高勝軍

摘 要：煤矸石是采煤和洗煤過(guò)程中排放的固體廢棄物，是一種在成煤過(guò)程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤更堅(jiān)硬的黑灰色巖石。邯邢地區(qū)煤礦在煤炭開采過(guò)程中排放有大量的矸石，矸石堆積成山對(duì)礦區(qū)和周圍區(qū)域的環(huán)境造成了較大的影響。矸石的處置和綜合利用是保護(hù)環(huán)境的當(dāng)務(wù)之急，本文對(duì)邯邢礦區(qū)煤矸石樣品進(jìn)行采樣，采集的樣品進(jìn)行化驗(yàn)分析，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果對(duì)工作區(qū)煤矸石有益有害元素的類別及含量做出了評(píng)價(jià)，并提出矸石山的利用和治理方案。

關(guān)鍵詞：煤矸石；調(diào)查研究；利用

中圖分類號(hào)：TD849.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）15-0192-02

煤礦矸石山是煤礦在煤炭開采加工過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物集中堆置形成，是煤礦最顯著的地面標(biāo)志之一，采煤時(shí)，煤矸石會(huì)被分離出來(lái)堆放在一邊，久而久之堆積成山，俗稱矸石山。矸石山的主要成分是煤矸石，煤矸石是采煤和洗煤過(guò)程中排放的固體廢棄物，是一種在成煤過(guò)程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤更堅(jiān)硬的黑灰色巖石。河北省是產(chǎn)煤大省，邯邢地區(qū)是我國(guó)主要的煤炭生產(chǎn)基地，煤炭資源開采歷史悠久，現(xiàn)有冀中能源峰峰集團(tuán)、邯礦集團(tuán)、邢礦集團(tuán)和井陘礦業(yè)集團(tuán)，4個(gè)國(guó)有企業(yè)管理的煤礦將近50家，在煤炭開采過(guò)程中排放有大量的矸石，矸石堆積成山對(duì)礦區(qū)和周圍區(qū)域的環(huán)境造成了較大的影響。

隨著科學(xué)的發(fā)展和人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，人們?cè)絹?lái)越深刻意識(shí)到到龐大的矸石山數(shù)量給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)巨大的負(fù)面影響。因此對(duì)煤矸石的處置和綜合利用是保護(hù)環(huán)境的當(dāng)務(wù)之急。合理有效的綜合利用和治理矸石，使其變廢為寶將有益元素加以利用，對(duì)有害元素加以防治，從而實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益三個(gè)效益的統(tǒng)一。

根據(jù)礦井的位置、礦井的生產(chǎn)能力、主采煤層和煤質(zhì)情況，本次工作選取峰峰集團(tuán)12個(gè)煤礦、邯礦集團(tuán)6個(gè)煤礦、邢礦集團(tuán)5個(gè)煤礦和井陘礦業(yè)集團(tuán)1個(gè)煤礦，共計(jì)24個(gè)煤礦作為重點(diǎn)調(diào)查對(duì)象，對(duì)工作區(qū)內(nèi)24個(gè)重點(diǎn)煤礦的煤矸石化驗(yàn)、煤矸石排放量、煤矸石堆積年代、煤礦基本概況等資料進(jìn)行收集，采集邯邢地區(qū)24個(gè)重點(diǎn)煤礦矸石山的巖礦混合樣品，完成采集煤矸石樣品168件，對(duì)采集的樣品進(jìn)行化驗(yàn)分析，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果對(duì)工作區(qū)煤矸石有益有害元素的類別及含量做出了評(píng)價(jià)，并提出矸石山的利用和治理方案。調(diào)查區(qū)煤礦分布見(jiàn)圖1。

矸石山的來(lái)源主要分為3種：（1）掘進(jìn)矸石：井筒、井下車場(chǎng)及大巷和煤礦生產(chǎn)階段的運(yùn)輸大巷等掘進(jìn)排出的巖石，一般占煤礦排出矸石總量的60～70%，是矸石山物料的主要來(lái)源，在建井期及開采初期排出的矸石幾乎都是掘進(jìn)矸石，通常稱為原矸石；（2）采煤矸石：采煤過(guò)程中從頂、底板和夾在煤層中的巖石夾層里所產(chǎn)生的矸石，其產(chǎn)量約占礦井矸石總量的10～30%；（3）洗煤矸石：煤炭洗選過(guò)程中分離出來(lái)的殘?jiān)?，它主要是煤層?nèi)薄層夾矸及煤層偽頂、偽底等巖石，其一般占矸石總量的5%左右。

矸石山巖性成分：煤礦矸石山的巖石組成與煤礦地質(zhì)條件有關(guān)，也與采煤技術(shù)密切相關(guān)。本次調(diào)查區(qū)內(nèi)巖石組成變化范圍大，成分復(fù)雜，主要由泥巖（泥巖、炭質(zhì)泥巖）、粉砂巖（粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖）、砂巖類（細(xì)粒砂巖、中粒砂巖、粗粒砂巖）、石灰?guī)r（泥灰?guī)r、灰?guī)r）、煤粒等成分組成。

