何團(tuán)

[提要] 由于煤炭型城市多年來對煤炭資源無節(jié)制的開發(fā)與利用，造成煤炭資源過度消耗。煤炭產(chǎn)業(yè)高排放、高污染導(dǎo)致城市及周邊環(huán)境破壞日益加劇，從根本上降低了城市可持續(xù)發(fā)展能力，阻礙地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。煤炭開采帶來的地表沉陷、矸石山污染、水資源破壞是煤炭型城市亟待解決的生態(tài)環(huán)境問題。煤礦充填開采技術(shù)作為“綠色開采技術(shù)體系”的重要組成部分，是煤炭型城市生態(tài)環(huán)境治理的重要手段。充填開采技術(shù)可以有效控制地表沉陷，消滅礦區(qū)井上矸石山，實(shí)現(xiàn)矸石不升井就地處理，防治煤炭開采對地下含水層的破壞，同時能夠大量處理城市建筑垃圾及工業(yè)固體廢棄物。

關(guān)鍵詞：煤炭型城市;污染防治;充填開采

中圖分類號：X5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

收錄日期：2019年11月11日

一、綜述

煤炭型城市是以本地區(qū)的煤炭資源開采、加工為主導(dǎo)型產(chǎn)業(yè)的城市類型，其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、就業(yè)結(jié)構(gòu)、資源市場占有率與煤炭及相關(guān)產(chǎn)業(yè)息息相關(guān)。我國諸如鶴崗、撫順、大同、陽泉、淮南、淮北、鶴壁、焦作、阜新、臨汾、晉城、赤峰、長治、邯鄲、峰峰、邢臺、平頂山、六盤水、霍林郭勒、鄂爾多斯、榆林、延安、阿拉善盟等城市都屬于煤炭資源型城市，但一些城市通過若干年的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型后，煤炭產(chǎn)業(yè)及上下游產(chǎn)業(yè)在城市經(jīng)濟(jì)中所占比重逐漸減小，城市經(jīng)濟(jì)對煤炭產(chǎn)業(yè)的依賴度呈下降態(tài)勢，城市的本質(zhì)特征雖與煤炭相關(guān)，但已與傳統(tǒng)意義的煤炭型城市相距甚遠(yuǎn)。

但這些城市大多緣煤而建，因煤而興，隨著多年對煤炭資源無節(jié)制的開發(fā)與利用，造成煤炭資源過度消耗。煤炭產(chǎn)業(yè)高排放、高污染導(dǎo)致城市及周邊環(huán)境破壞日益加劇，從根本上降低了城市可持續(xù)發(fā)展能力，激化了社會矛盾，阻礙了地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。近年來，國家高度重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)，修定了環(huán)保法，大力推進(jìn)大氣污染、水污染、土壤污染等專項治理，煤炭工業(yè)面臨的環(huán)境約束不斷收緊，大力推廣綠色開采技術(shù)，提高煤炭型城市生態(tài)環(huán)境承載力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展迫在眉睫。

煤礦充填開采技術(shù)作為“綠色開采技術(shù)體系”的重要組成部分，是煤炭型城市生態(tài)環(huán)境治理的重要手段。充填開采技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以大量減少煤矸石的外排，還可以將粉煤灰、尾礦、城市建筑垃圾作為充填材料加以利用，能夠有效降低煤炭開采對城市水資源、土地資源及空氣的污染，此外還可以減少煤炭資源浪費(fèi)，提高煤炭資源回采率，有效保護(hù)煤炭資源。

二、煤炭資源開發(fā)引發(fā)生態(tài)與社會問題

（一）煤矸石占地。煤矸石是采煤和選煤過程中排放的低碳含量的固體廢物，每年排放量占當(dāng)年煤炭產(chǎn)量的10%～15%。初步統(tǒng)計，我國現(xiàn)有煤矸石山1，600余座，我國平均每年新增排放矸石約3.0×108t，壓占土地面積300～400ha以上，嚴(yán)重擠壓了我國城鄉(xiāng)建設(shè)用地。目前，我國煤礦開采產(chǎn)生的煤矸石堆積于地層表面，大量的侵占土地。堆積的煤矸石經(jīng)過自然降雨沖刷，造成重金屬離子及有毒有害物質(zhì)進(jìn)入地表水，危害水體安全。煤矸石緩慢自燃、風(fēng)化揚(yáng)塵嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，對于城市周邊生態(tài)環(huán)境的破壞力巨大。

