矸石山綜合治理及煤矸石深加工項目技術與實施

段大文

(西山礦務局官地建筑安裝工程公司，山西 太原 030022)

0 引言

煤矸石是煤炭生產和洗煤過程中伴生的一種固體廢棄物。廢棄的煤矸石不僅污染水質，而且在自燃后生成有害氣體，污染空氣。大量堆積的煤矸石形成矸石山，還會侵占土地，構成了對生態和環境的雙重破壞。山西焦煤西山煤電集團有限責任公司官地礦是20世紀50年代籌建的老礦，投產于1960年，在山西乃至全國的經濟建設中發揮著重要的作用。生產運行過程中產生的工業固體廢棄物(煤矸石)露天堆放于官地礦南山至高家河的山坡上(以下簡稱矸石山)。自20世紀80年代初投入使用，累計堆積量635萬t，占地面積106 212 m2(約159畝)，平均高度100余米。由于年代久遠，堆存量大，矸石堆積改變了原有的地表徑流匯流途徑，天然降雨在矸石山內滲流，使矸石山具有了產生滑坡的可能性。近年來，雨季行洪時，經常發生局部矸石山塌陷，從而發生河道淤塞、道路阻塞，嚴重影響防洪安全和高家河道路的正常使用;同時，矸石山下方是白家莊礦壓風機房，一旦發生大規模矸石滑坡塌陷，將造成嚴重后果。煤矸石露天堆放，經過日曬、風吹、雨淋等風化作用，其中的某些有害物質，可能隨著降水漂移進入水域和土壤，污染地表水及地下水環境;煤矸石中含有的硫鐵礦是一種易氧化發熱的自燃物質，煤矸石在野外堆積的過程中，煤矸石中的硫鐵礦在有水和氧的環境中慢性氧化產生熱量，導致矸石自燃，對大氣環境釋放出大量二氧化硫、硫化氫、氮氧化物等有毒有害氣體，成為大氣污染源，而且對于已自燃的矸石山，有可能因內部氣體流通不暢發生爆炸。為有效控制官地礦區的人為地質災害，改善生態環境，保證官地礦以及白家莊礦和周邊農村的生產建設能夠持續穩定的發展，如何使煤矸石變廢為寶，官地礦多家經營公司官地建筑安裝工程公司受官地礦的委托，對矸石山進行綜合治理。

1 原有矸石山的綜合治理

組織專業技術人員多次進行現場踏勘，聘請專家現場指導，引進環保、循環經濟的設計理念，優化設計方案，查閱國內外煤矸石治理技術資料，結合施工實際經驗，將原有矸石山的綜合治理方法進行了研究與探討。

1.1 國內外煤矸石治理技術

1.1.1 表面密封壓實法

該方法是在自燃矸石山表面鋪土壓實，以隔絕空氣進路，使自燃矸石山內部空氣耗盡后熄滅。這種方法成功率不高，只能降低燃燒強度和污染物排放強度。因為表土只有在濕潤狀態下才有較好的密封性能，這種方法目前主要用于控制矸石山火勢和污染強度。

1.1.2 灌水法

水是滅火工程中最常用的滅火介質，水在高溫下形成水蒸汽吸熱降溫效果顯著，并且水蒸汽能夠阻止空氣接近可燃物。這種方法最大的問題是無法控制水在矸石山內流動的方向;另一個缺點是灌水后矸石山內部的空隙增加，反應活性增強，矸石山復燃的可能性增加。此外還采用直接挖出冷卻法、低溫惰性氣體法、灌漿密閉泡沫滅火法、燃燒法、注漿封閉法等。

1.2 方案的選擇

堆積煤矸石自燃主要原因是煤矸石中含有大量的黃鐵礦和煤粒、煤塊及劣質煤等，在低溫狀態下黃鐵礦氧化發熱以及松散的倒坡式排矸通過孔隙供氧所致，而且自燃溫度會由200℃～1 300℃逐級升高。結合國內外對煤矸石的治理技術，根據我公司多年來煤矸石治理經驗，擬采取石灰水配火堿滅火，表面覆蓋黃土，修筑排洪系統，植樹種草等綜合治理的方法進行。這種方法經濟實惠、簡單易行，可達到滅火降溫、改善環境、減少地質災害的目的。

