煤矸石綜合利用應重視需求導向

周宏春

山西省煤矸石的環境影響

山西是我國的煤炭生產大省。有關資料顯示，1949年新中國成立至2018年底，山西累計生產原煤190億噸，接近全國800億噸產量的1/4；外運量超過120億噸，占全國外運量的70%。采煤就會產生煤矸石，盡管產生的途徑、煤矸石的成分、分布規律等難以“一概而論”。煤矸石產生量約為煤炭產量的10%至15%，個別煤種或個別地區能到達20%以上。山西長期高強度的煤炭開采，導致堆存了大量煤矸石；由于統計口徑原因，各種研究報告得出的數量并不一致。

本人曾于2002年在國務院發展研究中心發過一篇調研報告《推進煤矸石綜合利用的對策建議》，其后在《中國煤炭》雜志第8期公開發表了這篇文章，其中涉及煤矸石的環境影響及其綜合利用。現在看來，煤矸石影響環境的方式和類型并沒有多少變，但影響規模、影響范圍等發生了較大變化；對山西省而言，煤矸石堆放對環境的影響亦然。煤矸石，在一些煤炭產區、特別是我國的西北地區用“堆積如山”來形容恰如其分。筆者曾在華北地區調研過煤矸石山。煤矸石對生態環境的影響，包括原生的，即煤矸石堆放在地表產生的環境影響和次生的，即煤矸石利用產生的“二次污染”，并簡述如下：

自燃。人們常常在煤礦附近見到白天冒白煙、晚上有火光的山包，那就是煤矸石山自燃所產生的現象。煤矸石中含有硫化鐵等物質，被空氣氧化時會不斷釋放熱量，熱量逐漸積累導致溫度升高。當溫度達到煤的燃點（一般為360攝氏度）時，矸石中的殘煤、碳質泥巖和廢木材等可燃物便會自燃；一座矸石山自燃可長達十余年乃至幾十年。我國各種所有制的煤礦均有大大小小的矸石山，大約1/3的矸石山發生過自燃現象。煤矸石自燃，不僅浪費了寶貴的資源，所排放的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及煙塵等，還嚴重污染大氣環境，甚至危害礦區人民的身體健康。當然，自燃的總體環境影響也很難進行定量評價。

對生態環境的破壞及土地占用。煤矸石自燃排放的各種有害氣體，不僅降低周圍的空氣質量，對礦區的生態環境造成嚴重危害，還會影響礦區居民的身體健康，有毒氣體甚至造成人員窒息死亡。矸石堆放不僅埋壓或破壞原有地貌和植被，排放的粉塵、自燃排放的有毒物質還會對植物生長產生影響，具體表現在植物生長緩慢、生長量降低，草地植被種類減少、病蟲害增多等。

矸石淋溶水污染。煤矸石受到降雨噴淋或長期處于浸漬狀態，矸石中的粉塵會成為水中懸浮物，有害成分溶解后進入水體、土壤，造成水環境和土壤的污染。例如，當酸性較強的淋溶水進入水體時，會對生物產生很強的沖擊力，能消滅或抑制水中微生物的生長，妨礙水體自凈。煤矸石中除含有二氧化硅、三氧化二鋁以及鐵、錳等常量元素之外，還有其他痕量元素，如鉛、鉻、汞、砷、鎘等，而這些多為有毒重金屬元素，進入水體或滲入土壤后，會嚴重污染土壤或水環境，危害農作物和水產養殖業。

滑坡等災害。以往，煤矸石堆大多具有坡度陡、結構松散、防范措施少的特點。如果堆放時的自然穩定坡角（能保持自然穩定狀態的最大角度）為38度至40度；如堆積過高、坡度過大或受人為開挖、爆炸或暴雨侵蝕，容易形成坍塌、滑坡、泥石流等災害。另外，在尾礦和矸石堆中含有許多有害物質，隨風吹散會影響群眾的身體健康。

