煤矸石對(duì)煤礦礦區(qū)的環(huán)境影響及其防治對(duì)策

冉建平

摘 要：我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，采煤產(chǎn)生的煤矸石造成煤礦礦區(qū)環(huán)境污染，破壞礦區(qū)景觀，甚至危害生命財(cái)產(chǎn)。煤矸石的綜合利用可減少矸石的總量，但對(duì)于防治礦區(qū)環(huán)境的污染效果甚微。對(duì)于資源枯竭型礦區(qū)，矸石山的生物復(fù)墾和微生物復(fù)墾技術(shù)以及煤矸石在生態(tài)工程技術(shù)中的應(yīng)用，對(duì)防治礦區(qū)煤矸石對(duì)環(huán)境的污染則相對(duì)較好。

關(guān)鍵詞：煤矸石；環(huán)境污染；防治對(duì)策

1 煤矸石對(duì)礦區(qū)環(huán)境的影響

1.1 煤矸石對(duì)礦區(qū)的生態(tài)污染

煤矸石的主要來自露天剝離以及井筒和巷道掘進(jìn)過程中開鑿排出的矸石、煤層中夾有矸石或底板巖層的混入、煤炭洗選過程中排出的矸石等。煤礦礦區(qū)空氣污染日益惡化，煤矸石是主要根源。由于粉塵中含有很多對(duì)人體有害的元素，當(dāng)被人體吸入后導(dǎo)致氣管炎、肺氣腫、塵肺甚至癌癥等疾病，并且還會(huì)引發(fā)各種眼疾。另外，顆粒懸浮于大氣中，破壞了大氣的溫室效應(yīng)，使氣候出現(xiàn)異常。矸石露天堆放經(jīng)雨水淋溶后部分物質(zhì)被溶解，造成土壤、地表水或地下水的污染，嚴(yán)重危害人體健康，甚至危及生命。當(dāng)淋溶水隨雨水形成地表徑流進(jìn)入土壤，破壞了土壤中重金屬的本底值和平衡關(guān)系，同時(shí)也破壞了土壤的養(yǎng)分，并對(duì)土壤中微生物的活動(dòng)產(chǎn)生影響，這些有害成分的存在，不僅有礙植物根系的發(fā)育和生長(zhǎng)，而且在植物有機(jī)體內(nèi)積蓄，通過食物鏈危及人體健康。

1.2 占地及水土流失問題

井工采煤運(yùn)至地面的矸石和洗煤廠將精煤洗出后排棄的矸石堆積壓占土地。我國(guó)煤矸石綜合利用率低，隨著煤矸石持續(xù)堆放，每年新增占地400多公頃。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅山西晉城2001年矸石堆存點(diǎn)達(dá)280處，占地108.8hm2。此外，矸石山堆積年限越長(zhǎng)和占有數(shù)量越大，其侵蝕強(qiáng)度也最為劇烈，如甘肅省內(nèi)矸石山年侵蝕模數(shù)高達(dá)37758t/km2。矸石山除普遍發(fā)生擊濺、層狀、鱗片狀面蝕外，還出現(xiàn)砂礫化面蝕、土砂泄流及坡面泥石流等侵蝕，由其所引起的崩塌、滑塌發(fā)生很普遍，造成嚴(yán)重的水土流失。

1.3 自燃、爆炸、崩塌、滑坡和泥石流的問題

水和氧是矸石山自燃的必要條件，煤矸石中的硫鐵礦和碳元素是矸石山自燃的物質(zhì)前提。在水的作用下，硫鐵礦產(chǎn)生硫酸水溶液，并伴隨放出大量的熱，促進(jìn)煤的水解；在有氧供應(yīng)條件下，硫鐵礦低溫氧自燃，并放出熱量，從而引起含碳物質(zhì)的燃燒。礦區(qū)矸石山多為大量粒徑不等形狀不同的顆粒以不同的排列方式自然堆積而成，結(jié)構(gòu)疏松，在本質(zhì)上說是不連續(xù)的，為散體材料。同時(shí)，受矸石中炭分的自燃、有機(jī)質(zhì)的灰化及硫分的離解揮發(fā)等作用，矸石山的穩(wěn)定性普遍較差，極易發(fā)生崩塌、滑坡。此外，山區(qū)煤礦大都直接將煤矸石堆于溝谷中，成為泥石流的物質(zhì)源。堆積區(qū)的溝谷有一定的匯水面積和適宜的坡度，在雨季一旦降雨量達(dá)到60 mm/h即可爆發(fā)泥石流。

2 煤矸石的綜合利用與環(huán)境污染防治

2.1 煤矸石的綜合利用

綜合利用是實(shí)現(xiàn)煤矸石減量化、資源化、無害化的最佳選擇，是使物盡其用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的最好選擇，也是實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源、環(huán)境協(xié)調(diào).達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的有力措施。如：①在礦區(qū)采用清潔生產(chǎn)工藝，使需要貯存、運(yùn)輸、處理、處置的固體廢物降低到最小程度。礦井開拓巷道和采準(zhǔn)巷道采用全煤巷布置，不僅減少大量矸石出井，而且可以大大降低礦井建設(shè)費(fèi)用和生產(chǎn)成本。②根據(jù)煤矸石劃類區(qū)分不同的用途。熱值高于6.28MJ/kg的煤矸石，宜作沸騰爐燃料；熱值在2.09～6.28MJ/kg的煤矸石，宜作水泥配料、燒結(jié)矸石磚、耐火磚等的原料。使其中的低值能源得到利用：熱值在1.26MJ/kg以下的煤矸石。可作水泥配料和混合材料或筑路、填方等。③含有多種微量元素的煤矸石，可生產(chǎn)煤矸石肥料，開展農(nóng)業(yè)利用。對(duì)于含氧化鋁較高的煤矸石。開發(fā)化工產(chǎn)品，生產(chǎn)氧化鋁、硫酸鋁、水處理藥劑等。煤矸石生產(chǎn)硅鋁鐵合金，分子篩，巖棉、水玻璃、白炭黑、水處理藥劑、農(nóng)業(yè)肥料等，可獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。④利用煤矸石發(fā)電。矸石發(fā)電、灰渣制水泥、建材，這是變廢為寶、節(jié)約好煤、開辟能源的重要途徑。主要利用循環(huán)硫化床燃燒技術(shù)。流化床技術(shù)對(duì)于煤矸石的利用有顯著的特點(diǎn)。

