峰峰集团煤矸石及矸石山生态治理模式的探索与实践

2021-04-18代其彬郝育红

煤炭与化工 2021年1期

代其彬，郝育红

（冀中能源峰峰集团，河北邯郸 056107）

0 引言

冀中能源峰峰集团有限公司前身为峰峰煤矿，是我国最早开发利用的矿区之一，至今已有130 多年开采历史。

峰峰集团是以煤炭为主，化工、电力、装备制造、现代物流等产业为辅，综合发展的特大型现代企业集团，下属10 个生产煤矿，2 个中央洗煤厂，3 座矸石热电厂以及机械制造、焦化等公司。企业现有18 座矸石山，堆存矸石量约3 600 万t，占地约9.8×105m2，这些矸石山具有数量多、堆存量大、坡度陡、施工难度大、植被成活率低、初期投资大、短期见效慢等缺点。

为此，企业按照“源头减量化、利用资源化、末端生态化”的思路，积极探索多种综合技术途径，开展煤矸石及矸石山的治理。

1 煤矸石及矸石山管理模式的历史和背景

煤矿的排矸量约占煤炭开采量的8%～20%，平均约为12%，且以传统矸石山的形式堆存于各矿区地面，矸石山已经成为煤矿所在地的典型标志。

煤矸石山现状有如下缺点。

（1）体积大，占用大量土地资源。

（2）综合利用率低、浪费现象普遍。大量的煤矸石以矸石山的形式堆存，需要走合理利用化途径来解决。

（3）灾害频发，环境破坏严重。堆放极不稳固，特别是一些经过氧化、风化、雨水渗透浸泡后、含有残煤和膨润土及硫分过高等因素的煤矸石山，存在自燃、坍塌、扬尘等污染环境风险。

（4）经雨水冲洗的煤矸石水液，可能出现酸碱性、伴有重金属集聚，污染土地等，严重制约煤矿可持续发展，与生态文明建设构成矛盾。

根据《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》《河北省生态环境保护十三五规划》《河北省固体废物污染环境防治条例》《河北省大气污染防治行动计划实施方案》《京津冀及周边地区2019 年大气污染防治工作方案》及《邯郸市2018-2019 年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动工作方案》等政策法规，煤炭开采矿区长期积累下来的煤矸石山已成为刻不容缓、亟待解决的重大社会问题和环境问题。

2 煤矸石及矸石山生态治理模式的内涵

（1）采取“源头减量化”，实现矸石井下分选、分装、分运等措施。

（2）扩大“资源化利用”途径，实现低热值煤及煤矸石发电供热、制作建材及原料利用、修筑路基。

（3） “末端生态化”治理，实施煤矸石及矸石山自然修复、植被绿化、土地复垦等技术工程。

把煤矸石及矸石山生态治理与矿区生态建设、环境污染治理相结合，促进生态的动态平衡和良性循环，推动资源合理开发利用，做到发展与环境相协调，实现煤矸石及矸石山生态治理与矿区经济效益、社会效益、环境效益的同步提高，全方位展现绿色生态矿山新形象，用生态保护促进矿区的可持续发展。

3 煤矸石及矸石山生态治理模式探索与实践的主要做法

冀中能源峰峰集团积极响应国家、省、市、矿区对环境保护的相关政策和要求，认真研究《煤矸石山生态修复综合技术规范》《开发建设项目水土保持技术规范》《煤矿矸石山灾害防治与治理工作指导意见》等标准，将环保工作摆在突出位置，积极开展煤矸石及矸石山治理。

3.1 一矿一策实现矸石总量减排

煤矸石及矸石山产生的根源在煤矿开采及矿井基本建设、煤炭洗选加工过程中。因此，从煤炭开采源头，科学施策，强化管理，实现煤矸石的减量化及煤矸石的不升井，是落实“源头治理”的关键环节。

峰峰集团多个矿井采取优化开拓、采区设计布局，尽量少走岩巷、半煤岩巷道、多布设煤巷，合理集中生产，科学过断层等构造带，强化工作面开采管理，减少“割顶割底”等系列技术措施，从开采源头减少了煤矸石的产生量；同时，实施井下煤与矸石的分拣、动态分选、分装、分运等措施，将煤与矸石从井下分开；采取巷道形式充填煤矸石置换呆滞资源、解放构造带边角资源，消纳煤矸石，实现煤矸石总产量减排，解放煤炭资源，控制开采区沉陷及岩层、地表移动变形的多重生态开采效果。

3.2 因矿制宜煤矸石及矸石山资源化发电利用

在煤炭生产过程中，排放大量的煤矸石等特色污染物，对其依然沿袭着“先污染、后治理”的防治方式，废物资源化利用率较低，污染物排放总量居高不下，给周围环境容量承载带来较大压力。

2007 年1 月17 日，国家发改委和建设部发布《热电联产和煤矸石综合利用发电项目建设管理暂行规定》。

2011 年11 月25 日，国家能源局发布《关于促进低热值煤发电产业健康发展的通知》[国能电力（2011） 396 号]。

2015 年1 月，国家发改委等发布《煤矸石综合利用管理办法》等相关政策，在国家政策层面上鼓励包括煤矸石发电项目在内的资源化综合利用。规模化煤矸石发电符合我国政策，发展空间和前景好。

通过管理创新，企业积极参与到了河北省《燃煤电厂大气污染物排放标准》（DB13/2209-2015）的制定工作，成功争取到科学合理的地方标准有别于地方燃煤火电厂，并通过技改完全达到了地方标准的排放要求。

