煤矸石对煤矿矿区的环境影响及其防治对策

冉建平

摘 要：我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，采煤产生的煤矸石造成煤矿矿区环境污染，破坏矿区景观，甚至危害生命财产。煤矸石的综合利用可减少矸石的总量，但对于防治矿区环境的污染效果甚微。对于资源枯竭型矿区，矸石山的生物复垦和微生物复垦技术以及煤矸石在生态工程技术中的应用，对防治矿区煤矸石对环境的污染则相对较好。

关键词：煤矸石；环境污染；防治对策

1 煤矸石对矿区环境的影响

1.1 煤矸石对矿区的生态污染

煤矸石的主要来自露天剥离以及井筒和巷道掘进过程中开凿排出的矸石、煤层中夹有矸石或底板岩层的混入、煤炭洗选过程中排出的矸石等。煤矿矿区空气污染日益恶化，煤矸石是主要根源。由于粉尘中含有很多对人体有害的元素，当被人体吸入后导致气管炎、肺气肿、尘肺甚至癌症等疾病，并且还会引发各种眼疾。另外，颗粒悬浮于大气中，破坏了大气的温室效应，使气候出现异常。矸石露天堆放经雨水淋溶后部分物质被溶解，造成土壤、地表水或地下水的污染，严重危害人体健康，甚至危及生命。当淋溶水随雨水形成地表径流进入土壤，破坏了土壤中重金属的本底值和平衡关系，同时也破坏了土壤的养分，并对土壤中微生物的活动产生影响，这些有害成分的存在，不仅有碍植物根系的发育和生长，而且在植物有机体内积蓄，通过食物链危及人体健康。

1.2 占地及水土流失问题

井工采煤运至地面的矸石和洗煤厂将精煤洗出后排弃的矸石堆积压占土地。我国煤矸石综合利用率低，随着煤矸石持续堆放，每年新增占地400多公顷。据统计，仅山西晋城2001年矸石堆存点达280处，占地108.8hm2。此外，矸石山堆积年限越长和占有数量越大，其侵蚀强度也最为剧烈，如甘肃省内矸石山年侵蚀模数高达37758t/km2。矸石山除普遍发生击溅、层状、鳞片状面蚀外，还出现砂砾化面蚀、土砂泄流及坡面泥石流等侵蚀，由其所引起的崩塌、滑塌发生很普遍，造成严重的水土流失。

1.3 自燃、爆炸、崩塌、滑坡和泥石流的问题

水和氧是矸石山自燃的必要条件，煤矸石中的硫铁矿和碳元素是矸石山自燃的物质前提。在水的作用下，硫铁矿产生硫酸水溶液，并伴随放出大量的热，促进煤的水解；在有氧供应条件下，硫铁矿低温氧自燃，并放出热量，从而引起含碳物质的燃烧。矿区矸石山多为大量粒径不等形状不同的颗粒以不同的排列方式自然堆积而成，结构疏松，在本质上说是不连续的，为散体材料。同时，受矸石中炭分的自燃、有机质的灰化及硫分的离解挥发等作用，矸石山的稳定性普遍较差，极易发生崩塌、滑坡。此外，山区煤矿大都直接将煤矸石堆于沟谷中，成为泥石流的物质源。堆积区的沟谷有一定的汇水面积和适宜的坡度，在雨季一旦降雨量达到60 mm/h即可爆发泥石流。

2 煤矸石的综合利用与环境污染防治

2.1 煤矸石的综合利用

综合利用是实现煤矸石减量化、资源化、无害化的最佳选择，是使物尽其用，实现经济效益和社会效益的最好选择，也是实现社会、经济发展与资源、环境协调.达到可持续发展的有力措施。如：①在矿区采用清洁生产工艺，使需要贮存、运输、处理、处置的固体废物降低到最小程度。矿井开拓巷道和采准巷道采用全煤巷布置，不仅减少大量矸石出井，而且可以大大降低矿井建设费用和生产成本。②根据煤矸石划类区分不同的用途。热值高于6.28MJ/kg的煤矸石，宜作沸腾炉燃料；热值在2.09～6.28MJ/kg的煤矸石，宜作水泥配料、烧结矸石砖、耐火砖等的原料。使其中的低值能源得到利用：热值在1.26MJ/kg以下的煤矸石。可作水泥配料和混合材料或筑路、填方等。③含有多种微量元素的煤矸石，可生产煤矸石肥料，开展农业利用。对于含氧化铝较高的煤矸石。开发化工产品，生产氧化铝、硫酸铝、水处理药剂等。煤矸石生产硅铝铁合金，分子筛，岩棉、水玻璃、白炭黑、水处理药剂、农业肥料等，可获得较高的经济效益。④利用煤矸石发电。矸石发电、灰渣制水泥、建材，这是变废为宝、节约好煤、开辟能源的重要途径。主要利用循环硫化床燃烧技术。流化床技术对于煤矸石的利用有显著的特点。

