西部煤炭资源开采与环境的耦合效应研究.pdf

西部煤炭资源开采与环境的耦合效应研究 第六图书馆 面对西部脆弱的生态环境,为避免在煤炭资源开采之后留下严重的环境问题,在煤炭资源开采的过程中要做到“资源和环境 的协调”,时刻注意环境问题,做到损害环境最小。通过煤炭资源开采与环境耦合效应的研究,旨在提高对西部环境的补偿 ,达到资源和环境最优的协调度。面对西部脆弱的生态环境,为避免在煤炭资源开采之后留下严重的环境问题,在煤炭资源开 采的过程中要做到“资源和环境的协调”,时刻注意环境问题,做到损害环境最小。通过煤炭资源开采与环境耦合效应的研 究,旨在提高对西部环境的补偿,达到资源和环境最优的协调度。煤炭资源 环境 耦合效应矿业安全与环保商会娟 李 新春中国矿业大学管理学院,江苏徐州2210082008第六图书馆 第六图书馆 2 0 0 8 年2 月 矿 业安 全 与环 保 第3 5 卷第 1 期 西部煤炭资源开采与环境的耦合效应研究 商会娟， 李新春 中国矿业大学 管理学院， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要 面对西部脆弱的生态环境， 为避免在煤炭资源开采之后 留下严重的环境问题， 在煤炭资源 开采的过程中要做到“ 资源和环境的协调” ， 时刻注意环境问题， 做到损害环境最小。通过煤炭资源开采 与环境耦合效应的研 究， 旨在提高对西部环境的补偿 ， 达到资源和环境最优的协调度。 关键词 煤炭资源； 环境 ； 耦合效应 中图分类号 T D 8 2 ； X 2 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 o 8 4 4 9 5 { 2 0 0 8 O 1 0 0 6 7 0 3 1 西部煤炭资源开采的必要性 能源是国民经济发展的重要物质 基础 ， 对经济 的发展起着支持与保障作用。能源是资源 ， 来 自并 存在于自然界， 其开发和利用必然会 对环境产生影 响。随着经济的发展 、 人 口的增加 ， 能源需求上升与 生态环境承载能力有限的矛盾越来越 明显 ， 最终产 生了制约经济发展和影响人类生存 的一 系列重大环 境问题。 西部煤炭资源丰富， 而且 煤种齐 全、 煤质优 良、 煤炭开采条件优越。西部煤炭资源的开发 已成为一 种必然的趋势 ， 具体有下面几点原因 1 西部大开发战略方针的确定 ， 促进了西部地 区经济和社会的发展 ， 建材 、 电力 、 钢铁 、 化工等相关 产业的发展将会刺激对煤炭的需求逐步增加 。 2 煤炭资源分布东西部差距很大， 东部地区煤 炭资源匮乏 、 经济发展迅速 ， 这种不协调促使东部煤 炭产业为维持竞争优势、 实现可持续发展， 存在着向 西部转移投资 的推动力 ， 资源开采空间转移的倾 向 将持续存在。 3 煤炭是我国重要 的基础能源和原料 ， 在国民 经济中具有重要 的战略地位。在我国一次能源结构 中， 煤炭将长期作为我国的主要能源。目前 ， 煤炭在 我国一次能源消费中占 6 7 ％， 综合国内外各种预测 ， 到2 0 2 0 年煤炭在我国一次性能源消费结构中仍会 占到6 0 ％左右， 其主体地位在今后相当长的时间内 不会发生根本性改变。 收稿 日期 2 0 0 7 0 4 1 8 ； 2 ／ 一 0 8 2 5修回 作者简介 商会娟 1 9 8 2 一 ， 女， 河北邢台人， 硕士研究 生， 主 要 从 事 系 统 优 化、物 流 管 理 等研 究。Em a i l s h a n g h u ij u a n s o h u ． c o i n 。 4煤炭资源可以为我 国提供能源储备。在可 预见的将来 ， 煤炭必然如石油一样 ， 成为国家能源储 备的重要组成部分。对此， 国家有关宏观决策和管 理部门应 当提前布局， 做好资源储备 ， 提高我国高耗 煤工业的抗风险能力 ， 避免煤炭工业重演石油工业 的悲剧 。 