平顶山市煤矸石综合利用现状及污染控制措施探究

刘根立

平顶山是一座因煤而建的城市，煤矸石作为一种采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物在堆放过程中占用土地资源，发生滑坡、泥石流等地质灾害，甚至发生自燃爆炸。本文结合平顶山当地实际浅谈了煤矸石山堆放的危害和该地区煤矸石的综合利用现状，分析了煤矸石在综合利用过程中产生的环境污染问题，提出了相应的污染控制措施。

平顶山因煤而兴、因山得名，拥有丰富的矿产资源，尤其是煤炭资源，其煤田面积达一千多平方公里，原煤总储量100多亿吨，是新中国自行勘探设计建设的第一个特大型煤炭基地，建矿以来累计生产原煤6.51亿吨，洗选精煤9065万吨。在60多年的开发和建设中，共形成矸石山31座，煤矸石累计堆存2069万吨，占地面积1365亩。目前，年排放煤矸石量200万吨左右。

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。其主要成分是Al₂O₃、SiO₂，另外还含有数量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴等）。

1 煤矸石的环境危害分析

煤矸石堆场多位于井口附近，煤矸石多自然成堆，露天堆放方式，这种方式占用大量土地。而且随着煤矸石排放量的逐年增加，耕地被侵占的现象将进一步恶化，这将进一步加剧土地资源紧缺局面。此外，煤矸石山由于自燃等现象发生，其植被覆盖率低、黑色地面大面积暴露，严重影响地质地貌景观。

煤矸石露天堆放会产生大量扬尘，这主要是由于在地面堆放的煤矸石组成为砂岩、砂砾岩、页岩，受到长时间的日晒雨淋后，将会风化粉碎成微细颗粒。另外，煤矸石吸水后会崩解，从而很容易产生粉尘。在风力的作用下，形成扬尘污染，将会恶化矿区大气的质量。

煤矸石中含有残煤、碳质泥岩和废木材等可燃物，其中C、S可构成煤矸石自燃的物质基础，平顶山矿区煤矸石含硫量在0.11 %～1.46%，煤矸石堆内缓慢的氧化作用使矸石山内部的热量逐渐积累。当温度达到可燃物的燃烧点时便可自燃。自燃后，矸石山内部温度为800～1000^oC，使矸石融结并放出大量的CO、CO₂、SO₂、H₂S、NO_x等有害气体，其中以SO₂为主。

煤矸石除含有粉尘、SiO₂，A1₂O₃以及Fe，Mn等常量元素外，还有其他微量重金属元素，如Pb，Sn，As，Cr等，这些元素为有毒重金属元素。当露天堆放的煤矸石山经雨水淋蚀后，产生酸性水，存在污染周围的土地和水体的风险。

当矸石堆场的矸石堆放不合理时，矸石堆易发生边坡失稳，从而导致矸石堆的崩塌、滑移，特别在暴雨季节，易发生泥石流，从而殃及下游的农田、河流及人员安全。

2 平顶山地区煤矸石主要综合利用途径

（1）用于工程填料。比如说铺路、地面充填、造地造景等建筑用途，2003年平顶山至临汾高速也有10.2km路段填筑了煤矸石，这些路况至今良好。煤矸石颗粒表面粗糙并具有棱角性，碾压后相互嵌挤而比较紧密，产生一定的摩擦力，与水泥胶结作用，更具有良好的路用性能。煤矸石颗粒的组成、膨胀性、密实性、水稳性等理化性能优良，表明煤矸石可应用于道路工程中。

（2）用于平整矿区塌陷土地。自平顶山矿区开发以来，由于矿井开采累计造成土地塌陷面积近14000亩。近年来，平顶山探索采用煤矸石充填工艺，对已排除积水的塌陷地，平整复垦还耕;对无法排除积水的深水位塌陷坑开挖鱼塘，塘中养鱼，塘边种植蔬菜、瓜果。平顶山矿区累计投入资金1.16亿元用于塌陷地治理，复垦土地11000亩，解决了长期困扰企业的“塌陷―补偿―再塌陷―再补偿”的恶性循环，既改善了矿区环境，减轻了企业补偿负担，又增加了土地面积，利国利民利企业。

