煤矸石治理与开发利用

煤矸石治理与开发利用摘要：煤砰石是我国当前排放量最大的工业固体废物之一，大量的煤砰石堆存占用土地，污染环境，还可能引起自燃。本文分析了煤砰石自燃的原因，经过研究分析并结合前人的经验得出砰石山的综合治理方案。根据煤砰石的有用成分加以开发利用，从而实现煤砰石的资源化利用。关键词：煤砰石固体废物自燃治理开发利用GovernanceandexploitationofgangueAbstract：gangueisthelargestofChina'scurrentemissionsofindustrialsolidwaste,Landoccupiedbyalargenumberofganguedumps,pollutingtheenvironment,butalsomaycausespontaneouscombustion.Thispaperanalyzesthecausesofspontaneouscombustiongangue,AfterresearchandanalysiscombinedwithpreviousexperienceinthecomprehensivemanagementplandrawnWasteDump.Beausefulcomponentaccordingtogangueexploitation,inordertoachievetheresourceutilizationofgangue.Keywords:gangue,solidwast,spontaneouscombustion,control,exploitation刖言煤砰石是煤矿生产过程中产生的废渣，包括岩石巷道掘进时产生的掘进砰石，采煤过程中从顶板、底板和夹在煤层中的岩石夹层里采出来的砰石，以及洗煤厂生产过程中排出的洗砰石。伴随着采掘机械化的发展和煤层开采条件的逐渐恶化，煤矿多年开采之后，排出的砰石堆积如山，不但占用了大量土地，而且其中所含的硫化物散发后会污染大气和水源，造成严重的后果。煤砰石中所含的黄铁矿(FeS2)易被空气氧化，放出的热量可以促使煤砰石中所含煤炭风化以全自燃。煤砰石燃烧时散发出难闻的气味和有害的烟雾，使附近居民慢性气管炎和气喘病患者增多，周围树木落叶，庄稼减产。砰石山受雨水冲刷，常使附近河流的河床淤积，河水受到污染。一、 煤砰石自燃的原因引起煤砰石自燃的因素主要有：硫铁矿结核体是引起煤砰石自燃的决定因素，水和氧气是煤砰石自燃的必要条件，碳元素是煤砰石自燃的物质基础。根据矿区煤砰石特征，该煤矿煤砰石的硫含量虽不高，但是受煤砰石运输方式、硫铁矿局部富集、通风状况等多种因素的影响，煤砰石有自燃倾向。另外，煤砰石场中的其它可燃物如煤、木材等存在使燃烧扩大、蔓延。因此，对于该砰石山要控制煤砰石高度和坡度、采取表面压实、黄土覆盖结合局部注浆灭火等工程措施，可以扑灭砰石自燃现象。二、 肝石山综合治理设计方案1、 整治场地、摊铺砰石及自燃灭火砰石山堆放过高，时常出现滑坡塌方现象。砰石山的治理首先应着手对砰石山的坡面坡度进行消减工作，由上全下推散砰石，稳定坡面，修建马道，便于机械施工；砌筑挡墙，防止砰石塌方。在堆散砰石的同时，对发生自燃的砰石进行灭火工作，堆散高温砰石，使其暴露于表面，促使其降温。针对煤砰石自燃问题，可以采用黄土碾压覆盖为主，辅以局部注浆的综合性灭火方法，即采用局部灌浆、填实孔隙、固化碎块的简便易行方法。黄土覆盖压实法是在自燃砰石山表面铺土压实，以隔绝空气进路，使自燃砰石内部空气耗尽后熄灭。配以改变砰石坡度、堆散高温砰石促使降温，自燃现象能得到有效控制。2、 复燃治理煤砰石可能出现的复燃现象，可采取如下措施：砰石山顶部复燃灭火工程：顶部复燃灭火处理的方法采用灌浆封闭法和火源挖出法。根据大量测试结果表明，绝大部分自燃发生在距表面0.5〜3m的范围内。