我国煤矸石山综合治理的探究

杨 涛

(华阳新材料科技集团有限公司节能环保部(综合科)，山西 阳泉 045000)

引 言

随着国家综合国力的不断提升，对煤矿资源的开采力度逐渐加大，中国一度成为全球最大的煤矿生产国和需求国。但由于煤矿为地层中的物质，在煤矿开采过程中，除了会提炼出较多优质煤炭外，也会产生较多的固体废弃物，即为煤矸石。煤矸石已成为当前煤矿中的重要污染源之一。据不完全统计，所产生的煤矸石占整个煤矿开采量的10%以上，占比相对较大。由于煤矸石中含有低浓度的煤炭，一旦堆积放置于现场，将极容易发生自然现象，并释放出的较大浓度的有毒气体及粉尘，对周边环境及人员身体健康构成严重危害，煤矸石的综合治理已成为当前重要任务。为此，在分析煤矸石特点及堆积危害基础上，开展了煤矸石自燃影响因素分析，提出了煤矸石综合治理措施及再利用方向，这对煤矿企业加强对煤矸石的生态处理提供了指导作用。

1 煤矸石特点及堆积的危害分析

煤矸石是在煤矿掘进过程中，从顶板、底板及煤层夹层中产生的，以及在洗煤过程中也将产生较多的洗矸石，较多煤矸石的堆积，形成了较大面积的煤矸石山。由于煤矸石为固态混合物，包括砂石岩、碳酸盐、铝质岩等矿物质，包括煤炭、大量金属(硅、铝、铁)、非金属、少量放射性元素及有机物等成分，根据其物质状态，可将其分为掘进矸石和洗煤矸石。煤矸石作为煤矿开采过程中所产生的不可避免的固体废弃物，一般堆积在露天环境中，并长期与空气和雨水进行接触，长期的堆积形成了煤矸石山现状。煤矸石在与空气长期接触过程中，将发生相关的氧化还原反应，当内部所释放的能量及温度聚集到一定程度时，会使煤矸石发生自燃现象，自燃时将释放出一定浓度的SO2、CO、NO、H2S等气体和废水，气体接排放至大气环境中，给周边空气质量及人员的呼吸健康构成了严重威胁。

同时，所产生的废水将直接浸入周边土壤，对土壤质量及地表水造成水资源污染。另外，煤矸石的长期堆积，所形成的堆积倾角一般为40°，若矿区进行爆破振动或暴雨冲击时，将可能引起煤矸石山的滑坡、泥石流、崩塌等事故，严重时也将引起地质灾害。同时，矸石山将占有较大面积的土地，增加了煤矿企业的用地成本。所形成的煤矸石山也将对矿区的美观造成重要影响。为此，采用科学的煤矸石治理方法，并对煤矸石进行资源再利用，成为当前研究的重点。

2 不同因素对煤矸石自燃影响

2.1 水份对煤矸石自燃的影响

水份是影响煤矸石自燃的重要因素。煤矸石在生产过程中将伴随着一定浓度的水份，加上长期在露天堆积，外界的雨水也将浸入至煤矸石中，吸水后将与煤矸石中的化学元素及其他成份产生反应，释放出一定的能量，煤矸石内部的温度及湿度急剧升高。同时，煤矸石吸水会产生脱落、破碎等现象，增加了其自身的吸氧量，加剧了煤矸石的自燃可能性。因此，为有效防止煤矸石的自燃，可重点考虑煤矸石堆积时具有较好的防水性能及较好通风效果，加强对煤矸石山的日常巡检。

2.2 硫铁矿对自燃的影响分析

硫元素是影响煤矸石自燃的重要元素之一。煤矸石中含有硫铁矿、单质硫、硫酸盐及相关的有机岩等，硫的整体含量占了80%以上。由于含硫物质的燃烧点相对较低，遇到一定浓度氧气时会发生氧化还原反应，加上煤矸石在露天存储过程中所释放的大量能量，加剧了含硫物质的自燃倾向。另外，化学反应时所产生的酸性物质及环境也加注了含硫物质的自燃。含硫物质的化学反应时引起煤矸石自燃的重要因素。