（二）地表塌陷。根據(jù)2017年中科院《全國采煤沉陷區(qū)搬遷改造政策及綜合治理規(guī)劃前期研究》數(shù)據(jù)，我國共有23個?。ㄊ袇^(qū)）、151個縣（市區(qū)）分布有采煤沉陷區(qū)，采煤沉陷區(qū)面積20，000km2，部分資源型城市塌陷面積超過了城市總面積的10%。目前，我國采煤沉陷區(qū)涉及城鄉(xiāng)建設(shè)用地4，500～5，000km2，涉及人口2，000萬人左右。

采煤沉陷嚴(yán)重破壞地表生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人居條件，造成農(nóng)田無法耕種、水土流失加劇、礦區(qū)生態(tài)嚴(yán)重失調(diào)，給當(dāng)?shù)孛裆鷰順O大影響。采煤沉陷區(qū)破壞覆巖和地表完整性，使巖層失去隔水性和密閉性，橫向流動的水系變?yōu)榭v向滲漏，導(dǎo)致地面河流及泉水干涸，地下水資源枯竭，水資源和水生態(tài)破壞。

（三）大氣污染。煤矸石風(fēng)化后揚(yáng)塵危及周邊大氣環(huán)境;煤矸石長期堆存時，經(jīng)空氣、水的綜合作用，產(chǎn)生一系列物理、化學(xué)和生物變化，發(fā)生自燃而釋放包括SO2在內(nèi)的大量有毒有害氣體，破壞礦區(qū)生態(tài)，誘發(fā)居民呼吸道疾病和癌癥。煤礦開采產(chǎn)生的廢氣、運(yùn)輸過程中的揚(yáng)塵，都會直接影響礦區(qū)周圍的環(huán)境，不僅使礦區(qū)周圍的地表植被受到破壞，而且地表植被破壞后帶來的荒漠化土地則會進(jìn)一步加劇大氣中的揚(yáng)塵，其中含有的一氧化碳、二氧化硫、NOx等有害氣體會直接影響礦區(qū)周圍居民的身體健康。

（四）搬遷引發(fā)社會矛盾。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國“三下”壓煤總量約為150×108t，其中建筑物下壓煤量87.6×108t。人口密集的河北、河南、山東、山西、遼寧、黑龍江、陜西、安徽、江蘇9個省建筑物下壓煤量均超過億噸，9個省建筑物下壓煤總量達(dá)50.92×108t，占全國建筑物下壓煤總量的60%。根據(jù)華北某礦區(qū)統(tǒng)計結(jié)果，村莊稠密的平原礦區(qū)，每采出1，000×104t煤炭需遷移約2，000人，塌陷區(qū)村莊搬遷絕大部分位于城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)以外、交通不便，基礎(chǔ)設(shè)施投入需求普遍較大，并且采煤塌陷土地破壞賠償費(fèi)及村莊搬遷費(fèi)隨著時間發(fā)展呈遞增趨勢，生產(chǎn)企業(yè)負(fù)擔(dān)逐年加重。

塌陷區(qū)村莊搬遷過程中，因新村選址、搬遷費(fèi)用補(bǔ)償、人員安置、社會保障等問題引發(fā)不少矛盾。部分煤礦企業(yè)還因煤炭開采需求，提前進(jìn)入壓煤村莊地下進(jìn)行開采，造成壓煤村莊未搬先塌，群眾房屋斷裂、傾斜、倒塌現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)厝罕姷纳敭a(chǎn)安全，地礦雙方糾紛不斷，增加了不穩(wěn)定因素，影響了社會和諧發(fā)展。

三、煤礦充填開采技術(shù)

