我國(guó)煤矸石山綜合治理的探究

楊 濤

(華陽(yáng)新材料科技集團(tuán)有限公司節(jié)能環(huán)保部(綜合科)，山西 陽(yáng)泉 045000)

引 言

隨著國(guó)家綜合國(guó)力的不斷提升，對(duì)煤礦資源的開采力度逐漸加大，中國(guó)一度成為全球最大的煤礦生產(chǎn)國(guó)和需求國(guó)。但由于煤礦為地層中的物質(zhì)，在煤礦開采過程中，除了會(huì)提煉出較多優(yōu)質(zhì)煤炭外，也會(huì)產(chǎn)生較多的固體廢棄物，即為煤矸石。煤矸石已成為當(dāng)前煤礦中的重要污染源之一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，所產(chǎn)生的煤矸石占整個(gè)煤礦開采量的10%以上，占比相對(duì)較大。由于煤矸石中含有低濃度的煤炭，一旦堆積放置于現(xiàn)場(chǎng)，將極容易發(fā)生自然現(xiàn)象，并釋放出的較大濃度的有毒氣體及粉塵，對(duì)周邊環(huán)境及人員身體健康構(gòu)成嚴(yán)重危害，煤矸石的綜合治理已成為當(dāng)前重要任務(wù)。為此，在分析煤矸石特點(diǎn)及堆積危害基礎(chǔ)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(duì)煤礦企業(yè)加強(qiáng)對(duì)煤矸石的生態(tài)處理提供了指導(dǎo)作用。

1 煤矸石特點(diǎn)及堆積的危害分析

煤矸石是在煤礦掘進(jìn)過程中，從頂板、底板及煤層夾層中產(chǎn)生的，以及在洗煤過程中也將產(chǎn)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(tài)混合物，包括砂石巖、碳酸鹽、鋁質(zhì)巖等礦物質(zhì)，包括煤炭、大量金屬(硅、鋁、鐵)、非金屬、少量放射性元素及有機(jī)物等成分，根據(jù)其物質(zhì)狀態(tài)，可將其分為掘進(jìn)矸石和洗煤矸石。煤矸石作為煤礦開采過程中所產(chǎn)生的不可避免的固體廢棄物，一般堆積在露天環(huán)境中，并長(zhǎng)期與空氣和雨水進(jìn)行接觸，長(zhǎng)期的堆積形成了煤矸石山現(xiàn)狀。煤矸石在與空氣長(zhǎng)期接觸過程中，將發(fā)生相關(guān)的氧化還原反應(yīng)，當(dāng)內(nèi)部所釋放的能量及溫度聚集到一定程度時(shí)，會(huì)使煤矸石發(fā)生自燃現(xiàn)象，自燃時(shí)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(huán)境中，給周邊空氣質(zhì)量及人員的呼吸健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

同時(shí)，所產(chǎn)生的廢水將直接浸入周邊土壤，對(duì)土壤質(zhì)量及地表水造成水資源污染。另外，煤矸石的長(zhǎng)期堆積，所形成的堆積傾角一般為40°，若礦區(qū)進(jìn)行爆破振動(dòng)或暴雨沖擊時(shí)，將可能引起煤矸石山的滑坡、泥石流、崩塌等事故，嚴(yán)重時(shí)也將引起地質(zhì)災(zāi)害。同時(shí)，矸石山將占有較大面積的土地，增加了煤礦企業(yè)的用地成本。所形成的煤矸石山也將對(duì)礦區(qū)的美觀造成重要影響。為此，采用科學(xué)的煤矸石治理方法，并對(duì)煤矸石進(jìn)行資源再利用，成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

2 不同因素對(duì)煤矸石自燃影響

2.1 水份對(duì)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(chǎn)過程中將伴隨著一定濃度的水份，加上長(zhǎng)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(xué)元素及其他成份產(chǎn)生反應(yīng)，釋放出一定的能量，煤矸石內(nèi)部的溫度及濕度急劇升高。同時(shí)，煤矸石吸水會(huì)產(chǎn)生脫落、破碎等現(xiàn)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(diǎn)考慮煤矸石堆積時(shí)具有較好的防水性能及較好通風(fēng)效果，加強(qiáng)對(duì)煤矸石山的日常巡檢。

