煤矸石對煤礦礦區的環境影響及其防治對策

冉建平

摘 要：我國是世界上最大的煤炭生產國和消費國，采煤產生的煤矸石造成煤礦礦區環境污染，破壞礦區景觀，甚至危害生命財產。煤矸石的綜合利用可減少矸石的總量，但對于防治礦區環境的污染效果甚微。對于資源枯竭型礦區，矸石山的生物復墾和微生物復墾技術以及煤矸石在生態工程技術中的應用，對防治礦區煤矸石對環境的污染則相對較好。

關鍵詞：煤矸石；環境污染；防治對策

1 煤矸石對礦區環境的影響

1.1 煤矸石對礦區的生態污染

煤矸石的主要來自露天剝離以及井筒和巷道掘進過程中開鑿排出的矸石、煤層中夾有矸石或底板巖層的混入、煤炭洗選過程中排出的矸石等。煤礦礦區空氣污染日益惡化，煤矸石是主要根源。由于粉塵中含有很多對人體有害的元素，當被人體吸入后導致氣管炎、肺氣腫、塵肺甚至癌癥等疾病，并且還會引發各種眼疾。另外，顆粒懸浮于大氣中，破壞了大氣的溫室效應，使氣候出現異常。矸石露天堆放經雨水淋溶后部分物質被溶解，造成土壤、地表水或地下水的污染，嚴重危害人體健康，甚至危及生命。當淋溶水隨雨水形成地表徑流進入土壤，破壞了土壤中重金屬的本底值和平衡關系，同時也破壞了土壤的養分，并對土壤中微生物的活動產生影響，這些有害成分的存在，不僅有礙植物根系的發育和生長，而且在植物有機體內積蓄，通過食物鏈危及人體健康。

1.2 占地及水土流失問題

井工采煤運至地面的矸石和洗煤廠將精煤洗出后排棄的矸石堆積壓占土地。我國煤矸石綜合利用率低，隨著煤矸石持續堆放，每年新增占地400多公頃。據統計，僅山西晉城2001年矸石堆存點達280處，占地108.8hm2。此外，矸石山堆積年限越長和占有數量越大，其侵蝕強度也最為劇烈，如甘肅省內矸石山年侵蝕模數高達37758t/km2。矸石山除普遍發生擊濺、層狀、鱗片狀面蝕外，還出現砂礫化面蝕、土砂泄流及坡面泥石流等侵蝕，由其所引起的崩塌、滑塌發生很普遍，造成嚴重的水土流失。

1.3 自燃、爆炸、崩塌、滑坡和泥石流的問題

水和氧是矸石山自燃的必要條件，煤矸石中的硫鐵礦和碳元素是矸石山自燃的物質前提。在水的作用下，硫鐵礦產生硫酸水溶液，并伴隨放出大量的熱，促進煤的水解；在有氧供應條件下，硫鐵礦低溫氧自燃，并放出熱量，從而引起含碳物質的燃燒。礦區矸石山多為大量粒徑不等形狀不同的顆粒以不同的排列方式自然堆積而成，結構疏松，在本質上說是不連續的，為散體材料。同時，受矸石中炭分的自燃、有機質的灰化及硫分的離解揮發等作用，矸石山的穩定性普遍較差，極易發生崩塌、滑坡。此外，山區煤礦大都直接將煤矸石堆于溝谷中，成為泥石流的物質源。堆積區的溝谷有一定的匯水面積和適宜的坡度，在雨季一旦降雨量達到60 mm/h即可爆發泥石流。

