煤矸石对环境危害及其防治

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1、172 朱秀梅：煤矸石对环境的危害及其防治 煤矸石对环境的危害及其防治煤矸石对环境的危害及其防治 朱秀梅1，邓晓成2 （1中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院； 2中国矿业大学(北京) 机电与信息工程学院，北京 100083） 朱秀梅：煤矸石对环境的危害及其防治 摘 要：摘 要：论述了煤矸石对环境的不利影响及减少和防治各种不利影响的相应措施,并从利用煤矸石发电、制建筑材料、造肥料以及充填煤矿塌陷区复垦造田、矸石山绿化等方面介绍了煤矸石的资源化。 关键词：关键词：煤矸石；环境治理；资源化；绿化 引言引言 煤矸石是在煤炭开采、 洗选加工过程中所产生的固体废弃物。目前煤矿的排矸量约占煤炭开采量的

2、 820，平均约为 12；已成为我国累计堆积量和占用场地最多的工业废弃物。目前，全国煤矸石的总积存量约 45 亿 t，而且仍在逐年增长，矸石山几乎成为我国煤矿的标志。同时，由于矸石中通常含有残煤、碳质泥岩、流铁矿、碎木材等可燃物质，在长期露天堆积后，往往会产生自燃现象，并排放出大量的 CO、CO2、SO2、H2S、NO 和 CmHn 等有害气体，给周边环境带来了一系列的危害1。如果煤矿开采给环境造成的破坏得不到有效的整治， 必将带来严重的后果， 因而煤矿的清洁生产是煤炭开采业的发展方向2，也是煤矿企业的根本出路。 1 煤矸石对环境的危害 1 煤矸石对环境的危害 1.1 占用土地 煤矸石堆场多位

3、于井口附近， 大多紧邻居民区，由于排放物侵占大量耕地、 林地， 使我国人均耕地面积本来就很少的状况更是雪上加霜。 根据不完全统计， 我国现存的煤矸石已经达到了45亿t之多，占地约3 500k以上，并且还以4002ha的速度在增长。 1.2 污染矿山环境 煤矸石中的黄铁矿在空气中易被氧化，放出热量聚集，使煤矸石中所含碳质自燃产生SO2、 C02 、 CO等有毒有害气体。据有关资料，每平方米矸石山自燃1昼夜可排放CO10. 8kg, S026. 5kg, H2S和NO22Kg等。依据国家卫生标准规定，居民区大气环境中有害物质SO2的最高允许浓度(日均)为0. 15mg/ m3、H2S为0. 0lm

4、g/ m3，显然，煤矸石自燃区的大气环境污染超过了国家标准，必然危害居民身体健康。 燃烧的煤矸石山在雨季有可能发生爆炸， 尽管爆炸的几率较小，但一旦爆炸，将危及生命。如1978年甘肃窑街煤矿煤矸石内部自燃引起爆炸，造成附近临时住房被摧毁，人畜伤亡十分严重。 煤矸石自燃及风化后， 大风扬尘加剧了大气中可吸入颗粒物的浓度，尤其是四面环山的矿区环境污染更加严重。如甘肃窑街煤矿区二面环山，尘埃滞留矿区上部，大气中总悬浮物微粒年平均浓度超过国家一级标准9倍，冬季严重时超标25. 4倍。铜川矿区曾因环境污染严重被称为卫星上看不到的城市。 另外， 煤矸石风化淋滤使煤矸石中的有害物质进入土壤河流，造成水土环境

5、直接污染。地质环境改变预测评价和水文地质、工程地质研究，俄罗斯莫斯科近郊煤矿区距矸石堆底部5060m远的土壤中，每100g土壤中铁含量达146160mg， 铝含量达1119mg， 分别超过允许值的34倍和1. 5倍，土壤被毒化。 2 提高煤矸石资源化利用程度 2 提高煤矸石资源化利用程度 2.1 煤矸石发电 对于含碳量较高、热值较高的煤矸石,可直接用于矸石电厂发电。2004年底全国煤矸石或泥煤低热值燃料电厂有230座,装机容量2MkW,年发电量约12GkWh,占矿区用电的30%,减少因堆积矸石占地近200ha。 陕西省已建成投产煤矸石发电厂3座,装机容量4.2万kW,每年利用煤矸石31万t。

