平頂山市煤矸石綜合利用現(xiàn)狀及污染控制措施探究

劉根立

平頂山是一座因煤而建的城市，煤矸石作為一種采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物在堆放過程中占用土地資源，發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，甚至發(fā)生自燃爆炸。本文結(jié)合平頂山當?shù)貙嶋H淺談了煤矸石山堆放的危害和該地區(qū)煤矸石的綜合利用現(xiàn)狀，分析了煤矸石在綜合利用過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，提出了相應(yīng)的污染控制措施。

平頂山因煤而興、因山得名，擁有豐富的礦產(chǎn)資源，尤其是煤炭資源，其煤田面積達一千多平方公里，原煤總儲量100多億噸，是新中國自行勘探設(shè)計建設(shè)的第一個特大型煤炭基地，建礦以來累計生產(chǎn)原煤6.51億噸，洗選精煤9065萬噸。在60多年的開發(fā)和建設(shè)中，共形成矸石山31座，煤矸石累計堆存2069萬噸，占地面積1365畝。目前，年排放煤矸石量200萬噸左右。

煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。其主要成分是Al₂O₃、SiO₂，另外還含有數(shù)量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃和微量稀有元素（鎵、釩、鈦、鈷等）。

1 煤矸石的環(huán)境危害分析

煤矸石堆場多位于井口附近，煤矸石多自然成堆，露天堆放方式，這種方式占用大量土地。而且隨著煤矸石排放量的逐年增加，耕地被侵占的現(xiàn)象將進一步惡化，這將進一步加劇土地資源緊缺局面。此外，煤矸石山由于自燃等現(xiàn)象發(fā)生，其植被覆蓋率低、黑色地面大面積暴露，嚴重影響地質(zhì)地貌景觀。

煤矸石露天堆放會產(chǎn)生大量揚塵，這主要是由于在地面堆放的煤矸石組成為砂巖、砂礫巖、頁巖，受到長時間的日曬雨淋后，將會風(fēng)化粉碎成微細顆粒。另外，煤矸石吸水后會崩解，從而很容易產(chǎn)生粉塵。在風(fēng)力的作用下，形成揚塵污染，將會惡化礦區(qū)大氣的質(zhì)量。

煤矸石中含有殘煤、碳質(zhì)泥巖和廢木材等可燃物，其中C、S可構(gòu)成煤矸石自燃的物質(zhì)基礎(chǔ)，平頂山礦區(qū)煤矸石含硫量在0.11 %～1.46%，煤矸石堆內(nèi)緩慢的氧化作用使矸石山內(nèi)部的熱量逐漸積累。當溫度達到可燃物的燃燒點時便可自燃。自燃后，矸石山內(nèi)部溫度為800～1000^oC，使矸石融結(jié)并放出大量的CO、CO₂、SO₂、H₂S、NO_x等有害氣體，其中以SO₂為主。

煤矸石除含有粉塵、SiO₂，A1₂O₃以及Fe，Mn等常量元素外，還有其他微量重金屬元素，如Pb，Sn，As，Cr等，這些元素為有毒重金屬元素。當露天堆放的煤矸石山經(jīng)雨水淋蝕后，產(chǎn)生酸性水，存在污染周圍的土地和水體的風(fēng)險。

當矸石堆場的矸石堆放不合理時，矸石堆易發(fā)生邊坡失穩(wěn)，從而導(dǎo)致矸石堆的崩塌、滑移，特別在暴雨季節(jié)，易發(fā)生泥石流，從而殃及下游的農(nóng)田、河流及人員安全。

2 平頂山地區(qū)煤矸石主要綜合利用途徑

（1）用于工程填料。比如說鋪路、地面充填、造地造景等建筑用途，2003年平頂山至臨汾高速也有10.2km路段填筑了煤矸石，這些路況至今良好。煤矸石顆粒表面粗糙并具有棱角性，碾壓后相互嵌擠而比較緊密，產(chǎn)生一定的摩擦力，與水泥膠結(jié)作用，更具有良好的路用性能。煤矸石顆粒的組成、膨脹性、密實性、水穩(wěn)性等理化性能優(yōu)良，表明煤矸石可應(yīng)用于道路工程中。

（2）用于平整礦區(qū)塌陷土地。自平頂山礦區(qū)開發(fā)以來，由于礦井開采累計造成土地塌陷面積近14000畝。近年來，平頂山探索采用煤矸石充填工藝，對已排除積水的塌陷地，平整復(fù)墾還耕;對無法排除積水的深水位塌陷坑開挖魚塘，塘中養(yǎng)魚，塘邊種植蔬菜、瓜果。平頂山礦區(qū)累計投入資金1.16億元用于塌陷地治理，復(fù)墾土地11000畝，解決了長期困擾企業(yè)的“塌陷―補償―再塌陷―再補償”的惡性循環(huán)，既改善了礦區(qū)環(huán)境，減輕了企業(yè)補償負擔(dān)，又增加了土地面積，利國利民利企業(yè)。