次生污染主要由矸石電廠生產中排放的污染物引起。雖然各地一直將煤矸石電廠的脫硫除塵、減少“二次污染”作為環境保護的重點，并取得不小進展，但二次污染依然存在。主要原因有：一是煤矸石中的硫含量高。我國高硫煤產量接近全國煤炭總產量的1/5，主要分布在中南和西南礦區。作為燃料的矸石又主要是洗煤廠的廢物，硫分更富集，增加了電廠脫硫的技術難度。二是技術、裝備不過關。由于沒有適合的高效煙氣脫硫設備，雖然電廠采取了諸如建立回收車間、石灰石爐內脫硫、石灰水煙道脫硫等措施，一些電廠投入大量資金進行設備改造，但仍出現達不到環保標準的情形。三是沒有按照規章制度經營管理。一些電廠雖然采取了措施，但因運行成本高，環保設施并不正常運行；或有人檢查時運行，大多數時間不運行，其結果是電廠排放的二氧化硫和煙塵等超過國家環境標準的情形時有出現。

因此，治理恢復已有矸石山、高效處置新排矸石，開展煤矸石的綜合利用，成為煤炭企業可持續發展必須解決的難題。

山西煤矸石綜合利用的主要實踐

2006年，山西省成為“國家煤炭工業可持續發展政策”的試點省，煤矸石治理成為“加強產煤地區生態環境綜合治理”的重要內容。通過大力發展循環經濟，山西省許多地市在煤矸石資源綜合利用方面的成效顯著，“變害為利、變廢為寶”的途徑越來越多。山西煤矸石綜合利用是全國的一個縮影。

從20世紀50至60年代開始，我國對煤矸石的綜合利用進行了大量研究，主要利用方式為發電、制磚、充填、復墾和筑路材料等。有關資料表明，煤矸石不僅具有豐富的化學和礦物組成，如鋁、硅、碳、鐵、鈣、磷、鎂、鈉等，還含有多種礦物質，如高嶺石、伊利石、白云母、黃鐵礦、石英、長石、石灰石、鋁土礦等。因此，綜合利用煤矸石制備鋁鹽（高鋁粉煤灰提鋁）、分子篩、白炭黑、肥料等方面的研究陸續增多。

煤矸石綜合利用，不僅可以減少土地占用（煤矸石建材替代粘土磚還可以減少對耕地破壞），用做塌陷區充填或回填材料，可以使因采煤塌陷的土地得到復墾；對于保護我國十分珍貴的土地資源，從源頭上減輕礦區的大氣污染和地下水污染，意義十分重大。煤矸石綜合利用不僅可以變廢為寶，也有助于改變煤炭的“骯臟”形象。一些地方煤礦圍繞煤矸石綜合利用，形成“石頭變磚頭，磚頭砌高樓”，“制磚不用土，燒磚不用煤”等產業，或延長了原有產業鏈，形成了煤炭生產的良性循環。

煤矸石發電

山西煤矸石的碳質含量較高，約10%至40%，可用于發電。煤矸石發電技術成熟、可靠，發電經濟效益較好。2002年，山西省第一家煤矸石發電廠建成運行，年消耗煤矸石40萬噸；隨后，侯馬、左權、陽泉、長治、朔州等地也建成矸石發電廠。2012年，朔州煤矸石發電公司《300MW純矸石CFB發電機組資源綜合利用關鍵技術集成與示范》被專家鑒定為國內領先水平。一般地，在交通、地理位置、原料來源等條件相對適宜的情況下，發展煤矸石發電+建材制造一體化，才能充分利用煤矸石中的熱量發電，并利用發電后排出的廢渣，以降低二次污染，達到更高的經濟效益和環境效益。

煤矸石制建材產品

有關分析表明，山西省煤矸石的主要成分是粘土礦物，符合制磚要求，因而成為新型建材的主要原料。煤矸石還可用來燒制水泥，燒制過程中不僅不產生灰渣，還能將燒鍋爐的煤矸石渣用作水泥的摻合料，既充分利用了煤矸石、煤矸石渣，又生產了水泥。煤矸石制備建材產品工藝技術成熟，但受限于運輸半徑等問題，建材生產規模及經濟效益均受到影響。

充填開采與填溝造地

煤矸石充填開采和復墾造地工藝均較為成熟。煤矸石井下填埋工藝分為兩類，對新建礦井，建井期間煤矸石主要用于場地建設，后期礦井投產后，煤矸石可用于井下充填。對改擴建礦井，煤矸石可實現不出井，用于井下填埋。煤矸石填溝造地工藝，是解決大宗煤矸石的利用方式，特別適用于人均土地較少的溝谷地區。2016年10月20日，山西省出臺地方標準《粉煤灰與煤矸石混合生態填充技術規范》（DB14/ T1217--2016），以規范露天礦坑、溝壑填充和生態恢復的具體實踐。