6、2000年实现产值5500万元,利润1100万元。陕西蒲白矿务局1989、1996、1998年共投资1.24亿元建成2.4万kW煤矸石电厂,年利润460万元,每年可利用煤矸石10万t左右。山东新汶协庄矿年产原煤2Mt,排放20多万t煤矸石,1994年投资6000多万元建12MW煤矸石热电厂,从1995年底发电到目前已累计发电0.3GkWh,供热50多万m3,消耗煤矸石40多万t。 2.2 煤矸石制建材 对低发热量的煤矸石可用于制砖， 如丰城矿务局先后建2011 年 第 3 期 2011 年 3 月化学工程与装备 Chemical Engineering & Equipment 朱秀梅：煤矸石对

7、环境的危害及其防治 173 成了3个矸石砖厂， 总规模达3700万块/a， 年耗煤矸石12万t以上，年产值720万元，年利润达150万元。 若利用煤矸石代替粘土作生产水泥的熟料， 生产普通硅酸盐水泥，对1000t/d熟料水泥生产线，每年可消耗煤矸石7.5万t，若以3000t/d规模建厂，则年耗矸石量可达22万吨以上。 陕西蒲白矿务局年产原煤120多万t,出矸石24万t,质量好的煤矸石用来加工高岭土,较差的用于发电和作水泥配料。从1998年起他们总投资1000多万元建成年4500t高岭土深加工生产线。铜川矿务局1998年投产年产10万t碳酸盐水泥厂,年利用矸石4万t,2000年投产年产量100万

8、m2的煤矸石釉面砖厂,年利用矸石2万t。河南郑煤公司米村矿等投资1400万元,开发矸石空心砖生产线,年产空心砖6000万块,年创产值776.47万元,年消耗煤矸石0.16Mt。安徽淮北朱仙庄矿投资380多万元建成煤矸石砖厂,年生产规模3000万块砖,创效益340多万元,10余年来共消耗矸石100多万t,约是5年矸石产量的总和。 2.3 煤矸石生产肥料 以煤矸石为载体可生产无机复合肥和微生物肥料。 据不完全统计， 全国有微生物化肥厂50余座， 年生产能力40多万t，大部分以煤矸石为载体。 陕西渭北煤田煤矸石含有大量的炭质页岩和含炭粉砂岩， 其有机质含量一般在15%25%之间， 并含有植物生长所必

9、需的铜辟、钳、锰、钻等微量元素和较强的吸收性能，适宜制肥料。 西安煤科分院矸制的以煤矸石为主要原料，经粉碎加入改性物质，掺入适量氧、磷、钾和微量元素的全养分矸石肥料和专用矸石肥料， 有较好的增产效果， 用煤矸石制肥料消耗矸石量大， 有较好的社会和经济效益。 蒲白矿务局1994年投产的磁化肥厂年利用矸石1万t，2000年产值1000万元。陕西韩城下峪口矿煤矸石中有机质氮、磷、钾含量丰富，可制矸石肥料。被破碎的煤矸石与过磷酸钙以10: 1的比例混合，同时加入适量的添加剂，加适量水堆沤710天即成，据有关试验，能使冬小麦增产13. 4%。 上述煤矸石的应用技术是降低煤矸石的堆积量、 减少污染、节能减

10、排、提高经济效益的良好途径。但也存在如下问题： 这些方法消耗矸石的数量较小， 远远低于矸石的产出量，上述技术对矸石的利用有一定前提条件， 有的对发热量有要求， 有的对矸石的矿物成份及含量有要求， 使得其应用受到一定的限制。 由于这些问题的存在， 所以在煤矸石资源化的同时更必须从减少矸石这个源头着手， 如果从上述两个方面双管齐下，可使得煤矸石的危害从根本上得以解决。 3 减少煤矸石的途径 3 减少煤矸石的途径 3.1 煤矿不出和少出矸石的清洁生产技术 （1）煤矿不出矸开采技术工艺。将煤炭在地下燃烧气化，一次性转化为清洁的可应用的能源与化工原料，实现煤炭地下无人无生产设备的洁净利用。 山东新汶矿业

11、集团2000年4月煤炭地下气化技术工业性试验获得成功，地下所产煤气经过脱硫、除尘等环节，直接输送到用户，产空气煤气8万m3、水煤气4万m3，发热量相应为6280kJ和14650kJ。此技术与传统开采工艺相比节省投资78%，节约成本62%，提高工效3倍以上，煤的价值提高10倍以上。 （2）煤矿少出矸技术工艺：全煤巷开拓，采区巷道全煤化等开拓方式和采煤工艺都能极大地减少矸石的产生量，并减少采煤过程中混入的矸石量。 薄煤层半煤岩宽巷掘进技术，是将所出矸石充填到巷道的一侧或两侧，德国、英国近年来逐渐应用全煤巷开拓技术，一些煤矿己取消了排矸系统。神华集团神东大柳塔矿采用煤层开拓大巷，岩巷占5%左右，大大

