煤矿地质学第11章 煤矿环境地质

第十一章煤矿环境地质

第十一章煤矿环境地质第一节煤矿环境地质研究内容第二节煤矿环境污染因素和危害第三节煤矿环境监测与质量评价

第四节煤矿环境地质工作

1、环境—指人类赖以生存的周围物质（大气、水、土地、岩石、森林、山脉、动植物等），下至地下深处，上达宇宙空间。

2、地质环境—指大气圈、生物圈、水圈和科学技术研究可及的岩石圈总称，又称自然环境。

3、环境地质学—是环境科学与地质学之间的边缘科学，主要研究人类活动与地质环境的相互作用。第一节煤矿环境地质研究内容主要内容：一、环境地质学的研究内容二、煤矿环境地质研究内容

一、环境地质学的研究内容

1、由自然地质作用引起的环境问题为原生地质环境（第一地质环境）问题。例如火山、地震、泥石流、冰川、地方病等。

2、由人类活动造成的地质环境问题为次生地质环境（第二地质环境）问题。例如地下水污染、地面沉降、土地沙漠化、废物污染等。环境地质学包括以下分支学科：

1、城市地质学

5、灾害地质学

2、资源地质学

6、废物处置地质学

3、医学地质学

7、旅游地质学

4、军事地质学

8、环境法规学二、煤矿环境地质研究内容煤矿环境地质研究内容包括5个方面：（一）煤矿原始环境地质条件和环境质量研究

1、有害地质体的种类、规模、分布及其相关特征研究。

2、矿区地质环境中有害物质种类、成分、含量以及赋存状态，分布和迁移规律研究。

3、与上述相关的地质、水文地质、地球化学条件研究。

4、与地质、水文、地球化学等条件相关的矿区原始环境状态及质量水平研究。（二）煤矿生产活动引起的环境地质问题研究

1、煤炭资源开发利用过程中产生的地质作用及其对地质环境影响的研究；

2、环境污染与破坏的地质因素研究；

3、废石、废水、废气的性质、成分、含量及其污染类型的研究；

4、有害物质迁移、聚染、扩散的途径和地质因素的研究；

5、各种污染（空气、水土、辐射、振动等）特点及其与地质因素关系的研究。（三）煤矿环境地质灾害研究

1、煤矿环境地质灾害的类型、成因、分布、程度的研究。

2、煤矿环境地质灾害诱发因素的研究。

3、煤矿环境地质灾害预测研究。

4、煤矿环境地质灾害对环境影响的研究。（四）煤矿资源保护和环境污染防治方法研究

1、煤炭及共伴生矿产资源综合开发利用研究。

2、煤矿“三废”处理及综合利用研究。

3、煤矿环境地质灾害、不良地质现象、环境污染防治对象的研究。

4、矿区自然、人文景观、水土、生态资源的管理和保护研究。（五）煤矿环境地质监测和分析评价技术研究

1、地面环境地质监测和分析评价技术的研究

2、井下环境地质监测和分析评价技术的研究

第二节煤矿环境污染因素和危害主要内容：一、煤矿环境污染因素及其特点二、煤矿环境污染的危害

一、煤矿环境污染因素及其特点污染因素包括7个方面：（一）固体废物

1、矸石基本性质：灰分＞50%、发热量3.3~8.3MJ/kg兆焦耳/千克矿物成分：高岭石、脱石、石英、长石、方解石、黄铁矿等。化学成分：SiO2、Al2O3为主，还有Fe2O3、MgO、CaO、P2O5、K2O等。

2、露天矿剥离物

3、煤渣（二）废水

1、采矿废水重点煤矿年排水量超过20亿m3，平均吨煤排出量为4m3

。矿井采矿废水可分为5类：（1）洁净矿井水

未污染、中性、低矿化度、无有害离子、基本符合饮用水标准。（2）含悬浮物矿井水

中性、矿化度小于1000mg/L无有害元素、金属离子很少，合大量悬浮物、少量可溶性有机物和菌群。在我国煤矿分布广泛，除了悬浮物、细菌、感观等指标外，其它指标可达饮用水卫生标准。（3）高矿化度矿井水

