我國煤矸石山綜合治理的探究

楊 濤

(華陽新材料科技集團有限公司節能環保部(綜合科)，山西 陽泉 045000)

引 言

隨著國家綜合國力的不斷提升，對煤礦資源的開采力度逐漸加大，中國一度成為全球最大的煤礦生產國和需求國。但由于煤礦為地層中的物質，在煤礦開采過程中，除了會提煉出較多優質煤炭外，也會產生較多的固體廢棄物，即為煤矸石。煤矸石已成為當前煤礦中的重要污染源之一。據不完全統計，所產生的煤矸石占整個煤礦開采量的10%以上，占比相對較大。由于煤矸石中含有低濃度的煤炭，一旦堆積放置于現場，將極容易發生自然現象，并釋放出的較大濃度的有毒氣體及粉塵，對周邊環境及人員身體健康構成嚴重危害，煤矸石的綜合治理已成為當前重要任務。為此，在分析煤矸石特點及堆積危害基礎上，開展了煤矸石自燃影響因素分析，提出了煤矸石綜合治理措施及再利用方向，這對煤礦企業加強對煤矸石的生態處理提供了指導作用。

1 煤矸石特點及堆積的危害分析

煤矸石是在煤礦掘進過程中，從頂板、底板及煤層夾層中產生的，以及在洗煤過程中也將產生較多的洗矸石，較多煤矸石的堆積，形成了較大面積的煤矸石山。由于煤矸石為固態混合物，包括砂石巖、碳酸鹽、鋁質巖等礦物質，包括煤炭、大量金屬(硅、鋁、鐵)、非金屬、少量放射性元素及有機物等成分，根據其物質狀態，可將其分為掘進矸石和洗煤矸石。煤矸石作為煤礦開采過程中所產生的不可避免的固體廢棄物，一般堆積在露天環境中，并長期與空氣和雨水進行接觸，長期的堆積形成了煤矸石山現狀。煤矸石在與空氣長期接觸過程中，將發生相關的氧化還原反應，當內部所釋放的能量及溫度聚集到一定程度時，會使煤矸石發生自燃現象，自燃時將釋放出一定濃度的SO2、CO、NO、H2S等氣體和廢水，氣體接排放至大氣環境中，給周邊空氣質量及人員的呼吸健康構成了嚴重威脅。

同時，所產生的廢水將直接浸入周邊土壤，對土壤質量及地表水造成水資源污染。另外，煤矸石的長期堆積，所形成的堆積傾角一般為40°，若礦區進行爆破振動或暴雨沖擊時，將可能引起煤矸石山的滑坡、泥石流、崩塌等事故，嚴重時也將引起地質災害。同時，矸石山將占有較大面積的土地，增加了煤礦企業的用地成本。所形成的煤矸石山也將對礦區的美觀造成重要影響。為此，采用科學的煤矸石治理方法，并對煤矸石進行資源再利用，成為當前研究的重點。

2 不同因素對煤矸石自燃影響

2.1 水份對煤矸石自燃的影響

水份是影響煤矸石自燃的重要因素。煤矸石在生產過程中將伴隨著一定濃度的水份，加上長期在露天堆積，外界的雨水也將浸入至煤矸石中，吸水后將與煤矸石中的化學元素及其他成份產生反應，釋放出一定的能量，煤矸石內部的溫度及濕度急劇升高。同時，煤矸石吸水會產生脫落、破碎等現象，增加了其自身的吸氧量，加劇了煤矸石的自燃可能性。因此，為有效防止煤矸石的自燃，可重點考慮煤矸石堆積時具有較好的防水性能及較好通風效果，加強對煤矸石山的日常巡檢。

2.2 硫鐵礦對自燃的影響分析

硫元素是影響煤矸石自燃的重要元素之一。煤矸石中含有硫鐵礦、單質硫、硫酸鹽及相關的有機巖等，硫的整體含量占了80%以上。由于含硫物質的燃燒點相對較低，遇到一定濃度氧氣時會發生氧化還原反應，加上煤矸石在露天存儲過程中所釋放的大量能量，加劇了含硫物質的自燃傾向。另外，化學反應時所產生的酸性物質及環境也加注了含硫物質的自燃。含硫物質的化學反應時引起煤矸石自燃的重要因素。

