煤矿矸石山环境污染治理对策研究

刘燕平

（山西省忻州生态环境监测中心，山西 忻州 034000）

引言

社会发展对煤矿需求逐渐提高，煤矿在开采中必然会产生大量的矸石，需要通过井筒与巷道及时从井下排出，并和洗煤厂处理后的矸石结合并堆积，在时间的推移下会形成矸石山。矸石山的存在，不仅会对矸石山周围的动植物造成影响，也会对工作人员和周围人民造成影响，具体会通过空气微颗粒、地下水等方面影响员工的身体健康，因此有必要对煤矿矸石山进行环境污染治理。

1 矸石山污染治理的重要性

对矸石山进行环境治理具体有以下几方面价值：第一，可以确保排矸工作满足环保生产的需要，进而提高矸石的排放堆积效率；第二，可以降低矸石山在空气、水源和土壤上的危害，降低矸石山对员工生产的影响，提高开采工作的安全性；第三，可以通过矸石山的生态修复和绿化，提高煤矿产区的景观丰富度，同时也能使矸石山具有一定的防洪能力；第四，可以对废弃的矸石进行二次利用，在将其作为建筑施工建材后，既可以有效处理矸石的堆积，也能提高煤矿企业的生产效益[1]。

2 矸石山对环境的影响

2.1 矿区环境的影响

结合矸石山在露天堆积中的危害而言，在日晒、风吹和雨淋下，会形成较多的微小颗粒，在风速达到一定条件（≥4.8 m/s）下，颗粒会被风带起，在矸石山的下风向600 m 处进行颗粒浓度检测，具体浓度为0.8 mg/s，存在着微粒污染。同时，矸石山在其热量较高时，会在外界堆积因素的影响下出现自热，进而使未完全分离的煤燃烧，产生部分温室气体，矸石自燃情况，如图1 所示。此外在矸石的温度逐渐提高下，最高可至810 ℃～1 000 ℃，不仅能使矸石溶解释放CO等有毒气体，也会释放大量含Hg 元素的颗粒性物质，容易对人体吸入后造成损伤，一般会引发肺气肿、气管炎和肺癌等疾病，对环境和人体有着较大的伤害。最后矸石山的环境污染还会体现在矿山周围的动植物生长上，会明显出现植物生长缓慢和动物大量迁徙等现象，有着较高的危害[2]。

图1 矸石自然

2.2 矿区土壤、地下水资源的影响

当煤矿矸石堆积时，一旦出现下雨天气，雨水会冲刷矸石山并带走多种微量元素，在渗透到矿区土壤和地下水中后，会造成土壤、水资源的污染。结合雨水普遍呈现弱酸性，不同pH 数值的雨水冲刷带走的微量元素含量也不同，具体的冲刷微量元素含量如表1所示。结合表1 中微量元素而言，部分微量元素已经超过生活饮用水的标准和五类地面水质量标准，存在着严重的水资源污染。结合Pb 等金属元素而言，会对动植物、人体造成危害，同时冲刷带走硫分子后还会形成淋溶酸性水，影响人民对地下水和土壤的正常使用[3]。

表1 常温下矸石微量元素的淋溶析出量 mg/L

2.3 矿区景观、资源利用的影响

一般煤矿矸石山为黑褐色或者黑色，在自然景观上无法满足员工的审美需要，同时矸石山也会在自身风化扬尘下，对周围建筑和动植物造成影响，尤其是植物和建筑会被蒙上一层粉尘，在无法及时清理下会降低矿区中植物的色彩鲜艳度和建筑物的美观度。尤其在冬春季节，矸石山在风力作用下有着更大的扬尘危害，且扬尘中带有一定的污染颗粒，不仅降低了矿区能见度，也在PM2.5超标下降低了员工的开采安全性。此外，矸石山未得到煤矿企业能源二次利用的关注，不能充分发挥矸石在建筑工程中的利用，进而无法落实煤矿企业的可持续发展需要。

