煤矸石综合利用应重视需求导向

周宏春

山西省煤矸石的环境影响

山西是我国的煤炭生产大省。有关资料显示，1949年新中国成立至2018年底，山西累计生产原煤190亿吨，接近全国800亿吨产量的1/4；外运量超过120亿吨，占全国外运量的70%。采煤就会产生煤矸石，尽管产生的途径、煤矸石的成分、分布规律等难以“一概而论”。煤矸石产生量约为煤炭产量的10%至15%，个别煤种或个别地区能到达20%以上。山西长期高强度的煤炭开采，导致堆存了大量煤矸石；由于统计口径原因，各种研究报告得出的数量并不一致。

本人曾于2002年在国务院发展研究中心发过一篇调研报告《推进煤矸石综合利用的对策建议》，其后在《中国煤炭》杂志第8期公开发表了这篇文章，其中涉及煤矸石的环境影响及其综合利用。现在看来，煤矸石影响环境的方式和类型并没有多少变，但影响规模、影响范围等发生了较大变化；对山西省而言，煤矸石堆放对环境的影响亦然。煤矸石，在一些煤炭产区、特别是我国的西北地区用“堆积如山”来形容恰如其分。笔者曾在华北地区调研过煤矸石山。煤矸石对生态环境的影响，包括原生的，即煤矸石堆放在地表产生的环境影响和次生的，即煤矸石利用产生的“二次污染”，并简述如下：

自燃。人们常常在煤矿附近见到白天冒白烟、晚上有火光的山包，那就是煤矸石山自燃所产生的现象。煤矸石中含有硫化铁等物质，被空气氧化时会不断释放热量，热量逐渐积累导致温度升高。当温度达到煤的燃点（一般为360摄氏度）时，矸石中的残煤、碳质泥岩和废木材等可燃物便会自燃；一座矸石山自燃可长达十余年乃至几十年。我国各种所有制的煤矿均有大大小小的矸石山，大约1/3的矸石山发生过自燃现象。煤矸石自燃，不仅浪费了宝贵的资源，所排放的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及烟尘等，还严重污染大气环境，甚至危害矿区人民的身体健康。当然，自燃的总体环境影响也很难进行定量评价。

对生态环境的破坏及土地占用。煤矸石自燃排放的各种有害气体，不仅降低周围的空气质量，对矿区的生态环境造成严重危害，还会影响矿区居民的身体健康，有毒气体甚至造成人员窒息死亡。矸石堆放不仅埋压或破坏原有地貌和植被，排放的粉尘、自燃排放的有毒物质还会对植物生长产生影响，具体表现在植物生长缓慢、生长量降低，草地植被种类减少、病虫害增多等。

矸石淋溶水污染。煤矸石受到降雨喷淋或长期处于浸渍状态，矸石中的粉尘会成为水中悬浮物，有害成分溶解后进入水体、土壤，造成水环境和土壤的污染。例如，当酸性较强的淋溶水进入水体时，会对生物产生很强的冲击力，能消灭或抑制水中微生物的生长，妨碍水体自净。煤矸石中除含有二氧化硅、三氧化二铝以及铁、锰等常量元素之外，还有其他痕量元素，如铅、铬、汞、砷、镉等，而这些多为有毒重金属元素，进入水体或渗入土壤后，会严重污染土壤或水环境，危害农作物和水产养殖业。

滑坡等灾害。以往，煤矸石堆大多具有坡度陡、结构松散、防范措施少的特点。如果堆放时的自然稳定坡角（能保持自然稳定状态的最大角度）为38度至40度；如堆积过高、坡度过大或受人为开挖、爆炸或暴雨侵蚀，容易形成坍塌、滑坡、泥石流等灾害。另外，在尾矿和矸石堆中含有许多有害物质，随风吹散会影响群众的身体健康。

