水層及礦井排(突)水引發(fā)的水資源破壞問題,采空塌陷、露天開采引發(fā)的以地面塌陷、地裂縫、滑坡、崩塌、泥石流、地形地貌景觀破壞等為主的礦山地面變形問題及由此引起的土地資源、植被資源的破壞,以礦山廢水、廢渣、廢氣排放為主的礦山“三廢”問題,以礦山水土流失、土地沙化為主的礦山土地退化問題(1)。2.1礦區(qū)水資源嚴(yán)重破壞2.1.1地下水資源的破壞(1)煤炭開采對地下水的破壞煤層開采至一定深度后,由于采空區(qū)頂板的冒落,在采空區(qū)上覆巖層中形成較為明顯的冒落帶、裂隙帶和整體移動帶3個分帶。冒落帶和裂隙帶含水層直接遭到破壞,原來儲存于該含水層中的地下水在短時間內(nèi)排向采空區(qū),形成礦坑水被排出,人為地改變了地下水的補徑排條件,從而破壞了地下水的均衡,這種破壞是一次性的、不可逆的。據(jù)資料,山西煤炭開采對水資源破壞的總計面積為20352km2,占全省總面積的13%。其中嚴(yán)重破壞區(qū)面積為2670km2,占全省總面積的1.7%;一般破壞區(qū)面積10113km2,占全省總面積的6.5%;影響區(qū)面積為7569km2,占全省總面積的4.9%。(2)采煤對巖石流量的影響山西省共有19處巖溶大泉,泉域面積約6.4×104km2,泉水資源量30×108m3,約占全省水資源總量的1/4。19處重點巖溶大泉基本上都分布在采煤影響區(qū)內(nèi)厚度達(dá)400~500m的中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖建造中,是山西最主要的富水含水層,并形成相對獨立的巖溶泉域。在泉域范圍內(nèi)采煤,不可避免地要對巖溶泉水的流量產(chǎn)生影響。如果開采煤層下伏及附近的巖溶水水位高于采空區(qū)標(biāo)高,并有斷裂破碎帶、陷落柱及鉆孔穿過采空區(qū)與下面的巖溶水相連通時,則可能出現(xiàn)下伏巖溶水的底板突水和側(cè)向突水現(xiàn)象,不但疏干了煤系地層中的地下水,也使得下伏奧陶系巖溶水遭到一定程度的破壞,從而直接影響巖溶大泉的流量,例如郭莊泉流量減少、晉祠泉斷流就和泉域內(nèi)煤礦開采有直接的關(guān)系。晉祠泉泉水流量早在1933年時實測為2.0m3/s,1942年10月1日1晝夜實測為17×104m3(約合2.0m3/s),解放后1954—1958年的實測資料,泉水最小流量為1.715m3/s,最大為2.18m3/s。晉祠泉域基本包括整個西山煤田,泉域內(nèi)的煤炭開采具有悠久的歷史。據(jù)統(tǒng)計泉域范圍內(nèi)共有煤礦392座,年開采能力3822.75×104t,年總排水量2068.17×104t。隨著煤炭及地下水的不斷開采,泉水流量逐漸減少,于1994年5月斷流。郭莊泉位于霍州南7km處,泉域內(nèi)煤層主要屬霍西煤田。1991年以前泉水流量較大,最大年平均流量為9.14m3/s(1968年),最小年平均流量為6.20m3/(1990年)。據(jù)不完全統(tǒng)計,分布于該泉域內(nèi)的煤礦約有580座,個別煤礦礦井日排水量達(dá)數(shù)千噸,大量的煤礦排水直接影響了郭莊泉的流量,從1992年開始泉流量急劇下降,至1999年減小至2.23m3/s(2)。(3)解決農(nóng)村飲水面臨嚴(yán)重困難煤礦采空塌陷使覆巖產(chǎn)生了大量垂向的張裂縫,有的裂縫直通地表,在地面形成地裂縫、地面塌陷。礦井、巷道、采空區(qū)及張裂縫成為采空區(qū)以上各類含水層地下水快速漏失的通道,致使采空區(qū)以上各類含水層中的地下水流入礦坑,隨著礦坑水的疏干排放,采空區(qū)以上各類地下水含水層的水位下降或被疏干,其直接后果是水利設(shè)施大量報廢,地表植被死亡,糧食減產(chǎn)甚至絕收。全省主要礦區(qū)每平方百米耕地糧食減產(chǎn)約250kg,每年減少糧食產(chǎn)量約1.17×108kg。