段大文

(西山礦務(wù)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(chǎn)和洗煤過(guò)程中伴生的一種固體廢棄物。廢棄的煤矸石不僅污染水質(zhì)，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(huì)侵占土地，構(gòu)成了對(duì)生態(tài)和環(huán)境的雙重破壞。山西焦煤西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司官地礦是20世紀(jì)50年代籌建的老礦，投產(chǎn)于1960年，在山西乃至全國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用。生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)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(jiǎn)稱矸石山)。自20世紀(jì)80年代初投入使用，累計(jì)堆積量635萬(wàn)t，占地面積106 212 m2(約159畝)，平均高度100余米。由于年代久遠(yuǎn)，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(nèi)滲流，使矸石山具有了產(chǎn)生滑坡的可能性。近年來(lái)，雨季行洪時(shí)，經(jīng)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(yán)重影響防洪安全和高家河道路的正常使用;同時(shí)，矸石山下方是白家莊礦壓風(fēng)機(jī)房，一旦發(fā)生大規(guī)模矸石滑坡塌陷，將造成嚴(yán)重后果。煤矸石露天堆放，經(jīng)過(guò)日曬、風(fēng)吹、雨淋等風(fēng)化作用，其中的某些有害物質(zhì)，可能隨著降水漂移進(jìn)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(zhì)，煤矸石在野外堆積的過(guò)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(chǎn)生熱量，導(dǎo)致矸石自燃，對(duì)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(duì)于已自燃的矸石山，有可能因內(nèi)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(zhì)災(zāi)害，改善生態(tài)環(huán)境，保證官地礦以及白家莊礦和周邊農(nóng)村的生產(chǎn)建設(shè)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(jīng)營(yíng)公司官地建筑安裝工程公司受官地礦的委托，對(duì)矸石山進(jìn)行綜合治理。

1 原有矸石山的綜合治理

組織專業(yè)技術(shù)人員多次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，聘請(qǐng)專家現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，引進(jìn)環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)理念，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，查閱國(guó)內(nèi)外煤矸石治理技術(shù)資料，結(jié)合施工實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，將原有矸石山的綜合治理方法進(jìn)行了研究與探討。

1.1 國(guó)內(nèi)外煤矸石治理技術(shù)

1.1.1 表面密封壓實(shí)法

該方法是在自燃矸石山表面鋪土壓實(shí)，以隔絕空氣進(jìn)路，使自燃矸石山內(nèi)部空氣耗盡后熄滅。這種方法成功率不高，只能降低燃燒強(qiáng)度和污染物排放強(qiáng)度。因?yàn)楸硗林挥性跐駶?rùn)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(shì)和污染強(qiáng)度。

1.1.2 灌水法

水是滅火工程中最常用的滅火介質(zhì)，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(wèn)題是無(wú)法控制水在矸石山內(nèi)流動(dòng)的方向;另一個(gè)缺點(diǎn)是灌水后矸石山內(nèi)部的空隙增加，反應(yīng)活性增強(qiáng)，矸石山復(fù)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(zhì)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(guò)孔隙供氧所致，而且自燃溫度會(huì)由200℃～1 300℃逐級(jí)升高。結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)煤矸石的治理技術(shù)，根據(jù)我公司多年來(lái)煤矸石治理經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)行。這種方法經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、簡(jiǎn)單易行，可達(dá)到滅火降溫、改善環(huán)境、減少地質(zhì)災(zāi)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(nèi)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(shí)進(jìn)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(shí)為下一步恢復(fù)生態(tài)做準(zhǔn)備。3)修筑排水系統(tǒng)，進(jìn)行植被恢復(fù)，進(jìn)一步預(yù)防了水土流失，降低了發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性。4)近年來(lái)，通過(guò)不斷試驗(yàn)探討，官地礦對(duì)矸石山治理總結(jié)出一套行之有效的治理方法，工人們對(duì)工藝過(guò)程比較清楚，施工較為方便。5)在實(shí)施過(guò)程中，具有投資少，機(jī)械化程度高，施工速度快，效果好等優(yōu)點(diǎn)。