而灌浆封闭法的灌浆深度可超过4m。因此可切断自燃区的砰石获得氧气的通道，是一种比较好的灭火措施。砰石山坡面复燃灭火工程可采用下列方法灭火：铺网注浆法、护坡加固法；护坡加固法；绿化坡面法。通过一些煤矿砰石山的成功治理经验，认为采用绿化坡面法完全可以达到防止复燃的效果。该法是将坡面改造成梯田形状，砰石山削坡开级，使边坡处于堆积稳定角，之间设置马道，采用毛石挡墙护坡处理方法。边坡削坡整治后，首先坡面采用碎砰和黄土分层碾压，然后进行黄土覆盖碾压护坡，以便绿化种植林草。修建排水沟，汇集降雨，避免雨水沿坡面流淌过程中冲刷覆土，防止砰石外露复燃。3、 土地复垦种植在实施煤砰石治理工程前，应先采集熟土壤，就近堆置，以备日后复垦时利用。在分层碾压的砰石山坡面上，铺800mm厚的种植土。林业复垦树种的选择：砰石山植树主要以灌木为主，乔木为辅。该煤矿属于华北暖温带，落叶、阔叶林地带，适合当地生产的乡土绿化树种主要有白杨、黑刺槐、柳树、榆树、椿树等，或种植花椒、核桃、枣以及苹果、梨、红果等经济植物，选择在春季栽种。树木的栽种：树木栽植主要在砰石山的顶部和马道平台，根据该地区降雨量的特点，采取盆栽培养树苗、雨季栽植的方法。牧业复垦牧业复垦一般是在未经平整或稍加平整的砰石山上进行。整地要提前半年进行，以保证表层砰石充分风化，这样易于种植。草种的选择：选择适应种植的牧草是牧业复垦成功的关键，应选播种栽植较容易、成活率高、种源丰富，育苗简易且方法较多，适宜播种栽植时间长，发芽力强、繁殖力大，幼苗活力强，施肥反应快、抗旱能力强的种类。该煤矿草种采用紫花苜蓿、沙打旺、红豆草等品种。绿化灌溉给水系统为了确保绿化用水，需要在砰石场马道围堰下铺设给水管网，在干旱季节定时对灌木进行浇水。水源引自砰石场东侧厂区生活给水管。给水管采用热镀锌钢管，丝扣或法兰连接，直埋敷设，敷设在围堰之下，敷设深度为1.0m左右。4、 建造排水沟暴雨时，很容易冲垮覆盖在砰石上的黄土。由于被裸露的砰石仍有较高的温度，一旦暴露于空气中，和容易复燃。为了保护好覆盖封闭效果，非常重要的一点是砰石山马道及斜坡上修筑好排水沟。排水沟设置位置：砰石山顶部平面与坡面的交界处，以避免平台上的雨水冲刷砰石斜坡;砰石山斜坡上构筑马道平台，再在平台上设置排水沟，可将斜坡上的雨水起到分流作用；马道平台之间设置竖向排水沟连通，保证上部雨水顺利引至山底，汇入浊漳河。砰石山马道上均需修建排水沟，马道之间由坡面导流渠连通，砰石场底部四周建混凝土砌筑排水沟，将雨水引入浊漳河中，以防止雨季雨水排泄不畅，径流进入砰石山，增加煤砰石的渗滤液。同时长期浸泡使得有毒有害物质浸出量增大，对环境的影响加剧。排水沟做法采用毛石砌筑，水泥砂浆勾缝处理。最后在砰石山四周修建重力式毛石挡土墙，用以拦挡煤砰石垮塌。5、砰石山综合治理中新型环保材料的应用生态垫，也被称作“人工植被”或“生态植被毯”，它主要是以稻草、麦秆、棕榈等植物纤维为原料生产的系列环保产品，具有保水、保肥、松软、透气等特性。成为国际上公认的最简捷有效的保水固土、防沙治沙、环保绿化产品。在植被恢复前期，根系浅、枝叶不够茂密，能在陡坡和有水流冲刷作用的岸坡等条件下起到强有力的护土作用，从而支持植物生长；另一方面，当若十年后植被已恢复，根系发达时，棕纤维作为天然材料逐渐腐烂成为肥料，对环境污染小，而此时复合的聚合物网格或玻纤网格仍可起到加强植被抗冲刷能力的作用。生态垫的出现和逐步推广应用，给砰石山坡面治理带来了新的治理方案措施，但是由于工程造价原因以及治理后的效果有待工程实践验证，所以本次工程方案仅在排水沟，挡砰墙中考虑替代部分毛石进行试验性的应用，若治理效果明显，可以推广到其它工程的整个坡面治理中进行应用。