1.3 方案的可行性

1)用堿性水灌注矸石山，其作用主要有:a.阻止煤矸石的氧化生熱;b.降低矸石山內部的溫度，從而有效控制矸石的自燃。2)滅火后的矸石表面及時進行黃土覆蓋，主要作用是隔離空氣，使矸石重新自燃的條件不充分，同時為下一步恢復生態做準備。3)修筑排水系統，進行植被恢復，進一步預防了水土流失，降低了發生地質災害的可能性。4)近年來，通過不斷試驗探討，官地礦對矸石山治理總結出一套行之有效的治理方法，工人們對工藝過程比較清楚，施工較為方便。5)在實施過程中，具有投資少，機械化程度高，施工速度快，效果好等優點。

1.4 治理步驟

官地礦南山矸石堆放場自20世紀80年代初，投入使用至2006年7月底停用，歷經20余年，堆放的煤矸石數量較大，占地面積廣闊，坡度陡峭，永久性治理工程浩大，治理后恢復植被難度更大。經現場勘察與反復作方案對比研究，分期進行治理，其中一期為局部示范區域綜合治理，按照永久性綜合治理的技術措施，先在示范區進行綜合治理;同時對全部區域范圍內進行防止塌陷初步基礎性治理。待示范區治理取得成效和經驗后，繼而對全部區域進行永久性綜合治理。

2 新產生煤矸石的深加工處理

煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。

煤矸石的處理和利用途徑有以下幾種:

1)回收煤炭和黃鐵礦:通過簡易工藝，從煤矸石中洗選出好煤，通過篩選從中選出劣質煤，同時揀出黃鐵礦，或從選煤用的跳汰機——平面搖床流程中回收黃鐵礦、洗混煤和中煤。回收的煤炭可作動力鍋爐的燃料，洗矸可作建筑材料，黃鐵礦可作化工原料。

2)用于發電:主要用洗中煤和洗矸混燒發電。我國已用沸騰爐燃燒洗中煤和洗矸的混合物(發熱量每千克約2 000大卡)發電。爐渣可生產爐渣磚和爐渣水泥。

3)制造建筑材料:代替粘土作為制磚原料，可以少挖良田。燒磚時，利用煤矸石本身的可燃物，可以節約煤炭。

煤矸石可以部分或全部代替粘土組分生產普通水泥。煤矸石可用來燒結輕骨料。

此外，煤矸石還可用于生產低熱值煤氣，制造陶瓷，制作土壤改良劑，或用于鋪路、井下充填、地面充填造地。在自燃后的矸石山上也可種草造林，美化環境。

分析目前煤矸石市場導向，結合多家公司實際情況，年初在200 MPa矸石山上馬了一套煤矸石破碎生產線，主要供電廠使用，已收到了可觀的經濟效益和社會效益。

3 結論

通過對矸石山綜合治理及煤矸石深加工項目的技術研究與實施(矸石山綜合治理后)，取得了可觀的社會效益、環境效益、經濟效益。

社會效益:綜合治理后，為官地礦乃至全國煤炭系統的矸石山的治理，提供了創新思路，真正達到了環保的要求，徹底改變煤礦臟、亂、差的形象，減少了土地占用率，真正實現了煤礦廢棄物(煤矸石)的再生利用。

環境效益及經濟效益:綜合治理后，可將煤矸石造成的人為水土流失控制到最低程度，大大降低發生地質災害的可能性，并恢復生態，促進人與自然的和諧發展。根據國家環保總局頒布的排污收費標準，不符合環保要求的排矸場，存在自燃現象的征收矸石自燃產生的二氧化硫排污費(每當量0.6元)，無三防措施(防揚塵、防滲漏、防流失)的征收固體廢物排污費(5元/t)，目前停用矸石山堆積總量約635萬t，當年排放約40萬t，僅當年產生矸石排污費就達200萬元，直接影響到官地礦的經濟效益，由此可見矸石山的綜合治理，實現了環境效益、社會效益和經濟效益的統一。

4 結語

《矸石山綜合治理及煤矸石深加工項目技術研究與實施》論文的編寫，耗時一個多月，論文編寫過程中，承蒙《山西建筑》各位老師的多次幫助，單位領導及同事的鼎力支持，在此表示最誠摯的謝意。

[1] 投資咨詢網.2009—2012年我國煤矸石工業投資分析及前景預測報告[R].

[2] 國務院第394號，地質災害防治條例[Z].

[3] GB 18599-2001，一般工業固體廢棄物貯存、處置場污染控制標準[S].

[4] GB 50021-2001，巖土工程勘察規范[S].

[5] JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規范[S].

[6] 西山煤電集團官地礦水土保持方案報告書[Z].