1.4 治理步驟

官地礦南山矸石堆放場(chǎng)自20世紀(jì)80年代初，投入使用至2006年7月底停用，歷經(jīng)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(fù)植被難度更大。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察與反復(fù)作方案對(duì)比研究，分期進(jìn)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(shù)措施，先在示范區(qū)進(jìn)行綜合治理;同時(shí)對(duì)全部區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行防止塌陷初步基礎(chǔ)性治理。待示范區(qū)治理取得成效和經(jīng)驗(yàn)后，繼而對(duì)全部區(qū)域進(jìn)行永久性綜合治理。

2 新產(chǎn)生煤矸石的深加工處理

煤矸石是采煤過(guò)程和洗煤過(guò)程中排放的固體廢物，是一種在成煤過(guò)程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅(jiān)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(guò)簡(jiǎn)易工藝，從煤矸石中洗選出好煤，通過(guò)篩選從中選出劣質(zhì)煤，同時(shí)揀出黃鐵礦，或從選煤用的跳汰機(jī)——平面搖床流程中回收黃鐵礦、洗混煤和中煤。回收的煤炭可作動(dòng)力鍋爐的燃料，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(guó)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(chǎn)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(shí)，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(chǎn)普通水泥。煤矸石可用來(lái)燒結(jié)輕骨料。

此外，煤矸石還可用于生產(chǎn)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(chǎng)導(dǎo)向，結(jié)合多家公司實(shí)際情況，年初在200 MPa矸石山上馬了一套煤矸石破碎生產(chǎn)線，主要供電廠使用，已收到了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)矸石山綜合治理及煤矸石深加工項(xiàng)目的技術(shù)研究與實(shí)施(矸石山綜合治理后)，取得了可觀的社會(huì)效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益。

社會(huì)效益:綜合治理后，為官地礦乃至全國(guó)煤炭系統(tǒng)的矸石山的治理，提供了創(chuàng)新思路，真正達(dá)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(shí)現(xiàn)了煤礦廢棄物(煤矸石)的再生利用。

環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)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(zhì)災(zāi)害的可能性，并恢復(fù)生態(tài)，促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展。根據(jù)國(guó)家環(huán)?？偩诸C布的排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，不符合環(huán)保要求的排矸場(chǎng)，存在自燃現(xiàn)象的征收矸石自燃產(chǎn)生的二氧化硫排污費(fèi)(每當(dāng)量0.6元)，無(wú)三防措施(防揚(yáng)塵、防滲漏、防流失)的征收固體廢物排污費(fèi)(5元/t)，目前停用矸石山堆積總量約635萬(wàn)t，當(dāng)年排放約40萬(wàn)t，僅當(dāng)年產(chǎn)生矸石排污費(fèi)就達(dá)200萬(wàn)元，直接影響到官地礦的經(jīng)濟(jì)效益，由此可見矸石山的綜合治理，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

4 結(jié)語(yǔ)

《矸石山綜合治理及煤矸石深加工項(xiàng)目技術(shù)研究與實(shí)施》論文的編寫，耗時(shí)一個(gè)多月，論文編寫過(guò)程中，承蒙《山西建筑》各位老師的多次幫助，單位領(lǐng)導(dǎo)及同事的鼎力支持，在此表示最誠(chéng)摯的謝意。

[1] 投資咨詢網(wǎng).2009—2012年我國(guó)煤矸石工業(yè)投資分析及前景預(yù)測(cè)報(bào)告[R].

[2] 國(guó)務(wù)院第394號(hào)，地質(zhì)災(zāi)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(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)[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(shù)規(guī)范[S].

[6] 西山煤電集團(tuán)官地礦水土保持方案報(bào)告書[Z].