大同矿区煤矸石治理现状调查及技术研究

陈丽丽

（大同煤矿集团有限责任公司环境保护处山西大同037003）

煤矸石是煤炭开采过程中的必然产物,堆积成山的煤矸石山是矿区的主要污染源之一,对矿区和周围区域的生态环境造成较大的破坏。矿区产生的固体废物主要有：煤矿开采过程中产生的矸石、锅炉燃煤产生的炉渣以及生活垃圾。而煤矸石是煤矿开采过程中排放量最大、占地最多、污染环境最为严重的固体废物。

1 大同矿区煤矸石产生及治理现状

1.1 煤矸石产生现状

大同矿区是国家规划的13个大型煤炭基地中的98个重点矿区之一，属晋北煤炭基地，其开发主体为大同煤矿集团有限公司。大同矿区的煤炭开采历史悠久，根据大同煤田的煤层露头较多，且又长期自燃的史实，联系在新石器时代，与大同毗连的怀仁县鹅毛口遗址的先民们，已经用火并能从河谷山坡开采裸露的三叠纪凝灰岩、煌斑岩夹层制作石器，推断可能在新石器时期发现煤炭的可燃性并从煤层露头处拾取、利用煤炭。至北魏后期，大同地区的采煤业已日趋发达，由于长期粗放型开采、乱采滥挖的局面致使煤矸石堆积如山，生态破坏严重。目前，大同矿区煤矸石累计堆存量2亿吨，年产生量近2000万吨，综合利用量200万吨。

1.2 煤矸石堆存产生的环境问题

根据目前大同矿区各煤矿的煤矸石排放现状，其煤矸石堆放主要存在以下几点问题：煤矸石堆放角度过大，容易引起滑坡、坍塌等地质灾害；煤矸石堆场没有排水涵洞、周边没有排水渠，煤矸石淋溶液污染当地水环境和土壤环境；煤矸石堆放时没有进行覆土压实，存在煤矸石自燃的危险；煤矸石堆场能够进行复土绿化的地方没有复土绿化，不仅会产生扬尘危害大气环境，而且对生态景观的恢复很不利。

2 矸石堆放对生态环境的影响

根据大同矿区各煤矿主要沿口泉沟及云冈沟两条沟分布的地域特点，两条沟内各选取两座煤矿，对其煤矸石产生情况进行调查并对矸石成分进行测定，从而寻求其综合利用途径及处置措施。大同矿区煤矸石检出元素定量分析结果见表1。

表1 煤矸石检出元素定量分析结果

2.1 矸石排放对生态环境的影响

矸石堆放占用大量土地。由于矸石本身不含有益于植物生长的养料成份，不利于水分保持，而且煤矸石的堆放造成植被原有生长条件的改变，使原有自然生态环境发生改变，对局部的生态环境造成破坏，对自然景观也会造成影响，因此矸石不得随意堆弃。

2.2 矸石淋溶对水环境和土壤环境的影响

煤矸石中含有大量的微量元素和少量的重金属元素，它们经长期风化淋溶，有的重金属元素可能转移到水系统污染水体，有的可能自燃挥发污染大气。矿井固体废物排放对环境的影响主要表现在对景观、大气、水体和土壤等环境要素的影响，其影响程度的大小取决于固废的产量、物化性质、场地选择及处理措施。

根据大同矿区煤矸石的性质，为第Ⅰ类一般固体废物，污染参数详见表2。

表2 煤矸石污染参数表

从表1中看出，大同矿区煤矸石无特异毒性。在矸石淋溶试验中，矸石的淋溶是在矸石被充分浸泡的状态下进行的。而从矿区的气象条件来看，本区的年平均蒸发量为1501.2mm，年平均降水量为656.7mm，全年蒸发量比降水量约大2.3倍，不易形成淋溶浸泡条件。矸石淋溶不会对水环境造成污染，矸石排放不会对土壤造成重金属污染。

2.3 矸石自燃对大气环境的影响

引起煤矸石自燃的因素很多，矸石中的硫铁矿是引起自燃的决定因素，而水份和氧则是燃烧的必要条件。

矸石自燃对环境的影响是多方面的。首先煤矸石自燃时释放出大量 CO、CO2、SO2、H2S、氮氧化物等有害气体，严重影响矸石排放场周围的环境空气质量；其次是煤矸石自燃对矸石场邻近周围的土壤及农作物也有不同程度的影响。