2.3 煤矸石粒径对自燃的影响

由于煤矸石是由多种物质组成的一种混合物，其粒径也各不相同。粒径越大，煤矸石山的比表面积越大，内部所存储的氧气含量越高，在一定温度及能量情况下，更容易使得煤矸石发生自燃现象；反之，煤矸石粒径越小，发生自燃的可能性越小。因此，在实际的煤矸石山中会因不同区域的粒径不同而出现某区域率先发生自燃现象，掌握各区域粒径的分布情况，对煤矸石的的自燃防控具有重要指导作用。

3 煤矸石的综合治理分析

3.1 煤矸石自燃治理

由于对煤矸石自燃后进行灭火相对较难，即使能实现灭火，也将消耗大量的资金成本和人工成本。因此，针对煤矸石自燃的综合治理方面制定了较多的方法，包括了挖除火源法、注浆法、洒水法、控制燃烧法等，在实际煤矸石自燃治理过程中可根据燃烧的火势、火源距离、火源分布情况等进行有针对性的选择相应的控制措施。如：当火势蔓延较大时，可采用洒水法进行灭火。同时由于煤矸石自燃后会释放出大量的有毒气体，威胁人员安全及周边环境质量，也制定了微生物脱硫法、分层堆积法等，其中，微生物脱硫法具有效果较好、成本较低等优点，主要利用氧化亚铁硫杆菌及氧化硫硫杆菌来去除硫铁矿中的含硫物质。

3.2 摊铺矸石治理法

在煤矸石堆积过程中，可按照30°的角度进行倾斜堆放，保证所堆积的煤矸石呈由上向下的堆散分布，保证煤矸石具有稳定的斜坡效果。同时，在煤矸石堆积区域每隔4 m～5 m区域设计一条公路，并与主干道公路进行有效连接，保证各类工程机械对煤矸石进行施工操作，最终，使得所形成的煤矸石山整体呈梯田状结构布局。

3.3 挡护排水治理

在煤矸石堆积过程中，采用了上面堆积黄土的方法来解决煤矸石暴露于空气中问题。但黄土在遇到暴雨的长期冲刷后，会在覆盖层表面形成一条河沟，使得部分煤矸石裸露在空气中，煤矸石一旦长时间裸露于空气中，将使得其极容易发生自燃现象。因此，可在覆盖黄土层基础上，在煤矸石山上设计马路及排水沟，形成倾斜的导流渠，保证雨水能迅速冲走。

3.4 生态恢复治理

针对煤矸石山的分布区域及地理环境特点，可选择在其周边栽种相应的植物植被，并在隔离层上覆盖熟土，熟土厚度可考虑20 cm以上，熟土上种植易于成活的植物，保证植物根系能更好的成活。在植物选择时，需选用耐干旱、耐地热、抗污染、耐贫瘠等植物品种，如：在山西的常村煤矿中煤矸石周边，可选用紫穗槐树植物，北京的门头煤矿可种植千头椿、荆条等植物。另外，在周边考虑园林工程建设，以提高整个区域生态景观环境。

4 煤矸石的开发利用分析

为有效解决煤矸石山的堆积问题，需对煤矸石进行开发利用。据研究，煤矸石经过相关处理及与其他物质进行混合后，能直接应用至发电厂、部分建筑物的修建、建筑用材、生产肥料、填坑、土地恢复及其他高附加值领域。

5 结语

通过对煤矸石山的自燃影响因素分析及综合治理，有效解决了煤矿开采中的污染物处理问题，煤矸石的自燃问题、周边区域土壤中重金属污染等问题也得到有效解决，避免了煤矸石中污染物对周边环境的污染破坏，保证了人员的生命健康，生态环境得到有效恢复，保障了煤矿开采区域的作业安全。同时，对煤矸石的综合治理也存在一些问题，需因地制宜的采用更加科学、经济的措施来解决。将煤矸石应用至更多领域，实现煤矸石的多用途价值，也将是今后提高企业经济效益的重要发展方向。该研究为煤矸石山的综合治理提供了重要参考及指导。