中性、弱碱性，含SO42-

、Cl-、Ca2+、K+、Na+等离子，矿化度大于1000mg/L，苦涩味，又可分为：微咸水：矿化度1000-3000mg/L；咸

水：矿化度3000-10000mg/L；盐

水：矿化度大于10000mg/L。此类水十分不宜直接饮用（4）酸性矿井水

PH值小于5.5，含硫量高，含较多的Fe、Mn、重金属元素和无机盐，矿化度和硬度均高。（5）含特殊污染物矿井水含氟矿井水：含氟超过1mg/L，与含氟火山岩有关。含重金属元素矿井水：含Fe2+、Mn2+，还有

Cu2+、Zn2+、Pb2+等离子，是还原条件下形成的。含放射性矿井水：总α射线放射性大于

0.1Bq/L；总β射线放射性大于1Bq/L，则超出生活饮用水标准，与围岩有关。含油矿井水：与煤系中的含油层有关。

2、选煤废水含大量悬浮物及油类、酚类、醇类等有机药剂，煤中还能浸出各种离子和放射性元素。因此。选煤废水是有毒废水。我国每洗一吨原煤约外排0.8~1.0m3废水，年排量达数千万立方米。

3、其它工业废水例如机修厂、火药厂、矿灯厂、焦化厂等排放的有害废水。（三）废气

1、采矿废气甲烷等可燃性气体；

CO2、N2等窒息性气体；

H2S、CO、SO2等有毒气体。

2、燃煤废气燃烧1t煤可产生：CO0.5~45kg

碳氢化合物

0.15~45kg

氮氧化合物

1.5~27kg

醛类

0.0025kg

硫氧化物

19kg

我国燃煤废气年排放量超过1700亿m3，烟尘和SO2在30万t以上。

3、自燃废气矸石山自燃、煤自燃。与煤岩成分、煤化程度、地质条件、煤质等因素有关。（四）粉尘采掘工作产生的粉尘占全矿井产尘量的70%~85%。煤尘、岩尘中含有：砷、铬、镉、硒、锌等微量有害元素；铀、钍、钴放射性元素；并具有粘附性，电荷性、爆炸性、气溶性等性质。

产尘量与煤及其夹矸性质、采煤方法、地质构造、煤层赋存条件、水文地质条件、煤质等因素有关。（五）岩体移动在外界因素影响下，地层岩体失去原有平衡而发生移动。影响因素：采矿活动、煤层自燃、矸石堆堆放等。地表移动的分类；（1）漏斗状陷坑和阶梯状断裂发生突然而快速，强烈而危害性大，但破坏范围小，主要发生在浅部急倾斜煤层采空区，开采深度与采高之比小于20缓倾斜煤层采空区、及较大地质构造分布区等地域。（2）缓状沉陷盆地发生过程缓慢，连续沉降，影响范围大。主要发生在深部急倾斜煤层采空区、采深与采高之比大于20的缓倾斜煤层采空区。（六）矿井热煤矿安全规程：采掘工作面温度不得超过26℃，机电硐室温度不得超过30℃。

热源：地热、空气压缩热、煤岩层氧化热，井下热水热、煤层自燃热、机电设备运动热、爆破热、井下人体热等。

（七）噪声工业生产噪声

70%煤矿设备运动噪声大于90dB,25%煤矿设备运动噪声在100~130dB间。二、煤矿环境污染的危害（一）破坏土地资源

1、露天采矿直接挖损土地；

2、地下开采造成地表塌陷；

3、煤矸石等堆放占用土地；

4、采矿“三废”污染土地。采矿引起地表自然环境、地表及地下水系统的破坏、土壤肥力的恶化，使其有毒有害成分增加。（二）破坏水资源1、改变地下和地表水的储存和循环状态；2、洗煤、采矿消耗大量洁净水；3、大量的洁净水被矿井排放的污水所污染；4、“三废”污染矿区及周围的水资源。（三）影响大气结构加剧温室效应、破坏臭氧层、形成酸雨；破坏矿区微气候环境。（四）污损自然景观改变矿区地貌、微地理，破坏自然和人文景观。（五）诱发环境灾害矸石山堆积和采矿岩移：诱发山体滑坡、泥石流、矸石流等；采矿废气：煤尘及可燃气体的爆炸；有毒有害气体：CO2、SO2等使人窒息、死亡；采动压力：诱发冒顶、突水、煤与瓦斯突出，地面建筑物破坏等。

