煤礦矸石山環(huán)境污染治理對策研究

劉燕平

（山西省忻州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山西 忻州 034000）

引言

社會發(fā)展對煤礦需求逐漸提高，煤礦在開采中必然會產(chǎn)生大量的矸石，需要通過井筒與巷道及時從井下排出，并和洗煤廠處理后的矸石結(jié)合并堆積，在時間的推移下會形成矸石山。矸石山的存在，不僅會對矸石山周圍的動植物造成影響，也會對工作人員和周圍人民造成影響，具體會通過空氣微顆粒、地下水等方面影響員工的身體健康，因此有必要對煤礦矸石山進行環(huán)境污染治理。

1 矸石山污染治理的重要性

對矸石山進行環(huán)境治理具體有以下幾方面價值：第一，可以確保排矸工作滿足環(huán)保生產(chǎn)的需要，進而提高矸石的排放堆積效率；第二，可以降低矸石山在空氣、水源和土壤上的危害，降低矸石山對員工生產(chǎn)的影響，提高開采工作的安全性；第三，可以通過矸石山的生態(tài)修復(fù)和綠化，提高煤礦產(chǎn)區(qū)的景觀豐富度，同時也能使矸石山具有一定的防洪能力；第四，可以對廢棄的矸石進行二次利用，在將其作為建筑施工建材后，既可以有效處理矸石的堆積，也能提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效益[1]。

2 矸石山對環(huán)境的影響

2.1 礦區(qū)環(huán)境的影響

結(jié)合矸石山在露天堆積中的危害而言，在日曬、風(fēng)吹和雨淋下，會形成較多的微小顆粒，在風(fēng)速達到一定條件（≥4.8 m/s）下，顆粒會被風(fēng)帶起，在矸石山的下風(fēng)向600 m 處進行顆粒濃度檢測，具體濃度為0.8 mg/s，存在著微粒污染。同時，矸石山在其熱量較高時，會在外界堆積因素的影響下出現(xiàn)自熱，進而使未完全分離的煤燃燒，產(chǎn)生部分溫室氣體，矸石自燃情況，如圖1 所示。此外在矸石的溫度逐漸提高下，最高可至810 ℃～1 000 ℃，不僅能使矸石溶解釋放CO等有毒氣體，也會釋放大量含Hg 元素的顆粒性物質(zhì)，容易對人體吸入后造成損傷，一般會引發(fā)肺氣腫、氣管炎和肺癌等疾病，對環(huán)境和人體有著較大的傷害。最后矸石山的環(huán)境污染還會體現(xiàn)在礦山周圍的動植物生長上，會明顯出現(xiàn)植物生長緩慢和動物大量遷徙等現(xiàn)象，有著較高的危害[2]。

圖1 矸石自然

2.2 礦區(qū)土壤、地下水資源的影響

當(dāng)煤礦矸石堆積時，一旦出現(xiàn)下雨天氣，雨水會沖刷矸石山并帶走多種微量元素，在滲透到礦區(qū)土壤和地下水中后，會造成土壤、水資源的污染。結(jié)合雨水普遍呈現(xiàn)弱酸性，不同pH 數(shù)值的雨水沖刷帶走的微量元素含量也不同，具體的沖刷微量元素含量如表1所示。結(jié)合表1 中微量元素而言，部分微量元素已經(jīng)超過生活飲用水的標(biāo)準(zhǔn)和五類地面水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，存在著嚴(yán)重的水資源污染。結(jié)合Pb 等金屬元素而言，會對動植物、人體造成危害，同時沖刷帶走硫分子后還會形成淋溶酸性水，影響人民對地下水和土壤的正常使用[3]。

表1 常溫下矸石微量元素的淋溶析出量 mg/L

2.3 礦區(qū)景觀、資源利用的影響

一般煤礦矸石山為黑褐色或者黑色，在自然景觀上無法滿足員工的審美需要，同時矸石山也會在自身風(fēng)化揚塵下，對周圍建筑和動植物造成影響，尤其是植物和建筑會被蒙上一層粉塵，在無法及時清理下會降低礦區(qū)中植物的色彩鮮艷度和建筑物的美觀度。尤其在冬春季節(jié)，矸石山在風(fēng)力作用下有著更大的揚塵危害，且揚塵中帶有一定的污染顆粒，不僅降低了礦區(qū)能見度，也在PM2.5超標(biāo)下降低了員工的開采安全性。此外，矸石山未得到煤礦企業(yè)能源二次利用的關(guān)注，不能充分發(fā)揮矸石在建筑工程中的利用，進而無法落實煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要。