三、煤砰石的综合利用1、煤砰石综合利用是一项长期的技术经济政策煤砰石是煤炭生产和加工过程中产生的固体废弃物，每年的排放量相当于当年煤炭产量的10%左右，目前已累计堆存30多亿吨，占地约1.2万公顷，是目前我国排放量最大的工业固体废弃物之一。煤砰石长期堆存，占用大量土地，同时造成自燃，污染大气和地下水质。煤砰石又是可利用的资源，其综合利用是资源综合利用的重要组成部分。“八五”以来煤砰石综合利用有了较大的发展，利用途径不断扩大，技术水平不断提高。但我国煤砰石综合利用技术装备水平还比较落后，产品的技术含量不高，综合利用发展也不平衡。大力开展煤砰石综合利用可以增加企业的经济效益，改善煤矿生产结构，分流煤矿富余人员，同时又可以减少土地压占，改善环境质量。因此，煤砰石综合利用是一项长期的技术政策。煤砰石综合利用要坚持“因地制宜，积极利用”的指导思想，实行“谁排放、谁治理”、“谁利用、谁受益”的原则。将资源化利用与企业发展相结合，资源化利用与污染治理相结合，实现经济效益、环境效益、社会效益的统一。煤砰石综合利用技术以巩固、推广为主，完善、开发并举。巩固已有的技术成果，推广技术成熟、经济合理、有市场前景的技术，逐步完善比较成熟的技术，研究开发新技术，积极引进国外先进技术和装备，在消化吸收的基础上努力创新，不断提高煤砰石综合利用的技术装备水平，促进煤砰石的扩大利用。2、 煤砰石综合利用的主要技术原则煤砰石综合利用以大宗量利用为重点，将煤砰石发电、煤砰石建材及制品、复垦回填以及煤砰石山无害化处理等大宗量利用煤砰石技术作为主攻方向，发展高科技含量、高附加值的煤砰石综合利用技术和产品。加强煤砰石资源化利用的评价工作，对煤砰石的分布、积存量、砰石类型、特性等进行系统研究和分析，逐步建立煤砰石资料数据库，为合理有效利用煤砰石提供翔实可靠的基础资料。根据煤砰石的矿物特性和理化性能确定综合利用途径。煤砰石发电应向大型循环流化床燃烧技术方向发展，逐步改造现有的煤砰石电厂，提高燃烧效率，提高废弃物的综合利用率和利用水平，实现污染物达标排放。煤砰石建材及制品，以发展高掺量煤砰石烧结制品为主，积极发展煤砰石承重、非承重烧结空心砖、轻骨料等新型建材，逐步替代粘土；鼓励煤砰石建材及制品向多功能、多品种、高档次方向发展。含有用元素的煤砰石，在技术经济合理的前提下，按照先加工提取、后处置的原则，分采分选；对暂时不能利用的要单独存放，不应随废渣一起弃置。鼓励利用煤砰石复垦塌陷区，发展种植业，改善生态环境。新建煤矿（厂）应在矿井建设的同时，制定煤砰石利用和处置方案，不宜设立永久性砰石山。老矿井的砰石山，应因地制宜有计划地治理和利用，让出或减少所压占土地。3、 煤砰石作燃料发电推广利用煤砰石、煤砰石与煤泥、煤砰石与焦炉煤气、矿井瓦斯等低热值燃料发电。低热值燃料综合利用电厂的建设要靠近燃料产地，避免燃料长途运输；凡有稳定热负荷的地方，经技术经济论证，应实行热电联产联供。推广适合燃烧煤砰石的（其应用基低位发热量不大于12550千焦/千克）75吨/小时及以上循环流化床锅炉。在有条件的地方积极推广热、电、冷联产技术和热、电、煤气联供技术。推广炉内石灰脱硫和静电除尘技术。对燃用高硫煤砰石的电厂，必须采取脱硫措施实现二氧化硫、烟尘等污染物的达标排放。对灰渣要进行综合利用，不应造成二次污染。推广煤砰石沸腾炉床下风室点火技术和红渣直接点火技术，推广利用发热量较高的煤砰石生产成型燃料技术。研究开发煤砰石等低热值燃料电厂锅炉高效除尘、脱硫设备，灰渣十法输送、存储及利用技术和设备；燃煤泥锅炉煤泥输送、给料、成型技术和设备。研究开发煤砰石电厂锅炉的耐磨材料及制造工艺，解决磨损问题，提高锅炉连续运行时间和可靠性；研究开发高效、可靠的冷渣设备和大容量循环流化床锅炉制造技术。4、煤砰石生产建筑材料及制品利用煤砰石生产建筑材料及制品前，应对所用煤砰石的化学成分、矿物成分、发热量、物理性能等指标进行综合评价，并做小试；原料成分复杂、波动大时，应进行半工业性试验。