2 煤矸石的綜合利用與環境污染防治

2.1 煤矸石的綜合利用

綜合利用是實現煤矸石減量化、資源化、無害化的最佳選擇，是使物盡其用，實現經濟效益和社會效益的最好選擇，也是實現社會、經濟發展與資源、環境協調.達到可持續發展的有力措施。如：①在礦區采用清潔生產工藝，使需要貯存、運輸、處理、處置的固體廢物降低到最小程度。礦井開拓巷道和采準巷道采用全煤巷布置，不僅減少大量矸石出井，而且可以大大降低礦井建設費用和生產成本。②根據煤矸石劃類區分不同的用途。熱值高于6.28MJ/kg的煤矸石，宜作沸騰爐燃料；熱值在2.09～6.28MJ/kg的煤矸石，宜作水泥配料、燒結矸石磚、耐火磚等的原料。使其中的低值能源得到利用：熱值在1.26MJ/kg以下的煤矸石。可作水泥配料和混合材料或筑路、填方等。③含有多種微量元素的煤矸石，可生產煤矸石肥料，開展農業利用。對于含氧化鋁較高的煤矸石。開發化工產品，生產氧化鋁、硫酸鋁、水處理藥劑等。煤矸石生產硅鋁鐵合金，分子篩，巖棉、水玻璃、白炭黑、水處理藥劑、農業肥料等，可獲得較高的經濟效益。④利用煤矸石發電。矸石發電、灰渣制水泥、建材，這是變廢為寶、節約好煤、開辟能源的重要途徑。主要利用循環硫化床燃燒技術。流化床技術對于煤矸石的利用有顯著的特點。

2.2 煤矸石對環境污染的防治措施

1、 煤矸石山自燃的防治

主要是從煤矸石的不同堆放方法研究人手。許多國家通過采用分層壓實方法堆放煤矸石，控制煤矸石的壓實程度，來解決矸石山自燃問題。含硫量高于5%以上的矸石應回收黃鐵礦。高硫矸石堆應用石灰漿、粘土漿等灌注其孔隙，以隔絕空氣.抑制自燃。含碳量高于20%的矸石。應進行洗選回收煤炭或作為沸騰爐燃燒。在去除煤矸石中的煤和黃鐵礦，切斷供氧的條件下應用生態技術對煤矸石進行分層堆放。首先對堆場進行密封防滲處理，然后進行分層堆放，邊堆放邊壓實.在堆放第2層的同時。對第1層的邊坡進行覆土綠化，整個矸石堆形成后，整體覆土封頂，進行綠化或耕種。這種生態工程的技術具有投資少、見效快、處理量大、不造成二次污染等優點。

2、 矸石山的生物復墾和微生物復墾

矸石山的生物復墾和微生物復墾技術也在廣泛應用。生物復墾是利用生物措施，恢復土壤肥力與生物生產能力的活動.它是實現廢棄土地農業復墾的關鍵環節，主要內容為土壤改良和植被品種篩選。微生物復墾是利用微生物活化藥劑或微生物與有機物的混合劑對復墾后的貧瘠土地進行熟化和改良，恢復土壤的肥力和活性。采用微生物復墾是在矸石墊層上不覆蓋生長土，僅加適量微生物活化劑，只在短期（6個月）內就可以建立起穩固的植物覆蓋層，使所造地恢復種植能力，第2年可種植農作物，3～5年即能完全達到高產農田的肥力，且對種植品種沒有限制。這種技術具有費用低、效率高、效益好等優點。

3、 生態工程技術在處理矸石環境影響中的應用

生態工程處理固體廢物，首先采用適當的防滲材料和阻斷材料，將處理物與周圍的環境有一個物理性質的隔離。然后在被圍隔起來的固體廢物堆上。蓋上一層土，并在土層上重新進行以植被為主體的人工生態系統的建設，同時輔以一定的景觀建筑。把廢物場地改造成為宜人的公園、游樂場或農田。這種生態工程的技術具有投資少、見效快、處理量大、不造成二次污染等優點。由于恢復后的土地具有更大的利用價值。因此還可獲得長遠的經濟效益.是一種更具有改造環境積極意義的固體廢物處理技術。土地的復墾程序，包括了對粉塵的控制、防止表土流失、加強壩基安全、減少重金屬污染物的徑流量、綠化廢物場地加速自然轉變過程等.都是對采用生態工程技術的一些具體目標的要求。澳大利亞西部地區的一些礦區，采用深挖法技術進行復墾.要求采空區必須恢復到能夠保證建立起一個適于該地區野生動物返回聲息和防止水源鹽堿化的生態系統的目標。加拿大的許多礦業公司，對于在含有硫化鐵和其他硫化物的尾礦進行植被工程時，采用了就像已在農業上采用的石灰石、污泥、肥料等各種調整劑的方法，對具有硫化物的尾礦直接進行調整，使植被工程可以在沒有鋪設表土層的尾礦堆上直接進行播種，并且建立起了持久性的植被生態工程，簡便效果又好。

參考文獻

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