3 矸石山環(huán)境治理的策略

3.1 矸石山污染治理

為了有效控制矸石山自燃，需要通過對矸石山的堆放方式改變，對自燃問題進行控制，可以采用分層壓實的方式對矸石山進行堆放處理，具體有以下幾個方面的工作：第一，當(dāng)矸石山的硫含量較高[w（S）≥5%]時，要求對其中的黃鐵礦先進行回收，同時當(dāng)矸石山的碳含量較高時[w（C）≥20%]，需要先進行煤炭的洗選回收處理，將其作為沸騰爐的燃料，提高對自燃現(xiàn)象的控制效果；第二，在降低矸石山中的黃鐵礦、碳后，要進行氧氣供應(yīng)的切斷，通過生態(tài)技術(shù)的應(yīng)用，開展分層堆放的工作；第三，在落實分層壓實工作時，要先對堆場進行密封、防滲處理，再進行堆放工作，要求進行一邊堆放一邊壓實，且在第二層的壓實中需要對第一層進行覆蓋和綠化。通過該技術(shù)的應(yīng)用，既有著投入少、施工簡單、見效快的優(yōu)勢，也有著處理量大和無二次污染的優(yōu)勢，需要注意的是，技術(shù)人員在進行矸石山的自燃滅火中，可以考慮使用挖除火源、借助表面燒灌和覆蓋的方式，實施滅火工作。

3.2 矸石山的生態(tài)恢復(fù)

隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和生態(tài)保護戰(zhàn)略的不斷落實，通過對煤礦矸石山進行生態(tài)修護，可以幫助煤礦企業(yè)更好的做好可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保方面工作，降低矸石山的污染危害。以某煤礦的生產(chǎn)看，矸石山的堆積區(qū)域和國家級的公園相鄰，同時和西邊棚戶區(qū)改造小區(qū)的距離為30 m，因此需要進行矸石山治理恢復(fù)，需要注重客土工程、平整工程、防護工程和種植工程等方面的應(yīng)用。具體需要做好以下幾點：第一，借助生態(tài)工程的方式對矸石固體廢物進行處理，要通過對一些阻斷材料和防滲材料的利用，對礦山及周圍環(huán)境進行改善；第二，需要對矸石山進行物理性隔離，在用土將矸石山進行覆蓋后，進行植物的栽植，完成人工生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。一般在矸石山的生態(tài)恢復(fù)中，所應(yīng)用的技術(shù)有生態(tài)封漿阻燃技術(shù)、制備恢復(fù)技術(shù)、礦用防滅火劑組合物制備專利技術(shù)和VRT 基盤修塑植被恢復(fù)技術(shù)（植生基材噴附技術(shù)、生態(tài)植被袋技術(shù)、生態(tài)植被毯技術(shù)和土壤改良技術(shù)）。矸石山的生態(tài)恢復(fù)過程，如圖2 所示。

圖2 矸石山生態(tài)恢復(fù)階段圖

3.3 綜合利用矸石山

結(jié)合部分煤礦企業(yè)的矸石含碳量較高的特點，為了提高矸石山的利用率，可以先對其中夾帶煤炭的矸石進行回收，具體有以下幾個方面：第一，要篩選出材料熱量大于6.29 MJ/kg 以上的矸石，將其作為沸騰爐的燃料，提高矸石利用率；第二，對于碳含量低的矸石而言，當(dāng)熱值處于2.1 MJ/kg～6.29 MJ/kg 的范圍中時，可以將其制作成燒結(jié)磚、耐火磚等，提高對個低碳矸石的利用率；第三，對于熱值處于1.3 MJ/kg的煤矸石而言，可以將其作為水泥配料進行應(yīng)用，同時也能混合在其他建筑材料中，能提高煤礦企業(yè)的經(jīng)營效益；第四，對于自然的矸石而言，可以進行破碎篩分，在進一步的加工中制成凝膠；第五，一定成分的矸石粉可以起到改善土壤質(zhì)量的作用。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著城市化的推進和人民生活水平的提高，煤礦仍是社會中的主要消耗能源，在煤礦企業(yè)提高產(chǎn)量增強行業(yè)核心競爭力的同時，需要關(guān)注矸石山的污染處理，在有效改善礦區(qū)環(huán)境后，使開采具有較高的環(huán)保、綠色性。結(jié)合矸石山對開采的影響，有環(huán)境方面、土壤與地下水資源方面和礦區(qū)景觀方面的影響，需要做好環(huán)境污染的治理工作。具體需要借助污染治理、生態(tài)恢復(fù)和綜合利用等方面手段，降低矸石山的環(huán)境污染影響和提高矸石的綜合利用價值，滿足煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要。