峰峰集团电业公司的薛村矸石热电厂、九龙矸石热电厂，均为独立热网，担负着煤矿安全生产、井口保温、职工洗澡、衣服烘干、棚户区居民供暖、部分城市集中供热等职责，消化煤矸石约30万t/a，开拓了煤矸石资源化利用的推进，促进了企业循环经济、低碳经济的可持续发展和高质量发展，同时也体现了国有大型企业的社会担当，带头治理污染，积极推动地方经济发展和企业建设，主动为政府分忧，积极容纳劳动力就业，稳定了社会发展。

3.3 因地制宜煤矸石及矸石山资源化制砖利用

煤矸石制备墙体材料包括混凝土砌块、蒸养煤矸石砌块和微孔轻质烧结砖。利用煤矸石制砖是节土、节煤、保护环境的有效途径，符合国家政策的要求。

煤矸石制砖的工艺流程和设备与传统黏土烧结砖基本相同，以煤矸石代替黏土，利用煤矸石自身的发热量内燃，节约了外加燃料，可做到制砖不用土、烧砖不用或少用煤。

煤矸石烧结砖的工艺流程为给料—粗碎—细碎—筛选—加水搅拌—陈化—搅拌—对辊—成型—切码坯—干燥—焙烧—卸砖。

检测表明，峰峰矿区的煤矸石成分组成适合制砖，峰峰矿区已建成二座矸石砖厂，生产矸石砖2.7 亿块/a，利用矸石88 万t/a，产值2 000 万元，效果显著。

煤矸石制砖一方面消耗了大量煤矸石废弃物，另一方面代替黏土保护了土地资源。

在今后发展煤矸石制砖项目中，应该以发展高掺量煤矸石承重及非承重烧结空心砖、轻质料等新型建材为重点，逐步替代黏土。同时鼓励煤矸石建材及制品向多功能、多品种、高档次方向发展。

3.4 煤矸石及矸石山资源化水泥建材原料利用

煤矸石可以提供水泥生料成分中的硅、铝等成分，配料生产水泥，其伴生热值在水泥烧制过程中具有降低煤耗、节省燃料、增加产量、降低电耗、变废为宝及保护环境等诸多优点。

煤矸石生产出的工业废渣经低温烧制生产出的水泥熟料有硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥及碱胶凝材料新型等诸多水泥系列产品，企业部分矸石山的矸石，已经在多个水泥厂得到资源化利用。

3.5 煤矸石及矸石山资源化筑路材料路基利用

根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）的有关要求，填方路基应优先选用强度较高、硬度较大的煤矸石作为路基填料。

煤矸石经过筛分、破碎及分选等工艺环节，可生产砼骨料及道路基材等建材产品。这一用途煤矸石的使用量大、应用广泛、市场空间广阔，为煤矸石资源化利用的主要途径和技术之一。

矿区的很多座煤矸石山已经堆放了多年，经历过自然发火等，已成“红矸”，故更适合作为道路基材使用。

企业积极响应有关政策，强化矸石山作为路基材料的应用，使用羊东矿、二矿、一矿、四矿、通顺及牛儿庄矿等矸石作为道路基材，以实现减少土方开挖、消除矸石山污染及保护生态环境的多重效益。

3.6 煤矸石及矸石山资源化填沟造田复垦利用

煤矸石填充塌陷区，复垦造田、对矿区固体废物治理及生态环境恢复具有积极作用。

国务院颁布的《土地复垦规定》，以法规的形式对复垦地的实施原则、责权关系、组织形式、规划、资金来源及复垦土地使用等做了原则性的规定，提高了全国各行业的复垦意识，在一定程度上推动了我国煤矿利用煤矸石开展沉陷区土地复垦及山区、丘陵区域利用沟壑地势，实施煤矸石填沟、充壑、分层压实，再覆土造田工作的新进展。

煤矸石回填和复垦可以抑制矿区生态环境恶化和保护土地资源，对改善生态环境、发展循环经济、推进社会主义新农村建设、建设节约型社会、促进经济社会可持续发展等具有十分重要的意义。

峰峰集团在积极结合国土等部门，开展煤矸石及矸石山填沟造田及土地复垦，实现经济与环境效益双赢。

3.7 一山一策矸石山生态绿化美化的探索与实践

煤矸石主要是以露天堆存为主，国家尚无统一矸石山的治理标准，随着国家对环保的高度重视，要求加强矸石山的治理，传统的围挡、苫盖已经不能满足当前国家环保部门的监管要求，为确保符合日益严峻的环保要求，必须对矸石山进行高标准治理。

煤矿矸石山堆存量大，但用地受限，使用传统治理方式已不能完全适应环境保护及生态文明建设新要求。

峰峰集团采取“一山一策、一矿一策”，在地方政府有关部门的配合下，实施了煤矸石山覆土绿化方式，研究了适宜种植的树种与灌木，通过优选确定种植耐寒易成活的火炬树和松柏，并开展前期试验。

目标植被依据恢复生态学理论定位为乡土灌丛群落。灌丛群落高度<5 m，郁闭度为0.3～0.4，且生长较好。

峰峰集团在实践与治理研究中总结形成了“煤矸石山稳定性治理+表层土壤构建+植被恢复三位一体综合治理模式”。在矸石山生产区采取喷淋降尘措施，对非排矸区域采取削坡分级、砌筑挡墙、排水系统、道路建设、客土改良、植被恢复、喷灌系统及电控系统等治理措施，进行科学合理、切实可行、无害化处置，累计覆土26.7 万m3，绿化面积122.3 万m2，植树23.3 万棵，喷淋管路36 320 m，喷头584 个，削坡135.8 万m3，围挡18 032 m，建设导排水31 147 m，雨水收集池32个（5 227 m3），达到了矿山经济和生态环境双受益的效果。