由于环境的稀缺性 ， 煤炭开采对环境影响的不 可逆性 ， 在原本生态环境 比较脆弱 的西部地区大规 模地进 行煤 炭资源 的开采对环境 的影响更不可忽 视 ， 而且对于西部地区来说 ， 其丰富的煤炭资源为国 家的经济社会发展做 出了巨大的贡献 ， 煤炭资源开 采者还要考虑到不能在资源枯竭后给西部留下破坏 了的生态和环境 ， 所 以在西部煤炭资源开采初期就 应该考虑“ 资源和环境的协调” 的问题 ， 在开采过程 中时刻注意环境问题 ， 争取在技术进步的基础上 ， 做 到在环境损害最小的状态下取得最大的资源或者在 同样环境损害状态下达到最大的资源回收率。从长 远方面考虑， 也就是要考虑可持续发展问题， 兼顾资 源、 环境、 经济社会 的可持续发展。 2 煤炭资源开采的环境影响分析 在研究煤 炭资源开采对环境的影 响时 ， 所指的 环境应该包括矿区生态环境 、 社会和经济环境 。煤 炭资源的开采对 自然环境 、 社会和经 济环境会产生 一 些影响， 具体见图 1 。 其中， 煤炭资源开采会对自然环境造成严重的 破坏， 包括对地表的破坏 ， 对水 资源 、 大气资源的破 坏 ， 以及废渣矸石等固体废弃物对环境的破坏⋯。 2 ． 1 对社会和经济环境的负面影响 1 在煤炭开采 中， 噪声 污染已成为主要的污染 之一 。 噪声污染是一种物理性的污染 ， 一般情况下 6 7 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 2 0 0 8 年2 月 矿 业安 全 与环保 第3 5 卷第1 期 排 土 场 ’ 矿 坑 破 坏 土 地 资 源 煤炭资源开采对环境 的影响 直接影响 露天 开采 破 坏 地 袁 植 被 等 生 态 资 源 井工开采 煤 肝 石 污 染 矿 井 废 水 污 染 大 气 珂 染 爆 破 震 动 ● 噪 声 污 染 煤 尘 ’ 瓦 斯 排 放 图 1 煤炭资源开采对环境的影响 并不致命 ， 但影响声源附近人们的身心健康 。矿区 居民长期生活在因采矿而带来的空气 、 水质 、 粉尘 、 放射性等严重污染的矿区， 居民身体健康也会受 到 危害， 导致当地居民发病率上升 ， 成年人提前丧失劳 动能力 ， 对经济的发展产生一定的阻力。 2 煤炭资源的开采会影响到 当地的山水风光 、 名胜古迹 、 疗养区 、 自然保护 区等一些人 文景观 ； 在 建矿及矿 区的生产时期会影 响到 区域 的工农业发 展 ， 在矿井报废期又会引发一系列的社会环境问题。 虽然有清洁生产 ， 但受到资源条件及行业特点 的限 制 ， 煤炭仍存在产业结构单一、 资源依赖程度高的劣 势。因此矿井报废期会 出现职工收入锐减 ， 大量人 员失业等一系列的社会环境问题 。 2 ． 2 煤炭资源开采对社会经济环境的正面影响 煤炭资源的开发利用会促进社会经济的发展 ， 甚至改善生态环境。 矿业会成为一个地 区的支柱性工业之一。煤炭 的开采利用会带动和保障相关产业的发展， 如电力 等相关产业的优势和环保等非煤产业 的发展 ， 形成 了多级产业链 ， 解决一部分就业问题 ； 煤炭开发促进 了以煤为中心的工业产业的形成 ， 改善 了拆迁农 民 的居住条件 ， 推动了城市布局 、 规 划及建设等。同时 煤炭生产能提高当地农 民的收入 ， 拉动地方的消费 ， 改善农民的生活和生存条件， 提高当地农民文化素 质 ， 促进农村社会经济的发展。 煤炭生产确保 了国家的能源安全， 促进了科技 68 地 袁 沉 陷 间4 t - 影响 生态环境破坏 矿 区水土流失 矿 区沙漠化 矿 区 自然景观的破坏 矿 区人们生活影响 矿 区人们健康影响 矿 区经济的发展 矿 区农业的发展 矿 区环境改善等方面 创新， 推动了现代化发展； 一些先进的煤炭企业采取 一 些先进的技术对矿区进行恢复 ， 使矿 区原有生态 环境得到改善 J 。 2 ． 