矸石山綜合治理及煤矸石深加工項目技術與實施

段大文

(西山礦務局官地建筑安裝工程公司，山西 太原 030022)

0 引言

煤矸石是煤炭生產和洗煤過程中伴生的一種固體廢棄物。廢棄的煤矸石不僅污染水質，而且在自燃后生成有害氣體，污染空氣。大量堆積的煤矸石形成矸石山，還會侵占土地，構成了對生態(tài)和環(huán)境的雙重破壞。山西焦煤西山煤電集團有限責任公司官地礦是20世紀50年代籌建的老礦，投產于1960年，在山西乃至全國的經濟建設中發(fā)揮著重要的作用。生產運行過程中產生的工業(yè)固體廢棄物(煤矸石)露天堆放于官地礦南山至高家河的山坡上(以下簡稱矸石山)。自20世紀80年代初投入使用，累計堆積量635萬t，占地面積106 212 m2(約159畝)，平均高度100余米。由于年代久遠，堆存量大，矸石堆積改變了原有的地表徑流匯流途徑，天然降雨在矸石山內滲流，使矸石山具有了產生滑坡的可能性。近年來，雨季行洪時，經常發(fā)生局部矸石山塌陷，從而發(fā)生河道淤塞、道路阻塞，嚴重影響防洪安全和高家河道路的正常使用;同時，矸石山下方是白家莊礦壓風機房，一旦發(fā)生大規(guī)模矸石滑坡塌陷，將造成嚴重后果。煤矸石露天堆放，經過日曬、風吹、雨淋等風化作用，其中的某些有害物質，可能隨著降水漂移進入水域和土壤，污染地表水及地下水環(huán)境;煤矸石中含有的硫鐵礦是一種易氧化發(fā)熱的自燃物質，煤矸石在野外堆積的過程中，煤矸石中的硫鐵礦在有水和氧的環(huán)境中慢性氧化產生熱量，導致矸石自燃，對大氣環(huán)境釋放出大量二氧化硫、硫化氫、氮氧化物等有毒有害氣體，成為大氣污染源，而且對于已自燃的矸石山，有可能因內部氣體流通不暢發(fā)生爆炸。為有效控制官地礦區(qū)的人為地質災害，改善生態(tài)環(huán)境，保證官地礦以及白家莊礦和周邊農村的生產建設能夠持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，如何使煤矸石變廢為寶，官地礦多家經營公司官地建筑安裝工程公司受官地礦的委托，對矸石山進行綜合治理。

1 原有矸石山的綜合治理

組織專業(yè)技術人員多次進行現(xiàn)場踏勘，聘請專家現(xiàn)場指導，引進環(huán)保、循環(huán)經濟的設計理念，優(yōu)化設計方案，查閱國內外煤矸石治理技術資料，結合施工實際經驗，將原有矸石山的綜合治理方法進行了研究與探討。

1.1 國內外煤矸石治理技術

1.1.1 表面密封壓實法

該方法是在自燃矸石山表面鋪土壓實，以隔絕空氣進路，使自燃矸石山內部空氣耗盡后熄滅。這種方法成功率不高，只能降低燃燒強度和污染物排放強度。因為表土只有在濕潤狀態(tài)下才有較好的密封性能，這種方法目前主要用于控制矸石山火勢和污染強度。

1.1.2 灌水法

水是滅火工程中最常用的滅火介質，水在高溫下形成水蒸汽吸熱降溫效果顯著，并且水蒸汽能夠阻止空氣接近可燃物。這種方法最大的問題是無法控制水在矸石山內流動的方向;另一個缺點是灌水后矸石山內部的空隙增加，反應活性增強，矸石山復燃的可能性增加。此外還采用直接挖出冷卻法、低溫惰性氣體法、灌漿密閉泡沫滅火法、燃燒法、注漿封閉法等。

1.2 方案的選擇

堆積煤矸石自燃主要原因是煤矸石中含有大量的黃鐵礦和煤粒、煤塊及劣質煤等，在低溫狀態(tài)下黃鐵礦氧化發(fā)熱以及松散的倒坡式排矸通過孔隙供氧所致，而且自燃溫度會由200℃～1 300℃逐級升高。結合國內外對煤矸石的治理技術，根據(jù)我公司多年來煤矸石治理經驗，擬采取石灰水配火堿滅火，表面覆蓋黃土，修筑排洪系統(tǒng)，植樹種草等綜合治理的方法進行。這種方法經濟實惠、簡單易行，可達到滅火降溫、改善環(huán)境、減少地質災害的目的。

