邯邢地區(qū)煤矸石調查研究分析

高勝軍

摘 要：煤矸石是采煤和洗煤過程中排放的固體廢棄物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤更堅硬的黑灰色巖石。邯邢地區(qū)煤礦在煤炭開采過程中排放有大量的矸石，矸石堆積成山對礦區(qū)和周圍區(qū)域的環(huán)境造成了較大的影響。矸石的處置和綜合利用是保護環(huán)境的當務之急，本文對邯邢礦區(qū)煤矸石樣品進行采樣，采集的樣品進行化驗分析，根據化驗結果對工作區(qū)煤矸石有益有害元素的類別及含量做出了評價，并提出矸石山的利用和治理方案。

關鍵詞：煤矸石；調查研究；利用

中圖分類號：TD849.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0192-02

煤礦矸石山是煤礦在煤炭開采加工過程中產生的固體廢棄物集中堆置形成，是煤礦最顯著的地面標志之一，采煤時，煤矸石會被分離出來堆放在一邊，久而久之堆積成山，俗稱矸石山。矸石山的主要成分是煤矸石，煤矸石是采煤和洗煤過程中排放的固體廢棄物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤更堅硬的黑灰色巖石。河北省是產煤大省，邯邢地區(qū)是我國主要的煤炭生產基地，煤炭資源開采歷史悠久，現有冀中能源峰峰集團、邯礦集團、邢礦集團和井陘礦業(yè)集團，4個國有企業(yè)管理的煤礦將近50家，在煤炭開采過程中排放有大量的矸石，矸石堆積成山對礦區(qū)和周圍區(qū)域的環(huán)境造成了較大的影響。

隨著科學的發(fā)展和人們環(huán)境保護意識的提高，人們越來越深刻意識到到龐大的矸石山數量給生態(tài)環(huán)境帶來巨大的負面影響。因此對煤矸石的處置和綜合利用是保護環(huán)境的當務之急。合理有效的綜合利用和治理矸石，使其變廢為寶將有益元素加以利用，對有害元素加以防治，從而實現社會效益、環(huán)境效益和經濟效益三個效益的統(tǒng)一。

根據礦井的位置、礦井的生產能力、主采煤層和煤質情況，本次工作選取峰峰集團12個煤礦、邯礦集團6個煤礦、邢礦集團5個煤礦和井陘礦業(yè)集團1個煤礦，共計24個煤礦作為重點調查對象，對工作區(qū)內24個重點煤礦的煤矸石化驗、煤矸石排放量、煤矸石堆積年代、煤礦基本概況等資料進行收集，采集邯邢地區(qū)24個重點煤礦矸石山的巖礦混合樣品，完成采集煤矸石樣品168件，對采集的樣品進行化驗分析，根據化驗結果對工作區(qū)煤矸石有益有害元素的類別及含量做出了評價，并提出矸石山的利用和治理方案。調查區(qū)煤礦分布見圖1。

矸石山的來源主要分為3種：（1）掘進矸石：井筒、井下車場及大巷和煤礦生產階段的運輸大巷等掘進排出的巖石，一般占煤礦排出矸石總量的60～70%，是矸石山物料的主要來源，在建井期及開采初期排出的矸石幾乎都是掘進矸石，通常稱為原矸石；（2）采煤矸石：采煤過程中從頂、底板和夾在煤層中的巖石夾層里所產生的矸石，其產量約占礦井矸石總量的10～30%；（3）洗煤矸石：煤炭洗選過程中分離出來的殘渣，它主要是煤層內薄層夾矸及煤層偽頂、偽底等巖石，其一般占矸石總量的5%左右。

矸石山巖性成分：煤礦矸石山的巖石組成與煤礦地質條件有關，也與采煤技術密切相關。本次調查區(qū)內巖石組成變化范圍大，成分復雜，主要由泥巖（泥巖、炭質泥巖）、粉砂巖（粉砂質泥巖、粉砂巖）、砂巖類（細粒砂巖、中粒砂巖、粗粒砂巖）、石灰?guī)r（泥灰?guī)r、灰?guī)r）、煤粒等成分組成。

矸石山的堆積形式：邯邢地區(qū)煤礦矸石山的堆積地點受地形和地質條件影響。堆積形式有山間開闊地堆積、老矸石山上堆積、溝谷地填筑、低洼地充填4種基本形式。矸石山形狀多為似圓錐形，單體高度最低23m（臨城煤業(yè)），最高的119m（孫莊礦）。堆積時間較長的矸石山風化嚴重，植被、沖溝發(fā)育；新堆積矸石山表面有大量粒徑5cm～30cm的塊體，表面植被不發(fā)育，堆積物松散，常有較大塊體順坡滑落，坡角接近自然休止角。通常矸石天然休止角為35°～40°不等。新倒部位的坡度一般較大（40°～60°），穩(wěn)定性較差，局部存在滑坡垮落現象。