利用煤砰石为原料生产的建材产品，产品质量应符合国家或行业标准；对用于生产建材产品的煤砰石应进行放射性测量，原料符合GB9196-88标准，制品中放射性元素含量符合GB6763-86标准。煤砰石制砖积极推广使用新型建筑材料，大力发展煤砰石空心砖等新型建筑材料，在煤砰石贮存、排放的周边地区，鼓励现有粘土（页岩）烧结砖生产企业，通过改进生产工艺与装备提高煤砰石的掺加量，限制和逐步淘汰实心粘土砖。煤砰石砖生产以烧结砖为主，重点推广全煤砰石承重多孔砖和非承重空心砖，要向高技术方向发展，主要是发展高掺量、多孔洞率、高保温性能、高强度的承重多孔砖，或带有外饰面的清水墙砖。为此要加强原料的均化处理，逐步改造软塑成型、自然干燥工艺，利用砖窑余热干燥砖坯，推广有余热利用系统的节能型轮窑和隧道窑；积极发展硬塑、半硬塑成型和隧道窑干燥与焙烧连续作业的全内燃一次码烧工艺，提高机械化和半自动化水平。鼓励消化吸收国外先进制砖技术和设备，提高利废建材的技术装备水平。改进原料的中、细碎设备，发展高挤出力、高真空度挤出机，配套完善3000一6000万块/年承重多孔砖和非承重空心砖全套设备和工艺；完善开发高质量的外承重装饰砖和广场、道路砖。煤砰石烧结多孔砖执行GB13544—92标准。煤砰石烧结空心砖和空心砌块执行GB13545—92标准。煤砰石制水泥推广利用煤砰石为原料，部分或全部代替粘土配制水泥生料，烧制硅酸盐水泥熟料。推广过火砰等作水泥混合材技术，生产硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥等。用于做水泥混合材的煤砰石应符合有关水泥混合材的标准，水泥应符合有关水泥产品的国家标准。煤种石制其他建材产品根据煤砰石的矿物组成，可作为硅质原料或铝质原料，应用于许多烧结陶（瓷）类建材产品的生产，并充分利用其所含的发热量。在建筑陶瓷、建筑卫生陶瓷等陶瓷制品生产中，推广以煤砰石为部分原料替代材料的生产技术。煤砰石排放、贮存地附近的建筑卫生瓷生产企业，在产品质量有保证的前提下，鼓励其通过必要的技术改造利用煤砰石。推广以煤砰石为主要原料，生产规模大于3万立米/年的烧结陶粒生产技术，以煤砰石烧结陶粒为骨料的混凝土空心砌块生产技术。推广以过火砰、岩巷砰等低热值煤砰石为骨料的砼空心砌块等砼制品生产技术，煤砰石物化性能应满足砼用骨料标准或《自燃煤砰石轻骨料》标准（JC/T541—94）。推广以石灰岩为主要矿物的煤砰石生产石灰技术。研究开发掺加煤砰石陶（瓷）质建材制品的新技术、新装备。研究开发掺加煤砰石的新型建材产品的新技术装备。5、 积极推广煤砰石复垦及回填矿井采空区技术推广利用煤砰石充填采煤塌陷区和露天矿坑复垦造地造田，复垦种植技术。对处于开发早期，尚未形成大面积沉陷区或未终止沉降形成塌陷稳定区的矿区，可采用预排砰复垦。推广利用煤砰石充填沟谷等低洼地作建筑工程用地、筑路等工程填筑技术。砰石复垦土地作为建筑用地时，应采用分层回填，分层镇压方法充填砰石，以获得较高的地基承载能力和稳足性。推广煤砰石矿井充填技术，采用煤砰石不出井的采煤生产工艺，充填采空区，减少砰石排放量和地表下沉量。推广在道路等工程建设中，以煤歼石代替粘土作基村技术，凡有条件利用的，必须掺用一定量的煤砰石。完善利用煤砰石充填废弃矿井技术。研究开发煤砰石回填塌陷区生物复垦、微生物复垦技术；砰石不出井和地面无砰石山综合处置利用技术和工艺。研究完善煤砰石充填建筑复垦技术、砰石堆（山）防治污染处理及植被绿化技术。6、 回收有益组分及制取化工产品推广利用煤砰石制取聚合氯化铝、硫酸铝、合成系列分子筛等化工产品技术，生产岩棉及制品技术。推广以高岭石质煤砰石（煤系高岭土）为原料的煅烧高岭土深加工技术。开发利用