（3）作为燃料发电。由于煤矸石也是含碳的，平顶山矿区煤矸石含碳量为5 %～45 %，所以依然是可以作为制煤的材料，通过筛选、洗选等工艺，回收其中的煤炭，作为锅炉燃料等，由于量足够大，还是可以卖给电厂等需要热燃的地方。平顶山现有综合利用电厂三座，总装机容量145MW，年利用煤矸石、煤泥和劣质煤85万吨。

（4）用于制砖。平顶山近十年来着眼于构建资源节约型、环境友好型社会，在发展循环经济的过程中，加大对煤矸石、粉煤灰和钢渣等工业废物的综合开发利用力度，构建煤-电-建材产业链。一方面，在用地、信贷等方面对新型墙材企业给予优惠政策，另一方面，全面禁用黏土实心砖，为新型墙材产品腾出了广阔的市场空间。平顶山市以煤矸石、粉煤灰等为原料的新型墙材企业总数已达到245家，其中年生产能力达3000万标块的35家，6000万标块的15家。2016年，平顶山全市新墙材总产量达10.2亿标块，消化利用煤矸石等工业废物122万吨。

3 煤矸石利用所面临的问题和措施

（1）矸石山自燃爆炸问题与防治。矸石山自燃爆炸与其硫铁矿的含量、堆存方式、含水量、通风情况都有关，要经过低温氧化--自动升温加速反应--自燃--爆炸4个阶段，是一个复杂的物理化学过程，且自燃一旦发生，较难扑灭。平顶山现阶段采取的主要防治方法是将矸石堆表面整平、压实，沿矸石堆周边添加黏土夹层，此外对矸石堆采取注浆（选用石灰、粉煤灰、黄土等材料）措施，起到封闭隔氧的作用，增加矸石山的稳定性。同时对决定今后不再二次利用的矸石山可以采取植被绿化的措施进行治理。多年以来，平顶山积极探索寻找适宜矸石山生长的刺槐、椿树、高羊茅等本土物种，对矸石山进行了大面积绿化。以绿化靓化治理为主的平煤二矿、四矿、八矿矸石山成为全国煤矿生态恢复治理的典范。

（2）矸石山二次开挖利用过程中产生的扬尘污染，及开挖方式不当带来的滑坡、塌落、泥石流等地质灾害。矸石山的二次开挖利用一定要科學规划，合理选择先导作业面，开挖过程中必须采取喷水、喷雾降尘措施，大风干燥等不利气象条件下严禁开挖作业，并需对作业面采取喷淋、覆盖等抑尘措施，对运输车辆也要采取全覆盖密闭运输方式，防止运输过程中的扬尘污染问题。

（3）矸石制砖过程中的污染问题。从国家发布禁止实心粘土砖的政策以来，加上平顶山地区丰富的煤矸石资源和对新型墙材企业给予优惠政策，平顶山地区的煤矸石砖厂开启了盲目上马的局面，大大小小的煤矸石砖厂一度达到了二百多家，仅平顶山市区周边就分布着43家砖厂。接着就带来了煤矸石制砖过程中的环境污染问题，煤矸石制砖企业普遍追求经济利益，环保设施普遍流于形式，较为粗放和简陋，烟尘去除率、脱硫效率难以达标，更无氮氧化物的处理设施。烟尘、二氧化硫的排放浓度普遍超标，无法满足现阶段的环境保护管理要求，砖厂周边群众也是反应强烈，怨声载道。

随着国家环境保护政策日趋严厉，各地环境保护攻坚工作的全面开展，2017年4月份平顶山市环境污染治理攻坚办决定对市内五区所有砖厂进行综合整治，划定禁燃区内所有合法砖厂一律外迁，非法砖厂全部取缔，拆除设备，恢复地貌。禁燃区外的市内五区合法砖厂全部停产、并进行提标改造，使用清洁能源、建设全封闭式料仓、安装除尘脱硫等环保设施。截止目前，平顶山市煤矸石砖厂的综合整治工作完成到位，煤矸石制砖带来的污染问题基本得到解决。

4 结语

平顶山是一个因煤而建、因煤而兴的工业城市，煤矸石作为一种煤矿开采过程中的伴生固体废物，无论在最初的堆放成山状态，还是在二次综合利用过程中我们都应该使其对环境的污染和影响降至最低，为我们的绿水青山、天蓝气清的中国梦采取必要的环境保护措施。

（作者单位：平顶山市综合利用环境保护研究所）