樣品的采集：在采集煤矸石樣品時采用了多點采集方法，在矸石山的山頂、山腰、山腳均勻分布采樣點，山腰和山腳的三個采樣點，基本呈等邊三角形分布。矸石山采樣點位置分布見圖2。山頂（1號點）巖石為礦井剛排棄的矸石，屬新鮮巖石；山腳（6號點）的巖石堆放時間較長，屬礦井早期排棄的矸石；山腰（3號點）部位的巖石介于兩者之間。山頂、山腰、山腳1、3、6三個點的矸石代表了礦井不同時期排放的巖石，具有一定的代表性。每座矸石山采集樣品7件，7個點體現了采樣點分布的均勻性。24座矸石山共采集矸石樣品168件，由于有的煤矸石堆放時間久遠，表面可能混合有其他雜質，所以首先用不銹鋼鐵鍬清除矸石10～20cm風氧化層，再進行取樣。

每座矸石山的山頂、山腰和山腳各選取一個樣品，如圖2所示的1、3、6三個點的巖樣；再選取山頂、山腰、山腳的混合樣品，如圖2所示的1、2、4、5、7五個點的巖樣，五個點樣品進行研磨混合，采用四分法選取其中一個做為混合樣品。每座矸石山共選取4個樣品作為測試化驗樣品。24重點煤礦共計96件，送往河北省地礦中心實驗室進行汞（Hg）、砷（As）、鈀（Pd）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鎘（Cd）、鎵（Ga）、錳（Mn）、鍺（Ge）、硒（Se）、錸（Re）、鉈（Tl）、硫（S）、鐵（Fe）等15種元素的含量檢測。

本次調查研究的15種元素分為有益元素和有害元素兩類。有益元素指環(huán)境危害性小，對動植物生長發(fā)育能產生有利或工業(yè)用途較廣的元素。此次測試的鈀（Pd）、鋅（Zn）、銅（Cu）、鎵（Ga）、錳（Mn）、鍺（Ge）、硒（Se）、錸（Re）、鐵（Fe）等9種元素為有益元素；有害元素指對人和生態(tài)有害的元素，此次測試的汞（Hg）、砷（As）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉈（Tl）、硫（S）等6種元素為有害元素。24座矸石山所含15種元素評價數據，均采用4個化驗樣品測試結果的品均值。

根據實驗室化驗結果統(tǒng)計后，結果如下：

有益元素分析：

（1）鈀（Pd）：砂礦床中鈀的邊界品位為0.125g/m3，工業(yè)品位為0.42g/m3。原生礦床中伴生礦床的品位要求為0.03g/t。通過對所采集樣品進行測試化驗，鈀含量最高的是梧桐莊礦，為37.65×10-9，最低的是臨城煤礦，為11.14×10-9。只有梧桐莊礦的含量介于伴生礦床和砂礦床的品位之間，其他23個煤礦的值都小于伴生礦床的品位要求值0.03g/t。所以梧桐莊礦鈀值得進一步研究。

（2）其余8種元素鋅（Zn）、銅（Cu）、鎵（Ga）、錳（Mn）、鍺（Ge）、硒（Se）、錸（Re）、鐵（Fe），本次調查的24個煤礦矸石山含量都較低，均未達到工業(yè)品位值。

有害元素分析：本次調查的24個煤礦矸石山中汞（Hg）、砷（As）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉈（Tl）、硫（S）元素均為達到工業(yè)品味值。

目前邯邢地區(qū)煤矸石主要應用有：路基填料、制磚、制水泥、發(fā)電、井下充填。堅持了“因地制宜，積極利用”的指導思想，實行“誰排放，誰治理”、“誰利用，誰受益”的原則。值得注意的是梧桐莊礦矸石山屬低鈀礦石，對低鈀礦石的選礦的新方法、新技術、新工藝，有待我們作進一步的研究試驗。

參考文獻

[1]孟文清，黃祖德等.煤矸石混合料抗壓強度的試驗研究[J].煤炭工程，2012（7）：106-108.

[2]張杰.煤矸石活化及在建材中應用研究[D].北方工業(yè)大學，2011.

[3]周梅，汪振雙，崔正龍.阜新煤矸石用作路基材料的研究分析[J].建筑節(jié)能，2007（02）：34-36.

[4]周梅，李志國，吳英強，等.石灰-粉煤灰-水泥穩(wěn)定煤矸石混合料的研究[J].建筑材料學報，2010（02）：213-217.