次生污染主要由矸石电厂生产中排放的污染物引起。虽然各地一直将煤矸石电厂的脱硫除尘、减少“二次污染”作为环境保护的重点，并取得不小进展，但二次污染依然存在。主要原因有：一是煤矸石中的硫含量高。我国高硫煤产量接近全国煤炭总产量的1/5，主要分布在中南和西南矿区。作为燃料的矸石又主要是洗煤厂的废物，硫分更富集，增加了电厂脱硫的技术难度。二是技术、装备不过关。由于没有适合的高效烟气脱硫设备，虽然电厂采取了诸如建立回收车间、石灰石炉内脱硫、石灰水烟道脱硫等措施，一些电厂投入大量资金进行设备改造，但仍出现达不到环保标准的情形。三是没有按照规章制度经营管理。一些电厂虽然采取了措施，但因运行成本高，环保设施并不正常运行；或有人检查时运行，大多数时间不运行，其结果是电厂排放的二氧化硫和烟尘等超过国家环境标准的情形时有出现。

因此，治理恢复已有矸石山、高效处置新排矸石，开展煤矸石的综合利用，成为煤炭企业可持续发展必须解决的难题。

山西煤矸石综合利用的主要实践

2006年，山西省成为“国家煤炭工业可持续发展政策”的试点省，煤矸石治理成为“加强产煤地区生态环境综合治理”的重要内容。通过大力发展循环经济，山西省许多地市在煤矸石资源综合利用方面的成效显著，“变害为利、变废为宝”的途径越来越多。山西煤矸石综合利用是全国的一个缩影。

从20世纪50至60年代开始，我国对煤矸石的综合利用进行了大量研究，主要利用方式为发电、制砖、充填、复垦和筑路材料等。有关资料表明，煤矸石不仅具有丰富的化学和矿物组成，如铝、硅、碳、铁、钙、磷、镁、钠等，还含有多种矿物质，如高岭石、伊利石、白云母、黄铁矿、石英、长石、石灰石、铝土矿等。因此，综合利用煤矸石制备铝盐（高铝粉煤灰提铝）、分子筛、白炭黑、肥料等方面的研究陆续增多。

煤矸石综合利用，不仅可以减少土地占用（煤矸石建材替代粘土砖还可以减少对耕地破坏），用做塌陷区充填或回填材料，可以使因采煤塌陷的土地得到复垦；对于保护我国十分珍贵的土地资源，从源头上减轻矿区的大气污染和地下水污染，意义十分重大。煤矸石综合利用不仅可以变废为宝，也有助于改变煤炭的“肮脏”形象。一些地方煤矿围绕煤矸石综合利用，形成“石头变砖头，砖头砌高楼”，“制砖不用土，烧砖不用煤”等产业，或延长了原有产业链，形成了煤炭生产的良性循环。

煤矸石发电

山西煤矸石的碳质含量较高，约10%至40%，可用于发电。煤矸石发电技术成熟、可靠，发电经济效益较好。2002年，山西省第一家煤矸石发电厂建成运行，年消耗煤矸石40万吨；随后，侯马、左权、阳泉、长治、朔州等地也建成矸石发电厂。2012年，朔州煤矸石发电公司《300MW纯矸石CFB发电机组资源综合利用关键技术集成与示范》被专家鉴定为国内领先水平。一般地，在交通、地理位置、原料来源等条件相对适宜的情况下，发展煤矸石发电+建材制造一体化，才能充分利用煤矸石中的熱量发电，并利用发电后排出的废渣，以降低二次污染，达到更高的经济效益和环境效益。

煤矸石制建材产品

有关分析表明，山西省煤矸石的主要成分是粘土矿物，符合制砖要求，因而成为新型建材的主要原料。煤矸石还可用来烧制水泥，烧制过程中不仅不产生灰渣，还能将烧锅炉的煤矸石渣用作水泥的掺合料，既充分利用了煤矸石、煤矸石渣，又生产了水泥。煤矸石制备建材产品工艺技术成熟，但受限于运输半径等问题，建材生产规模及经济效益均受到影响。

充填开采与填沟造地

煤矸石充填开采和复垦造地工艺均较为成熟。煤矸石井下填埋工艺分为两类，对新建矿井，建井期间煤矸石主要用于场地建设，后期矿井投产后，煤矸石可用于井下充填。对改扩建矿井，煤矸石可实现不出井，用于井下填埋。煤矸石填沟造地工艺，是解决大宗煤矸石的利用方式，特别适用于人均土地较少的沟谷地区。2016年10月20日，山西省出台地方标准《粉煤灰与煤矸石混合生态填充技术规范》（DB14/ T1217--2016），以规范露天矿坑、沟壑填充和生态恢复的具体实践。

