煤矸石无害化治理技术的研究与应用

王欣荣

摘要：分析了平顶山天安煤业股份有限公司一矿煤矸石的治理现状，基于根治环境污染，消除不安全隐患，合理利用土地，保障矿井可持续发展的理念，并本着节约理念，研究并提出了对矸石山进行部分搬迁，用于土地复垦;在落矸点建矸石棚，对运输轨道进行全封闭;对矸石场地实施喷播绿化等技术，实现了矸石无害化的治理目标，为矿井的绿色健康发展奠定了坚实基础。

关键词：煤矸石;无害化;治理

中图分类号：TD849

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2020）14-0181-02

1 引言

煤矸石是煤矿在生产原煤的同时产生的一种副产品，矸石的堆积不仅占用大量的土地，还会产生扬尘污染和滑坡等不安全隐患，影响矿区的生态环境。研究如何实现煤矸石的无害化治理具有重要的推广意义。

2 煤矸石治理现状

平顶山天安煤业股份有限公司一矿（以下简称一矿）矸石山位于该矿北一风井工业广场东侧，东临乡村道路，西侧为工业广场。自风井建设以来，矸石山向东南北3个方向不断推进、堆积。截至2019年初，山体南北长约332.3 m，东西宽195.8 m，最大堆积高度22 m，占地面积4.3万m2，呈自然堆积状态，自然安息角约20°，累计堆存煤矸石58.8万m3，现有堆场已被占满。该矸石山不仅污染了环境，并经常引起许多不必要的工农纠纷，而且占用了大量的土地，同时容易引发自燃、垮塌等。虽然该矿对矸石山进行了规范化整治，但是不能从根本上消除由矸石山引起的环境污染、不安全因素及矸石处置问题。对矸石进行无害化治理是解决以上问题的最佳途径。

3 矸石的危害及现阶段存在的地质环境问题

3.1 煤矸石对大气的影响

煤矸石在露天堆放时，矸石表面会风化成粉末，在风力的作用下，对周围大气环境造成影响。对于露天堆放的煤矸石，干燥和湿润是最重要的影响因素。如果潮湿的煤矸石处于冷热交替的环境中，会加速风化。而处于数米的覆层下时，风化程度会明显降低。对于长期堆放的矸石山，易造成扬尘，长时间的堆放经风化作用变为粉尘进入大气， 成为大气中可吸入颗粒污染物。

3.2 煤矸石对土地资源的影响

在排矸场堆放的煤矸石会占用大量的土地。由于煤矸石中除含有粉尘、SiO2和Al2O3以及铁、锰等常量元素外，还含有其它微量的铅、镉、汞、砷、铬等有毒重金属元素，当煤矸石经雨水淋蚀作用，通过径流渗流等方式使有毒重金属元素渗入土壤，造成一定区域内酸碱性明显改变，破坏植被的生长条件，使植被大量的死亡，而且短期内难以恢复。

3.3 煤矸石对地下水资源的污染

矸石山接受大气降水，形成了淋滤液，淋滤液很容易渗入地下含水层。由于风化和雨水淋溶，促进了有害重金属的活性，矸石山被溶解析出的有害元素有镉、铅、汞、铬、铜、锌、铝、钙等，还有一些酸性物质，它们的毒性较大，严重影响水质。

3.4 矸石山存在的安全隐患

3.4.1 矸石山自燃爆炸

煤矸石含有大量的C、FeS2和煤屑等助燃可燃物质，经长期堆积容易发生自燃。而矸石山体积大，深部气体不易散发出来，遇到下雨天气能够产生爆炸。

3.4.2 矸石山地质危害

随着开采能力的不断提高，矸石的排放量将进一步增大，如果不进行治理将危及矸石山西侧工业设施及附近建筑物的安全。在场地有限而矸石排放量增加的情况下，提高了矸石山堆积高度和加大了堆积坡度，随着矸石量的进一步增加，山体坡度在逐渐增加，极易引发山体垮塌、山体滑坡。

4 治理方法

基于根治環境污染，消除不安全隐患，合理利用土地，保障矿井可持续发展的理念，并本着节约理念，提出了对矸石山进行部分搬迁，用于土地复垦;在落矸点建矸石棚，对运输轨道进行全封闭;对矸石场地进行喷播绿化等技术。