還引起泉水流量減少或斷流,共影響井泉3218眼、水利工程433處、水庫40座、輸水管道793890m,導(dǎo)致近4000個村莊、1494948人口、218329頭大牲畜飲水嚴(yán)重困難。2000年到2005年6年間,全省解決了因采煤漏水而缺水的2006個村95萬人的飲水問題,而此期間建設(shè)的飲水工程有625處因采煤破壞報廢,810個村37萬人重新陷入飲水困難。山西共有14個城市、42個縣城位于采煤影響區(qū),這些城市受到采煤漏水影響而削減的供水量為3.61×108m3,有34個重要水源地受到煤炭開采的影響。根據(jù)《山西省水利統(tǒng)計年鑒》的資料(3),1987年全省的農(nóng)村機井共84154眼,其中深井為22023眼,2005年農(nóng)村機井共90724眼,其中深井為35656眼,新增深井13633眼;加上城鎮(zhèn)供水井,全省現(xiàn)在的深井已達(dá)44298眼。近20年來原有機井平均以每年2000眼的速度報廢,現(xiàn)在40×108m3的地下水供水量中,淺層地下水供水量為10.7×108m3,只占26.7%,其余的73.3%都是中深層地下水和巖溶地下水。打井深度的增加不僅增加了工程建設(shè)投資,而且增加了井位選擇和打井的難度,導(dǎo)致今后解決農(nóng)村飲水問題更加艱巨。在現(xiàn)狀條件下,施工1眼800m深的機井需要3~4個月的時間,投資在60萬元以上,一旦發(fā)生大旱,臨時打井根本不能解燃眉之急。(4)造成的損失總量據(jù)《山西省煤炭開采對水資源的破壞影響評價》統(tǒng)計,20年來煤礦開采引發(fā)的經(jīng)濟(jì)損失:累計糧食減產(chǎn)造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3.46億元。山西煤炭開采對水資源破壞造成的經(jīng)濟(jì)損失總量為:采煤漏水造成人畜吃水困難,損失3.23億元;采煤漏水使水澆地變?yōu)楹档?損失3.46億元;礦井水排放造成經(jīng)濟(jì)損失340.5億元;水利工程被破壞造成的經(jīng)濟(jì)損失為0.69億元。合計為347.88億元,占全省20年GDP總和的2.8%。應(yīng)當(dāng)指出的是,上述損失僅僅是可以初步計量分析的部分內(nèi)容。由于煤炭開采水文地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性、所造成危害的不可逆性、許多損失的不可計量性和生態(tài)危害的代際延續(xù)性,其所產(chǎn)生的損害將比上述測算的數(shù)量更為巨大。2.1.2煤礦礦井水對地下水質(zhì)的影響隨著采空區(qū)面積不斷擴大,采空區(qū)導(dǎo)水裂隙帶和地面沉陷范圍也擴大,在局部地段,與地表水發(fā)生水力聯(lián)系,地表水滲入地下或礦坑,使地表徑流減少,水庫蓄水量下降。在大同十里河、懷仁小峪河、朔州七里河、陽泉桃河、孝義兌鎮(zhèn)河、左權(quán)清漳河、晉城長河等地均有此現(xiàn)象。如流經(jīng)大同礦區(qū)的最大河流十里河,在該河流域內(nèi)開采的礦井有大同礦務(wù)局所轄的晉華宮、云崗、四臺、燕子山及大同市所轄的青磁窯、姜家灣、吳官屯、鵲兒山等礦,采煤產(chǎn)生的裂隙使地表水與井下溝通,造成地表水漏失。1985年該河的地表徑流量為1520×104m3,到1999年已經(jīng)斷流,現(xiàn)已成為排污河。另一條流經(jīng)礦區(qū)的主要河流口泉河,也同樣成為礦坑廢水的輸送通道。另外據(jù)統(tǒng)計,全省礦井水排放總量中COD(化學(xué)需氧量,指在一定條件下采用一定的強氧化劑處理水樣時所消耗的氧化劑量)排放量3.4896t,SS(水質(zhì)中的懸浮物)排放量8.7241×104t,大量礦井排水時造成地表水體污染,全省受污染的河流長達(dá)3753km,其中超過五類水質(zhì)的污染河道占67.2%。