大同礦區(qū)煤矸石治理現(xiàn)狀調(diào)查及技術(shù)研究

陳麗麗

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司環(huán)境保護(hù)處山西大同037003）

煤矸石是煤炭開采過程中的必然產(chǎn)物,堆積成山的煤矸石山是礦區(qū)的主要污染源之一,對(duì)礦區(qū)和周圍區(qū)域的生態(tài)環(huán)境造成較大的破壞。礦區(qū)產(chǎn)生的固體廢物主要有：煤礦開采過程中產(chǎn)生的矸石、鍋爐燃煤產(chǎn)生的爐渣以及生活垃圾。而煤矸石是煤礦開采過程中排放量最大、占地最多、污染環(huán)境最為嚴(yán)重的固體廢物。

1 大同礦區(qū)煤矸石產(chǎn)生及治理現(xiàn)狀

1.1 煤矸石產(chǎn)生現(xiàn)狀

大同礦區(qū)是國(guó)家規(guī)劃的13個(gè)大型煤炭基地中的98個(gè)重點(diǎn)礦區(qū)之一，屬晉北煤炭基地，其開發(fā)主體為大同煤礦集團(tuán)有限公司。大同礦區(qū)的煤炭開采歷史悠久，根據(jù)大同煤田的煤層露頭較多，且又長(zhǎng)期自燃的史實(shí)，聯(lián)系在新石器時(shí)代，與大同毗連的懷仁縣鵝毛口遺址的先民們，已經(jīng)用火并能從河谷山坡開采裸露的三疊紀(jì)凝灰?guī)r、煌斑巖夾層制作石器，推斷可能在新石器時(shí)期發(fā)現(xiàn)煤炭的可燃性并從煤層露頭處拾取、利用煤炭。至北魏后期，大同地區(qū)的采煤業(yè)已日趨發(fā)達(dá)，由于長(zhǎng)期粗放型開采、亂采濫挖的局面致使煤矸石堆積如山，生態(tài)破壞嚴(yán)重。目前，大同礦區(qū)煤矸石累計(jì)堆存量2億噸，年產(chǎn)生量近2000萬噸，綜合利用量200萬噸。

1.2 煤矸石堆存產(chǎn)生的環(huán)境問題

根據(jù)目前大同礦區(qū)各煤礦的煤矸石排放現(xiàn)狀，其煤矸石堆放主要存在以下幾點(diǎn)問題：煤矸石堆放角度過大，容易引起滑坡、坍塌等地質(zhì)災(zāi)害；煤矸石堆場(chǎng)沒有排水涵洞、周邊沒有排水渠，煤矸石淋溶液污染當(dāng)?shù)厮h(huán)境和土壤環(huán)境；煤矸石堆放時(shí)沒有進(jìn)行覆土壓實(shí)，存在煤矸石自燃的危險(xiǎn)；煤矸石堆場(chǎng)能夠進(jìn)行復(fù)土綠化的地方?jīng)]有復(fù)土綠化，不僅會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵危害大氣環(huán)境，而且對(duì)生態(tài)景觀的恢復(fù)很不利。

2 矸石堆放對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

根據(jù)大同礦區(qū)各煤礦主要沿口泉溝及云岡溝兩條溝分布的地域特點(diǎn)，兩條溝內(nèi)各選取兩座煤礦，對(duì)其煤矸石產(chǎn)生情況進(jìn)行調(diào)查并對(duì)矸石成分進(jìn)行測(cè)定，從而尋求其綜合利用途徑及處置措施。大同礦區(qū)煤矸石檢出元素定量分析結(jié)果見表1。

表1 煤矸石檢出元素定量分析結(jié)果

2.1 矸石排放對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

矸石堆放占用大量土地。由于矸石本身不含有益于植物生長(zhǎng)的養(yǎng)料成份，不利于水分保持，而且煤矸石的堆放造成植被原有生長(zhǎng)條件的改變，使原有自然生態(tài)環(huán)境發(fā)生改變，對(duì)局部的生態(tài)環(huán)境造成破壞，對(duì)自然景觀也會(huì)造成影響，因此矸石不得隨意堆棄。

2.2 矸石淋溶對(duì)水環(huán)境和土壤環(huán)境的影響

煤矸石中含有大量的微量元素和少量的重金屬元素，它們經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化淋溶，有的重金屬元素可能轉(zhuǎn)移到水系統(tǒng)污染水體，有的可能自燃揮發(fā)污染大氣。礦井固體廢物排放對(duì)環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在對(duì)景觀、大氣、水體和土壤等環(huán)境要素的影響，其影響程度的大小取決于固廢的產(chǎn)量、物化性質(zhì)、場(chǎng)地選擇及處理措施。

根據(jù)大同礦區(qū)煤矸石的性質(zhì)，為第Ⅰ類一般固體廢物，污染參數(shù)詳見表2。

表2 煤矸石污染參數(shù)表

從表1中看出，大同礦區(qū)煤矸石無特異毒性。在矸石淋溶試驗(yàn)中，矸石的淋溶是在矸石被充分浸泡的狀態(tài)下進(jìn)行的。而從礦區(qū)的氣象條件來看，本區(qū)的年平均蒸發(fā)量為1501.2mm，年平均降水量為656.7mm，全年蒸發(fā)量比降水量約大2.3倍，不易形成淋溶浸泡條件。矸石淋溶不會(huì)對(duì)水環(huán)境造成污染，矸石排放不會(huì)對(duì)土壤造成重金屬污染。

