矸石山综合治理及煤矸石深加工项目技术与实施

2012-08-15段大文

山西建筑 2012年32期

段大文

(西山矿务局官地建筑安装工程公司，山西太原 030022)

0 引言

煤矸石是煤炭生产和洗煤过程中伴生的一种固体废弃物。废弃的煤矸石不仅污染水质，而且在自燃后生成有害气体，污染空气。大量堆积的煤矸石形成矸石山，还会侵占土地，构成了对生态和环境的双重破坏。山西焦煤西山煤电集团有限责任公司官地矿是20世纪50年代筹建的老矿，投产于1960年，在山西乃至全国的经济建设中发挥着重要的作用。生产运行过程中产生的工业固体废弃物(煤矸石)露天堆放于官地矿南山至高家河的山坡上(以下简称矸石山)。自20世纪80年代初投入使用，累计堆积量635万t，占地面积106 212 m2(约159亩)，平均高度100余米。由于年代久远，堆存量大，矸石堆积改变了原有的地表径流汇流途径，天然降雨在矸石山内渗流，使矸石山具有了产生滑坡的可能性。近年来，雨季行洪时，经常发生局部矸石山塌陷，从而发生河道淤塞、道路阻塞，严重影响防洪安全和高家河道路的正常使用;同时，矸石山下方是白家庄矿压风机房，一旦发生大规模矸石滑坡塌陷，将造成严重后果。煤矸石露天堆放，经过日晒、风吹、雨淋等风化作用，其中的某些有害物质，可能随着降水漂移进入水域和土壤，污染地表水及地下水环境;煤矸石中含有的硫铁矿是一种易氧化发热的自燃物质，煤矸石在野外堆积的过程中，煤矸石中的硫铁矿在有水和氧的环境中慢性氧化产生热量，导致矸石自燃，对大气环境释放出大量二氧化硫、硫化氢、氮氧化物等有毒有害气体，成为大气污染源，而且对于已自燃的矸石山，有可能因内部气体流通不畅发生爆炸。为有效控制官地矿区的人为地质灾害，改善生态环境，保证官地矿以及白家庄矿和周边农村的生产建设能够持续稳定的发展，如何使煤矸石变废为宝，官地矿多家经营公司官地建筑安装工程公司受官地矿的委托，对矸石山进行综合治理。

1 原有矸石山的综合治理

组织专业技术人员多次进行现场踏勘，聘请专家现场指导，引进环保、循环经济的设计理念，优化设计方案，查阅国内外煤矸石治理技术资料，结合施工实际经验，将原有矸石山的综合治理方法进行了研究与探讨。

1.1 国内外煤矸石治理技术

1.1.1 表面密封压实法

该方法是在自燃矸石山表面铺土压实，以隔绝空气进路，使自燃矸石山内部空气耗尽后熄灭。这种方法成功率不高，只能降低燃烧强度和污染物排放强度。因为表土只有在湿润状态下才有较好的密封性能，这种方法目前主要用于控制矸石山火势和污染强度。

1.1.2 灌水法

水是灭火工程中最常用的灭火介质，水在高温下形成水蒸汽吸热降温效果显著，并且水蒸汽能够阻止空气接近可燃物。这种方法最大的问题是无法控制水在矸石山内流动的方向;另一个缺点是灌水后矸石山内部的空隙增加，反应活性增强，矸石山复燃的可能性增加。此外还采用直接挖出冷却法、低温惰性气体法、灌浆密闭泡沫灭火法、燃烧法、注浆封闭法等。

1.2 方案的选择

堆积煤矸石自燃主要原因是煤矸石中含有大量的黄铁矿和煤粒、煤块及劣质煤等，在低温状态下黄铁矿氧化发热以及松散的倒坡式排矸通过孔隙供氧所致，而且自燃温度会由200℃～1 300℃逐级升高。结合国内外对煤矸石的治理技术，根据我公司多年来煤矸石治理经验，拟采取石灰水配火碱灭火，表面覆盖黄土，修筑排洪系统，植树种草等综合治理的方法进行。这种方法经济实惠、简单易行，可达到灭火降温、改善环境、减少地质灾害的目的。