2.4 其他灾害

矸石山堆积过高、坡度过大或受到人为开挖影响时，或受到爆炸或暴雨侵蚀时，就容易形成坍塌、滑坡、泥石流等灾害。而对于正在自燃的矸石山，如遇淋溶水的渗入，受热后水气急剧膨胀易引起爆炸危险，严重危及附近居民的安全。

3 大同矿区煤矸石处置技术及综合利用途径

3.1 煤矸石的成分及处置技术

随着科学的发展，人们逐渐认识到煤矸石也是可利用的一种资源。研究证明，煤矸石作为原材料广泛用于化工、建筑、农业、电力等行业。近年来，随着煤矿井下矸石充填技术的兴起与发展，煤矸石作为充填物回填井下也取得了明显的效果。

大同矿区煤矸石

根据煤矸石的组成特点和各种环境条件的限制，煤矸石的处理方法一般有：一是综合利用；二是对难以综合利用的某些煤矸石可充填矿井、荒山沟谷和塌陷区或覆土造田；三是矸石堆放于地面,形成矸石山，暂时无条件利用的煤矸石山可覆土植树造林。

3.2 煤矸石的综合利用技术

3.2.1 供热发电方面

煤矸石的热值一般在3000kJ／kg～5000kJ／kg，并非所有的煤矸石都可以发电，只有发热量大于4180kJ／kg的煤矸石可以不经过洗选就用作流化床锅炉的燃料。大同矿区建成了4×50MW资源综合利用电厂，年可消耗矿区内煤矸石110万t，采用循环流化床锅炉，产生的热量可以发电，也可以用作采暖供热，还可以制取煤气。煤矸石供热发电，缓解了矿区能源紧张的局面，产生的炉渣还可以制取多种建材，从而达到调整矿区产业结构、节约能源、减少污染的目的。

3.2.2 生产建材原料方面

由于煤矸石具有一定的可塑性、结介性和烧结性，经净化、均化和陈化等工艺加工处理后，可用于制砖。它可利用煤矸石自身的矿物成分和热量，配以适量的尾矿、石灰、灰渣等，按黏土砖的生产工艺加工而成，具有免烧、免蒸、加压成型、自然养护等优点。大同矿区建成了年产2.4亿块煤矸石烧结砖项目，年消耗煤矸石80万t。建成的4500t/d新型干法水泥熟料生产线为基地，年利用煤矸石40万t，可生产优质、低碱、高标号水泥240万吨。

3.2.3 煤矸石合成分子筛

以煤矸石为原料，采用水热晶化法合成高性能吸附/催化功能材料－低硅铝比微孔沸石分子筛，为煤矸石的深加工提供新途径。

3.2.4 矸石山微生物复垦生态恢复技术

矿区治理后的矸石山持水性较差、土壤肥力不足等原因，绿化效果普遍较差。利用丛枝菌根真菌对矸石山综合改良后，可大大提高植物的成活率，改善矸石山环境。同时可改善作物生长，促进植物对矿质营养的吸收，增强植物的抗病性，提高植物的抗逆性。

4 结语

在综合分析国内外对煤矸石利用的基础上,针对我国人口多、人均耕地少的实际国情,为了改善矿区生态环境,贯彻“十分珍惜、合理利用土地和切实保护耕地”的基本国策,实现矿区生态环境的可持续发展,研制规模化生产煤矸石砖,解放矸石山压占土地,向矸石山要耕地的同时,逐渐取代传统的砖瓦窑,减少其占用和挖损的良田。虽然按照上述处理措施途径，可以大大减少大同矿区煤矸石的堆存量，但是在煤矿的开采过程中，仍然有大量的不能被利用的矸石弃渣产生。应该进一步加大矸石充填开采技术研究及实践，最大限度减少矸石排放量。

[1]李鹏波,胡振琪,吴军,康惊涛,王建.煤矸石山的危害及绿化技术的研究与探讨[J].矿业研究与开发.2006(04)

[2]高荣久,胡振琪.煤矿区固体废弃物—煤矸石的最佳利用途径[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版).2002(06)