1、专题部分煤矿矸石山的治理利用摘要：煤矸石作为排放量最大的工业固体废弃物，是目前我国排放量最大的工业固体废弃物之一。本文结合我国各矿区对煤矸石山的治理利用的经验，提出多种煤矸石山的治理方法和利用途径，并结合当前实际，分析煤矸石山治理存在的问题及自己的建议。使得矸石山在现有的经济技术条件下变废为宝产生经济价值的同时，还可消除其在治理过程中对周围环境的影响，从而实现经济效益和环境效益的双赢。关键词：煤矸石山 治理利用 经济效益 环境效益The use of governance Coal WastAbstract：Emissions from coal as the largest industri
2、al solid waste, is currently China's emissions of one of the largest industrial solid waste. In this paper, the mining of the coal gangue hill country of governance using the experience of governance in multiple ways and Coal Waste Utilization, combined with the current situation, analysis of co
3、al gangue hill governance problems and their recommendations. Makes the waste dump in the existing economic and technological conditions change waste into economic value generated while the process of governance can eliminate the environmental impact on the surrounding, in order to achieve a win-win
4、 economic and environmental benefits. Keywords：Gangue Treatment Economic benefits Environmental benefits1 引言矿产资源的开发和利用为我国经济建设做出了不可磨灭的贡献，但矿业废弃物所引起的生态问题已成为影响经济、环境和可持续发展的焦点问题之一。在所有的矿业废弃物中，煤炭工业的产出量居第一，而其中以煤矸石的比例最大。煤矸石是煤炭开采、洗选加工过程中所产生的固体废弃物，是煤矿生产的必然产物，同时也是矿区主要的污染源之一。在目前我国煤矿生产条件下, 煤炭开采过程中的矸石排放量大约为原煤的10%20
5、%；煤炭洗选加工过程中矸石排放量大约为原煤入选量的15%20%。2004年，全国各类煤矿生产煤炭19.56亿吨，洗煤6亿吨左右，按此计算，全年矸石排放量在3.8亿吨左右。近年来,尽管全国煤炭工业部门加大了煤矸石的处理与利用，但据不完全统计，目前全国煤矿区历年累计堆放的煤矸石约45亿吨，规模较大的煤矸石山有1600多座，占用土地约1.5万公顷，而且每年还以1.52.0亿吨的速度增加。20 世纪以来，我国大部分矿区，在未进行任何处理的情况下，大量的煤矸石被堆积在了地面空地上，特别在一些老矿区，形成了成百上千座煤矸石山。其中大多数煤矸石山20世纪60年代前投产的老矿井生产过程中所排放堆积的，其堆放时