煤礦礦井水對地下水質(zhì)的影響還主要表現(xiàn)在對含鹽量的影響上。山西省大同、陽泉、長治、晉城、臨汾、太原市的水質(zhì)都受到了影響,以大同市為例,十里河流域城西水源地地下水水質(zhì)清潔對照點,礦化度為含鹽592~624mg/L、硫酸鹽102~103mg/L,受采煤排水影響后含鹽濃度范圍為880~1614mg/L、硫酸鹽242~418mg/L,平均值分別增加了32倍和3.2倍。2.2礦山及礦區(qū)危害情況根據(jù)調(diào)查,至2004年全省各類采空區(qū)的面積3553.82km2,總的開采沉陷面積2761.58km2,采煤引發(fā)礦山地面變形,誘發(fā)地面塌陷、地裂縫、滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。據(jù)不完全調(diào)查統(tǒng)計,其中較為典型的礦山地面塌陷約835處、地裂縫約1205處、滑坡約73處、崩塌約23處、泥石流約10處,合計約2146處(1)。礦區(qū)受上述各類礦山地質(zhì)災(zāi)害影響的村莊數(shù)達(dá)3309個、戶數(shù)339084戶、人數(shù)1214781人,1040848間房屋不同程度被破壞。另據(jù)對山西省重點礦區(qū)(大同、軒崗、西山、汾西、潞安、陽泉等)的調(diào)查統(tǒng)計,企事業(yè)單位學(xué)校、醫(yī)院、商業(yè)服務(wù)網(wǎng)點受損面積約26.4850×104m2,破壞鐵路約5444m,有801745m道路、293079m供水管道、435567m供電線路、123678m通信線路等受到不同程度的損害。全省礦山地質(zhì)災(zāi)害至少造成百余人死亡、1000余人傷殘。全省開采沉陷破壞耕地面積1082.25km2、林地面積42.60km2、園地面積6.95km2、草地面積17.60km2,破壞其他已利用地面積474.08km2,破壞未利用土地面積1152.36km2。露天采礦(采場)破壞耕地21.16km2,破壞林地0.35km2,破壞園地0.02km2,破壞其他用地101.18km2。全省礦山固相廢棄物占地面積約43.97km2,其中占用耕地5.63km2、林地8.95km2、園地0.42km2,占用其他類型用地28.93km2。2.3廢水排放與排放情況礦山“三廢”問題主要包括礦業(yè)開發(fā)產(chǎn)生及排放的固相廢棄物、液相廢棄物、氣相廢棄物。(1)固相廢棄物主要包括煤矸石、礦山尾礦、礦山廢石(土)、粉煤灰等。據(jù)調(diào)查,全省固相廢棄物年產(chǎn)出量為18745.4×104t,其中礦山尾礦年產(chǎn)出量為1943.4×104t、礦山廢石(土)年產(chǎn)出量為13493.44×104t、礦山煤矸石年產(chǎn)出量為3222.28×104t、粉煤灰年產(chǎn)出量為85.18×104t,礦山其他類型廢渣年產(chǎn)出量為1.1×104t。煤矸石作為礦山的主要固相廢棄物堆存總量已達(dá)10×108t,每年煤矸石的排放增長在3000×104t以上。全省106座矸石山有40多座正在自燃。(2)液相廢棄物以礦山廢水為主。全省礦山廢水年產(chǎn)出量為30985.90×104t,年外排總量15522.1×104t。其中,全省礦坑水年產(chǎn)出量為19547.14×104t、選礦廢水年產(chǎn)出量為8182.90×104t、堆浸廢水年產(chǎn)出量為361.16×104t、洗煤水年產(chǎn)出量為2894.70×104t。顯然,礦坑水的年產(chǎn)出量最大,占礦山廢水年產(chǎn)出量的63.1%,選礦廢水占礦山廢水年產(chǎn)出量的26.4%,堆浸廢水占礦山廢水年產(chǎn)出量的1.2%,洗煤水占礦山廢水年產(chǎn)出量的9.3%。