煤礦開采固體廢棄物對環境的損壞及治理方法

楊振華

（晉能控股煤業集團雁崖煤業大同有限公司，山西 大同 037000）

引言

中國的煤炭資源較為豐富，一次能源結構中煤炭資源占據了70%之上，而煤炭又為我國提供了發電能源、化工能源等。據不完全數據統計，在2018 年我國生產煤炭達到了36.8 億噸，2020 年達到了39 億噸，而煤炭資源將成為我國長期發展并注重的一大能源。在煤礦生產工作中很容易產生大量的廢棄物，尤其是開采、加工生成的煤矸石廢棄物，其在煤炭生產總量中占據了15%，也是我國排放量最大的廢棄物。近些年，社會經濟的發展使得人們對電力有了更大的使用需求，而煤炭企業也開始注重對煤電方面的投資。隨著煤電生產的開展，會形成大量的粉煤灰固體廢棄物，這些廢棄物的出現不但破壞了我國生態環境，還影響了煤炭行業的健康、持續發展。

1 固體廢棄物的種類與對環境的危害

固體廢棄物指的是人類生產、生活產生的沒有任何使用價值而廢棄的物質，這些物質可分為固態與半固態兩種形式。在現實生活中固體廢棄物會隨著雨水、地表的滲透而污染土壤環境以及地下水，這對人們的身體健康有著極大的危害。同時在飛塵等作用下也會發生化學反應，進而生成污染空氣的有害氣體。除此之外，對固體廢棄物的處理，如填埋以及堆放等都會占用耕地面積，也會造成大量的土地資源被浪費。如表1 所示為常見的固體廢棄物的處理技術。圖1 所示為環境污染問題的特點。

表1 固體廢棄物處理技術

圖1 環境污染問題特點

2 煤礦固體廢棄物煤矸石的成分特性

煤矸石是一種由諸多礦物混合而成的沉積巖，其中包括蒙脫石、石灰石、石英等諸多成分。就目前來看，煤矸石包括了很多類別，如黏土巖以及鋁質巖等，而一些礦區的煤矸石還蘊含很多金屬鹽類。通過大量實驗發現，煤矸石鹽類可溶于水，其中涵蓋了氧化硅、硫化鐵這類化學物質，而且高溫煅燒煤矸石還可激發其表面活性。

3 煤矸石污染的路徑

在露天環境下煤矸石的長期堆放會形成一定規模的矸石山，其中存在的大部分有害物質會通過大氣、土壤以及地下水而引起環境污染問題，進而借助這些環境介質進入到人的身體，受此影響，人們的身體健康會受到很大的威脅。如圖2 所示便是煤矸石進入環境并危害人類的傳播路徑。

圖2 煤矸石污染傳播路徑

4 煤矸石堆積造成的環境損壞

4.1 占用了大量的耕地資源

地球每形成1 cm 土壤都要經過數百年的發展，所以土壤屬于不可再生資源。中國地大物博，資源豐富，但在耕地資源上極為緊缺，人均耕地僅有1.4 畝左右，不及世界人均量的50%。如今，隨著煤矸石的發展、堆積，其已浪費了大量的土地資源，并且浪費趨勢也在逐漸增長。據不完全數據統計，2020 年我國已有1 700 座矸石山并占用了20 余萬畝耕地，隨著工業化發展的加快，矸石山數量不斷增加，對耕地資源的占用率也大幅提升。尤其是在我國中部以及東部礦區，矸石山大多堆放在耕種土地上，如平煤集團統計煤矸石平均占地42 畝/百萬噸，由此可見，煤矸石的排放與堆積為我國生態以及社會經濟帶來了很大的問題。

4.2 對水資源以及土壤造成了很大的污染

由于矸石山長年裸露在空氣中，隨著雨水的沖刷以及陽光的暴曬，煤矸石會產生很多可溶性顆粒，在雨水、地表徑流的影響下會流進湖泊。而且受大風的影響揚塵還會帶走有害物質并流入地下水，通過滲流也會進入土壤，而水中的pH 值也會超過3，期間又摻雜很多鎂離子、鉀離子以及鉛、鉻等重金屬離子，這在很大程度上都會造成區域地表水、地下水的污染問題。以山西某一礦區為例，煤矸石山自燃之后導致山下一山泉積水池失去了引用效用，不僅泉水的顏色發生了變化，還導致生物絕跡。而煤矸石山附近還有村莊，據了解，該村共有160 戶640 人，其中有20 人患有癌癥，包括肺癌、腸癌、骨癌等，而肺癌所占比例較大。與此同時，矸石山經過長年的淋濾作用，其中存在的各種元素會不斷轉移到地表，隨著土壤的吸附會聚集在表土層，再加上土壤這一生態系統包括了很多細菌、真菌，有害物質在流入土壤后會殺滅土壤中的微生物，從而降低了土壤的腐解能力，而土壤的肥力也大大削弱，甚至完全喪失[1]。由此可見，煤矸石山的堆積不僅會破壞生態環境，影響植物的生存、生長，還會大大降低土地的生產力，這不論是對社會的發展還是人們的生活，都有著十分不利的影響。