6、间较长体积较大。随着生产的继续进行，这些老矿将会出现原矸石山堆积到限，并且在本来就十分拥挤的工业场地中很难找出一块堆积矸石山的地方。如果放任煤矸石的堆放，不仅压占大量土地，影响生态环境，而且煤矸石在遭受淋溶水的作用下，将污染周围的土壤和地下水。同时，因煤矸石中含有一定的可燃物，在一定条件下会发生自燃，排放出二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体，污染大气环境，严重影响矿区居民的身体健康。如果煤矸山堆存方式不当，还可发生塌方、垮塌、崩塌等灾害事故。当然，煤矸石也是可利用的宝贵资源，可用作发电、制砖、提取化工产品、烧制水泥、充填塌陷区、修路等。综合开发利用煤矿矸石山，不仅可有效改善矿区环境，
7、避免矸石山意外灾害事故，而且可变废为宝，节约能源，治理环境污染，具有重要的经济效益与社会效益。因此，对矿区煤矸石山的综合治理具有十分重要的意义。本文通过对我国多个矿区煤矸石山治理利用方法的介绍，说明了煤矿矸石山综合治理过程及其利用方法，为今后煤矿矸石山的治理利用提供方法和途径。2 煤矸石对环境的影响矿井在建设和生产过程中 ,开拓和掘进巷道产生大量的矸石 ,回采工作面中煤层中的夹矸都通过巷道和井筒提升到地面及洗煤厂洗选产生的矸石 ,都倾倒在邻 近 矿 井 的 沟 谷 中 ,日 积 月 累 形 成 山 区 矿 井矸石山。对于矸石山，停止排矸年限、矸石堆放高度、表层风化碎屑厚度等是影响矸石表面植被种
8、类及生长状况的重要因素。而对于大多数矿区而言，煤矿矸石山的堆积高度相差较小，煤矸石山的地理条件随排矸年龄的长短而发生明显变化。因此，根据停止排矸年限把煤矸石山划分为4 种类型分别记作、类。类：停止排矸10 年以内的矸石山；类：停止排矸1120 年；类：停止排矸2130 年；类：停止排矸30年以上。煤矸石即煤伴生废石，在掘进、开采和洗煤过程中排出的固体废物，是碳质、泥质和砂质页岩的混合物，具有低发热值，含碳20%30%，有些含腐殖酸。由于矿区间地质构造的差异，煤矸石的种类也有所不同，主要分为碳质岩、细砂岩、粗砂岩、细粉砂岩、凝灰质岩、凝灰粉沙岩。其主要矿物组成为高岭石、石英、钠长石、白云石、硫铁
9、矿等。煤矸石发热量一般为8001500卡/克,其无机成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属。其化学成分组成的百分率：SiO2为 5265；Al2O3为 1636；Fe2O3为 2.2814.63；CaO为0.422.32；MgO为0.442.41；TiO2为0.904；P2O5为0.0070.24；K2O+Na2O为1.453.9；V2O5为0.0080.03。2.1 对大气的影响矸石场堆放的矸石主要是采掘矸石（部分矿区含洗选矸石），来自开采煤层的夹矸和顶、底板岩层 , 岩性主要为泥岩、碳质泥岩、砂质泥岩、粉砂岩 、煤及 少量砂岩组成。煤矸石在露天堆积时 ,风化成较细颗 粒 ,易于
10、被带到周围空气和土壤中 ,使空气中悬浮颗 粒物增多 ,空气质量下降 。煤矸石野外露天堆放 ,日 积月累 ,矸石山内部的热量逐渐积蓄。当温度达到可燃物的燃点时 ,矸石堆中的残煤便可自燃。自燃后 , 矸石山内部温度为 8001 000 ,使矸石融结并放出大量的CO、CO2、SO2、H2、S、NOX等有害气体，其中以SO2为主。一座矸石山自燃可长达十余年至几十年。这些有害气体的排放 ,不仅降低矸石山周围的环境空 气质量 ,影响矿区居民的身体健康 ,还常常影响周围 的生态环境 ,使树木生长缓慢 、病虫害增多 ,农作物减 产、甚至死亡。2.2 对地下水资源的影响煤矸石长期在自然条件作用下发生淋溶 ,微量
11、元 素从煤矸石中析出 ,同时在水的作用下渗透到煤矸石 堆附近的土壤中 ,并发生迁移 ,煤矸石堆周围土壤中 微量元素含量较高也是多年积累的结果 ,煤矸石堆周围C、F、As、Pb、Cd等元素含量部分矿区超过地表水 环境质量标准 GH ZB 1 - 1999 和地下水环境质量标准 GB / T14848 - 1993中III类标准 。存在着对所在矿区 地下水 、地面水和土壤一定程度的污染。而Pb、Cd、C r等重金属离子毒性非常大 ,能在环境中蓄积于动 植物体内 ,对人体产生长远的不良影响 ,会引起急、慢 性中毒 ,造成人体肝、肾、肺等组织的伤害。严重时会 对人体的三大系统造成伤害 ,甚至能够导致畸
