煤矸石無害化治理技術(shù)的研究與應(yīng)用

王欣榮

摘要：分析了平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦煤矸石的治理現(xiàn)狀，基于根治環(huán)境污染，消除不安全隱患，合理利用土地，保障礦井可持續(xù)發(fā)展的理念，并本著節(jié)約理念，研究并提出了對矸石山進行部分搬遷，用于土地復(fù)墾;在落矸點建矸石棚，對運輸軌道進行全封閉;對矸石場地實施噴播綠化等技術(shù)，實現(xiàn)了矸石無害化的治理目標(biāo)，為礦井的綠色健康發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：煤矸石;無害化;治理

中圖分類號：TD849

文獻標(biāo)識碼：A?文章編號：1674-9944（2020）14-0181-02

1?引言

煤矸石是煤礦在生產(chǎn)原煤的同時產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品，矸石的堆積不僅占用大量的土地，還會產(chǎn)生揚塵污染和滑坡等不安全隱患，影響礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境。研究如何實現(xiàn)煤矸石的無害化治理具有重要的推廣意義。

2?煤矸石治理現(xiàn)狀

平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦（以下簡稱一礦）矸石山位于該礦北一風(fēng)井工業(yè)廣場東側(cè)，東臨鄉(xiāng)村道路，西側(cè)為工業(yè)廣場。自風(fēng)井建設(shè)以來，矸石山向東南北3個方向不斷推進、堆積。截至2019年初，山體南北長約332.3 m，東西寬195.8 m，最大堆積高度22 m，占地面積4.3萬m2，呈自然堆積狀態(tài)，自然安息角約20°，累計堆存煤矸石58.8萬m3，現(xiàn)有堆場已被占滿。該矸石山不僅污染了環(huán)境，并經(jīng)常引起許多不必要的工農(nóng)糾紛，而且占用了大量的土地，同時容易引發(fā)自燃、垮塌等。雖然該礦對矸石山進行了規(guī)范化整治，但是不能從根本上消除由矸石山引起的環(huán)境污染、不安全因素及矸石處置問題。對矸石進行無害化治理是解決以上問題的最佳途徑。

3?矸石的危害及現(xiàn)階段存在的地質(zhì)環(huán)境問題

3.1?煤矸石對大氣的影響

煤矸石在露天堆放時，矸石表面會風(fēng)化成粉末，在風(fēng)力的作用下，對周圍大氣環(huán)境造成影響。對于露天堆放的煤矸石，干燥和濕潤是最重要的影響因素。如果潮濕的煤矸石處于冷熱交替的環(huán)境中，會加速風(fēng)化。而處于數(shù)米的覆層下時，風(fēng)化程度會明顯降低。對于長期堆放的矸石山，易造成揚塵，長時間的堆放經(jīng)風(fēng)化作用變?yōu)榉蹓m進入大氣， 成為大氣中可吸入顆粒污染物。

3.2?煤矸石對土地資源的影響

在排矸場堆放的煤矸石會占用大量的土地。由于煤矸石中除含有粉塵、SiO2和Al2O3以及鐵、錳等常量元素外，還含有其它微量的鉛、鎘、汞、砷、鉻等有毒重金屬元素，當(dāng)煤矸石經(jīng)雨水淋蝕作用，通過徑流滲流等方式使有毒重金屬元素滲入土壤，造成一定區(qū)域內(nèi)酸堿性明顯改變，破壞植被的生長條件，使植被大量的死亡，而且短期內(nèi)難以恢復(fù)。

3.3?煤矸石對地下水資源的污染

矸石山接受大氣降水，形成了淋濾液，淋濾液很容易滲入地下含水層。由于風(fēng)化和雨水淋溶，促進了有害重金屬的活性，矸石山被溶解析出的有害元素有鎘、鉛、汞、鉻、銅、鋅、鋁、鈣等，還有一些酸性物質(zhì)，它們的毒性較大，嚴重影響水質(zhì)。

3.4?矸石山存在的安全隱患

3.4.1?矸石山自燃爆炸

煤矸石含有大量的C、FeS2和煤屑等助燃可燃物質(zhì)，經(jīng)長期堆積容易發(fā)生自燃。而矸石山體積大，深部氣體不易散發(fā)出來，遇到下雨天氣能夠產(chǎn)生爆炸。

3.4.2?矸石山地質(zhì)危害

隨著開采能力的不斷提高，矸石的排放量將進一步增大，如果不進行治理將危及矸石山西側(cè)工業(yè)設(shè)施及附近建筑物的安全。在場地有限而矸石排放量增加的情況下，提高了矸石山堆積高度和加大了堆積坡度，隨著矸石量的進一步增加，山體坡度在逐漸增加，極易引發(fā)山體垮塌、山體滑坡。

4?治理方法

基于根治環(huán)境污染，消除不安全隱患，合理利用土地，保障礦井可持續(xù)發(fā)展的理念，并本著節(jié)約理念，提出了對矸石山進行部分搬遷，用于土地復(fù)墾;在落矸點建矸石棚，對運輸軌道進行全封閉;對矸石場地進行噴播綠化等技術(shù)。