4.3 對大氣環境造成污染

煤矸石存在很多固體微粒懸浮物以及有害氣體，這都會對大氣環境造成嚴重的污染。煤矸石在經過一年時間堆積后，會形成10 cm 厚度的風化層，隨著風化程度的加深，風化層會不斷變薄。據了解，風力在達到4 級或4 級之上時，矸石山上會剝離出直徑在1 cm左右的粉塵，這些粉塵會進入到大氣環境中，飄揚高度也會達到50 m 以上，這在很大程度上都會造成礦區的大氣污染。不論是矸石山的自燃還是發電，都會產生氨氣、二氧化硫以及一氧化碳等有害氣體，這些氣體進入大氣層中會造成嚴重的大氣污染。比如山西省某城市因煤矸石自燃生成了大量的二氧化硫氣體，一天可達到30 噸，隨著礦區大氣污染問題的加劇，周邊的很多人們都出現了慢性氣管炎，甚至導致農民莊稼出現了減產情況。

4.4 其他危害

如今，煤矸石隨著煤炭工業的發展不斷增多，這也大大增加了煤矸石山滑坡的危害，尤其是在矸石山自燃的情況下很容易出現滑坡崩塌等問題，這不僅會影響生態環境，還會對周邊人們的生活以及礦區交通產生不利的影響。據了解，國外就曾受矸石山滑坡影響導致山下一小學出現了傷亡情況。

5 矸石山的治理與利用

5.1 利用矸石發展注漿技術

煤矸石擁有火山灰活性，在特定條件下能被激活并應用于工程注漿，通過把松散的巖層膠凝結成一整體，再利用漿液、巖土等結構體的作用便能將巖層的物理力學性能全面優化，在此背景下也能形成具有較強防水性與化學性的結石體[2]。不僅如此，借助煤矸石這一材料進行注漿，不但能減少巖層移動與破壞量，還能實現地面的減沉控制，這在很大程度上都有利于我國很多工程項目的開展。

5.2 用作道路工程施工建設

道路工程的施工對煤矸石的質量、類別沒有過高要求，對有害成分的含量也沒有過多限制。通過將煤矸石運用到道路工程建設中不僅耗渣量龐大，而且無需開展特殊處理，而隨著煤炭工業廢棄物的運用，對于生態環境的污染、損壞程度也能大幅度減輕。

6 固體廢棄物水資源污染的治理對策

6.1 生物應對措施

依據生物種類劃分，可采用好氧堆肥化以及厭氧發酵等方法進行處理。其中好氧堆肥化的處理方法常被運用到固體廢棄物轉化成有機營養原液工作中，借助生物分子的有機分解便可實現廢棄物向無機污染物方向的轉化，同時也能治理廢棄物對水資源造成的污染。而厭氧發酵主要運用于固體廢棄物的微生物處理工作中。不管是采用哪種污染治理措施，技術人員都要結合實際情況合理采用處理方法，這樣治理工作的質量、效率才能大幅提高。

6.2 物理處理對策

目前，我國對水資源的治理常會使用到物理處理方法，即技術人員在發現會對水資源產生污染的固體廢棄物時，采用碾壓等方法對廢棄物進行拆解，利用現代設備或人力形式破碎固體廢棄物，將廢棄物原有的物理分子構成形式轉變，這樣便可降低廢棄物對水資源的污染程度[3]。不僅如此，相較于生物以及化學治理方法，物理治理手段花費的成本最小，破碎分解工作的落實還降低了信息技術的應用要求，所以工作人員能否精準判斷固體廢棄物對水資源的污染便變得十分重要。

7 結語

隨著可持續發展理念的落實，國家環保管理機構要遵循生態治理原則，將水資源以及大氣環境的污染程度最大限度降低，只有這樣，社會經濟持續發展的過程中，生態環境也能得到全面、有效的建設，而人們的生活品質才能得到有效的保障。針對水資源污染問題，因工業生產、日常生活會產生大量的廢棄物，對水資源也有著嚴重的污染，所以在日常工作的過程中，環保技術人員必須全面了解固體廢棄物對水資源、耕地資源以及大氣環境產生的危害，結合具體情況合理制定應對措施，這樣才能確保環保治理工作順利、有序的開展。此外，煤礦固體廢棄物煤矸石的堆積會對生態環境、社會發展產生極大的影響，工作人員也要采用有效方法加大對煤矸石的應用力度，將其造成的危害程度大幅減輕。