（六）破坏生态平衡破坏生物群落与环境之间的物质循环及动态平衡，破坏生态链；干扰矿区居民正常生活，破坏矿区居民正常生活条件。（七）危害人类健康

1、粉尘性疾病：矽肺病（煤尘、岩粉）；

2、放射性病疾：井下放射性物质所致；

3、矿物质中毒：CO、SO2、镉、砷、氰化物等；

4、体内元素比例失衡：铜、钼含量增多，产生骨质疏松症，氟含量太高可引起氟骨病、氟牙病；

5、其它性质疾病；噪声地热引发心血管病、神经系统等疾病。第三节煤矿环境监测与质量评价主要内容：一、煤矿环境监测二、煤矿环境质量评价

一、煤矿环境监测（一）监测网点布设

1、面状监测对象（大气、水库、湖泊、矸石山）布点方法（1）网格布点法：适用污染源分散的大区域；（2）同心圆布点法：适用污染源固定的小区域；（3）扇形布点法：适用于单个独立的污染源监测；（4）功能分区布点法：适用于了解污染物排放对不同功能区的影响。

2、线状监测对象（河流、井巷、工作面）布点方法按一定距离，再结合污染源排放口，交汇点、采样点综合布置。（二）监测方法

1、连续分析法自动监测仪连续跟踪监测（如SO2监测仪）。

2、化学分析法定期采样，实验室分析。注意：应按国家规定标准，用统一的方法、器具进行监测。（三）监测内容

1、煤矿大气监测固态物质监测：降尘（粒径大于10）、飘尘（粒径小于10）；气态物质监测：硫氧化物、氮氯化物、碳氢化合物及有毒有害气体等；

放射性物质监测：放射性元素；影响因素：天气、气象、太阳辐射、能见度等。

2、水质监测水质：水温、色度、浊度、酸碱度、导电率、硬度、悬浮物、溶解氧、生化需氧量、耗氧量、水生生物、有害物质等。水文气象要素：流速、流量、水深、风速、风向、日照、气温等。

3、土质监测成分：腐植酸、氮、磷、钾，重金属元素、酸度、有毒物质等。土质：土壤类型、结构、性质。

4、岩移监测岩体：岩体移动方向、速度、岩体应力、应变、岩体强度；井下：井巷工程的收缩、变形，支护及充填体的变化；地表：地表移动方式、类型、规模、范围；（四）监测数据整理

1、算术平均法：表示平均水平或集中趋势。

2、几何平均法：了解污染物最大浓度对环境质量的影响；其中：Ci：污染物浓度统计值；

Ci,av：污染物浓度算术平均值；

Ci,max：污染物浓度最大值。

3、超标率法

Si：污染物超标率，%；

Ni,T：污染物监测样本总数，个；

Ni,S：污染物超标样本数，个。

二、煤矿环境质量评价（一）环境质量评价类型：

1、环境质量回顾评价

通过对矿区环境背景的社会特征、自然特征及污染源等调查，分析环境质量演变过程，查明引起环境问题的原因和形成机理。

2、环境质量现状评价通过对矿区环境现状监测与调查，分析环境污染现状及时空变化规律，对煤矿区当前环境质量作出评价。

3、环境质量预测评价根据污染源、环境要素、污染物浓度变化特征及其相关性，推断污染物分布变化规律，预测变化趋势。（二）环境质量评价内容

1、环境背景的调查与评价

自然环境特征调查：地理位置、地质地貌、气象气候、水文、土壤、生物。社会环境特征调查：一般情况：村落、功能分类、人口、自然资源等。经济结构：工农业结构布局、产品、农作物、林业等。

2、污染源调查与评价确定污染类型，自然扩散和人为排放方式途径，特点和规律，按影响程度筛选主要污染源和污染物。3、环境污染现状调查评价定量、定性地分析矿区环境质量，确定污染程度。

4、环境效应分析评价（1）生态效应分析环境污染对生物生态变异、生理功能、产量、繁殖、生存及生态平衡的影响。（2）人体健康效应分析调查环境性疾病、居民健康、儿童发育状况，分析环境污染与人体健康的相关性并作出定量、定性评价。（3）经济效应分析调研因环境污染所造成的环境质量下降而带来的直接和间接损失，分析治理污染和改善环境的费用与取得的经济效益的关系，并对因环境污染造成的经济损失进行定量估算。

（三）环境质量评价方法

1、评价参数选用对环境有重要影响的污染物（因子）作为评价参数：（1）大气质量评价参数：颗粒物、有害气体、有害元素、有机物。（2）水体质量评价参数：感官性参数、氧平衡参数、营养盐类参数、毒物参数、流引病学参数。（3）土壤质量评价参数：重金属及其它无机毒物、有机毒物、酸度。2、评价指标分三种指数：