12、降低了出矸量。 3.2 填沟造地，充填塌陷区，减少矸石占地 地处荒山丘陵地区的矿井，采用填沟造地，可减少煤矸石对农田的占用。神东公司大柳塔煤矿井下及洗煤外排矸石，按规划设计分区征用沟壑地排矸，在沟口建起拦渣坝，集中排放，填沟造地，上覆黄土碾压，植树种草，使其矸石山堆场变成平整林地。 晋城无烟煤矿业集团各矿建专门排矸巷道(兼通风巷)和排矸井， 矸石直接提升到地面堆放于荒山沟，填满后上部推平覆土造地。 煤矿地下开采形成的采空区诱发的地面塌陷、 地裂缝造成耕地毁损、公路塌陷、铁轨扭曲、建筑物裂缝以及注地积水沿裂隙下渗引发矿井透水等事故。 在干旱地区由于地表水系受到破坏，矿区生产、生活以及农业用水困难

13、。煤矿塌陷区恢复治理措施之一就是用煤矸石充填塌陷区， 既减少了煤矸石占压土地，又使塌陷区得到治理以恢复土地应有功能。 4 矸石山的绿化 4 矸石山的绿化 我国煤矸石利用率仅20%左右，大多数煤矿煤矸石仍需堆积，新的煤矸石仍不断产出。因此，煤矸石山的绿化是我国日前矸石山治理的有效途径之一， 它能防止或减轻矿区环境污染，恢复土地资源和改善生态环境。山西西山煤电集团在用黄土覆盖后的土地上造林造田，边缘地带种植防护林，中间地带种植经济草本植物，同时建立蔬菜大棚及养殖业。内蒙平庄矿业公司对矸石山治理主要采取林草复垦， 选择乔木松树，灌木沙棘、草木、沙打旺，胡杨柴等立体结构复合混种，矸石山周边地带造防护林

14、带。 5 结语 5 结语 煤矸石作为排放量最大的固体废弃物， 占用大量土地且对环境造成多种污染，通过煤矸石资源化、减少矸石量和矸石山绿化等方式相结合可大大降低其对环境污染与破坏。 在我国全面建立“资源节约型、环境友好型”社会的进程中，煤炭企业只有通过多种途径开展煤矸石 （下转第166页）（下转第166页） 166 王金亮：模糊层次综合分析法在油库安全评价中的应用 0098. 0064. 0306. 0336. 0198. 0018. 0151. 0197. 0196. 0215. 0217. 0022. 0053. 0256. 0278. 02 . 0191. 0=R3.4 油库系统总评价 )

15、01. 0 ,12. 0 ,17. 0 ,23. 0 ,24. 0 ,21. 0(=0098. 0064. 0306. 0336. 0198. 0018. 0151. 0197. 0196. 0215. 0217. 0022. 0053. 0256. 0278. 02 . 0191. 0)24. 0 ,62. 0 ,14. 0(=RAB等级计算如下： 63. 0=)0 , 2 . 0 , 4 . 0 , 6 . 0 , 8 . 0 , 1 ()01. 0 ,12. 0 ,17. 0 ,23. 0 ,24. 0 ,21. 0(=TTCB3.5 结果分析 根据前面建立的评语集合可知， 油库系统总体

16、状态为一般。根据表 4，由最大隶属度原则有，人员素质及其规章执行情况一般，设施完备及完好率优秀，环境卫生条件良好。因此， 此油库应该全面提升员工和领导的安全知识水平，加强培训，强化规章制度的执行。 4 结束语 4 结束语 在此文中,根据建立的层次模糊综合分析模型对油库的各个方面做基本的安全评价， 并根据评价的实际结果给出了改进的方面。同时，采用的层次分析法以及模糊评价法，具有定性定量相结合的优点， 较好的解决了相关数据不足的缺陷，此法具有科学性和合理性，并具一定的推广使用价值。本文中比较标度的确定以及二级指标综合判断矩阵的建立是通过专家根据个人经验给出的，主观性相对较大，一定程度上影响了结果的准确性，这是有待改进的地方。 参考文献 参考文献 1 金龙哲,宋存义. 安全科学技术M. 北京:北京科技大学出版社,2002. 2 谭跃进,陈英武,易进先. 系统工程原理M. 长沙:国防科技大学出版社,1999,11. 3 王莲芬,许树柏. 层次分析法引论M. 北京:中国人民大学出版社,1