利用煤矸石进行填沟造地是一种生态修复技术，可以明显改善生态环境质量。按照宜农则农、宜林则林、技术合理、经济可行的原则，利用煤矸石进行土地复垦。例如，山西焦煤集团西山煤电矿区，按照填沟造地、绿化美化的思路，采取“自下而上、分层碾压、黄土覆盖”方式，每年填沟造地近千亩，在治理后的矸石山上先后建设公园、采摘园和种植园。同煤浙能麻家梁煤業公司建立了一套科学的煤矸石填沟造地治污、土地复垦综合利用方案，通过覆土复垦为林地和耕地，可恢复造林面积与耕地面积千余亩，完善截水沟、输水渠、集水井、拦干坝等配套工程。

植被恢复

长治王庄煤业底山村矸石治理，先将矸石灭火、碾压、封闭隔离后，再覆盖黄土、营养层，最后进行植被恢复、植被养护。随着植物生长，逐渐进行花、草、灌木丛、乔木等植物的自然演替，让矸石山披上了“绿装”。长治王庄煤业矸石治理的最新技术和工艺，获得7项国家发明专利技术：封闭隔离技术、抗侵蚀植被恢复技术、植被养护技术、半柔性快速排水技术、营养土构建技术、排矸道路抑尘技术、在用矸石堆场防尘防渗滤液覆盖技术。

2016年，忻州窑矿打响了一场全员重视、全程投入、全域治理的环境保护攻坚战，按照“重塑地貌、恢复植被”治理主线，对矸石等废物分布、数量、土地占用、水土流失、土壤破坏现状以及矿山环境治理前期效果等进行调查评估，按照“平面造地，立面造绿、梯次种植”的思路，并采用“自下而上、推平堆积、分层碾压、黄土覆盖”方法，有重点、分层次对矸石场区进行绿化、硬化和美化，先后栽种了丁香、山杏、云杉、金叶梅、紫叶矮樱等草本植物；还采用防渗漏和植生袋相结合的技术，植入护坡草籽等坡面植被群落。利用净化后的矿井水，灌溉花草树木，既有效利用了矿井水，又保证了树木的成活率。

从同煤集团忻州窑矿北山坡观景台向下俯瞰，自然起伏的梯形设计，错落有致的植物群落，俨然一幅满眼苍翠、草长莺飞的优美画卷。谁曾想，这座点上成荫、线上成景、面上成林的公园，原是一座占地17万平方米、堆放约366万吨煤矸石的矸石山。这座矸石山是忻州煤矿于1984年投入使用，是大同地区面积最大的矸石山之一。经过同煤集团坚持不懈的动态治理，已改造成绿化群带、文化广场遥相呼应的人文景观。

永定庄煤业公司，也对矸石山进行分层覆盖、碾压，采用防渗漏与植生袋相结合的先进技术，达到了绿化、美化、观赏、经济效益为一体的治理效果。在水土保持、生态观光、经济发展几大区域的功能划定后，永定庄煤业公司还修建了110米的登山路，铺设了2000米的浇灌管线，设计修建了风格各异的廊桥、凉亭等。在矿工家属眼中脏乱荒凉了60多年的矸石山一去不返，取而代之的是满目的苍翠和宜人的美景。

设立产业园区

山西柳林县成立了“山西柳林煤矸石综合利用产业示范园区管理委员会”，负责园区建设，目标是从低热值煤矸石中提取铝、硅系列产品及能源利用，余渣制成各种建材产品，实现煤矸石资源、能源就地加工转化和循环利用，形成以“高铝煤矸石—氧化铝—电解铝—铝镁合金型材为链条的铝材产业及装备制造业”、“高铝煤矸石—蒸汽—发电为链条的能源综合利用”和“高铝煤矸石—高铝粉煤灰—硅酸钙、白炭黑、陶瓷纤维等为链条的高端硅产业”为主导的新型化能源资源综合利用工业示范园区，为煤矸石综合利用构建一套低碳、环保、高效的产业循环体系，实现“以煤为基、多元发展”转型发展，促进山西乃至全国相关产业的健康、可持续发展。

