煤礦固體廢棄物的危害與環保治理技術分析

秦金旺

（山西煤炭運銷集團小窯頭煤業有限公司，山西 大同 037001）

0 引言

在經濟快速發展的時代背景下，煤炭的開采量持續增長，而在煤炭開采的作業環節中，會產生大量的工程廢石和煤矸石，統稱煤礦固體廢棄物。煤礦固體廢棄物如果得不到規范治理和綜合利用，會對人類的生存環境造成嚴重破壞，因此，煤礦固體廢棄物資源化綜合利用，對煤礦固體廢棄物污染與環境保護、環境治理之間存在的矛盾問題，推進社會、經濟和環境之間的協調發展、可持續發展有著重要意義。

1 煤礦固體廢棄物的來源

煤礦固體廢棄物是開采礦山活動和選礦加工活動中所產生的尾礦廢棄物，以及該過程中形成的廢石，廢石主要是以煤矸石為主，具體指的是比煤堅硬的黑灰色巖石，在煤礦中是無用的，伴生于煤層，含碳量較低。煤矸石作為固體廢棄物，同樣也是能夠投入到這次利用中的資源，其發熱量達到3 349～6 280 J/g，成分中包含嗯硅、鋁、鈣、鎂、鐵的氧化物[1]。

2 煤礦固體廢棄物的危害

煤礦固體廢棄物所造成的負面影響和危害，體現在多個層面，包括土地資源被大量占用，地貌、植被受到破壞，森林環境遭受威脅，引起了水土流失的問題，其中存在著一系列的地質災害風險，例如泥石流、滑坡、山體崩塌等，區域生態環境受到嚴重污染。

大量的煤礦固體廢棄物露天堆積會造成大面積土地資源被占用，進一步加劇我國的土地資源供需矛盾。礦山廢棄物中含有大量的有毒有害礦物質，如重金屬元素及一些放射性的物質。經過長時間的風化和雨水沖刷等自然環境的作用下，有的有毒有害化學物質會滲透到土壤、地下水和地表水中，造成土壤、水體重金屬超標。煤矸石容易引發煤矸石自燃的現象，因為在煤矸石中含有硫鐵礦、煤粉等物質，會釋放有害氣體，例如二氧化硫、一氧化碳，對大氣環境造成了嚴重的污染。而環境介質中有毒有害化學物質直接或間接會進入人體，威脅到人們的健康安全，對人類健康造成危害[2]。

煤礦固體廢棄物隨意堆放，引起了嚴重的環境問題，威脅社會民眾的安全，也會造成重大的遺留隱患，必須從環保的角度盡快解決和治理。

3 煤礦固體廢棄物的環保治理技術要點

3.1 固體廢棄物堆置處理技術

目前我國的煤礦企業在發展過程中，針對生產活動產生的固體廢棄物，通常采取堆置處理技術，堆置處理技術具體采取的方法是設置一個專門的場地，進行固體廢棄物的堆積、存放。要由專業的技術人才，對場地環境進行詳細、周密的調研，通過了解當地的大氣、水文情況和堆置場地的地形地震等信息，進行可行性研究分析，判斷堆置場地位置的合理性、可行性。堆存固體廢棄物時，應采取由下向上的方式，實施分層碾壓，沿荒溝自下而上，從底部分層進行回填作業，逐漸向上。排放過程中，根據標高的上升位置，建造臺階，每升高5～10 m，劃分一層臺階，進行后續的推平壓實作業，使用推土機進行一邊填充一邊壓實，完成了壓實處理后，要噴灑石灰水，將黃土覆蓋起來。

為防止出現自燃和滑坡，應設計邊坡角度，確保安全性和穩定性，利用分層次施工的方式將覆土壓實，保證覆土的厚度高于0.5 m，注重平整處理和覆土處理，選擇植物的過程中，要結合環境的適應性因素和景觀的相似性因素進行考量，實現綠化修復的目標。矸石山堆存示意圖，如圖1 所示。

圖1 矸石山堆存示意圖

在煤礦固體廢棄物處置方法中，堆置處理技術較為常用，使用堆置處理技術可以降低地表水負荷，不需要處理大量溶解固體，泥石砂的負荷較小，而且規避了地表水水質污染的風險等優點[3]。因為固體廢棄物排放會對水體產生直接的浸濾作用和影響，利用堆置處理技術，可以有效地防范此類問題。不過選擇堆置廢棄物的地點要求也較高，要由地質勘測人員對附近的水文、地形、大氣、地震等信息進行采集，做好全面調研，選擇準確的堆置地點。堆存尾礦的地點有著更為嚴格的要求，例如尾礦堆置場地要求基礎材料要有足夠的強度和較強的不透水性[4]。

3.2 資源化利用技術

在煤礦資源開采過程中，必然會產生一定數量的固體廢棄物，會引發環境的污染，但是在該材料的研究中，其也有可能被運用到二次利用中，成為寶貴的可再生利用資源。因此，有必要采用先進技術對固體廢棄物進行資源化利用，變廢為寶。固體廢棄物資源化采取回收加工的方式，對已經形成的廢棄物進行再次充分利用，使其成為可以回收的產品，提高利用價值，固體廢棄物資源化技術主要是在回收能源為主理念下，借助熱化學分解技術對固體廢棄物（主要是煤矸石），進行處理。