充填采煤技術(shù)是在井下或地面用充填物料充填采空區(qū)，達(dá)到控制巖層運(yùn)動及地表沉陷的采煤方法。我國廣泛的采煤實(shí)踐表明，充填法開采和傳統(tǒng)垮落法開采的覆巖運(yùn)動形式存在根本上的區(qū)別。垮落法開采時工作面上覆巖層產(chǎn)生垮落帶、斷裂帶和彎曲下沉帶，巖層產(chǎn)生位移和變形最終造成地表沉陷。充填開采時工作面上覆巖層的自重應(yīng)力由充填體與四周圍巖共同承載，隨工作面推進(jìn)形成連續(xù)曲形梁，深刻改變了上覆巖層的移動規(guī)律，可通過調(diào)節(jié)密實(shí)充填率主動控制巖層的沉降和變形量，如圖1所示。（圖1）

目前，我國煤礦應(yīng)用的充填開采方法與技術(shù)主要有工作面固體充填開采技術(shù)、巷道固體充填開采技術(shù)、膏體充填開采技術(shù)、高水充填開采技術(shù)和覆巖離層注漿充填開采技術(shù)。

四、充填開采對于煤炭型城市生態(tài)環(huán)境治理的積極作用

（一）顯著改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。充填開采消除了煤炭型城市周邊矸石山，防治矸石山自燃產(chǎn)生的有害氣體對大氣的污染以及淋溶水中有害元素對土地的污染，對地表植被、水系等生態(tài)進(jìn)行恢復(fù)和再造，大幅減少礦區(qū)遺留的生態(tài)環(huán)境問題。

（二）有效緩解城鎮(zhèn)土地利用矛盾。充填開采消滅矸石山，節(jié)約大量土地，減少水土流失，提高土壤肥力，增加土地供應(yīng)，緩解礦區(qū)工業(yè)用地、城建用地、基礎(chǔ)設(shè)施以及非煤產(chǎn)業(yè)發(fā)展用地的緊張局面，提升城鎮(zhèn)綜合承載能力。

（三）城市建筑垃圾處理。近年來，我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速，城市建筑垃圾和生活垃圾不斷增加，垃圾處置不當(dāng)不僅會產(chǎn)生污染，而且存在嚴(yán)重的安全隱患。煤礦充填開采過程中可以優(yōu)先考慮將建筑垃圾和生活垃圾通過無害化處理，作為煤礦充填開采的主要充填材料，不僅可以有效處置垃圾，而且能夠增加煤礦充填材料的來源，降低煤礦充填開采的成本。

（四）從源頭防治地表塌陷。充填開采打破了以往先破壞后治理的模式，通過控制巖層運(yùn)動防止地表沉陷，實(shí)現(xiàn)以最小的生態(tài)擾動獲取煤炭資源，把對生態(tài)環(huán)境、水土資源和基礎(chǔ)設(shè)施等影響限制在生態(tài)環(huán)境對開采行為容忍度可控范圍之內(nèi)，達(dá)到煤炭開采和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)、共融發(fā)展。

（五）緩和社會矛盾。充填開采可以提高我國煤炭資源采出率，延長礦井服務(wù)年限，避免了村莊搬遷，一方面解決煤礦工人的下崗問題，另一方面煤礦工人不用下崗、待業(yè)，杜絕了煤礦下崗工人引起的社會問題。

五、推進(jìn)充填開采的制約瓶頸

充填開采是治理采煤沉陷的有效途徑，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)、礦井安全生產(chǎn)和礦區(qū)穩(wěn)定，雖然充填開采礦井日益增多，但充填開采產(chǎn)量和成本參差不齊，嚴(yán)重影響推廣速度，應(yīng)用規(guī)模遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期。通過調(diào)研，發(fā)現(xiàn)制約我國充填開采應(yīng)用和推廣的問題主要有：

（一）對環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識理解還不到位。十八大以來，習(xí)近平針對環(huán)境保護(hù)發(fā)表了一系列重要講話，他指出“要正確處理好經(jīng)濟(jì)發(fā)展同生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，牢固樹立保護(hù)生態(tài)環(huán)境就是保護(hù)生產(chǎn)力、改善生態(tài)環(huán)境就是發(fā)展生產(chǎn)力的理念，更加自覺地推動綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展，決不以犧牲環(huán)境為代價去換取一時的經(jīng)濟(jì)增長”，“既要金山銀山，也要綠水青山”。