1.3 方案的可行性

1)用碱性水灌注矸石山，其作用主要有:a.阻止煤矸石的氧化生热;b.降低矸石山内部的温度，从而有效控制矸石的自燃。2)灭火后的矸石表面及时进行黄土覆盖，主要作用是隔离空气，使矸石重新自燃的条件不充分，同时为下一步恢复生态做准备。3)修筑排水系统，进行植被恢复，进一步预防了水土流失，降低了发生地质灾害的可能性。4)近年来，通过不断试验探讨，官地矿对矸石山治理总结出一套行之有效的治理方法，工人们对工艺过程比较清楚，施工较为方便。5)在实施过程中，具有投资少，机械化程度高，施工速度快，效果好等优点。

1.4 治理步骤

官地矿南山矸石堆放场自20世纪80年代初，投入使用至2006年7月底停用，历经20余年，堆放的煤矸石数量较大，占地面积广阔，坡度陡峭，永久性治理工程浩大，治理后恢复植被难度更大。经现场勘察与反复作方案对比研究，分期进行治理，其中一期为局部示范区域综合治理，按照永久性综合治理的技术措施，先在示范区进行综合治理;同时对全部区域范围内进行防止塌陷初步基础性治理。待示范区治理取得成效和经验后，继而对全部区域进行永久性综合治理。

2 新产生煤矸石的深加工处理

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。

煤矸石的处理和利用途径有以下几种:

1)回收煤炭和黄铁矿:通过简易工艺，从煤矸石中洗选出好煤，通过筛选从中选出劣质煤，同时拣出黄铁矿，或从选煤用的跳汰机——平面摇床流程中回收黄铁矿、洗混煤和中煤。回收的煤炭可作动力锅炉的燃料，洗矸可作建筑材料，黄铁矿可作化工原料。

2)用于发电:主要用洗中煤和洗矸混烧发电。我国已用沸腾炉燃烧洗中煤和洗矸的混合物(发热量每千克约2 000大卡)发电。炉渣可生产炉渣砖和炉渣水泥。

3)制造建筑材料:代替粘土作为制砖原料，可以少挖良田。烧砖时，利用煤矸石本身的可燃物，可以节约煤炭。

煤矸石可以部分或全部代替粘土组分生产普通水泥。煤矸石可用来烧结轻骨料。

此外，煤矸石还可用于生产低热值煤气，制造陶瓷，制作土壤改良剂，或用于铺路、井下充填、地面充填造地。在自燃后的矸石山上也可种草造林，美化环境。

分析目前煤矸石市场导向，结合多家公司实际情况，年初在200 MPa矸石山上马了一套煤矸石破碎生产线，主要供电厂使用，已收到了可观的经济效益和社会效益。

3 结论

通过对矸石山综合治理及煤矸石深加工项目的技术研究与实施(矸石山综合治理后)，取得了可观的社会效益、环境效益、经济效益。

社会效益:综合治理后，为官地矿乃至全国煤炭系统的矸石山的治理，提供了创新思路，真正达到了环保的要求，彻底改变煤矿脏、乱、差的形象，减少了土地占用率，真正实现了煤矿废弃物(煤矸石)的再生利用。

环境效益及经济效益:综合治理后，可将煤矸石造成的人为水土流失控制到最低程度，大大降低发生地质灾害的可能性，并恢复生态，促进人与自然的和谐发展。根据国家环保总局颁布的排污收费标准，不符合环保要求的排矸场，存在自燃现象的征收矸石自燃产生的二氧化硫排污费(每当量0.6元)，无三防措施(防扬尘、防渗漏、防流失)的征收固体废物排污费(5元/t)，目前停用矸石山堆积总量约635万t，当年排放约40万t，仅当年产生矸石排污费就达200万元，直接影响到官地矿的经济效益，由此可见矸石山的综合治理，实现了环境效益、社会效益和经济效益的统一。