利用煤矸石進行填溝造地是一種生態修復技術，可以明顯改善生態環境質量。按照宜農則農、宜林則林、技術合理、經濟可行的原則，利用煤矸石進行土地復墾。例如，山西焦煤集團西山煤電礦區，按照填溝造地、綠化美化的思路，采取“自下而上、分層碾壓、黃土覆蓋”方式，每年填溝造地近千畝，在治理后的矸石山上先后建設公園、采摘園和種植園。同煤浙能麻家梁煤業公司建立了一套科學的煤矸石填溝造地治污、土地復墾綜合利用方案，通過覆土復墾為林地和耕地，可恢復造林面積與耕地面積千余畝，完善截水溝、輸水渠、集水井、攔干壩等配套工程。

植被恢復

長治王莊煤業底山村矸石治理，先將矸石滅火、碾壓、封閉隔離后，再覆蓋黃土、營養層，最后進行植被恢復、植被養護。隨著植物生長，逐漸進行花、草、灌木叢、喬木等植物的自然演替，讓矸石山披上了“綠裝”。長治王莊煤業矸石治理的最新技術和工藝，獲得7項國家發明專利技術：封閉隔離技術、抗侵蝕植被恢復技術、植被養護技術、半柔性快速排水技術、營養土構建技術、排矸道路抑塵技術、在用矸石堆場防塵防滲濾液覆蓋技術。

2016年，忻州窯礦打響了一場全員重視、全程投入、全域治理的環境保護攻堅戰，按照“重塑地貌、恢復植被”治理主線，對矸石等廢物分布、數量、土地占用、水土流失、土壤破壞現狀以及礦山環境治理前期效果等進行調查評估，按照“平面造地，立面造綠、梯次種植”的思路，并采用“自下而上、推平堆積、分層碾壓、黃土覆蓋”方法，有重點、分層次對矸石場區進行綠化、硬化和美化，先后栽種了丁香、山杏、云杉、金葉梅、紫葉矮櫻等草本植物；還采用防滲漏和植生袋相結合的技術，植入護坡草籽等坡面植被群落。利用凈化后的礦井水，灌溉花草樹木，既有效利用了礦井水，又保證了樹木的成活率。

從同煤集團忻州窯礦北山坡觀景臺向下俯瞰，自然起伏的梯形設計，錯落有致的植物群落，儼然一幅滿眼蒼翠、草長鶯飛的優美畫卷。誰曾想，這座點上成蔭、線上成景、面上成林的公園，原是一座占地17萬平方米、堆放約366萬噸煤矸石的矸石山。這座矸石山是忻州煤礦于1984年投入使用，是大同地區面積最大的矸石山之一。經過同煤集團堅持不懈的動態治理，已改造成綠化群帶、文化廣場遙相呼應的人文景觀。

永定莊煤業公司，也對矸石山進行分層覆蓋、碾壓，采用防滲漏與植生袋相結合的先進技術，達到了綠化、美化、觀賞、經濟效益為一體的治理效果。在水土保持、生態觀光、經濟發展幾大區域的功能劃定后，永定莊煤業公司還修建了110米的登山路，鋪設了2000米的澆灌管線，設計修建了風格各異的廊橋、涼亭等。在礦工家屬眼中臟亂荒涼了60多年的矸石山一去不返，取而代之的是滿目的蒼翠和宜人的美景。

設立產業園區

山西柳林縣成立了“山西柳林煤矸石綜合利用產業示范園區管理委員會”，負責園區建設，目標是從低熱值煤矸石中提取鋁、硅系列產品及能源利用，余渣制成各種建材產品，實現煤矸石資源、能源就地加工轉化和循環利用，形成以“高鋁煤矸石—氧化鋁—電解鋁—鋁鎂合金型材為鏈條的鋁材產業及裝備制造業”、“高鋁煤矸石—蒸汽—發電為鏈條的能源綜合利用”和“高鋁煤矸石—高鋁粉煤灰—硅酸鈣、白炭黑、陶瓷纖維等為鏈條的高端硅產業”為主導的新型化能源資源綜合利用工業示范園區，為煤矸石綜合利用構建一套低碳、環保、高效的產業循環體系，實現“以煤為基、多元發展”轉型發展，促進山西乃至全國相關產業的健康、可持續發展。