熱化學分解技術應用過程中，通過高溫氧化的過程，將固體廢棄物分解，使其轉化成無害物質或有用的物質，該過程中，要注重熱能的回收，主要技術有焚燒、熱解、濕式氧化法等。

煤礦開采過程產生的固體廢棄物主要是煤矸石，可以將低揮發份、低熱值的煤矸石送到電廠，通過熱化學分解的焚燒技術，回收利用燃燒產生的熱能，可大幅度減少煤矸石的體積，徹底消除有毒有害物質。

煤礦產生的煤矸石直接作為原輔材料使用的綜合利用技術應用更是不勝枚舉。大部分的煤矸石可用作礦山井下采空回填材料，使填充成本大幅度降低，同時可以達到處理大量煤矸石、改善采煤工作面安全狀況、減輕地表塌陷和杜絕內因火災等多個目標。無毒無害的煤矸石可以用于鋪路、填坑造地和建筑材料骨料。輕金屬的煤矸石可以作為原材料用于生產普通硅酸鹽水泥，也可以將其投入到無熟料水泥的生產中，用于建材工業，可以利用該材料生產空心砌塊、加氣混凝土，以及多種類型的保溫材料，應用到化學工業中，則可以用于生產硫酸鋁、結晶氯化鋁。

借鑒國內外先進技術經驗，用煤矸石作為原料，可以生產一種輕質、堅硬、具有明顯蜂窩狀的人造輕質骨料—陶粒，利用陶粒對水及養料的吸收性能，可用于土壤改良、蔬菜栽培、園林綠化和無土栽培中，可以起到保水、透氣、保肥，長久保持土壤疏松、防止泥土板結及疏水性良好等效果。

以上都是直接將煤矸石作為原輔材料進行綜合利用，實現了煤礦固體廢棄物資源的合理化利用。既提高對煤礦固體廢棄物資源的利用率，又大幅度降低了生產成本，既避免了資源浪費，降低了環境污染的風險，又創造了更高的經濟效益，很好的實現了固體廢棄物資源化利用、變廢為寶的目標。利用煤矸石加工井下填充骨料工藝流程圖，如圖2 所示。

圖2 利用煤矸石加工井下填充骨料工藝流程圖

3.3 生態環境修復技術

大部分的煤礦固體廢棄物處理都采取了堆置處理技術，但使用堆置處理后，如果不進行妥善的無害化處理和后續的生態修復，大面積填埋場的土地仍是無法利用的廢地，還是會對環境造成二次污染。因此利用生態環境修復技術實現填埋場植被生態系統的穩定、自維持，提高區域環境質量，成為了當前煤礦固體廢棄物治理中的重要研究方向。

自然生態環境的恢復是一個相當緩慢的過程，加之矸石山填埋場表面酸度過大、含鹽量高、表面溫度過高等極端惡劣立地條件，因此，生態恢復與重建應選擇耐干旱、耐高溫、耐貧瘩、生長快、根系發達的草本或者灌木，利用多層次混交的方式，快速恢復自然生態環境，達到重建的目的。進行種植活動的過程中，要結合煤矸石山的具體情況進行施肥，使用微生物肥，促進植物的快速生長，改善立地條件。秋整春種是綠化的主要時間段。因為該方式促進了蓄水保秧，大幅度地提高了造林成活的幾率，選擇種植方式時，要結合植物的種類，選用差異化的方法進行種植。例如。使用少量的配土栽植的方法種植落葉喬木、灌木，采取土球移植的方法，對常綠樹種進行合理的布局安排，提高種植質量[5]。

3.4 粉煤灰綜合利用技術

粉煤灰的綜合利用是對固體廢棄物危害進行防治、加強環保治理的一種有效方法，粉煤灰作為原輔材料，可以用于粉煤灰水泥、粉煤灰磚、粉煤灰硅酸鹽砌塊等建筑材料的制造，還可用作農業生產中，作為肥料和土壤改良劑。

粉煤灰與黏土和其他工業廢棄物相結合，經過處理加工之后，可以制作成粉煤灰磚，粉煤灰磚可以作為墻體填充材料，既降低了建筑成本，又實現了粉煤灰資源化利用。

粉煤灰還可以用于生產和制作粉煤灰陶粒，粉煤灰陶粒密度小、質輕，用于建筑材料，可以減輕高層建筑和大跨度構建的自重，降低建筑對地基的壓力，為建筑的高層化創造了條件；粉煤灰陶粒孔隙多，具有吸音、保溫、隔熱的功效，用其建造的建筑不但隔音效果好，而且還節能環保。

在工業生產中，使用粉煤灰可以進行原材料的制作，例如水泥、混凝土，粉煤灰中含有二氧化硅和氧化鋁，在水泥生產中可以代替黏土的部分進行生產制造活動，包括低密度油井水泥、硅酸三鈣水泥等。在混凝土的生產中，使用粉煤灰可以制造鋼包保溫材料、海工混凝土摻合料，用于我國的建筑產業發展，促使建筑行業節約生產成本。使用粉煤灰還可以制作污水處理材料，去除磷酸酶物質，對粉煤灰進行加工處理，可以生產絮凝劑，粉煤灰可以針對不同程度的酸性廢水進行有效的處理，用于農業生產。粉煤灰經過加工生產，制作成肥料，改良土壤狀況，用于小麥等農作物的生產，有利于提高小麥的種植產量，防治病蟲害問題[6]。

4 結論

我國有著豐富的煤炭資源，開采量和需求量較大，在生產活動中產生的煤礦廢棄物具有分布廣泛、污染嚴重的特征。在治理煤礦固體廢棄物時，要從環保角度加強對固體廢棄物的環保治理，用可行的環保措施和技術處理方法，防范固體廢棄物的危害，提高煤礦生產的綜合效益。