從現(xiàn)階段人民需求和國家發(fā)展來看，不斷減少污染和提高環(huán)境保護(hù)等級是未來的發(fā)展必然趨勢，煤炭企業(yè)主動謀求轉(zhuǎn)型升級是保證可持續(xù)發(fā)展的必由之路。但目前仍有不少煤炭企業(yè)對綠色發(fā)展、環(huán)境保護(hù)的形勢認(rèn)識不到位，對煤炭生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的關(guān)系認(rèn)識不深刻，部分企業(yè)對環(huán)保形勢倒逼下的生產(chǎn)轉(zhuǎn)型持觀望態(tài)度，甚至心存僥幸，不能未雨綢繆，主動超前謀劃，沒有意識到充填開采是遲早要推廣的主動保護(hù)環(huán)境的技術(shù)。

（二）充填開采現(xiàn)行政策支持力度不夠?！蛾P(guān)于實(shí)施煤炭資源稅改革的通知》（財稅[2014]72號）和《關(guān)于落實(shí)資源稅改革優(yōu)惠政策若干事項的公告》（國家稅務(wù)總局公告2017年第2號），對依法在建筑物下、鐵路下、水體下（以下簡稱“三下”）通過充填開采方式采出的礦產(chǎn)資源，資源稅減征50%。從調(diào)研來看，資源稅減免政策的支持力度偏小，程序復(fù)雜且條件嚴(yán)格，未能成為煤炭企業(yè)是否采用充填開采的驅(qū)動力。如河北開灤集團(tuán)唐山煤礦充填開采至今，已累計置換出煤炭86.1萬噸，充填矸石110.5萬噸，但享受資源稅減免僅180萬元左右，每噸煤減免才2.1元。

《煤礦充填開采工作指導(dǎo)意見》（國能煤炭[2013]19號）對煤礦企業(yè)實(shí)施充填開采提出了支持政策，包括充填開采可列為重大技術(shù)改造、產(chǎn)業(yè)升級、生態(tài)環(huán)保、資源綜合利用項目，優(yōu)先享受有關(guān)專項資金支持，充填開采置換出的原煤產(chǎn)量可相應(yīng)減繳礦產(chǎn)資源補(bǔ)償費(fèi)，新建煤礦不允許設(shè)立永久性地面矸石山等。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前由于矸石充填開采免收礦產(chǎn)資源補(bǔ)償費(fèi)實(shí)施細(xì)則尚未出臺，各省減免標(biāo)準(zhǔn)也不相同，造成難以操作;同時，由于該文件為行政指導(dǎo)行為，不具有強(qiáng)制執(zhí)行力，不同地區(qū)對指導(dǎo)意見的執(zhí)行力度也不統(tǒng)一。

（三）煤炭企業(yè)對充填開采技術(shù)認(rèn)識了解還不夠。目前，仍有相當(dāng)一部分煤炭企業(yè)對充填開采的認(rèn)識還停留在膏體充填、高水充填，甚至是多年前的充填開采設(shè)備和工藝層面，認(rèn)為充填開采技術(shù)存在噸煤成本高、產(chǎn)量小、影響生產(chǎn)等缺點(diǎn)。以上對于充填開采技術(shù)的固有認(rèn)識和宣傳不足，限制了該項技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)階段，隨著高效、密實(shí)充填支架的成功研制和不斷優(yōu)化、充填智能化控制的開展、充填工藝和材料的改進(jìn)等一系列技術(shù)突破，充填開采技術(shù)和裝備水平已大大提高，充填開采能力已顯著提升。充填工作面已實(shí)現(xiàn)了采充平行作業(yè)，達(dá)到了充填能力與采煤能力相匹配。由于工作面產(chǎn)量的大幅度提高，設(shè)備和系統(tǒng)建設(shè)投資等噸煤增加費(fèi)用明顯降低。目前，充填增加成本已低于矸石處理費(fèi)用，如果按照完全成本核算，所產(chǎn)生的收益更加顯著。因此，不斷加深企業(yè)對充填開采技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的認(rèn)識，是該項技術(shù)推廣的重要前提。