朔州市建成4個初具規模的循環工業園區。朔州市固廢綜合利用工業園區，是全國最大的粉煤灰綜合利用產業集聚區。朔州市山陰縣的中煤集團山西華昱能源有限公司循環經濟園區，其煤矸石發電廠、硅錳合金廠、磚廠和水泥廠，全部利用煤矸石和電廠的粉煤灰、灰渣等廢料，生產市場暢銷的新型建材。忻州煤礦和永定莊煤業公司對矸石山的成功治理，也為同等條件下其他煤礦的矸石山科學治理提供了切實可行的借鑒經驗。

曾經污染環境的“禍害”，如今在山西省各地漸成“香餑餑”。煤炭生產—煤炭洗選—燃煤和煤矸石發電—固廢用于生產水泥和新型材料，已經成為成熟的循環經濟發展模式。在山陰縣的中煤集團山西華昱能源有限公司循環經濟園區內的某企業，粉煤灰從這頭進入機器，從機器那頭就“吐出”碳金板材。該公司依靠技術創新，一舉突破粉煤灰在建材領域粗放利用的長期徘徊局面，變廢為寶，獲得國家發明專利。

促進山西煤矸石綜合利用的對策建議

在充分肯定山西省煤矸石綜合利用取得成績的同時，也應當看到，仍有大量煤矸石、粉煤灰沒有得到充分利用。為此建議：

堅持生態優先、綠色發展。山西省未來仍可能新建、改擴建煤礦項目。新建、改擴建煤礦項目，應包含煤矸石綜合利用配套子項目或建設內容。對此，政府應嚴格把關，在這些項目建設初期，應進行科學論證，要求企業配套煤矸石綜合利用生產線，加大對煤矸石利用技術的開發力度，在企業快速發展的同時承擔社會責任，促進企業和地方的和諧發展。

落實生產者責任延伸制度。隨著山西煤矸石堆存量的增長，面臨的資源問題、環境問題非常嚴峻。為此，應借鑒發達國家成功經驗，結合當地實際，盡快完善以生產者責任延伸的法律制度，建立煤矸石處理和綜合利用體系，加大環保、稅收綜合執法力度，倒逼企業提高煤矸石、粉煤灰綜合利用率。推進煤矸石生產、流通、消費環節循環經濟發展，切實改善生態環境質量，并為子孫后代留下資源和發展空間。

加大對煤矸石綜合利用的政策支持和技術引導。作為全國重要的能源基地，要構建現代能源體系，推動煤炭產業供給側結構性改革，化解過剩產能，提升優質產能；加快區域現代能源產業發展布局；推進能源科技創新，增強能源產業競爭力；構建智慧綜合能源系統，提高能源系統效率；推進能源體制革命、機制創新。鼓勵對煤矸石中有用元素有針對性地進行技術研發，擴展煤矸石在新型建筑材料、新型化工產品及其他領域的應用，切實提升煤矸石利用的技術水平。

以市場為導向開發綜合利用新產品。加大煤矸石、粉煤灰治理和綜合利用技術推廣力度，有效減少煤矸石、粉煤灰堆存量。細化綜合利用分階段發展規劃，多措并舉支持煤矸石、粉煤灰產業健康發展；成立煤矸石、粉煤灰綜合利用省級專項基金，建立以4A沸石技術專利為核心的“山西省沸石應用技術研究中心”等，提高煤矸石綜合利用產品的技術含量和附加值，實現綜合利用產業的高質量發展。

建立山西省煤矸石綜合利用信息網絡平臺。然后，再建立山西省煤矸石綜合利用基礎數據庫和網絡信息平臺，有效發布產品推廣和技術轉讓等信息，實現信息和資源共享，促進資金、客戶、物資與技術的整合優化。加快科技人才培養。充分發揮信息平臺的網絡輿論效應，大力宣傳煤矸石綜合利用成效突出的優秀企業，促進對其先進經驗和先進技術的學習和推廣；打造煤矸石綜合利用項目品牌，吸引省外以及國際知名企業來晉投資合作，以盡可能解決煤矸石堆存引發的環境影響。