3 矸石山环境治理的策略

3.1 矸石山污染治理

为了有效控制矸石山自燃，需要通过对矸石山的堆放方式改变，对自燃问题进行控制，可以采用分层压实的方式对矸石山进行堆放处理，具体有以下几个方面的工作：第一，当矸石山的硫含量较高[w（S）≥5%]时，要求对其中的黄铁矿先进行回收，同时当矸石山的碳含量较高时[w（C）≥20%]，需要先进行煤炭的洗选回收处理，将其作为沸腾炉的燃料，提高对自燃现象的控制效果；第二，在降低矸石山中的黄铁矿、碳后，要进行氧气供应的切断，通过生态技术的应用，开展分层堆放的工作；第三，在落实分层压实工作时，要先对堆场进行密封、防渗处理，再进行堆放工作，要求进行一边堆放一边压实，且在第二层的压实中需要对第一层进行覆盖和绿化。通过该技术的应用，既有着投入少、施工简单、见效快的优势，也有着处理量大和无二次污染的优势，需要注意的是，技术人员在进行矸石山的自燃灭火中，可以考虑使用挖除火源、借助表面烧灌和覆盖的方式，实施灭火工作。

3.2 矸石山的生态恢复

随着我国可持续发展战略和生态保护战略的不断落实，通过对煤矿矸石山进行生态修护，可以帮助煤矿企业更好的做好可持续发展和环保方面工作，降低矸石山的污染危害。以某煤矿的生产看，矸石山的堆积区域和国家级的公园相邻，同时和西边棚户区改造小区的距离为30 m，因此需要进行矸石山治理恢复，需要注重客土工程、平整工程、防护工程和种植工程等方面的应用。具体需要做好以下几点：第一，借助生态工程的方式对矸石固体废物进行处理，要通过对一些阻断材料和防渗材料的利用，对矿山及周围环境进行改善；第二，需要对矸石山进行物理性隔离，在用土将矸石山进行覆盖后，进行植物的栽植，完成人工生态系统的建设。一般在矸石山的生态恢复中，所应用的技术有生态封浆阻燃技术、制备恢复技术、矿用防灭火剂组合物制备专利技术和VRT 基盘修塑植被恢复技术（植生基材喷附技术、生态植被袋技术、生态植被毯技术和土壤改良技术）。矸石山的生态恢复过程，如图2 所示。

图2 矸石山生态恢复阶段图

3.3 综合利用矸石山

结合部分煤矿企业的矸石含碳量较高的特点，为了提高矸石山的利用率，可以先对其中夹带煤炭的矸石进行回收，具体有以下几个方面：第一，要筛选出材料热量大于6.29 MJ/kg 以上的矸石，将其作为沸腾炉的燃料，提高矸石利用率；第二，对于碳含量低的矸石而言，当热值处于2.1 MJ/kg～6.29 MJ/kg 的范围中时，可以将其制作成烧结砖、耐火砖等，提高对个低碳矸石的利用率；第三，对于热值处于1.3 MJ/kg的煤矸石而言，可以将其作为水泥配料进行应用，同时也能混合在其他建筑材料中，能提高煤矿企业的经营效益；第四，对于自然的矸石而言，可以进行破碎筛分，在进一步的加工中制成凝胶；第五，一定成分的矸石粉可以起到改善土壤质量的作用。

4 结语

综上所述，随着城市化的推进和人民生活水平的提高，煤矿仍是社会中的主要消耗能源，在煤矿企业提高产量增强行业核心竞争力的同时，需要关注矸石山的污染处理，在有效改善矿区环境后，使开采具有较高的环保、绿色性。结合矸石山对开采的影响，有环境方面、土壤与地下水资源方面和矿区景观方面的影响，需要做好环境污染的治理工作。具体需要借助污染治理、生态恢复和综合利用等方面手段，降低矸石山的环境污染影响和提高矸石的综合利用价值，满足煤矿企业的可持续发展需要。