12、形、癌变和死亡。煤矸石中含有的较高硫分及其他有害元素 ,经过风化及大气降水的长期淋溶作用 ,形成硫酸或酸性水及离解出各种有毒有害元素渗入地下 ,导致土壤、地表水体及浅层地下水的污染 ,形成淋溶酸性水 。而矸石中大量的可溶性无机盐 ,通过长期风化、降雨淋滤等作用 ,发生一系列的物理、化学变化 ,随淋溶水以溢 流泉的形式溢出地表 ,形成高矿化度泉水。如加拿大曾经对部分矿山酸性水的产生和持续时间进行调查 ,发现有的矿山在煤矸石库关闭几百年后仍然大量渗漏酸性排水 。到1988 年底 ,一共调查了 108个废矿 ,其中 ,21个由于排出酸性废水 ,被评为危险场地。酸性排水影响面积超过15 000m，处理
13、费用巨大，仅土地恢复费用即超过 30 亿美元 。2.3 地质灾害 矿区矸石山多为大量粒径不等 、形状不同的颗粒以不同的排列方式自然堆积而成 ,结构疏松 ,在本质 上说是不连续的 ,为散体材料。同时 ,受矸石中碳分 的自燃、有机质的灰化及硫分的离解挥发等作用 ,矸 石山的稳定性普遍较差 ,极易发生崩塌 、滑坡 。例如 ,2004年6月5日 ,南桐矿业公司东林煤矿矸石山垮 塌引起滑坡 ,造成重庆市万盛区万东镇新华村14户居民民房被毁 , 21人死亡 ,3人受伤 ;国外曾发生一起煤矸石堆滑坡事故 ,以至埋没了山谷下的一所小学校 ,造成多人伤亡事故。煤矸石山在一定情况下有可能成为泥石流的固体物质来源
14、,如堆积区的沟谷有一定的汇水面积和适宜的坡度 ,在雨季一旦降雨强度达到一定值 ,即可爆发泥石流 ,危害人民生活 ,甚至对人民生命构成威胁。2.4 放射性污染 如果煤矸石中的放射性元素及放射性水平达到一定限值，便会对人体产生放射性危害。我国放射防护规定（GBJ8 74）规定：“含有天然放射性元素的废物，比放射性大于110-7Ci/kg者，应按放射性废物处理”。煤矸石在建筑材料中的应用其放射性水平应满足要求。3 煤矿矸石山的治理3.1 矸石山自燃治理煤矸石自燃治理是我国煤 矿环保的一项重要任务 ,我国每年煤矸石的排放量在1 亿t以上 ,历年积存量已超过 16 亿t。据不完全统计 ,目前全国有矸石山
15、 1500座左右 ,其中正在自燃的有145座 。燃烧的矸石山放出大量的SO2、H2S、CO等有害气体。大量有害气体的排放，使在矸石山附近工作和居住的人深受其害 ,严重的甚至造成中毒死亡事故。经过煤矿环保工作者十几年的艰苦努力 ,目前已取得了很大的成果。煤矸石自燃有三个条件：a)煤矸石本身具有燃烧倾向，在常温空气下，煤矸石与空气中的氧有良好的结合能力。B)煤矸石能够得到充分的氧供应，以保证地温氧化反应得以持续。c)煤矸石的堆积具有良好的储热条件 。试验证明 ,当空气中湿度低于15 %时 ,矸石的吸氧量随湿度的增加而增大 ,煤的着火温度随水分的增加而降低。只有当水分达到一定程度时 ,才能阻止煤的氧
16、化自燃 。矸石山发生自燃后，最常用熄灭方法有：挖掘熄灭法、表面覆盖法、浇灌法和注浆法。表面覆盖法是将黄土等惰性物质覆盖在燃烧区上，隔绝空气，以达到灭火目的。表面浇灌法是向燃烧区喷洒石灰乳或其它灭火浆液，一方面降低火区温度，同时利用浆液中的某些成份被覆盖在矸石表面，阻止矸石进一步氧化。注浆法是将灭火材料制成浆液后，再借助机械力将其压入矸石山内部，使浆液渗透充填到矸石山的空隙中。以上几种常用的灭火方法各有优缺点，表面覆盖法缺点是需要大量的黄土，工程量大；表面浇灌法简单易行，但灭火浆液难以渗入矸石山内部，效果欠佳；注浆法效果最好，国内外多采用此法。3.2 应用微生物脱硫法治理矸石山灾害 矸石山治理的关键是解决矸石中硫的问题。采用简单植被法来治理通常不能真正消除矿区大气污染以及土壤和水的酸化问题，且远距离运送土壤成本较高，植被生长差，如管理不善，还可能会出现自燃现象。采用微生物
