邯邢地區(qū)煤矸石調(diào)查研究分析

高勝軍

摘 要：煤矸石是采煤和洗煤過程中排放的固體廢棄物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤更堅硬的黑灰色巖石。邯邢地區(qū)煤礦在煤炭開采過程中排放有大量的矸石，矸石堆積成山對礦區(qū)和周圍區(qū)域的環(huán)境造成了較大的影響。矸石的處置和綜合利用是保護環(huán)境的當(dāng)務(wù)之急，本文對邯邢礦區(qū)煤矸石樣品進行采樣，采集的樣品進行化驗分析，根據(jù)化驗結(jié)果對工作區(qū)煤矸石有益有害元素的類別及含量做出了評價，并提出矸石山的利用和治理方案。

關(guān)鍵詞：煤矸石；調(diào)查研究；利用

中圖分類號：TD849.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0192-02

煤礦矸石山是煤礦在煤炭開采加工過程中產(chǎn)生的固體廢棄物集中堆置形成，是煤礦最顯著的地面標(biāo)志之一，采煤時，煤矸石會被分離出來堆放在一邊，久而久之堆積成山，俗稱矸石山。矸石山的主要成分是煤矸石，煤矸石是采煤和洗煤過程中排放的固體廢棄物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤更堅硬的黑灰色巖石。河北省是產(chǎn)煤大省，邯邢地區(qū)是我國主要的煤炭生產(chǎn)基地，煤炭資源開采歷史悠久，現(xiàn)有冀中能源峰峰集團、邯礦集團、邢礦集團和井陘礦業(yè)集團，4個國有企業(yè)管理的煤礦將近50家，在煤炭開采過程中排放有大量的矸石，矸石堆積成山對礦區(qū)和周圍區(qū)域的環(huán)境造成了較大的影響。

隨著科學(xué)的發(fā)展和人們環(huán)境保護意識的提高，人們越來越深刻意識到到龐大的矸石山數(shù)量給生態(tài)環(huán)境帶來巨大的負面影響。因此對煤矸石的處置和綜合利用是保護環(huán)境的當(dāng)務(wù)之急。合理有效的綜合利用和治理矸石，使其變廢為寶將有益元素加以利用，對有害元素加以防治，從而實現(xiàn)社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益三個效益的統(tǒng)一。

根據(jù)礦井的位置、礦井的生產(chǎn)能力、主采煤層和煤質(zhì)情況，本次工作選取峰峰集團12個煤礦、邯礦集團6個煤礦、邢礦集團5個煤礦和井陘礦業(yè)集團1個煤礦，共計24個煤礦作為重點調(diào)查對象，對工作區(qū)內(nèi)24個重點煤礦的煤矸石化驗、煤矸石排放量、煤矸石堆積年代、煤礦基本概況等資料進行收集，采集邯邢地區(qū)24個重點煤礦矸石山的巖礦混合樣品，完成采集煤矸石樣品168件，對采集的樣品進行化驗分析，根據(jù)化驗結(jié)果對工作區(qū)煤矸石有益有害元素的類別及含量做出了評價，并提出矸石山的利用和治理方案。調(diào)查區(qū)煤礦分布見圖1。

矸石山的來源主要分為3種：（1）掘進矸石：井筒、井下車場及大巷和煤礦生產(chǎn)階段的運輸大巷等掘進排出的巖石，一般占煤礦排出矸石總量的60～70%，是矸石山物料的主要來源，在建井期及開采初期排出的矸石幾乎都是掘進矸石，通常稱為原矸石；（2）采煤矸石：采煤過程中從頂、底板和夾在煤層中的巖石夾層里所產(chǎn)生的矸石，其產(chǎn)量約占礦井矸石總量的10～30%；（3）洗煤矸石：煤炭洗選過程中分離出來的殘渣，它主要是煤層內(nèi)薄層夾矸及煤層偽頂、偽底等巖石，其一般占矸石總量的5%左右。

矸石山巖性成分：煤礦矸石山的巖石組成與煤礦地質(zhì)條件有關(guān)，也與采煤技術(shù)密切相關(guān)。本次調(diào)查區(qū)內(nèi)巖石組成變化范圍大，成分復(fù)雜，主要由泥巖（泥巖、炭質(zhì)泥巖）、粉砂巖（粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖）、砂巖類（細粒砂巖、中粒砂巖、粗粒砂巖）、石灰?guī)r（泥灰?guī)r、灰?guī)r）、煤粒等成分組成。