1）污染指数以污染物质实测浓度与该污染物环境或排放允许浓度（评价标准）的比值来表示。分三种情况：（1）对污染危害程度随浓度增加而提高的评价参数：式中：Ii—某种污染物的污染指数；

Ci—该污染物实测浓度；

Cs,i—该污染物评价标准。

（2）对污染危害程度随浓度增加而降低的评价参数：

式中：Ci,max—某污染物浓度的最大值。（3）对有最低和最高评价标准的评价参数：

式中：—某污染物评价标准最高值和最低值的平均值；

Cs,j—某污染物评价标准的最低值或最高值。

2）综合指数表示多项污染物对环境产生的综合影响程度，它以分指数为基础，计算方法有4种：（1）算术平均法式中，pi—某环境要素综合指数；

Ii—分指数之一（污染指数,见前面）；

n—参加评价的污染物（评价参数）的项目数。

（2）加权平均法式中，Wi—某污染物权值。权值的确定：①根据各污染物危害程度和对当地群众调查意见确定；②根据环境容量用公式求算：式中，Bi—某污染物在环境中的背景值。

Cs,i

—该污染物评价标准。

（3）均方根法式中：Imax

—各污染因子的最大分指数。（4）几何均值法（目前使用最多）

3）总指数用于评价总环境质量或评价全部污染排放程度或

式中：F—某区域总环境质量（或总污染排放）指数；

Pj

—某要素（污染源）评价指数；

Wj

—某要素（污染源）权值；

n—参加区域环境质量（污染源）评价的环境要素（污染源）的项目权。3、环境质量分级分区

一般将环境质量划分为良好、中等、轻度污染、中等污染、严重污染五个污染等级来划分区域。还要考虑污染源分布、功能分区等具体情况。４、环境质量评价图图件内容：反映环境质量评价结果、环境背景特征、污染源与污染物、环境质量状况、污染空间分布特征和数量、质量指标等。常用图件：污染物浓度等值线图、环境质量指数图、环境质量分布图。第四节煤矿环境地质工作

主要内容：一、矿区环境污染的地质调查二、矿区环境污染治理效果的地质调查三、煤矿环境污染源资源化利用四、矿区环境地质图件编制

一、矿区环境污染的地质调查（一）矿区原始地质环境调查分6个方面：

1、地理、大地构造位置、地层、岩石、地质构造、矿产资源；

2、原生岩石、风化岩石、土壤、地表水体、地下水等的采样、化验；

3、查明岩石、水体组成成分及有害物质；

4、查清与原始地质环境有关的污染物（源）、与环境污染扩散有关的地质和水文地质条件；

5、研究各种元素的赋存，分布、迁移、浓度等规律；

6、对原始环境质量的地质条件作出评价，并提供基本地质资料。（二）矿区水土污染地质调查

1、煤矸石矿物组成及化学成分及堆放地的地质条件。

2、定期监测矿井、选煤厂、矸石山排放废水的流量、成分。

3、确定污染水体的扩散途径、范围、影响程度等。（三）煤矿区大气污染地质调查

1、有害粉尘（1）矿物成分（2）粉尘粒度

（3）粉尘形态

2、有害气体地表厂矿：查明来源、成分、含量、产生情况、逸出地点、迁移途径等。地下：岩层物质成分、结构构造、氧化分解条件及与之有关的地质构造特征等。（四）其它环境问题的地质调查

1、地质灾害调查

2、矿井热污染调查

3、煤矸石、煤层自燃监测研究

4、地方性疾病调查二、矿区环境污染治理效果的地质调查1、与环保部门配合，对环保措施实施的效果进行地质调查与评价

2、调查内容（1）对净化处理后的矿井、选煤厂排水的水质定期调查；（2）土地复垦的土壤结构、理化性质及有害元素及潜水位变化的调查；（3）工作面定期检测空气粉尘浓度、形态、粒度、有害成分；（4）采取充填措施的采空区沉陷幅度、应力场、岩层变化、对地表影响程度的调查。

3、治理前后调查资料的对比研究三、煤矿环境污染源资源化利用1、矿井水资源化利用评价

评价内容：①来源、水量、水温、水质类型；②色、嗅、味、浑浊度；