3 环境问题产生的因素分析 对于煤炭资源开采所引起的环境问题 ， 咎其原 因有多方面， 主要有 以下几点 环境属于公共 品， 在 使用的过程中存在着外部效应 ； 西部地 区环境脆弱 ， 承载力差； “ 先污染后治理” 错误 的开采观念； 开采技 术及条件落后 ， 粗放型的开采模式 ， 开采浪费现象严 重 ； 从业人员环 境意识差 ， 煤炭企业环境管理不善 ； 用于环境污染治理恢 复的资金有 限； 有关矿山环境 治理的法制 、 法规不够健全 ； 政绩考核机制的缺陷。 3 煤炭 资源与环境 的耦合效应研究 矿产资源价值补偿与环境补偿问题是经济可持 续发展理论 的重要组成部分。研 究矿产资源价值补 偿与环境补偿问题的目的是寻找一种有效的经济机 制和利益杠杆， 约束和调整所有者、 生产者和消费者 的经济行为， 实现矿产资源和环境 的高效利用及 良 性循环 ， 减少和防止经 济发展过程 中的资源浪费和 环境破坏。 3 ． 1 煤炭资源与环境的耦合系统 耦合是指 2 个 或 2 个 以上 体系或运 动形式通 过各种相互作用而彼此影响的现象。同理， 可以把 煤炭资源开发与环境 2个系统通过各 自的耦合元素 产生相互作用彼此影响的现象定义为煤炭资源开发 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 2 0 0 8 年2 月 矿 业安 全 与环 保 第3 5 卷第 1 期 一 环境耦合系统 ， 见图 2 。 厂 污 l ‘ 妯 华广 L L ]展 r ． ． 发 L I土 霖 林 、 ‘ 图 2 煤炭资源开发一 环境 耦合 系统 在进行耦合研究时需要根据 2个系统不 同的耦 合要素进行研究 ， 在该研究 中把 2个系统 之间的耦 合关系分为以下 4 类 1 煤炭 资源开采 的不 同周期 ， 如建 矿期 、 成熟 期 、 衰退期进行耦合。生产的不同周期 ， 对环境的影 响程度不同， 可以称之为周期一环境耦合系统。 2 西部煤炭资源开采 的地 区或各城 市煤炭资 源不同， 地质条件不同， 环境状况不 同， 煤 炭资源总 量和结构不同， 这些元素对环境的耦合 ， 可以称之为 特质一环境耦合系统。 3 煤炭 开采 的不 同模式 ， 如粗放式 或精细式 ， 露天开采或地下 开采 ， 不 同的开采方式对 环境的影 响不同， 称之为开采方式一环境耦合。 4 煤炭开采 的社会环境 ， 如补偿机 制 、 税赋状 况、 法律约束 、 煤炭企业运行的条件和环境状况的耦 合 ， 称之为煤炭开采影响元素一环境耦合 。 西部煤炭资源开采与环境耦合效应研究的主要 内容 研究煤炭资源开采对环境影响的度量 ， 环境价 值的货币化 ， 环境破坏的补偿及具体的补偿力度 ， 如 煤炭企业每开采 1 t 煤 ， 需要抽取多少资金用于补偿 环境 ， 而且这个补偿力度对于企业来说是最优的。 3 ． 2 环境价值的计算 在研究前 首先界定矿产资源和环 境是有价值 的， 没有价值则没有讨论 的意义 。关 于环境价值 的 计算 ， 目前主要应用 的方法有 市场价值法 、 机会成 本法 、 恢复和防护费用法 、 影子工程法 、 修正人力资 本法或工资损失法 、 调查评价法 J 。 在确定了环境 的价值后 ， 需确定煤炭资源开采 对环境破坏的分类及各 分类指标 ， 因为煤炭资源开 采处于一个资源一经济一环境的大系统之中， 因此 煤炭资源开采会对系统的其他要素产生影响。在环 境子系统中， 可将环境分解为矿区环境或 自然环境、 社会和经济环境 ， 对环境影响的指标可按这 2种分 类进行汇总 ， 如 自然环境指标有 大气质量 、 地表水 地下水渗透 、 土壤污染物含量 、 生物种类 、 噪声 等。 社会和经济环境指标有 人 口密度 、 文化状况 、 就业 、 人均寿命 、 死亡率 、 医疗卫生 、 自然保护区 、 劳动利用 率 、 环保效益 、 三废 回收利用率等 。这些指标与以上 环境价值的核算方法相结合来计算环境的价值。 3 ． 3 煤炭资源开采模式与环境的关系 煤炭资源开采与环境之间的关系经历以下 3种 转变 “ 先开采后治理” “ 边开采边治理” “ 先 治理后开采 ” 。