矸石山的堆積形式：邯邢地區(qū)煤礦矸石山的堆積地點受地形和地質(zhì)條件影響。堆積形式有山間開闊地堆積、老矸石山上堆積、溝谷地填筑、低洼地充填4種基本形式。矸石山形狀多為似圓錐形，單體高度最低23m（臨城煤業(yè)），最高的119m（孫莊礦）。堆積時間較長的矸石山風(fēng)化嚴重，植被、沖溝發(fā)育；新堆積矸石山表面有大量粒徑5cm～30cm的塊體，表面植被不發(fā)育，堆積物松散，常有較大塊體順坡滑落，坡角接近自然休止角。通常矸石天然休止角為35°～40°不等。新倒部位的坡度一般較大（40°～60°），穩(wěn)定性較差，局部存在滑坡垮落現(xiàn)象。

樣品的采集：在采集煤矸石樣品時采用了多點采集方法，在矸石山的山頂、山腰、山腳均勻分布采樣點，山腰和山腳的三個采樣點，基本呈等邊三角形分布。矸石山采樣點位置分布見圖2。山頂（1號點）巖石為礦井剛排棄的矸石，屬新鮮巖石；山腳（6號點）的巖石堆放時間較長，屬礦井早期排棄的矸石；山腰（3號點）部位的巖石介于兩者之間。山頂、山腰、山腳1、3、6三個點的矸石代表了礦井不同時期排放的巖石，具有一定的代表性。每座矸石山采集樣品7件，7個點體現(xiàn)了采樣點分布的均勻性。24座矸石山共采集矸石樣品168件，由于有的煤矸石堆放時間久遠，表面可能混合有其他雜質(zhì)，所以首先用不銹鋼鐵鍬清除矸石10～20cm風(fēng)氧化層，再進行取樣。

每座矸石山的山頂、山腰和山腳各選取一個樣品，如圖2所示的1、3、6三個點的巖樣；再選取山頂、山腰、山腳的混合樣品，如圖2所示的1、2、4、5、7五個點的巖樣，五個點樣品進行研磨混合，采用四分法選取其中一個做為混合樣品。每座矸石山共選取4個樣品作為測試化驗樣品。24重點煤礦共計96件，送往河北省地礦中心實驗室進行汞（Hg）、砷（As）、鈀（Pd）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鎘（Cd）、鎵（Ga）、錳（Mn）、鍺（Ge）、硒（Se）、錸（Re）、鉈（Tl）、硫（S）、鐵（Fe）等15種元素的含量檢測。

本次調(diào)查研究的15種元素分為有益元素和有害元素兩類。有益元素指環(huán)境危害性小，對動植物生長發(fā)育能產(chǎn)生有利或工業(yè)用途較廣的元素。此次測試的鈀（Pd）、鋅（Zn）、銅（Cu）、鎵（Ga）、錳（Mn）、鍺（Ge）、硒（Se）、錸（Re）、鐵（Fe）等9種元素為有益元素；有害元素指對人和生態(tài)有害的元素，此次測試的汞（Hg）、砷（As）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉈（Tl）、硫（S）等6種元素為有害元素。24座矸石山所含15種元素評價數(shù)據(jù)，均采用4個化驗樣品測試結(jié)果的品均值。

根據(jù)實驗室化驗結(jié)果統(tǒng)計后，結(jié)果如下：

有益元素分析：

（1）鈀（Pd）：砂礦床中鈀的邊界品位為0.125g/m3，工業(yè)品位為0.42g/m3。原生礦床中伴生礦床的品位要求為0.03g/t。通過對所采集樣品進行測試化驗，鈀含量最高的是梧桐莊礦，為37.65×10-9，最低的是臨城煤礦，為11.14×10-9。只有梧桐莊礦的含量介于伴生礦床和砂礦床的品位之間，其他23個煤礦的值都小于伴生礦床的品位要求值0.03g/t。所以梧桐莊礦鈀值得進一步研究。

（2）其余8種元素鋅（Zn）、銅（Cu）、鎵（Ga）、錳（Mn）、鍺（Ge）、硒（Se）、錸（Re）、鐵（Fe），本次調(diào)查的24個煤礦矸石山含量都較低，均未達到工業(yè)品位值。

有害元素分析：本次調(diào)查的24個煤礦矸石山中汞（Hg）、砷（As）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉈（Tl）、硫（S）元素均為達到工業(yè)品味值。

目前邯邢地區(qū)煤矸石主要應(yīng)用有：路基填料、制磚、制水泥、發(fā)電、井下充填。堅持了“因地制宜，積極利用”的指導(dǎo)思想，實行“誰排放，誰治理”、“誰利用，誰受益”的原則。值得注意的是梧桐莊礦矸石山屬低鈀礦石，對低鈀礦石的選礦的新方法、新技術(shù)、新工藝，有待我們作進一步的研究試驗。

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