煤礦矸石山環境污染治理對策研究

劉燕平

（山西省忻州生態環境監測中心，山西 忻州 034000）

引言

社會發展對煤礦需求逐漸提高，煤礦在開采中必然會產生大量的矸石，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境污染治理。

1 矸石山污染治理的重要性

對矸石山進行環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保生產的需要，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修復和綠化，提高煤礦產區的景觀豐富度，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，也能提高煤礦企業的生產效益[1]。

2 矸石山對環境的影響

2.1 礦區環境的影響

結合矸石山在露天堆積中的危害而言，在日曬、風吹和雨淋下，會形成較多的微小顆粒，在風速達到一定條件（≥4.8 m/s）下，顆粒會被風帶起，在矸石山的下風向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自熱，進而使未完全分離的煤燃燒，產生部分溫室氣體，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，容易對人體吸入后造成損傷，一般會引發肺氣腫、氣管炎和肺癌等疾病，對環境和人體有著較大的傷害。最后矸石山的環境污染還會體現在礦山周圍的動植物生長上，會明顯出現植物生長緩慢和動物大量遷徙等現象，有著較高的危害[2]。

圖1 矸石自然

2.2 礦區土壤、地下水資源的影響

當煤礦矸石堆積時，一旦出現下雨天氣，雨水會沖刷矸石山并帶走多種微量元素，在滲透到礦區土壤和地下水中后，會造成土壤、水資源的污染。結合雨水普遍呈現弱酸性，不同pH 數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。結合表1 中微量元素而言，部分微量元素已經超過生活飲用水的標準和五類地面水質量標準，存在著嚴重的水資源污染。結合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中植物的色彩鮮艷度和建筑物的美觀度。尤其在冬春季節，矸石山在風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，不僅降低了礦區能見度，也在PM2.5超標下降低了員工的開采安全性。此外，矸石山未得到煤礦企業能源二次利用的關注，不能充分發揮矸石在建筑工程中的利用，進而無法落實煤礦企業的可持續發展需要。

3 矸石山環境治理的策略

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，要進行氧氣供應的切斷，通過生態技術的應用，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。通過該技術的應用，既有著投入少、施工簡單、見效快的優勢，也有著處理量大和無二次污染的優勢，需要注意的是，技術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 矸石山的生態恢復

隨著我國可持續發展戰略和生態保護戰略的不斷落實，通過對煤礦矸石山進行生態修護，可以幫助煤礦企業更好的做好可持續發展和環保方面工作，降低矸石山的污染危害。以某煤礦的生產看，矸石山的堆積區域和國家級的公園相鄰，同時和西邊棚戶區改造小區的距離為30 m，因此需要進行矸石山治理恢復，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用。具體需要做好以下幾點：第一，借助生態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，完成人工生態系統的建設。一般在矸石山的生態恢復中，所應用的技術有生態封漿阻燃技術、制備恢復技術、礦用防滅火劑組合物制備專利技術和VRT 基盤修塑植被恢復技術（植生基材噴附技術、生態植被袋技術、生態植被毯技術和土壤改良技術）。矸石山的生態恢復過程，如圖2 所示。

圖2 矸石山生態恢復階段圖

3.3 綜合利用矸石山

結合部分煤礦企業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用，同時也能混合在其他建筑材料中，能提高煤礦企業的經營效益；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量的作用。

4 結語

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，在煤礦企業提高產量增強行業核心競爭力的同時，需要關注矸石山的污染處理，在有效改善礦區環境后，使開采具有較高的環保、綠色性。結合矸石山對開采的影響，有環境方面、土壤與地下水資源方面和礦區景觀方面的影響，需要做好環境污染的治理工作。具體需要借助污染治理、生態恢復和綜合利用等方面手段，降低矸石山的環境污染影響和提高矸石的綜合利用價值，滿足煤礦企業的可持續發展需要。