矸石山的堆積形式：邯邢地區(qū)煤礦矸石山的堆積地點(diǎn)受地形和地質(zhì)條件影響。堆積形式有山間開闊地堆積、老矸石山上堆積、溝谷地填筑、低洼地充填4種基本形式。矸石山形狀多為似圓錐形，單體高度最低23m（臨城煤業(yè)），最高的119m（孫莊礦）。堆積時(shí)間較長(zhǎng)的矸石山風(fēng)化嚴(yán)重，植被、沖溝發(fā)育；新堆積矸石山表面有大量粒徑5cm～30cm的塊體，表面植被不發(fā)育，堆積物松散，常有較大塊體順坡滑落，坡角接近自然休止角。通常矸石天然休止角為35°～40°不等。新倒部位的坡度一般較大（40°～60°），穩(wěn)定性較差，局部存在滑坡垮落現(xiàn)象。

樣品的采集：在采集煤矸石樣品時(shí)采用了多點(diǎn)采集方法，在矸石山的山頂、山腰、山腳均勻分布采樣點(diǎn)，山腰和山腳的三個(gè)采樣點(diǎn)，基本呈等邊三角形分布。矸石山采樣點(diǎn)位置分布見(jiàn)圖2。山頂（1號(hào)點(diǎn)）巖石為礦井剛排棄的矸石，屬新鮮巖石；山腳（6號(hào)點(diǎn)）的巖石堆放時(shí)間較長(zhǎng)，屬礦井早期排棄的矸石；山腰（3號(hào)點(diǎn)）部位的巖石介于兩者之間。山頂、山腰、山腳1、3、6三個(gè)點(diǎn)的矸石代表了礦井不同時(shí)期排放的巖石，具有一定的代表性。每座矸石山采集樣品7件，7個(gè)點(diǎn)體現(xiàn)了采樣點(diǎn)分布的均勻性。24座矸石山共采集矸石樣品168件，由于有的煤矸石堆放時(shí)間久遠(yuǎn)，表面可能混合有其他雜質(zhì)，所以首先用不銹鋼鐵鍬清除矸石10～20cm風(fēng)氧化層，再進(jìn)行取樣。

每座矸石山的山頂、山腰和山腳各選取一個(gè)樣品，如圖2所示的1、3、6三個(gè)點(diǎn)的巖樣；再選取山頂、山腰、山腳的混合樣品，如圖2所示的1、2、4、5、7五個(gè)點(diǎn)的巖樣，五個(gè)點(diǎn)樣品進(jìn)行研磨混合，采用四分法選取其中一個(gè)做為混合樣品。每座矸石山共選取4個(gè)樣品作為測(cè)試化驗(yàn)樣品。24重點(diǎn)煤礦共計(jì)96件，送往河北省地礦中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行汞（Hg）、砷（As）、鈀（Pd）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鎘（Cd）、鎵（Ga）、錳（Mn）、鍺（Ge）、硒（Se）、錸（Re）、鉈（Tl）、硫（S）、鐵（Fe）等15種元素的含量檢測(cè)。

本次調(diào)查研究的15種元素分為有益元素和有害元素兩類。有益元素指環(huán)境危害性小，對(duì)動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育能產(chǎn)生有利或工業(yè)用途較廣的元素。此次測(cè)試的鈀（Pd）、鋅（Zn）、銅（Cu）、鎵（Ga）、錳（Mn）、鍺（Ge）、硒（Se）、錸（Re）、鐵（Fe）等9種元素為有益元素；有害元素指對(duì)人和生態(tài)有害的元素，此次測(cè)試的汞（Hg）、砷（As）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉈（Tl）、硫（S）等6種元素為有害元素。24座矸石山所含15種元素評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，均采用4個(gè)化驗(yàn)樣品測(cè)試結(jié)果的品均值。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)后，結(jié)果如下：

有益元素分析：

（1）鈀（Pd）：砂礦床中鈀的邊界品位為0.125g/m3，工業(yè)品位為0.42g/m3。原生礦床中伴生礦床的品位要求為0.03g/t。通過(guò)對(duì)所采集樣品進(jìn)行測(cè)試化驗(yàn)，鈀含量最高的是梧桐莊礦，為37.65×10-9，最低的是臨城煤礦，為11.14×10-9。只有梧桐莊礦的含量介于伴生礦床和砂礦床的品位之間，其他23個(gè)煤礦的值都小于伴生礦床的品位要求值0.03g/t。所以梧桐莊礦鈀值得進(jìn)一步研究。

（2）其余8種元素鋅（Zn）、銅（Cu）、鎵（Ga）、錳（Mn）、鍺（Ge）、硒（Se）、錸（Re）、鐵（Fe），本次調(diào)查的24個(gè)煤礦矸石山含量都較低，均未達(dá)到工業(yè)品位值。

有害元素分析：本次調(diào)查的24個(gè)煤礦矸石山中汞（Hg）、砷（As）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉈（Tl）、硫（S）元素均為達(dá)到工業(yè)品味值。

目前邯邢地區(qū)煤矸石主要應(yīng)用有：路基填料、制磚、制水泥、發(fā)電、井下充填。堅(jiān)持了“因地制宜，積極利用”的指導(dǎo)思想，實(shí)行“誰(shuí)排放，誰(shuí)治理”、“誰(shuí)利用，誰(shuí)受益”的原則。值得注意的是梧桐莊礦矸石山屬低鈀礦石，對(duì)低鈀礦石的選礦的新方法、新技術(shù)、新工藝，有待我們作進(jìn)一步的研究試驗(yàn)。

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