2.3 矸石自燃對(duì)大氣環(huán)境的影響

引起煤矸石自燃的因素很多，矸石中的硫鐵礦是引起自燃的決定因素，而水份和氧則是燃燒的必要條件。

矸石自燃對(duì)環(huán)境的影響是多方面的。首先煤矸石自燃時(shí)釋放出大量 CO、CO2、SO2、H2S、氮氧化物等有害氣體，嚴(yán)重影響矸石排放場(chǎng)周圍的環(huán)境空氣質(zhì)量；其次是煤矸石自燃對(duì)矸石場(chǎng)鄰近周圍的土壤及農(nóng)作物也有不同程度的影響。

2.4 其他災(zāi)害

矸石山堆積過高、坡度過大或受到人為開挖影響時(shí)，或受到爆炸或暴雨侵蝕時(shí)，就容易形成坍塌、滑坡、泥石流等災(zāi)害。而對(duì)于正在自燃的矸石山，如遇淋溶水的滲入，受熱后水氣急劇膨脹易引起爆炸危險(xiǎn)，嚴(yán)重危及附近居民的安全。

3 大同礦區(qū)煤矸石處置技術(shù)及綜合利用途徑

3.1 煤矸石的成分及處置技術(shù)

隨著科學(xué)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到煤矸石也是可利用的一種資源。研究證明，煤矸石作為原材料廣泛用于化工、建筑、農(nóng)業(yè)、電力等行業(yè)。近年來，隨著煤礦井下矸石充填技術(shù)的興起與發(fā)展，煤矸石作為充填物回填井下也取得了明顯的效果。

大同礦區(qū)煤矸石

根據(jù)煤矸石的組成特點(diǎn)和各種環(huán)境條件的限制，煤矸石的處理方法一般有：一是綜合利用；二是對(duì)難以綜合利用的某些煤矸石可充填礦井、荒山溝谷和塌陷區(qū)或覆土造田；三是矸石堆放于地面,形成矸石山，暫時(shí)無條件利用的煤矸石山可覆土植樹造林。

3.2 煤矸石的綜合利用技術(shù)

3.2.1 供熱發(fā)電方面

煤矸石的熱值一般在3000kJ／kg～5000kJ／kg，并非所有的煤矸石都可以發(fā)電，只有發(fā)熱量大于4180kJ／kg的煤矸石可以不經(jīng)過洗選就用作流化床鍋爐的燃料。大同礦區(qū)建成了4×50MW資源綜合利用電廠，年可消耗礦區(qū)內(nèi)煤矸石110萬t，采用循環(huán)流化床鍋爐，產(chǎn)生的熱量可以發(fā)電，也可以用作采暖供熱，還可以制取煤氣。煤矸石供熱發(fā)電，緩解了礦區(qū)能源緊張的局面，產(chǎn)生的爐渣還可以制取多種建材，從而達(dá)到調(diào)整礦區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、節(jié)約能源、減少污染的目的。

3.2.2 生產(chǎn)建材原料方面

由于煤矸石具有一定的可塑性、結(jié)介性和燒結(jié)性，經(jīng)凈化、均化和陳化等工藝加工處理后，可用于制磚。它可利用煤矸石自身的礦物成分和熱量，配以適量的尾礦、石灰、灰渣等，按黏土磚的生產(chǎn)工藝加工而成，具有免燒、免蒸、加壓成型、自然養(yǎng)護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。大同礦區(qū)建成了年產(chǎn)2.4億塊煤矸石燒結(jié)磚項(xiàng)目，年消耗煤矸石80萬t。建成的4500t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線為基地，年利用煤矸石40萬t，可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、低堿、高標(biāo)號(hào)水泥240萬噸。

3.2.3 煤矸石合成分子篩

以煤矸石為原料，采用水熱晶化法合成高性能吸附/催化功能材料－低硅鋁比微孔沸石分子篩，為煤矸石的深加工提供新途徑。

3.2.4 矸石山微生物復(fù)墾生態(tài)恢復(fù)技術(shù)

礦區(qū)治理后的矸石山持水性較差、土壤肥力不足等原因，綠化效果普遍較差。利用叢枝菌根真菌對(duì)矸石山綜合改良后，可大大提高植物的成活率，改善矸石山環(huán)境。同時(shí)可改善作物生長(zhǎng)，促進(jìn)植物對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收，增強(qiáng)植物的抗病性，提高植物的抗逆性。

4 結(jié)語

在綜合分析國(guó)內(nèi)外對(duì)煤矸石利用的基礎(chǔ)上,針對(duì)我國(guó)人口多、人均耕地少的實(shí)際國(guó)情,為了改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境,貫徹“十分珍惜、合理利用土地和切實(shí)保護(hù)耕地”的基本國(guó)策,實(shí)現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展,研制規(guī)?；a(chǎn)煤矸石磚,解放矸石山壓占土地,向矸石山要耕地的同時(shí),逐漸取代傳統(tǒng)的磚瓦窯,減少其占用和挖損的良田。雖然按照上述處理措施途徑，可以大大減少大同礦區(qū)煤矸石的堆存量，但是在煤礦的開采過程中，仍然有大量的不能被利用的矸石棄渣產(chǎn)生。應(yīng)該進(jìn)一步加大矸石充填開采技術(shù)研究及實(shí)踐，最大限度減少矸石排放量。

[1]李鵬波,胡振琪,吳軍,康驚濤,王建.煤矸石山的危害及綠化技術(shù)的研究與探討[J].礦業(yè)研究與開發(fā).2006(04)

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