(3)氣相廢棄物主要指煤層、矸石、富含黃鐵礦成分的鐵礦廢石自燃產(chǎn)生的廢氣和采場或排土場的風(fēng)化揚塵、井下粉塵等,主要污染成分為煙塵、SO2等。山西省環(huán)境污染負(fù)荷在全國位居首位,全省每萬元工業(yè)產(chǎn)值的SO2、煙塵、COD、工業(yè)固體廢棄物的污染物負(fù)荷分別是全國平均水平的2.8、4.5、1.3倍及十幾倍;人均煙塵、SO2、粉塵的污染物負(fù)荷分別是全國平均水平的3.88、2.43和2.04倍。2004年僅電力、冶金、焦化業(yè)排放的SO2就占到全省工業(yè)排放量的78.2%,比2000年上升了12.57%。煤矸石自燃是主要的污染源,其產(chǎn)生的SO2、煙塵等廢氣排放量約為358×108m3/a。2.4礦山開采對土壤、水土流失的影響由于地理條件及氣候因素等原因,山西水土流失問題嚴(yán)重,全省森林面積小、覆蓋率低,耕地質(zhì)量差。目前全省水土流失面積達(dá)10.8×104km2,占土地總面積的69%,年均輸沙量4.56×108t,平均輸沙模數(shù)3000t/km2,嚴(yán)重地區(qū)高達(dá)20000t/km2。全省森林覆蓋面積僅298.9×104hm2,人均0.096hm2,只有全國平均水平的1/2,森林覆蓋率僅13.17%。土地鹽漬化面積53.7×104hm2,荒漠化約80×104hm2,風(fēng)沙危害耕地約1×104hm2。礦山開采一方面占用了大量土地,包括林地、耕地等,另一方面礦業(yè)開發(fā)引發(fā)的采空塌陷等進(jìn)一步加劇了水土流失、惡化了耕地質(zhì)量、破壞了原有林地、降低了森林覆蓋面積,并且對以后的生態(tài)恢復(fù)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響,增大了生態(tài)恢復(fù)的難度和成本。煤礦開采加重了水土流失,據(jù)調(diào)查和測算,采煤造成水土流失的影響面積為其引發(fā)的采空塌陷面積的10%~20%(4),也就是說全省礦山開采造成水土流失面積約為276.16~552.316km2。另據(jù)調(diào)查,礦山開采造成土地沙化影響面積約1134.26km2。3采礦生態(tài)環(huán)境損害評估3.1經(jīng)濟(jì)效益估算從1978年到2007年的30年間,山西省累計原煤產(chǎn)量約87.88×108t,根據(jù)不同研究成果估算出的開采噸煤破壞生態(tài)環(huán)境的經(jīng)濟(jì)損失系數(shù),初步估算了1978年到2007年30年間山西采煤生態(tài)環(huán)境損害造成的經(jīng)濟(jì)損失。(1)煤炭開采對水資源的影響據(jù)山西省環(huán)境保護(hù)局《山西省煤炭開采環(huán)境污染與生態(tài)破壞的經(jīng)濟(jì)損失核算》,依據(jù)2003年煤礦開采資料的研究成果(4),山西省2003年煤炭開采造成的大氣、水及固廢污染的環(huán)境損耗每噸煤為17.887元,生態(tài)環(huán)境破壞(不包括土地塌陷)的損失每噸煤為12.047元;據(jù)山西省水利廳2007年11月《山西省煤炭開采對水資源的影響評價及其防治對策》,煤礦開采對水資源影響的經(jīng)濟(jì)損失為每噸煤13.92~14.72元(5),按平均每噸煤14.32元計。