邯邢地区煤矸石调查研究分析

高胜军

摘 要：煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废弃物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤更坚硬的黑灰色岩石。邯邢地区煤矿在煤炭开采过程中排放有大量的矸石，矸石堆积成山对矿区和周围区域的环境造成了较大的影响。矸石的处置和综合利用是保护环境的当务之急，本文对邯邢矿区煤矸石样品进行采样，采集的样品进行化验分析，根据化验结果对工作区煤矸石有益有害元素的类别及含量做出了评价，并提出矸石山的利用和治理方案。

关键词：煤矸石；调查研究；利用

中图分类号：TD849.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）15-0192-02

煤矿矸石山是煤矿在煤炭开采加工过程中产生的固体废弃物集中堆置形成，是煤矿最显著的地面标志之一，采煤时，煤矸石会被分离出来堆放在一边，久而久之堆积成山，俗称矸石山。矸石山的主要成分是煤矸石，煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废弃物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤更坚硬的黑灰色岩石。河北省是产煤大省，邯邢地区是我国主要的煤炭生产基地，煤炭资源开采历史悠久，现有冀中能源峰峰集团、邯矿集团、邢矿集团和井陉矿业集团，4个国有企业管理的煤矿将近50家，在煤炭开采过程中排放有大量的矸石，矸石堆积成山对矿区和周围区域的环境造成了较大的影响。

随着科学的发展和人们环境保护意识的提高，人们越来越深刻意识到到庞大的矸石山数量给生态环境带来巨大的负面影响。因此对煤矸石的处置和综合利用是保护环境的当务之急。合理有效的综合利用和治理矸石，使其变废为宝将有益元素加以利用，对有害元素加以防治，从而实现社会效益、环境效益和经济效益三个效益的统一。

根据矿井的位置、矿井的生产能力、主采煤层和煤质情况，本次工作选取峰峰集团12个煤矿、邯矿集团6个煤矿、邢矿集团5个煤矿和井陉矿业集团1个煤矿，共计24个煤矿作为重点调查对象，对工作区内24个重点煤矿的煤矸石化验、煤矸石排放量、煤矸石堆积年代、煤矿基本概况等资料进行收集，采集邯邢地区24个重点煤矿矸石山的岩矿混合样品，完成采集煤矸石样品168件，对采集的样品进行化验分析，根据化验结果对工作区煤矸石有益有害元素的类别及含量做出了评价，并提出矸石山的利用和治理方案。调查区煤矿分布见图1。

矸石山的来源主要分为3种：（1）掘进矸石：井筒、井下车场及大巷和煤矿生产阶段的运输大巷等掘进排出的岩石，一般占煤矿排出矸石总量的60～70%，是矸石山物料的主要来源，在建井期及开采初期排出的矸石几乎都是掘进矸石，通常称为原矸石；（2）采煤矸石：采煤过程中从顶、底板和夹在煤层中的岩石夹层里所产生的矸石，其产量约占矿井矸石总量的10～30%；（3）洗煤矸石：煤炭洗选过程中分离出来的残渣，它主要是煤层内薄层夹矸及煤层伪顶、伪底等岩石，其一般占矸石总量的5%左右。

矸石山岩性成分：煤矿矸石山的岩石组成与煤矿地质条件有关，也与采煤技术密切相关。本次调查区内岩石组成变化范围大，成分复杂，主要由泥岩（泥岩、炭质泥岩）、粉砂岩（粉砂质泥岩、粉砂岩）、砂岩类（细粒砂岩、中粒砂岩、粗粒砂岩）、石灰岩（泥灰岩、灰岩）、煤粒等成分组成。

矸石山的堆积形式：邯邢地区煤矿矸石山的堆积地点受地形和地质条件影响。堆积形式有山间开阔地堆积、老矸石山上堆积、沟谷地填筑、低洼地充填4种基本形式。矸石山形状多为似圆锥形，单体高度最低23m（临城煤业），最高的119m（孙庄矿）。堆积时间较长的矸石山风化严重，植被、冲沟发育；新堆积矸石山表面有大量粒径5cm～30cm的块体，表面植被不发育，堆积物松散，常有较大块体顺坡滑落，坡角接近自然休止角。通常矸石天然休止角为35°～40°不等。新倒部位的坡度一般较大（40°～60°），稳定性较差，局部存在滑坡垮落现象。

