大同礦區煤矸石治理現狀調查及技術研究

陳麗麗

（大同煤礦集團有限責任公司環境保護處山西大同037003）

煤矸石是煤炭開采過程中的必然產物,堆積成山的煤矸石山是礦區的主要污染源之一,對礦區和周圍區域的生態環境造成較大的破壞。礦區產生的固體廢物主要有：煤礦開采過程中產生的矸石、鍋爐燃煤產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、污染環境最為嚴重的固體廢物。

1 大同礦區煤矸石產生及治理現狀

1.1 煤矸石產生現狀

大同礦區是國家規劃的13個大型煤炭基地中的98個重點礦區之一，屬晉北煤炭基地，其開發主體為大同煤礦集團有限公司。大同礦區的煤炭開采歷史悠久，根據大同煤田的煤層露頭較多，且又長期自燃的史實，聯系在新石器時代，與大同毗連的懷仁縣鵝毛口遺址的先民們，已經用火并能從河谷山坡開采裸露的三疊紀凝灰巖、煌斑巖夾層制作石器，推斷可能在新石器時期發現煤炭的可燃性并從煤層露頭處拾取、利用煤炭。至北魏后期，大同地區的采煤業已日趨發達，由于長期粗放型開采、亂采濫挖的局面致使煤矸石堆積如山，生態破壞嚴重。目前，大同礦區煤矸石累計堆存量2億噸，年產生量近2000萬噸，綜合利用量200萬噸。

1.2 煤矸石堆存產生的環境問題

根據目前大同礦區各煤礦的煤矸石排放現狀，其煤矸石堆放主要存在以下幾點問題：煤矸石堆放角度過大，容易引起滑坡、坍塌等地質災害；煤矸石堆場沒有排水涵洞、周邊沒有排水渠，煤矸石淋溶液污染當地水環境和土壤環境；煤矸石堆放時沒有進行覆土壓實，存在煤矸石自燃的危險；煤矸石堆場能夠進行復土綠化的地方沒有復土綠化，不僅會產生揚塵危害大氣環境，而且對生態景觀的恢復很不利。

2 矸石堆放對生態環境的影響

根據大同礦區各煤礦主要沿口泉溝及云岡溝兩條溝分布的地域特點，兩條溝內各選取兩座煤礦，對其煤矸石產生情況進行調查并對矸石成分進行測定，從而尋求其綜合利用途徑及處置措施。大同礦區煤矸石檢出元素定量分析結果見表1。

表1 煤矸石檢出元素定量分析結果

2.1 矸石排放對生態環境的影響

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的養料成份，不利于水分保持，而且煤矸石的堆放造成植被原有生長條件的改變，使原有自然生態環境發生改變，對局部的生態環境造成破壞，對自然景觀也會造成影響，因此矸石不得隨意堆棄。

2.2 矸石淋溶對水環境和土壤環境的影響

煤矸石中含有大量的微量元素和少量的重金屬元素，它們經長期風化淋溶，有的重金屬元素可能轉移到水系統污染水體，有的可能自燃揮發污染大氣。礦井固體廢物排放對環境的影響主要表現在對景觀、大氣、水體和土壤等環境要素的影響，其影響程度的大小取決于固廢的產量、物化性質、場地選擇及處理措施。

根據大同礦區煤矸石的性質，為第Ⅰ類一般固體廢物，污染參數詳見表2。

表2 煤矸石污染參數表

從表1中看出，大同礦區煤矸石無特異毒性。在矸石淋溶試驗中，矸石的淋溶是在矸石被充分浸泡的狀態下進行的。而從礦區的氣象條件來看，本區的年平均蒸發量為1501.2mm，年平均降水量為656.7mm，全年蒸發量比降水量約大2.3倍，不易形成淋溶浸泡條件。矸石淋溶不會對水環境造成污染，矸石排放不會對土壤造成重金屬污染。

2.3 矸石自燃對大氣環境的影響

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。

矸石自燃對環境的影響是多方面的。首先煤矸石自燃時釋放出大量 CO、CO2、SO2、H2S、氮氧化物等有害氣體，嚴重影響矸石排放場周圍的環境空氣質量；其次是煤矸石自燃對矸石場鄰近周圍的土壤及農作物也有不同程度的影響。

2.4 其他災害

矸石山堆積過高、坡度過大或受到人為開挖影響時，或受到爆炸或暴雨侵蝕時，就容易形成坍塌、滑坡、泥石流等災害。而對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，嚴重危及附近居民的安全。

3 大同礦區煤矸石處置技術及綜合利用途徑

3.1 煤矸石的成分及處置技術

隨著科學的發展，人們逐漸認識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、農業、電力等行業。近年來，隨著煤礦井下矸石充填技術的興起與發展，煤矸石作為充填物回填井下也取得了明顯的效果。

大同礦區煤矸石

根據煤矸石的組成特點和各種環境條件的限制，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、荒山溝谷和塌陷區或覆土造田；三是矸石堆放于地面,形成矸石山，暫時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

3.2.1 供熱發電方面

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電，只有發熱量大于4180kJ／kg的煤矸石可以不經過洗選就用作流化床鍋爐的燃料。大同礦區建成了4×50MW資源綜合利用電廠，年可消耗礦區內煤矸石110萬t，采用循環流化床鍋爐，產生的熱量可以發電，也可以用作采暖供熱，還可以制取煤氣。煤矸石供熱發電，緩解了礦區能源緊張的局面，產生的爐渣還可以制取多種建材，從而達到調整礦區產業結構、節約能源、減少污染的目的。

3.2.2 生產建材原料方面

由于煤矸石具有一定的可塑性、結介性和燒結性，經凈化、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，按黏土磚的生產工藝加工而成，具有免燒、免蒸、加壓成型、自然養護等優點。大同礦區建成了年產2.4億塊煤矸石燒結磚項目，年消耗煤矸石80萬t。建成的4500t/d新型干法水泥熟料生產線為基地，年利用煤矸石40萬t，可生產優質、低堿、高標號水泥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 矸石山微生物復墾生態恢復技術

礦區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，改善矸石山環境。同時可改善作物生長，促進植物對礦質營養的吸收，增強植物的抗病性，提高植物的抗逆性。

4 結語

在綜合分析國內外對煤矸石利用的基礎上,針對我國人口多、人均耕地少的實際國情,為了改善礦區生態環境,貫徹“十分珍惜、合理利用土地和切實保護耕地”的基本國策,實現礦區生態環境的可持續發展,研制規模化生產煤矸石磚,解放矸石山壓占土地,向矸石山要耕地的同時,逐漸取代傳統的磚瓦窯,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生。應該進一步加大矸石充填開采技術研究及實踐，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的研究與探討[J].礦業研究與開發.2006(04)

[2]高榮久,胡振琪.煤礦區固體廢棄物—煤矸石的最佳利用途徑[J].遼寧工程技術大學學報(自然科學版).2002(06)