上述3項合計每噸煤44.254元,即從1978年到2007年,采煤造成大氣、水、固廢污染及生態(tài)、水資源破壞的經(jīng)濟(jì)損失為:44.254元/t×87.88×108t=3889.042億元(2)采空區(qū)治理費用的測算據(jù)煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展專題調(diào)研匯報會參閱材料之一《關(guān)于山西煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展有關(guān)情況的匯報》,采煤造成土地塌陷的經(jīng)濟(jì)損耗為每噸煤3.8元,煤矸石污染和占地?fù)p耗為每噸煤1.23元(6),2項折合經(jīng)濟(jì)損失為5.03元/t,初步評估采煤造成土地塌陷及占用的經(jīng)濟(jì)損失:5.03元/t×87.88×108t=442.0364億元通過廣泛的礦山地質(zhì)災(zāi)害治理工程調(diào)研、論證,折算噸煤造成的礦山地質(zhì)災(zāi)害治理費用約3.0元,即煤炭開采造成礦山地質(zhì)災(zāi)害的治理費用為每噸煤3.0元,也即煤炭開采造成的礦山地質(zhì)災(zāi)害治理損失為:3.0元/t×87.88×108t=263.64億元該估算僅是采煤造成的地質(zhì)災(zāi)害的治理費用損失,不包括各類項目建設(shè)區(qū)的采空區(qū)治理費用,如以《青島至銀川國道主干線山西省離石至軍渡高速公路采空區(qū)治理工程》為例,其第十七合同段采空區(qū)治理面積為67.6hm2,治理費用3500萬元?？梢姴煽諈^(qū)治理費用是巨大的。上述3項合計,山西省從1978年到2007年30年間采煤破壞環(huán)境經(jīng)濟(jì)損失約4594.7184億元。需要說明的是,由于礦山開采造成的生態(tài)環(huán)境破壞狀況并不十分清楚,可能還有大量的生態(tài)破壞沒有調(diào)查統(tǒng)計,加之由于技術(shù)原因,有些損失和消耗無法量化,因此該數(shù)值僅是一個粗略、保守的估算。3.2開采采空凹陷破壞生態(tài)環(huán)境和旅游環(huán)境前述估算僅是可以用經(jīng)濟(jì)損失來粗略評估的采煤破壞生態(tài)環(huán)境的程度,更嚴(yán)重的是采煤破壞環(huán)境的不可逆性。(1)山西地處黃土高原,地形破碎,溝壑縱橫,降水偏少,生態(tài)環(huán)境本就十分脆弱,采煤引發(fā)的滑坡、地面塌陷、地裂縫、水土流失、地下水資源破壞等更加劇了生態(tài)環(huán)境的惡化,這種破壞在幾十年甚至上百年時間里都難以恢復(fù)。同時,采空塌陷使生長數(shù)十年的森林、植被資源毀于一旦,留下的卻是千瘡百孔的塌陷坑、亂石堆,極大地破壞了生態(tài)環(huán)境和旅游環(huán)境。(2)煤炭開采造成礦區(qū)土地荒蕪、井泉斷流、房屋裂縫甚至倒塌,嚴(yán)重影響礦區(qū)人民的安居樂業(yè)。(3)山西省全省水資源總量只有123.8×108m3,人均水資源占有量僅381m3,是全國人均占有量的1/6,遠(yuǎn)低于世界公認(rèn)的人均1000m3的嚴(yán)重缺水界線,屬水資源嚴(yán)重缺乏的省份。采煤塌陷使大面積含水層遭到破壞,這種地下水系統(tǒng)的破壞是不可逆的、不可恢復(fù)的。(4)采煤形成大面積的采空區(qū),隨著時間的推移、各種影響因素的誘發(fā),隨時可能繼續(xù)塌陷,成為新的地質(zhì)災(zāi)害隱患,成為城市、鄉(xiāng)村、土地規(guī)劃等的極大障礙。3.3煤炭開采破壞生態(tài)環(huán)境的損失前述采煤破壞生態(tài)環(huán)境的經(jīng)濟(jì)損失估算,是以2003年度采煤破壞生態(tài)環(huán)境狀況為基數(shù)的,即在當(dāng)時煤炭產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)粗放、礦山規(guī)模小、回采率較低、采區(qū)面積相對較小的條件下,估算出的開采噸煤礦山生態(tài)環(huán)境經(jīng)濟(jì)損失系數(shù)。據(jù)山西省國土資源廳最近完成的《山西省礦產(chǎn)資源規(guī)劃》,至2010年山西省煤炭開采總量控