4.1?矸石山搬遷

矸石山搬遷有兩個去向。一是用于鋪墊普通道路路基。為矸石大量綜合利用開辟了渠道，此方法可以節(jié)約黃土，減少土地損失，節(jié)省投資。二是用于土地復(fù)墾。一礦周圍有很多溝壑，可與當(dāng)?shù)剞r(nóng)村結(jié)合用煤矸石將這些廢棄的溝壑填充起來，上面再覆蓋一層黃土進行復(fù)墾，不僅能起到平整土地的作用，改善礦區(qū)周邊的環(huán)境，而且可以增加可使用土地面積，帶來一定的經(jīng)濟效益。具體的搬遷措施是：

（1）將排矸架沿排矸軌道下移200 m，使排矸與搬遷不產(chǎn)生交叉作業(yè)。

（2）為了保證矸石山搬遷過程中的施工安全，由上往下推，逐漸降低矸石山的高度。當(dāng)平臺高度降至20m處，從矸石山下部進行搬遷。

4.2?矸石復(fù)墾

采用從下往上、逐層堆放壓實的方法。矸石運至填埋場地后，由推土機推平壓實，當(dāng)矸石厚度達到4 m左右后，覆以0.5 m厚的黃土，用5%～10%的石灰乳灌漿，抑制自燃，再利用推土機壓實，減少矸石之間的空隙，填埋第二層矸石，當(dāng)溝谷填平后，在表面覆1 m黃土，密閉壓實，復(fù)墾植綠。復(fù)墾植綠時，種植以灌木為主、喬木為輔的植物。主要是當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土綠化樹種毛白楊、黑刺槐、椿樹等林帶植物，種植效果和周邊的農(nóng)作物為一體，既可體現(xiàn)出山野風(fēng)格，又達到了春季有花四季常青的綠化效果。

4.3?建封閉儲矸棚及運輸廊道

4.3.1?排矸口建儲矸棚

儲矸棚的矸石儲量按不少于3 d產(chǎn)矸量來設(shè)計儲矸場全封閉的尺寸。綜合矸石儲量、儲矸棚實際情況、排矸口位置及車輛進出等綜合因素，全封閉尺寸為東西長30 m，南北跨距20 m，高12 m。

儲矸棚內(nèi)設(shè)置噴淋裝置，通風(fēng)設(shè)施。

4.3.2?排矸軌道封閉

矸石從礦井井筒出口采用敞口礦車運輸?shù)巾肥狡陂g會產(chǎn)生一定的揚塵，為了解決這一問題，采用封閉軌道的方法，即能夠起到防揚塵作用，又不影響軌道檢修。

4.4?噴播綠化

采用厚層基材噴播綠化技術(shù)對矸石山進行綠化。厚層基材噴播綠化技術(shù)是邊坡防護客土噴播綠化技術(shù)中最常用、最成熟的一種施工工藝，它使用經(jīng)改進的混凝土噴射機將攪拌均勻的厚層基材混合物，按設(shè)計厚度噴射到巖石坡面上，通過植被根系的力學(xué)加固和地上生物量的水文效應(yīng)，達到護坡和改善生態(tài)環(huán)境的目的。厚層基材噴播綠化的基本構(gòu)造主要由錨桿、網(wǎng)和厚層基材3部分組成。

具體做法是：先在治理后的矸石山坡面上鋪設(shè)鍍鋅鐵絲網(wǎng)，并用錨釘和錨桿固定。再把厚層基材原料攪拌后由噴播機械設(shè)備噴射到坡面上，形成>10 cm厚度的厚層基材。噴射完畢后，覆蓋一層無紡布防曬保墑，厚層基材形成具有一定強度的防護層。經(jīng)過一段時間灑水養(yǎng)護， 青草和灌木就會覆蓋坡面，一個月后可揭去無紡布，使茂密的青草和灌木自然生長。植物 根系深入矸石山體，盤根錯結(jié)，可形成具有優(yōu)良保護性能的龐大根系系統(tǒng)。它與鐵絲網(wǎng)、 錨桿一起作用達到保護坡面穩(wěn)定的目的。

5?結(jié)語

基于解決矸石堆存、防止矸石山揚塵污染、消除安全隱患、改善周邊環(huán)境、減少土地占用面積的無害化治理目標(biāo)，研究了封閉排矸口及運輸廊道技術(shù)，有效解決了矸石在輸送及臨時堆存過程中揚塵污染問題;研究了黃土分層分隔矸石土地復(fù)墾技術(shù)，既可防止矸石自燃，又能涵養(yǎng)水源;研究了混播綠化技術(shù)，既起到了抑塵作用，又保證了山體的四季常青，滿足了景觀綠化的要求。煤矸石無害化治理不僅可以消除矸石外排對周圍環(huán)境的污染，改善礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，而且節(jié)約征地費用，改善工農(nóng)關(guān)系，有利于該地區(qū)的社會穩(wěn)定，實現(xiàn)人與自然、人與社會和諧發(fā)展，具有明顯的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益，可有力地推動礦山的綠色發(fā)展。

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