大多数工业化 国家和我 国东部地 区 经历了这种发展过程。而在西部地 区， 煤炭 资源开 采处于初期 阶段 ， 环境本身 又很 脆弱， 在 这种情况 下 ， 则要求改变原来的资源开采与环境的关系， 尽量 做到边开采边治理甚 至是先治理后 开采 ， 防止环境 资源一旦破坏便很难恢复 ， 这也是笔者研究 的主要 目的之一。而开采对环境的补偿形式从补偿形态分 类主要有 2 种 价值补偿和实物补偿 。价值补偿 ， 即 生产所获得 的效益必须能够补偿生产中所耗费的生 态资源价值 ， 也就是环境成本补偿 ； 实物补偿 ， 即维 护生态资源的生产能力、 恢复能力和补偿能力 ， 其主 要是通过抑制生态资源的过度开发和鼓励生态资源 培植实现 ， 如义务植树 、 退耕还林还草等。 3 ． 4 煤炭资源开采环境补偿主体与补偿方法 根据“ 谁污染， 谁治理” 的原则 ， 煤炭资源开采造 成的环境污染需要由煤炭企业负责。但是 ， 对于煤 炭生产企业来说 ， 由于市场制度不完善， 煤炭企业负 担重等现象很普遍， 同时煤炭价格机制不完备， 煤炭 的价格不能反映煤炭资源的价值 ， 煤炭企业没有能 力承担所有的责任 ， 因此按照“ 谁受益 ， 谁补偿” 的原 则 ， 要把补偿环境损失 的一部分责任分摊到煤炭产 品的使用者和下游煤炭 产 品加工企业 ， 以及政府 。 在西部地区， 由于经济发展水平的约束， 政府的经济 实力有限。因此 ， 对于不同的补偿主体 ， 如何确定相 互之间责任分配 比例是实施煤炭 开采 环境补偿 的 前提。 目前在 补偿方法或模型的建立方面 ， 主要有费 用效益法、 投入产出法、 多 目标规划和系统动力学等 方法 。结合所研究的 内容 ， 适 用的模型有多 目标规 划和系统 动力学等方法M J 。由于在环境 问题 中， 一 些具体的变量参数等 的确定 E t 前 还没有统一 的标 准 ， 所以选取系统动力学作为研究模型建立 的基础。 根据煤炭 和环境系统之 间的关 系建立 系统动力学 模型。 除了在环境成本核算方面弥补环境 的损失， 煤 炭企业和政府也应当采取～些行政和经济手段缓解 环境的压力 ， 如关闭一些污染严重 的小煤矿 ； 建立完 下转第7 2页 6 9 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 2 0 0 8 年2 月 矿 业安 全 与环保 第3 5 卷第1 期 表 2 粉煤灰的化学成分 ％ s i o C a O A I 2 0 3 0 3 Mg 0 烧失量 5 5． 4 7 2 2． 8 3 6． 6 3 5． 5l 1 ． 3 0． 9 7 似膏体充填料浆塌落度的测量采用 自制 的小型 塌落度筒 ， 其上 口直径 3 6 m l n ， 下 口直径 6 4 m l n ， 高 6 0 m l n 。塌落度大于 2 0 m l n为安全流范围 J ， 安全流 意味着充填料浆像一定浓度条件下的水力充填料浆 一 样安全流动。 似膏体充填体强度的测定按照标准方法成型试 件 ， 试件规格为 7 O ． 7 m l n7 0 ． 7 m l n7 0 ． 7 m l n ， 试件 成型后 ， 在标准条件下养护 8 h 后拆模 ， 并在规定条 件下养护至龄期 。分别测定 8 h ， 1 ， 3 ， 7 ， 2 8 d单轴抗 压强度。 似膏体充填料浆配合 比的确定要遵循成本低 、 制备简单 、 流动性 和强度满足要求等原则。根据这 些原则并经过试验确定的料浆配合比 浓度 8 0 ％， 凝 石含量 5 ％， 粉煤灰含量 2 6 ％， 煤矸石含量 4 9 ％。这 一 配合比的似膏体充填料浆塌落度为 2 6 m l n ， 在安 全流范围内， 能够 实现管道安全输送。充填体 固化 后单轴 抗压 强 度 8 h大 于 0 ． 1 5 1V I P a ，2 4 h大于 0 ． 3 5 M P a ， 3 d大于 0 ． 7 M P a ， 7 d大于 0 ． 