煤矸石堆放场和隧道弃渣场环境影响比较分析

侯璐瑶

(国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100190)

煤矸石是我国工业固体废料中产生量、累计积存量和堆放占地面积最大的固体废弃物。据统计，我国重点国有煤矿现有煤矸石山1 000余座，总堆放量约为30亿 t，占地约为5 500 hm2，尽管近年来大力推广煤矸石制作水泥等减量化和资源化技术，但预期今后若干年内每年利用后仍需排放煤矸石 1.7 亿 t，占地300 ～400 hm2［1］。隧道是铁路公路山区线路建设的重点大型工程，产生的隧道弃渣数量巨大，复线双洞公路隧道每公里出渣 10 ×104m3［2］，铁路隧道开挖单位长度出渣数量也和公路隧道相仿。因为受道路交通运输、技术经济等各方面条件限制，尤其是近年来道路高填土路基多被桥梁代替，出渣难以被用作填方，绝大多数成为弃渣。现在单个隧道弃渣量动辄数十万方，长大隧道可达上百万方，均需要在弃渣场消纳。

煤矸石堆放场和隧道弃渣场除需要占用土地外，还会诱发一系列的环境问题，需要对其进行分析，评价可能产生的对环境的不利影响，并采取适宜的治理措施以减缓不利影响。煤矸石和隧道弃渣同为固体废物，故均可按照固体废物处理和处置的无害化、减量化、资源化三个原则对其进行处理。目前尽管煤矸石和隧道弃渣的减量化和无害化处理都取得一定进展，但大多数煤矸石和隧道弃渣都在采取防护措施的前提下设置专门的堆放场进行处置。因为煤矸石和隧道弃渣岩性不同、矿物分析组成不同，所以煤矸石堆放场和隧道弃渣场两者对环境的影响也存在不同，应采取的环保措施也有差别。分析比较两者的异同，对相互借鉴、更好的理解和执行各种环保措施是有益的。

1 矿物分析

1.1 煤矸石的成分

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含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，是碳质、泥质和砂质页岩的混合物，一般包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石，主要成分是Al2O3、SiO2等，煤矸石中也含有混杂的煤和一些劣质煤，故含碳量较高(大约占20% ～30%)，因此有一定的热值，可在条件适宜时发生自燃。煤矸石的排放量根据煤层条件、开采条件和洗选工艺的不同有较大差异，一般煤矸石产生量可占开采原煤量的10%。

1.2 隧道弃渣的成分

隧道弃渣的成分主要取决于开挖隧道的地层。我国地域辽阔，分布各种地层，隧道开挖出的弃渣种类繁多，不同的地域、不同隧道开挖出的洞渣种类不同。如砂岩出渣在四川、湖南、湖北等省区的隧道工程中很常见，而西北黄土高原地区的隧道出渣则可能是颗粒极小、质地疏松、遇水容易溶解和崩塌的黄土。隧道的弃渣量主要决定于开挖体积，在出渣未被利用时，弃渣质量等于开挖质量。

两者的主要区别在于:煤矸石的成分主要由煤层附近的的岩层决定，对某一煤矿而言，煤矸石的成分较为确定，而隧道弃渣的成分种类繁多;另外煤矸石中含有一定的热值，在适宜的条件下可能发生自燃，而隧道弃渣则一般热值很低，不需考虑自燃。

2 对环境的不利影响

2.1 煤矸石堆放场对环境的影响

(1)煤矸石的产生量大，堆放占地面积大，尤其是建立永久性堆放场，需要永久地占用大量的土地资源。(2)煤矸石在地面长期堆放后表面会风化，吸水崩解，从而产生粉尘，在风力的作用下会恶化周围地区大气质量。(3)煤矸石中夹杂的煤、黄铁矿等可燃物质构成自燃的内部条件，煤矸石堆中的空隙为自燃提供所需的空气构成外部条件，在低温的条件下，矸石中的碳可燃物(主要是煤)会产生缓慢的氧化反应，同时放出热量，当热量积聚到一定程度时就会发生自燃，自燃时产生有毒有害气体，对人体有危害，辽宁本溪矿区曾发生过因煤矸石自燃造成人员中毒死亡的事故。(4)有些地区的煤矸石经过一系列的物理化学反应和生物反应后，其淋溶液中总硬度、硫酸盐等严重超标，若不经处理即排放，会对周围水环境产生污染［3］。(5)为防止过多占地，煤矸石堆放高度往往较大，可达10m以上［4］，若产生溃坝，则可能产生灾害，造成水土流失，堵塞下游河道。

2.2 隧道弃渣场对环境的影响

文献［2，5］对隧道弃渣场对环境的不利影响进行了分析，主要有:(1)占用大量土地资源，甚至是毁坏耕地。(2)受地形和运输条件限制，弃渣场往往不得不选择在隧道洞口附近的沟谷中，可能占用和堵塞河道，阻碍河道正常行洪排涝功能。(3)在隧道群地区一个隧道的出口和另一个隧道的进口相连，两个隧道的大量的弃渣均被堆积在同一个山谷中，造成堆积高度过高，若拦渣坝损坏，溃坝时产生泥石流灾害。(4)弃渣场表面恢复不好时易造成水土流失。(5)弃渣中的有害物质随雨水渗入地层，造成土壤污染。

综上可看出，煤矸石堆放场和隧道弃渣场共同的环境影响是均占用大量土地;底部拦挡不当时可能产生泥石流灾害;表面恢复不好时易产生水土流失。除此之外，煤矸石堆放场有可能产生自燃而污染空气;淋溶液有可能污染周围的水环境。隧道弃渣场则不需考虑自燃引起的空气污染问题，也很少考虑淋溶液对周围水环境的不利影响，占用和堵塞河道则是隧道弃渣场主要的生态环境影响。