1.3 方案的可行性

1)用堿性水灌注矸石山，其作用主要有:a.阻止煤矸石的氧化生熱;b.降低矸石山內部的溫度，從而有效控制矸石的自燃。2)滅火后的矸石表面及時進行黃土覆蓋，主要作用是隔離空氣，使矸石重新自燃的條件不充分，同時為下一步恢復生態(tài)做準備。3)修筑排水系統(tǒng)，進行植被恢復，進一步預防了水土流失，降低了發(fā)生地質災害的可能性。4)近年來，通過不斷試驗探討，官地礦對矸石山治理總結出一套行之有效的治理方法，工人們對工藝過程比較清楚，施工較為方便。5)在實施過程中，具有投資少，機械化程度高，施工速度快，效果好等優(yōu)點。

1.4 治理步驟

官地礦南山矸石堆放場自20世紀80年代初，投入使用至2006年7月底停用，歷經20余年，堆放的煤矸石數(shù)量較大，占地面積廣闊，坡度陡峭，永久性治理工程浩大，治理后恢復植被難度更大。經現(xiàn)場勘察與反復作方案對比研究，分期進行治理，其中一期為局部示范區(qū)域綜合治理，按照永久性綜合治理的技術措施，先在示范區(qū)進行綜合治理;同時對全部區(qū)域范圍內進行防止塌陷初步基礎性治理。待示范區(qū)治理取得成效和經驗后，繼而對全部區(qū)域進行永久性綜合治理。

2 新產生煤矸石的深加工處理

煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。

煤矸石的處理和利用途徑有以下幾種:

1)回收煤炭和黃鐵礦:通過簡易工藝，從煤矸石中洗選出好煤，通過篩選從中選出劣質煤，同時揀出黃鐵礦，或從選煤用的跳汰機——平面搖床流程中回收黃鐵礦、洗混煤和中煤?；厥盏拿禾靠勺鲃恿﹀仩t的燃料，洗矸可作建筑材料，黃鐵礦可作化工原料。

2)用于發(fā)電:主要用洗中煤和洗矸混燒發(fā)電。我國已用沸騰爐燃燒洗中煤和洗矸的混合物(發(fā)熱量每千克約2 000大卡)發(fā)電。爐渣可生產爐渣磚和爐渣水泥。

3)制造建筑材料:代替粘土作為制磚原料，可以少挖良田。燒磚時，利用煤矸石本身的可燃物，可以節(jié)約煤炭。

煤矸石可以部分或全部代替粘土組分生產普通水泥。煤矸石可用來燒結輕骨料。

此外，煤矸石還可用于生產低熱值煤氣，制造陶瓷，制作土壤改良劑，或用于鋪路、井下充填、地面充填造地。在自燃后的矸石山上也可種草造林，美化環(huán)境。

分析目前煤矸石市場導向，結合多家公司實際情況，年初在200 MPa矸石山上馬了一套煤矸石破碎生產線，主要供電廠使用，已收到了可觀的經濟效益和社會效益。

3 結論

通過對矸石山綜合治理及煤矸石深加工項目的技術研究與實施(矸石山綜合治理后)，取得了可觀的社會效益、環(huán)境效益、經濟效益。

社會效益:綜合治理后，為官地礦乃至全國煤炭系統(tǒng)的矸石山的治理，提供了創(chuàng)新思路，真正達到了環(huán)保的要求，徹底改變煤礦臟、亂、差的形象，減少了土地占用率，真正實現(xiàn)了煤礦廢棄物(煤矸石)的再生利用。

環(huán)境效益及經濟效益:綜合治理后，可將煤矸石造成的人為水土流失控制到最低程度，大大降低發(fā)生地質災害的可能性，并恢復生態(tài)，促進人與自然的和諧發(fā)展。根據(jù)國家環(huán)保總局頒布的排污收費標準，不符合環(huán)保要求的排矸場，存在自燃現(xiàn)象的征收矸石自燃產生的二氧化硫排污費(每當量0.6元)，無三防措施(防揚塵、防滲漏、防流失)的征收固體廢物排污費(5元/t)，目前停用矸石山堆積總量約635萬t，當年排放約40萬t，僅當年產生矸石排污費就達200萬元，直接影響到官地礦的經濟效益，由此可見矸石山的綜合治理，實現(xiàn)了環(huán)境效益、社會效益和經濟效益的統(tǒng)一。

4 結語

《矸石山綜合治理及煤矸石深加工項目技術研究與實施》論文的編寫，耗時一個多月，論文編寫過程中，承蒙《山西建筑》各位老師的多次幫助，單位領導及同事的鼎力支持，在此表示最誠摯的謝意。

[1] 投資咨詢網.2009—2012年我國煤矸石工業(yè)投資分析及前景預測報告[R].

[2] 國務院第394號，地質災害防治條例[Z].

[3] GB 18599-2001，一般工業(yè)固體廢棄物貯存、處置場污染控制標準[S].

[4] GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[5] JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規(guī)范[S].

[6] 西山煤電集團官地礦水土保持方案報告書[Z].