样品的采集：在采集煤矸石样品时采用了多点采集方法，在矸石山的山顶、山腰、山脚均匀分布采样点，山腰和山脚的三个采样点，基本呈等边三角形分布。矸石山采样点位置分布见图2。山顶（1号点）岩石为矿井刚排弃的矸石，属新鲜岩石；山脚（6号点）的岩石堆放时间较长，属矿井早期排弃的矸石；山腰（3号点）部位的岩石介于两者之间。山顶、山腰、山脚1、3、6三个点的矸石代表了矿井不同时期排放的岩石，具有一定的代表性。每座矸石山采集样品7件，7个点体现了采样点分布的均匀性。24座矸石山共采集矸石样品168件，由于有的煤矸石堆放时间久远，表面可能混合有其他杂质，所以首先用不锈钢铁锹清除矸石10～20cm风氧化层，再进行取样。

每座矸石山的山顶、山腰和山脚各选取一个样品，如图2所示的1、3、6三个点的岩样；再选取山顶、山腰、山脚的混合样品，如图2所示的1、2、4、5、7五个点的岩样，五个点样品进行研磨混合，采用四分法选取其中一个做为混合样品。每座矸石山共选取4个样品作为测试化验样品。24重点煤矿共计96件，送往河北省地矿中心实验室进行汞（Hg）、砷（As）、钯（Pd）、锌（Zn）、铬（Cr）、铜（Cu）、镉（Cd）、镓（Ga）、锰（Mn）、锗（Ge）、硒（Se）、铼（Re）、铊（Tl）、硫（S）、铁（Fe）等15种元素的含量检测。

本次调查研究的15种元素分为有益元素和有害元素两类。有益元素指环境危害性小，对动植物生长发育能产生有利或工业用途較广的元素。此次测试的钯（Pd）、锌（Zn）、铜（Cu）、镓（Ga）、锰（Mn）、锗（Ge）、硒（Se）、铼（Re）、铁（Fe）等9种元素为有益元素；有害元素指对人和生态有害的元素，此次测试的汞（Hg）、砷（As）、铬（Cr）、镉（Cd）、铊（Tl）、硫（S）等6种元素为有害元素。24座矸石山所含15种元素评价数据，均采用4个化验样品测试结果的品均值。

根据实验室化验结果统计后，结果如下：

有益元素分析：

（1）钯（Pd）：砂矿床中钯的边界品位为0.125g/m3，工业品位为0.42g/m3。原生矿床中伴生矿床的品位要求为0.03g/t。通过对所采集样品进行测试化验，钯含量最高的是梧桐庄矿，为37.65×10-9，最低的是临城煤矿，为11.14×10-9。只有梧桐庄矿的含量介于伴生矿床和砂矿床的品位之间，其他23个煤矿的值都小于伴生矿床的品位要求值0.03g/t。所以梧桐庄矿钯值得进一步研究。

（2）其余8种元素锌（Zn）、铜（Cu）、镓（Ga）、锰（Mn）、锗（Ge）、硒（Se）、铼（Re）、铁（Fe），本次调查的24个煤矿矸石山含量都较低，均未达到工业品位值。

有害元素分析：本次调查的24个煤矿矸石山中汞（Hg）、砷（As）、铬（Cr）、镉（Cd）、铊（Tl）、硫（S）元素均为达到工业品味值。

目前邯邢地区煤矸石主要应用有：路基填料、制砖、制水泥、发电、井下充填。坚持了“因地制宜，积极利用”的指导思想，实行“谁排放，谁治理”、“谁利用，谁受益”的原则。值得注意的是梧桐庄矿矸石山属低钯矿石，对低钯矿石的选矿的新方法、新技术、新工艺，有待我们作进一步的研究试验。

参考文献

[1]孟文清，黄祖德等.煤矸石混合料抗压强度的试验研究[J].煤炭工程，2012（7）：106-108.

[2]张杰.煤矸石活化及在建材中应用研究[D].北方工业大学，2011.

[3]周梅，汪振双，崔正龙.阜新煤矸石用作路基材料的研究分析[J].建筑节能，2007（02）：34-36.

[4]周梅，李志国，吴英强，等.石灰-粉煤灰-水泥稳定煤矸石混合料的研究[J].建筑材料学报，2010（02）：213-217.