3 环保措施

3.1 资源化和减量化

煤矸石资源化和减量化的途径很多。最简单直接的是用作井下回填，但一般回填量较少;煤矸石主要可被用作生产矸石水泥，该工艺较成熟，磨粉机和制砂机已经被广泛应用于矸石水泥生产线;亦可用做混凝土的骨料;制作耐火砖;热值高的煤矸石与煤混烧发电;也可用来制作结晶氯化铝、水玻璃等化工产品。目前，煤矸石的再利用已取得丰硕成果，2010年，我国煤矸石综合利用量已达3.65亿 t，利用率已达61%以上［6］。

为了减少隧道出渣数量，应在设计阶段进行线路设计优化，尽量做到填挖平衡，将隧道弃渣作为路基填方加以利用，但目前高速铁路和高速公路高填土路段越来越少，多采用长大桥梁通过，加之隧道开挖地区地形崎岖，运输十分困难，故填方消耗的弃渣数量不多。另一个途径是当填料应用，公路隧道出渣中的硬质岩石经破碎后，可用作公路路基上路床层填料［7］;铁路隧道弃渣可按《铁路路基施工规范》的填料分类方法检测以后分类使用。和煤矸石比较，隧道弃渣再利用的难度大。

3.2 选址

煤矸石堆放场和隧道弃渣场选址时都应尽量少占土地，特别注意保护耕地，从占地数量看，固体废弃物弃于荒坡、沟谷所需占地面积低于平地和河滩地，故应尽量选择在荒坡沟谷;为保护各类环境敏感点，应尽量选择远离自然保护区、水源保护区、风景名胜区、古建筑群以及各种水利设施;为避免诱发滑坡泥石流等灾害，不应选择在山体不稳定或有明显滑坡、崩塌、大量松散堆积物、泥石流沟附近。

因为前述的煤矸石引起扬尘和自燃问题，煤矸石堆放场应选择在远离居民区的地方，而隧道弃渣场多地处大山深处，居民很少，也不存在弃渣自燃现象，故不需要考虑此问题。因为隧道弃渣场多在山区，选址较煤矸石堆放场条件更有限，有时不得不堆放在隧道进出口附近，坡度陡堆积体积大，侵占河道问题较严重，一旦溃坝，必然影响河道行洪，所以更应注意侵占山区河道影响行洪问题，除尽量选择合适的地点外，还应考虑适当提高防护拦渣坝的设计标准，确保不溃坝。

3.3 淋溶液的处理

考虑到可能产生的淋溶液污染周围水环境，煤矸石的淋溶液对环境的影响早已引起关注，以前隧道施工一般不考虑隧道弃渣场淋溶水污染问题，但近年来也出现过铁路隧道淋溶水污染周围水环境等事故，虽然此情况极少出现，但对此问题也应引起足够重视，最好在环评阶段即考虑此问题，同时在施工阶段加强对淋溶水质的监控。

3.4 设计和施工

尽管执行的规范和标准不一样，但煤矸石堆放场和隧道弃渣场的设计原则基本相仿:底部做好防渗漏处理以保证不污染地下水;调查地下水出漏点，用足够强度的水管将其引出;建设符合相关标准要求的挡渣墙;在渣场上游建设排水沟;在工程结束后，平整渣场顶部，在渣场上覆土，选择当地优势物种对其进行绿化，可能的情况下造田复垦。

施工阶段要严格按照设计的选址堆放固体废物，不得随意在堆放场以外堆放，也不得随意地变更渣场位置;检查渣场底部和顶部的各项环保措施是否落实;严格检查挡渣墙的建设情况;对生产和施工产生的弃渣进行淋溶液水质监控检测，若发现水质超标，迅速采取措施以避免污染周围水环境;严格执行环评报告规定的其他各项环保措施。

4 结论

(1)煤矸石堆放场和隧道弃渣场都占用土地和易造成水土流失，除此之外，煤矸石堆放场有可能产生粉尘和因自燃而污染空气。隧道弃渣场则不需考虑粉尘和自燃引起的空气污染问题，占用和堵塞河道则是隧道弃渣场主要的生态环境影响。

(2)煤矸石淋溶液对周围的水环境产生的污染早已引起重视，但隧道弃渣淋溶液对周围水环境的不利影响则关注不多，应在环评阶段就予以关注，在施工期加强监控。

(3)煤矸石资源化和减量化途径很多，但隧道弃渣再利用的难度很大，以后应加强不同种类的隧道弃渣再利用技术的研究。

［1］李树志，周锦华，张怀新．矿区生态破坏防治技术［M］．北京:煤炭工业出版社，1998:46－86.

［2］崔涛．隧道环境影响分析［J］．交通环保，1998(6):27－30.

［3］刘志斌，张跃进，王娟．煤矸石淋溶水环境影响的分析研究［J］．辽宁工程技术大学学报，2005，34(2):280 －283.

［4］綦江县成远公司.黄矸塘煤矿30万t/a技改项目环境影响报告书［R］．2009.

［5］李嘉．铁路长隧道弃渣环境影响的分析研究［J］．铁道劳动安全卫生与环保，1998，25(1):1－5.

［6］刘翠玲，范文虎，王瑞萍.山西省煤矸石资源资源化利用现状及发展建议［J］．节能，2012(11):4－7．

［7］田槐湘．浅谈高速公路路基上路床层填料采用隧道弃渣施工体会［J］．河南建材，2008(5):50 －53．