朔州市建成4个初具规模的循环工业园区。朔州市固废综合利用工业园区，是全国最大的粉煤灰综合利用产业集聚区。朔州市山阴县的中煤集团山西华昱能源有限公司循环经济园区，其煤矸石发电厂、硅锰合金厂、砖厂和水泥厂，全部利用煤矸石和电厂的粉煤灰、灰渣等废料，生产市场畅销的新型建材。忻州煤矿和永定庄煤业公司对矸石山的成功治理，也为同等条件下其他煤矿的矸石山科学治理提供了切实可行的借鉴经验。

曾经污染环境的“祸害”，如今在山西省各地渐成“香饽饽”。煤炭生产—煤炭洗选—燃煤和煤矸石发电—固废用于生产水泥和新型材料，已经成为成熟的循环经济发展模式。在山阴县的中煤集团山西华昱能源有限公司循环经济园区内的某企业，粉煤灰从这头进入机器，从机器那头就“吐出”碳金板材。该公司依靠技术创新，一举突破粉煤灰在建材领域粗放利用的长期徘徊局面，变废为宝，获得国家发明专利。

促进山西煤矸石综合利用的对策建议

在充分肯定山西省煤矸石综合利用取得成绩的同时，也应当看到，仍有大量煤矸石、粉煤灰没有得到充分利用。为此建议：

坚持生态优先、绿色发展。山西省未来仍可能新建、改扩建煤矿项目。新建、改扩建煤矿项目，应包含煤矸石综合利用配套子项目或建设内容。对此，政府应严格把关，在这些项目建设初期，应进行科学论证，要求企业配套煤矸石综合利用生产线，加大对煤矸石利用技术的开发力度，在企业快速发展的同时承担社会责任，促进企业和地方的和谐发展。

落实生产者责任延伸制度。随着山西煤矸石堆存量的增长，面临的资源问题、环境问题非常严峻。为此，应借鉴发达国家成功经验，结合当地实际，尽快完善以生产者责任延伸的法律制度，建立煤矸石处理和综合利用体系，加大环保、税收综合执法力度，倒逼企业提高煤矸石、粉煤灰综合利用率。推进煤矸石生产、流通、消费环节循环经济发展，切实改善生态环境质量，并为子孙后代留下资源和发展空间。

加大对煤矸石综合利用的政策支持和技术引导。作为全国重要的能源基地，要构建现代能源体系，推动煤炭产业供给侧结构性改革，化解过剩产能，提升优质产能；加快区域现代能源产业发展布局；推进能源科技创新，增强能源产业竞争力；构建智慧综合能源系统，提高能源系统效率；推进能源体制革命、机制创新。鼓励对煤矸石中有用元素有针对性地进行技术研发，扩展煤矸石在新型建筑材料、新型化工产品及其他领域的应用，切实提升煤矸石利用的技术水平。

以市场为导向开发综合利用新产品。加大煤矸石、粉煤灰治理和综合利用技术推广力度，有效减少煤矸石、粉煤灰堆存量。细化综合利用分阶段发展规划，多措并举支持煤矸石、粉煤灰产业健康发展；成立煤矸石、粉煤灰综合利用省级专项基金，建立以4A沸石技术专利为核心的“山西省沸石应用技术研究中心”等，提高煤矸石综合利用产品的技术含量和附加值，实现综合利用产业的高质量发展。

建立山西省煤矸石综合利用信息网络平台。然后，再建立山西省煤矸石综合利用基础数据库和网络信息平台，有效发布产品推广和技术转让等信息，实现信息和资源共享，促进资金、客户、物资与技术的整合优化。加快科技人才培养。充分发挥信息平台的网络舆论效应，大力宣传煤矸石综合利用成效突出的优秀企业，促进对其先进经验和先进技术的学习和推广；打造煤矸石综合利用项目品牌，吸引省外以及国际知名企业来晋投资合作，以尽可能解决煤矸石堆存引发的环境影响。