（四）充填開采投資大、建設(shè)周期長。長期以來，煤炭行業(yè)積極探索煤炭開發(fā)與礦區(qū)環(huán)境和諧發(fā)展，做了大量工作，涌現(xiàn)出許多好的做法和經(jīng)驗。特別是近年來，隨著東部地區(qū)煤炭資源日漸枯竭、環(huán)境約束加大和“三下”（建筑物下、鐵路下、水體下）壓煤日趨嚴(yán)重，一些煤礦企業(yè)在探索實(shí)施充填開采方面取得了顯著成效，在集成創(chuàng)新了較為成熟的充填技術(shù)和裝備同時，提高了資源回收率，并收獲了較好的社會和環(huán)境效益。

很多煤炭企業(yè)也積極調(diào)研和論證，擬采用該項技術(shù)解決企業(yè)發(fā)展中遇到的資源枯竭、三下采煤、矸石處理等問題。但是，充填開采技術(shù)初期投資大，需要新購充填開采專用液壓支架或改進(jìn)原有支架，設(shè)備投資在5，000萬元以上，除此之外，還需要在地面建設(shè)矸石儲運(yùn)、和投料系統(tǒng)，改造相應(yīng)的井下矸石運(yùn)輸系統(tǒng)。以上設(shè)備的購置和系統(tǒng)的建設(shè)需要一定的資金投入和建設(shè)周期，在當(dāng)前煤炭行業(yè)產(chǎn)能過剩，經(jīng)濟(jì)效益嚴(yán)重下滑的形勢下，充填開采技術(shù)的應(yīng)用受到限制。

六、推進(jìn)充填開采的重要舉措

（一）強(qiáng)化宣傳。認(rèn)真總結(jié)全國不同礦區(qū)充填開采、綠色發(fā)展的做法和成功經(jīng)驗，廣泛宣傳充填開采在促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)、提高資源回收率、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和土地資源、建設(shè)和諧礦區(qū)等方面的重要作用，提高煤礦企業(yè)對充填開采重要性的認(rèn)識，充分調(diào)動煤礦企業(yè)實(shí)施充填開采的積極性、主動性和創(chuàng)造性。強(qiáng)化宣引導(dǎo)，使礦山企業(yè)認(rèn)識到充填開采是煤炭資源科學(xué)開發(fā)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、礦區(qū)和諧發(fā)展相統(tǒng)一的先進(jìn)煤炭生產(chǎn)方式，，是關(guān)系國計民生的大事，是建設(shè)生態(tài)文明、推動綠色發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

（二）政策驅(qū)動。為鼓勵煤炭企業(yè)應(yīng)用充填開采技術(shù)，目前，國家已出臺了一些相關(guān)扶持政策，對充填開采的應(yīng)用和推廣起到了一定的促進(jìn)作用，但現(xiàn)行政策的系統(tǒng)性不夠完善，政策形式相對單一，支持力度還不夠，亟須制定和出臺更加全面、系統(tǒng)的激勵政策，以加快充填開采的推廣和應(yīng)用步伐。

（三）科技引領(lǐng)。建議成立國家及地方專業(yè)化技術(shù)研究與服務(wù)機(jī)構(gòu)，形成布局合理、機(jī)制完善、與充填開采技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)的科技創(chuàng)新平臺體系。設(shè)立充填開采研究與推廣中心，鼓勵煤礦企業(yè)與高校、科研機(jī)構(gòu)建立產(chǎn)學(xué)研用戰(zhàn)略聯(lián)盟，開展充填開采的基礎(chǔ)理論研究、技術(shù)裝備研發(fā)和工程咨詢服務(wù)工作，積極開展充填開采技術(shù)應(yīng)用推廣專項培訓(xùn)，強(qiáng)化充填開采和生態(tài)保護(hù)理念、理論和技術(shù)的培訓(xùn)，使中心成為人才培養(yǎng)、技術(shù)研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化基地。

（四）示范引導(dǎo)。建立充填開采治理采煤沉陷區(qū)示范工程，強(qiáng)化示范礦井引導(dǎo)。堅持采取分類指導(dǎo)、因礦制宜的原則，選取地質(zhì)賦存條件好、生產(chǎn)規(guī)模大、技術(shù)力量強(qiáng)、機(jī)械化程度高的煤礦作為示范礦井，進(jìn)行試點(diǎn)建設(shè)。加強(qiáng)充填礦井的指導(dǎo)，高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，從規(guī)劃、設(shè)計入手提升充填開采示范礦井建設(shè)水平。

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