4.1 矸石山搬迁

矸石山搬迁有两个去向。一是用于铺垫普通道路路基。为矸石大量综合利用开辟了渠道，此方法可以节约黄土，减少土地损失，节省投资。二是用于土地复垦。一矿周围有很多沟壑，可与当地农村结合用煤矸石将这些废弃的沟壑填充起来，上面再覆盖一层黄土进行复垦，不仅能起到平整土地的作用，改善矿区周边的环境，而且可以增加可使用土地面积，带来一定的经济效益。具体的搬迁措施是：

（1）将排矸架沿排矸轨道下移200 m，使排矸与搬迁不产生交叉作业。

（2）为了保证矸石山搬迁过程中的施工安全，由上往下推，逐渐降低矸石山的高度。当平台高度降至20m处，从矸石山下部进行搬迁。

4.2 矸石复垦

采用从下往上、逐层堆放压实的方法。矸石运至填埋场地后，由推土机推平压实，当矸石厚度达到4 m左右后，覆以0.5 m厚的黄土，用5%～10%的石灰乳灌浆，抑制自燃，再利用推土机压实，减少矸石之间的空隙，填埋第二层矸石，当沟谷填平后，在表面覆1 m黄土，密闭压实，复垦植绿。复垦植绿时，种植以灌木为主、乔木为辅的植物。主要是当地的乡土绿化树种毛白杨、黑刺槐、椿树等林带植物，种植效果和周边的农作物为一体，既可体现出山野风格，又达到了春季有花四季常青的绿化效果。

4.3 建封闭储矸棚及运输廊道

4.3.1 排矸口建储矸棚

储矸棚的矸石储量按不少于3 d产矸量来设计储矸场全封闭的尺寸。综合矸石储量、储矸棚实际情况、排矸口位置及车辆进出等综合因素，全封闭尺寸为东西长30 m，南北跨距20 m，高12 m。

储矸棚内设置喷淋装置，通风设施。

4.3.2 排矸轨道封闭

矸石从矿井井筒出口采用敞口矿车运输到矸石山期间会产生一定的扬尘，为了解决这一问题，采用封闭轨道的方法，即能够起到防扬尘作用，又不影响轨道检修。

4.4 喷播绿化

采用厚层基材喷播绿化技术对矸石山进行绿化。厚层基材喷播绿化技术是边坡防护客土喷播绿化技术中最常用、最成熟的一种施工工艺，它使用经改进的混凝土喷射机将搅拌均匀的厚层基材混合物，按设计厚度喷射到岩石坡面上，通过植被根系的力学加固和地上生物量的水文效应，达到护坡和改善生态环境的目的。厚层基材喷播绿化的基本构造主要由锚杆、网和厚层基材3部分组成。

具体做法是：先在治理后的矸石山坡面上铺设镀锌铁丝网，并用锚钉和锚杆固定。再把厚层基材原料搅拌后由喷播机械设备喷射到坡面上，形成>10 cm厚度的厚层基材。喷射完毕后，覆盖一层无纺布防晒保墒，厚层基材形成具有一定强度的防护层。经过一段时间洒水养护， 青草和灌木就会覆盖坡面，一个月后可揭去无纺布，使茂密的青草和灌木自然生长。植物 根系深入矸石山体，盘根错结，可形成具有优良保护性能的庞大根系系统。它与铁丝网、 锚杆一起作用达到保护坡面稳定的目的。

5 结语

基于解决矸石堆存、防止矸石山扬尘污染、消除安全隐患、改善周边环境、减少土地占用面积的无害化治理目标，研究了封闭排矸口及运输廊道技术，有效解决了矸石在输送及临时堆存过程中扬尘污染问题;研究了黄土分层分隔矸石土地复垦技术，既可防止矸石自燃，又能涵养水源;研究了混播绿化技术，既起到了抑尘作用，又保证了山体的四季常青，满足了景观绿化的要求。煤矸石无害化治理不仅可以消除矸石外排对周围环境的污染，改善矿区的生态环境，而且节约征地费用，改善工农关系，有利于该地区的社会稳定，实现人与自然、人与社会和谐发展，具有明顯的经济效益、环境效益和社会效益，可有力地推动矿山的绿色发展。

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