2.2 硫鐵礦對(duì)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(zhì)硫、硫酸鹽及相關(guān)的有機(jī)巖等，硫的整體含量占了80%以上。由于含硫物質(zhì)的燃燒點(diǎn)相對(duì)較低，遇到一定濃度氧氣時(shí)會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，加上煤矸石在露天存儲(chǔ)過程中所釋放的大量能量，加劇了含硫物質(zhì)的自燃傾向。另外，化學(xué)反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的酸性物質(zhì)及環(huán)境也加注了含硫物質(zhì)的自燃。含硫物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)時(shí)引起煤矸石自燃的重要因素。

2.3 煤矸石粒徑對(duì)自燃的影響

由于煤矸石是由多種物質(zhì)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(nèi)部所存儲(chǔ)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(fā)生自燃現(xiàn)象；反之，煤矸石粒徑越小，發(fā)生自燃的可能性越小。因此，在實(shí)際的煤矸石山中會(huì)因不同區(qū)域的粒徑不同而出現(xiàn)某區(qū)域率先發(fā)生自燃現(xiàn)象，掌握各區(qū)域粒徑的分布情況，對(duì)煤矸石的的自燃防控具有重要指導(dǎo)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(duì)煤矸石自燃后進(jìn)行滅火相對(duì)較難，即使能實(shí)現(xiàn)滅火，也將消耗大量的資金成本和人工成本。因此，針對(duì)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(shí)際煤矸石自燃治理過程中可根據(jù)燃燒的火勢(shì)、火源距離、火源分布情況等進(jìn)行有針對(duì)性的選擇相應(yīng)的控制措施。如：當(dāng)火勢(shì)蔓延較大時(shí)，可采用灑水法進(jìn)行滅火。同時(shí)由于煤矸石自燃后會(huì)釋放出大量的有毒氣體，威脅人員安全及周邊環(huán)境質(zhì)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(yōu)點(diǎn)，主要利用氧化亞鐵硫桿菌及氧化硫硫桿菌來(lái)去除硫鐵礦中的含硫物質(zhì)。

3.2 攤鋪?lái)肥卫矸?/h3>

在煤矸石堆積過程中，可按照30°的角度進(jìn)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(wěn)定的斜坡效果。同時(shí)，在煤矸石堆積區(qū)域每隔4 m～5 m區(qū)域設(shè)計(jì)一條公路，并與主干道公路進(jìn)行有效連接，保證各類工程機(jī)械對(duì)煤矸石進(jìn)行施工操作，最終，使得所形成的煤矸石山整體呈梯田狀結(jié)構(gòu)布局。

3.3 擋護(hù)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(lái)解決煤矸石暴露于空氣中問題。但黃土在遇到暴雨的長(zhǎng)期沖刷后，會(huì)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(zhǎng)時(shí)間裸露于空氣中，將使得其極容易發(fā)生自燃現(xiàn)象。因此，可在覆蓋黃土層基礎(chǔ)上，在煤矸石山上設(shè)計(jì)馬路及排水溝，形成傾斜的導(dǎo)流渠，保證雨水能迅速?zèng)_走。

3.4 生態(tài)恢復(fù)治理

針對(duì)煤矸石山的分布區(qū)域及地理環(huán)境特點(diǎn)，可選擇在其周邊栽種相應(yīng)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(shí)，需選用耐干旱、耐地?zé)帷⒖刮廴?、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(shè)，以提高整個(gè)區(qū)域生態(tài)景觀環(huán)境。

4 煤矸石的開發(fā)利用分析

為有效解決煤矸石山的堆積問題，需對(duì)煤矸石進(jìn)行開發(fā)利用。據(jù)研究，煤矸石經(jīng)過相關(guān)處理及與其他物質(zhì)進(jìn)行混合后，能直接應(yīng)用至發(fā)電廠、部分建筑物的修建、建筑用材、生產(chǎn)肥料、填坑、土地恢復(fù)及其他高附加值領(lǐng)域。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)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(qū)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(duì)周邊環(huán)境的污染破壞，保證了人員的生命健康，生態(tài)環(huán)境得到有效恢復(fù)，保障了煤礦開采區(qū)域的作業(yè)安全。同時(shí)，對(duì)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(xué)、經(jīng)濟(jì)的措施來(lái)解決。將煤矸石應(yīng)用至更多領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)煤矸石的多用途價(jià)值，也將是今后提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要發(fā)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(dǎo)。