2.2 煤矸石對(duì)環(huán)境污染的防治措施

1、 煤矸石山自燃的防治

主要是從煤矸石的不同堆放方法研究人手。許多國(guó)家通過采用分層壓實(shí)方法堆放煤矸石，控制煤矸石的壓實(shí)程度，來解決矸石山自燃問題。含硫量高于5%以上的矸石應(yīng)回收黃鐵礦。高硫矸石堆應(yīng)用石灰漿、粘土漿等灌注其孔隙，以隔絕空氣.抑制自燃。含碳量高于20%的矸石。應(yīng)進(jìn)行洗選回收煤炭或作為沸騰爐燃燒。在去除煤矸石中的煤和黃鐵礦，切斷供氧的條件下應(yīng)用生態(tài)技術(shù)對(duì)煤矸石進(jìn)行分層堆放。首先對(duì)堆場(chǎng)進(jìn)行密封防滲處理，然后進(jìn)行分層堆放，邊堆放邊壓實(shí).在堆放第2層的同時(shí)。對(duì)第1層的邊坡進(jìn)行覆土綠化，整個(gè)矸石堆形成后，整體覆土封頂，進(jìn)行綠化或耕種。這種生態(tài)工程的技術(shù)具有投資少、見效快、處理量大、不造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)。

2、 矸石山的生物復(fù)墾和微生物復(fù)墾

矸石山的生物復(fù)墾和微生物復(fù)墾技術(shù)也在廣泛應(yīng)用。生物復(fù)墾是利用生物措施，恢復(fù)土壤肥力與生物生產(chǎn)能力的活動(dòng).它是實(shí)現(xiàn)廢棄土地農(nóng)業(yè)復(fù)墾的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要內(nèi)容為土壤改良和植被品種篩選。微生物復(fù)墾是利用微生物活化藥劑或微生物與有機(jī)物的混合劑對(duì)復(fù)墾后的貧瘠土地進(jìn)行熟化和改良，恢復(fù)土壤的肥力和活性。采用微生物復(fù)墾是在矸石墊層上不覆蓋生長(zhǎng)土，僅加適量微生物活化劑，只在短期（6個(gè)月）內(nèi)就可以建立起穩(wěn)固的植物覆蓋層，使所造地恢復(fù)種植能力，第2年可種植農(nóng)作物，3～5年即能完全達(dá)到高產(chǎn)農(nóng)田的肥力，且對(duì)種植品種沒有限制。這種技術(shù)具有費(fèi)用低、效率高、效益好等優(yōu)點(diǎn)。

3、 生態(tài)工程技術(shù)在處理矸石環(huán)境影響中的應(yīng)用

生態(tài)工程處理固體廢物，首先采用適當(dāng)?shù)姆罎B材料和阻斷材料，將處理物與周圍的環(huán)境有一個(gè)物理性質(zhì)的隔離。然后在被圍隔起來的固體廢物堆上。蓋上一層土，并在土層上重新進(jìn)行以植被為主體的人工生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)，同時(shí)輔以一定的景觀建筑。把廢物場(chǎng)地改造成為宜人的公園、游樂場(chǎng)或農(nóng)田。這種生態(tài)工程的技術(shù)具有投資少、見效快、處理量大、不造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)。由于恢復(fù)后的土地具有更大的利用價(jià)值。因此還可獲得長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益.是一種更具有改造環(huán)境積極意義的固體廢物處理技術(shù)。土地的復(fù)墾程序，包括了對(duì)粉塵的控制、防止表土流失、加強(qiáng)壩基安全、減少重金屬污染物的徑流量、綠化廢物場(chǎng)地加速自然轉(zhuǎn)變過程等.都是對(duì)采用生態(tài)工程技術(shù)的一些具體目標(biāo)的要求。澳大利亞西部地區(qū)的一些礦區(qū)，采用深挖法技術(shù)進(jìn)行復(fù)墾.要求采空區(qū)必須恢復(fù)到能夠保證建立起一個(gè)適于該地區(qū)野生動(dòng)物返回聲息和防止水源鹽堿化的生態(tài)系統(tǒng)的目標(biāo)。加拿大的許多礦業(yè)公司，對(duì)于在含有硫化鐵和其他硫化物的尾礦進(jìn)行植被工程時(shí)，采用了就像已在農(nóng)業(yè)上采用的石灰石、污泥、肥料等各種調(diào)整劑的方法，對(duì)具有硫化物的尾礦直接進(jìn)行調(diào)整，使植被工程可以在沒有鋪設(shè)表土層的尾礦堆上直接進(jìn)行播種，并且建立起了持久性的植被生態(tài)工程，簡(jiǎn)便效果又好。

參考文獻(xiàn)

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