（3）作為燃料發(fā)電。由于煤矸石也是含碳的，平頂山礦區(qū)煤矸石含碳量為5 %～45 %，所以依然是可以作為制煤的材料，通過篩選、洗選等工藝，回收其中的煤炭，作為鍋爐燃料等，由于量足夠大，還是可以賣給電廠等需要熱燃的地方。平頂山現(xiàn)有綜合利用電廠三座，總裝機容量145MW，年利用煤矸石、煤泥和劣質(zhì)煤85萬噸。

（4）用于制磚。平頂山近十年來著眼于構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，在發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的過程中，加大對煤矸石、粉煤灰和鋼渣等工業(yè)廢物的綜合開發(fā)利用力度，構(gòu)建煤-電-建材產(chǎn)業(yè)鏈。一方面，在用地、信貸等方面對新型墻材企業(yè)給予優(yōu)惠政策，另一方面，全面禁用黏土實心磚，為新型墻材產(chǎn)品騰出了廣闊的市場空間。平頂山市以煤矸石、粉煤灰等為原料的新型墻材企業(yè)總數(shù)已達到245家，其中年生產(chǎn)能力達3000萬標塊的35家，6000萬標塊的15家。2016年，平頂山全市新墻材總產(chǎn)量達10.2億標塊，消化利用煤矸石等工業(yè)廢物122萬噸。

3 煤矸石利用所面臨的問題和措施

（1）矸石山自燃爆炸問題與防治。矸石山自燃爆炸與其硫鐵礦的含量、堆存方式、含水量、通風(fēng)情況都有關(guān)，要經(jīng)過低溫氧化--自動升溫加速反應(yīng)--自燃--爆炸4個階段，是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，且自燃一旦發(fā)生，較難撲滅。平頂山現(xiàn)階段采取的主要防治方法是將矸石堆表面整平、壓實，沿矸石堆周邊添加黏土夾層，此外對矸石堆采取注漿（選用石灰、粉煤灰、黃土等材料）措施，起到封閉隔氧的作用，增加矸石山的穩(wěn)定性。同時對決定今后不再二次利用的矸石山可以采取植被綠化的措施進行治理。多年以來，平頂山積極探索尋找適宜矸石山生長的刺槐、椿樹、高羊茅等本土物種，對矸石山進行了大面積綠化。以綠化靚化治理為主的平煤二礦、四礦、八礦矸石山成為全國煤礦生態(tài)恢復(fù)治理的典范。

（2）矸石山二次開挖利用過程中產(chǎn)生的揚塵污染，及開挖方式不當帶來的滑坡、塌落、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。矸石山的二次開挖利用一定要科學(xué)規(guī)劃，合理選擇先導(dǎo)作業(yè)面，開挖過程中必須采取噴水、噴霧降塵措施，大風(fēng)干燥等不利氣象條件下嚴禁開挖作業(yè)，并需對作業(yè)面采取噴淋、覆蓋等抑塵措施，對運輸車輛也要采取全覆蓋密閉運輸方式，防止運輸過程中的揚塵污染問題。

（3）矸石制磚過程中的污染問題。從國家發(fā)布禁止實心粘土磚的政策以來，加上平頂山地區(qū)豐富的煤矸石資源和對新型墻材企業(yè)給予優(yōu)惠政策，平頂山地區(qū)的煤矸石磚廠開啟了盲目上馬的局面，大大小小的煤矸石磚廠一度達到了二百多家，僅平頂山市區(qū)周邊就分布著43家磚廠。接著就帶來了煤矸石制磚過程中的環(huán)境污染問題，煤矸石制磚企業(yè)普遍追求經(jīng)濟利益，環(huán)保設(shè)施普遍流于形式，較為粗放和簡陋，煙塵去除率、脫硫效率難以達標，更無氮氧化物的處理設(shè)施。煙塵、二氧化硫的排放濃度普遍超標，無法滿足現(xiàn)階段的環(huán)境保護管理要求，磚廠周邊群眾也是反應(yīng)強烈，怨聲載道。

隨著國家環(huán)境保護政策日趨嚴厲，各地環(huán)境保護攻堅工作的全面開展，2017年4月份平頂山市環(huán)境污染治理攻堅辦決定對市內(nèi)五區(qū)所有磚廠進行綜合整治，劃定禁燃區(qū)內(nèi)所有合法磚廠一律外遷，非法磚廠全部取締，拆除設(shè)備，恢復(fù)地貌。禁燃區(qū)外的市內(nèi)五區(qū)合法磚廠全部停產(chǎn)、并進行提標改造，使用清潔能源、建設(shè)全封閉式料倉、安裝除塵脫硫等環(huán)保設(shè)施。截止目前，平頂山市煤矸石磚廠的綜合整治工作完成到位，煤矸石制磚帶來的污染問題基本得到解決。

4 結(jié)語

平頂山是一個因煤而建、因煤而興的工業(yè)城市，煤矸石作為一種煤礦開采過程中的伴生固體廢物，無論在最初的堆放成山狀態(tài)，還是在二次綜合利用過程中我們都應(yīng)該使其對環(huán)境的污染和影響降至最低，為我們的綠水青山、天藍氣清的中國夢采取必要的環(huán)境保護措施。

（作者單位：平頂山市綜合利用環(huán)境保護研究所）