2.2 煤矸石对环境污染的防治措施

1、 煤矸石山自燃的防治

主要是從煤矸石的不同堆放方法研究人手。许多国家通过采用分层压实方法堆放煤矸石，控制煤矸石的压实程度，来解决矸石山自燃问题。含硫量高于5%以上的矸石应回收黄铁矿。高硫矸石堆应用石灰浆、粘土浆等灌注其孔隙，以隔绝空气.抑制自燃。含碳量高于20%的矸石。应进行洗选回收煤炭或作为沸腾炉燃烧。在去除煤矸石中的煤和黄铁矿，切断供氧的条件下应用生态技术对煤矸石进行分层堆放。首先对堆场进行密封防渗处理，然后进行分层堆放，边堆放边压实.在堆放第2层的同时。对第1层的边坡进行覆土绿化，整个矸石堆形成后，整体覆土封顶，进行绿化或耕种。这种生态工程的技术具有投资少、见效快、处理量大、不造成二次污染等优点。

2、 矸石山的生物复垦和微生物复垦

矸石山的生物复垦和微生物复垦技术也在广泛应用。生物复垦是利用生物措施，恢复土壤肥力与生物生产能力的活动.它是实现废弃土地农业复垦的关键环节，主要内容为土壤改良和植被品种筛选。微生物复垦是利用微生物活化药剂或微生物与有机物的混合剂对复垦后的贫瘠土地进行熟化和改良，恢复土壤的肥力和活性。采用微生物复垦是在矸石垫层上不覆盖生长土，仅加适量微生物活化剂，只在短期（6个月）内就可以建立起稳固的植物覆盖层，使所造地恢复种植能力，第2年可种植农作物，3～5年即能完全达到高产农田的肥力，且对种植品种没有限制。这种技术具有费用低、效率高、效益好等优点。

3、 生态工程技术在处理矸石环境影响中的应用

生态工程处理固体废物，首先采用适当的防渗材料和阻断材料，将处理物与周围的环境有一个物理性质的隔离。然后在被围隔起来的固体废物堆上。盖上一层土，并在土层上重新进行以植被为主体的人工生态系统的建设，同时辅以一定的景观建筑。把废物场地改造成为宜人的公园、游乐场或农田。这种生态工程的技术具有投资少、见效快、处理量大、不造成二次污染等优点。由于恢复后的土地具有更大的利用价值。因此还可获得长远的经济效益.是一种更具有改造环境积极意义的固体废物处理技术。土地的复垦程序，包括了对粉尘的控制、防止表土流失、加强坝基安全、减少重金属污染物的径流量、绿化废物场地加速自然转变过程等.都是对采用生态工程技术的一些具体目标的要求。澳大利亚西部地区的一些矿区，采用深挖法技术进行复垦.要求采空区必须恢复到能够保证建立起一个适于该地区野生动物返回声息和防止水源盐碱化的生态系统的目标。加拿大的许多矿业公司，对于在含有硫化铁和其他硫化物的尾矿进行植被工程时，采用了就像已在农业上采用的石灰石、污泥、肥料等各种调整剂的方法，对具有硫化物的尾矿直接进行调整，使植被工程可以在没有铺设表土层的尾矿堆上直接进行播种，并且建立起了持久性的植被生态工程，简便效果又好。

参考文献

[1]毕银丽，全文智，柳博会.煤矸石堆放的环境问题及其生物综合治理对策[J]. 金属矿山.2005（12）：61- 63.

[2] 杨主泉，胡振琪，王金叶，陈胜华.煤矸石山复垦的恢复生态学研究[J].中国水土保持.2007（6） .

[3] 曾小梅.我国煤矸石的综合利用现状[J].山东煤炭科技，2005（2）：8-9.