2.3 煤矸石粒徑對自燃的影響

由于煤矸石是由多種物質組成的一種混合物，其粒徑也各不相同。粒徑越大，煤矸石山的比表面積越大，內部所存儲的氧氣含量越高，在一定溫度及能量情況下，更容易使得煤矸石發生自燃現象；反之，煤矸石粒徑越小，發生自燃的可能性越小。因此，在實際的煤矸石山中會因不同區域的粒徑不同而出現某區域率先發生自燃現象，掌握各區域粒徑的分布情況，對煤矸石的的自燃防控具有重要指導作用。

3 煤矸石的綜合治理分析

3.1 煤矸石自燃治理

由于對煤矸石自燃后進行滅火相對較難，即使能實現滅火，也將消耗大量的資金成本和人工成本。因此，針對煤矸石自燃的綜合治理方面制定了較多的方法，包括了挖除火源法、注漿法、灑水法、控制燃燒法等，在實際煤矸石自燃治理過程中可根據燃燒的火勢、火源距離、火源分布情況等進行有針對性的選擇相應的控制措施。如：當火勢蔓延較大時，可采用灑水法進行滅火。同時由于煤矸石自燃后會釋放出大量的有毒氣體，威脅人員安全及周邊環境質量，也制定了微生物脫硫法、分層堆積法等，其中，微生物脫硫法具有效果較好、成本較低等優點，主要利用氧化亞鐵硫桿菌及氧化硫硫桿菌來去除硫鐵礦中的含硫物質。

3.2 攤鋪矸石治理法

在煤矸石堆積過程中，可按照30°的角度進行傾斜堆放，保證所堆積的煤矸石呈由上向下的堆散分布，保證煤矸石具有穩定的斜坡效果。同時，在煤矸石堆積區域每隔4 m～5 m區域設計一條公路，并與主干道公路進行有效連接，保證各類工程機械對煤矸石進行施工操作，最終，使得所形成的煤矸石山整體呈梯田狀結構布局。

3.3 擋護排水治理

在煤矸石堆積過程中，采用了上面堆積黃土的方法來解決煤矸石暴露于空氣中問題。但黃土在遇到暴雨的長期沖刷后，會在覆蓋層表面形成一條河溝，使得部分煤矸石裸露在空氣中，煤矸石一旦長時間裸露于空氣中，將使得其極容易發生自燃現象。因此，可在覆蓋黃土層基礎上，在煤矸石山上設計馬路及排水溝，形成傾斜的導流渠，保證雨水能迅速沖走。

3.4 生態恢復治理

針對煤矸石山的分布區域及地理環境特點，可選擇在其周邊栽種相應的植物植被，并在隔離層上覆蓋熟土，熟土厚度可考慮20 cm以上，熟土上種植易于成活的植物，保證植物根系能更好的成活。在植物選擇時，需選用耐干旱、耐地熱、抗污染、耐貧瘠等植物品種，如：在山西的常村煤礦中煤矸石周邊，可選用紫穗槐樹植物，北京的門頭煤礦可種植千頭椿、荊條等植物。另外，在周邊考慮園林工程建設，以提高整個區域生態景觀環境。

4 煤矸石的開發利用分析

為有效解決煤矸石山的堆積問題，需對煤矸石進行開發利用。據研究，煤矸石經過相關處理及與其他物質進行混合后，能直接應用至發電廠、部分建筑物的修建、建筑用材、生產肥料、填坑、土地恢復及其他高附加值領域。

5 結語

通過對煤矸石山的自燃影響因素分析及綜合治理，有效解決了煤礦開采中的污染物處理問題，煤矸石的自燃問題、周邊區域土壤中重金屬污染等問題也得到有效解決，避免了煤矸石中污染物對周邊環境的污染破壞，保證了人員的生命健康，生態環境得到有效恢復，保障了煤礦開采區域的作業安全。同時，對煤矸石的綜合治理也存在一些問題，需因地制宜的采用更加科學、經濟的措施來解決。將煤矸石應用至更多領域，實現煤矸石的多用途價值，也將是今后提高企業經濟效益的重要發展方向。該研究為煤矸石山的綜合治理提供了重要參考及指導。