9 M P a ， 2 8 d 强度达 1 ． 6 M P a以上 ， 能够满足充填采矿对强度 的 要求。这一配 比的料浆体积质量为 1 ． 8 4 t ／ m 3 ， 凝石 消耗量为 9 2 k m 3 。目前金属矿山充填料浆的水泥 消耗量一般为 2 0 0 k m 3 左右 。所配制似膏体充填 料浆的成本仅为金属矿 山用水泥作胶凝材料的充填 料浆成本的 5 0 ％左 右。用普通 4 2 5 硅酸盐水泥作 胶凝材料的充填体 ， 在同样条件下的对比试 验表明 ， 其强度 明显 偏 低 ， 如8 h 强 度 和2 8 d 强度 分 别低 于 0 ． 1 1V I P a 和 0 ． 8 1 V I P a ， 体现 了凝石和传统水泥相 比具 有 的优势特性 。 5 结论及展望 1 凝石作为新型胶凝材料具有优 良性能 ， 能在 用量极少的条件下， 达到符合要求的强度。 2 煤系 固体废弃物经适 当加工后可制成似膏 体充填材料。对采空区进行似膏体充填可达到处理 废弃物 、 改善采煤工作面安全状况 、 减轻地表塌陷等 3个 目标。 3 虽然用凝石代替传 统水泥配制的似膏体充 填料浆成本较低 ， 但从煤矿 自身的眼前利益 出发 ， 充 填采煤未必是最佳方案。因此 ， 为了全社会 的长远 利益 ， 呼吁政府制定相关政策以支持和鼓励似膏体 充填采煤法的推广应用。 参考文献 [ 1 ]钱鸣高， 许家林， 缪协兴． 煤矿绿色开采技术[ J ] ． 中国矿 业大学学报， 2 O 0 3 ， 3 2 4 3 4 3 3 4 8 ． [ 2 ]石乐川． 坑 13 电厂粉煤灰综合利用大有可为[ J ] ．煤质技 术 ， 2 0 o 4 1 5 3 5 5 ． [ 3 ]王绍文， 梁富智， 王纪曾． 固体废弃物资源化技术与应用 [ M] ． 北京 冶金工业出版社， 2 O 0 3 ． [ 4 ]龚洛书． 粉煤灰在建筑业中的综合利用技术[ J ] ． 房材与 应用 ， 1 9 9 9 1 3 8 4 8 ． [ 5 ]徐永圻． 煤矿开采学[ M] ． 徐州 中国矿业大学 出版社， 1 9 9 1 ． [ 6 ]孙恒虎， 黄玉诚， 杨 宝贵． 当代胶结充填技术[ M] ． 北京 冶金工业 出版 社， 2 O 0 2 ． 责任编辑 吴 自立 上接第 6 9页 善的能源市场价格机制 ； 煤炭企业要彻底改变粗放 开发、 低效利用 、 污染环境的增产路子 ， 按照全面建 设小康社会的要求 ， 坚持和落实科学发展观， 加快经 济结构调整 ， 积极推行清洁生产， 大力推广洁净煤技 术 ； 关于煤炭和环境 的法律法规的建设也要跟上发 展要求。 4 结语 煤炭的开发 、 生产恰好处于资源、 环境与经济三 者紧密联系、 互相制约又互相支持的结合点上 ， 通过 建立模型确立企业最优的补偿水平， 既可以起到保 护西部脆弱的生态环境的作用 ， 造福子孙后代 ， 实现 可持续发展 ， 同时也有利于实现煤炭企业 的全成本 核算 ， 既考虑环境补偿后的成本 ， 有利于促进煤炭价 7 2 值的回归 ， 也有利于树立煤炭企业 良好的企业形象 ， 从宏观方面考虑， 也有利于我 国完善国 民经济核算 体系以及实现绿色 G D P等。 参考文献 [ 1 ]肖田兴． 煤炭资源开发环境影响评价理论与方法[ D ] ． 阜 新 辽宁工程技术大学， 2 O O 1 ． [ 2 ]刘金平， 张幼蒂， 王明明． 煤炭资源开发利用价值的耦合 [ J ] ． 能源环境保护， 2 0 0 5 ， 1 9 1 57 ． [ 3 ]张慧勤， 过孝民． 环境经济系统分析一规划方法与模型 [ M] ． 北京清华大学出版社， 1 9 9 3 ． [ 4 ]孙玉峰． 矿区环境系统动力学仿真模型的建立[ J ] ． 辽宁 工程技术大学学报 自然科学版， 2 O 0 6 ， 2 5 2 3 0 8 3 1 1 ． 责任编辑 李琴 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