煤矿“三废”利用

煤矿“三废”的资源化探讨

煤矿在生产过程中将产生众多的污染源，诸如矿坑水、煤矸石、矿井废风、粉尘、噪声及地表沉陷等，而其中又以“三废”（即废水、废矸、废风）带来的污染问题更为突出。

煤矿生产中所产生的“三废”，除对环境将造成一定的污染这一负面效应外，如果能在努力实现“减量化”的同时，充分挖掘其潜能，变“废”为宝，使之资源化，便可充分体现出“三废”为人们造福的正面效应。

1 矿坑水的资源化

矿坑水是煤矿排放量最大的一项废水。全国煤矿年排放量约为20多亿m3，大部分矿区的吨煤排水量约为2～4m3。这些废水如果不加处理对外任意排放，不仅浪费宝贵的水资源，而且将对矿区及其附近区域产生严重的污染。然而，据统计我国约有70％的矿区水资源匮乏，这种“排”与“需”的矛盾十分突出，为此矿坑水的资源化就是解决这一矛盾的必由之路。

由于矿坑水的来源不同，其水质也有很大差别，为使其资源化，可遵循“清污分流、分质处理、分级应用”的原则，采用不同的处理方式，派上不同的用场[1]。

1）洁净矿坑水。对基本未受污染的矿坑水（如奥灰岩、太原组灰岩、茅口灰岩等地下水），一般水质呈中性，硬化度与浊度较低，基本不含有毒、有害离子，可在井下涌水水源附近拦截汇聚，然后通过专用的管道引至井底，再经水泵排至地表，不用处理（或稍作消毒处理）即可直接用于生活用水（如邢台煤矿、后所煤矿等）[12]。

2）含悬浮物的矿坑水。此类矿坑水的主要污染物为悬浮物（SS），其含量多在100～400mg/l，一般含少量的有机物及细菌，通常可采用混凝土、沉淀、过滤及消毒杀菌处理工艺。经处理后的矿坑水，可作为生活饮用水及井上、井下工业用水（如平项山矿区、门头沟煤矿）。

3）高矿化度矿坑水。此类矿坑水，除通常含有一定程度的悬浮物外，其含盐量还大于1000mg/l。水中的含盐量主要来自Ca2+，Mg2+，Na+，SO42-，Cl-，HCO3-等离子，水质多偏碱性，带苦涩味，其硬度往往也较高。对该类矿坑水的处理通常分两步：第一步为混凝、沉淀的预处理，主要去除悬浮物及杂质；第二步通常以电渗法脱盐。处理后的矿坑水一般可作工业用水，有的还可作饮用水（如西北、中原、华东等部分矿区）。

4）酸性矿坑水。pH值小于5.5，具有较强的腐蚀性，一般含有大量的Fe（Fe2+，Fe3+），SO42-，Cl-，HCO3-等离子，目前我国大多采用酸碱中和法进行处理。由于酸性矿坑水水质一般较复杂，若将其处理为生活饮用水，其成本较高，经处理后的酸性矿坑水，一般可作为某些工业用水或达标后外排用于农业灌溉（如涟邵、资兴、长广、梅田等矿区）。

5）含特殊污染物在矿坑水。含重金属、放射性元素、氟化物等，由于它们对环境的污染和对人体的健康危害性较大，且处理工艺较复杂，成本也较高，按常规方法处理后一般很难满足生活饮用水及工业用水的标准，通常只要求达标排放，仅用于农业灌溉（如砚台，阜新矿区）。

2 煤矸石的资源化

井下开采产生的煤矸石，主要来源于岩巷、半煤岩巷、井筒、硐室掘进和巷道、采场的局部冒顶，以及煤层中的夹矸等。矿井矸石排放量一般为原煤产量的8％～20％，平均约为12％。我国每年生产的原煤在10亿t以上，年排矸量约为1.5亿t左右，迄今为止，全国累计堆放的煤矸石已达30亿t，这些固体废弃物已成为矿区的一大污染源。

煤矸石在地面上堆放要占用大量的土地，我国现存的煤矸石占为8000hm2，年增矸石量约1.5～2.0亿t，年增占地面积117hm2；有的煤矸石具有自燃性，自燃时将排出大量的煤尘（STP）及CO，CO2，SO2，H2S等有害气体，对矿区环境造成严重污染；有些矿区的

煤矸石富含硫铁矿，甚至还含有某些重金属或放射性元素，其淋溶水将对生态环境造成不同程度的污染；暴雨有可能导致矸石堆（山）崩塌，甚至形成泥石流，危害极大。

在矿井设计基建及生产过程中，应尽量控制井下煤矸石的生成量，并使之资源化。

2.1 井下就地消化

1）采用宽巷掘进工艺。在较薄的煤层内掘巷时，可采用宽巷掘进工艺，将掘进所出矸石就近堆砌于巷道一侧或两侧作巷旁支护用，即解决了矸石不出井，又改善了巷道的维护，同时还实现了无煤柱护巷，有利于提高资源回收率。这里要解决的主要问题是如何实现砌筑工作机械化。

2）在煤柱内开掘储矸巷道或硐室。在井下某些永久性煤柱的煤体内开掘储矸巷道或储矸硐室，将井下其它巷道掘进所出矸石作为充填材料存放于煤体内的这些巷道或硐室空间，即消化了井下矸石又提高了资源收率。

3）充填采空区。将巷道掘进所出的矸石作为充填材料直接用于采空区的充填。对急倾斜煤层来说可采用自重充填；对缓倾斜煤层可考虑采用压气译、膏体充填。利用废矸对采空区进行充填，不仅避免了矸石的外排，还可有效减轻地表的沉陷，有利于保护地面建筑物，有效控制地质灾害。

4）作巷旁支护的骨料。当井下采用沿空留巷时，可利用井下废矸作为巷旁支护时高水充填或膏体充填的骨料。

2.2 出井矸石的综合利用

煤矸石虽然属于一种固体废弃物，但其中也包含了若干有用组分，因此从另一个角度看，它又是一种可利用的资源。

1）煤矸石发电。鉴于煤矸石中通常都含有一定数量的可燃物（如残煤、硫铁矿、炭质页岩等），固定炭的含量一般在10％～30％，发热量高者可达12000kJ/kg以上，低者约为6000kJ/kg[3]。对于发热量较高的煤矸石，可以直接或掺和少量原煤用于发电。如江西丰城矿务局矸石发电厂仅两年时间，就燃用煤矸石33.2万t，创产值4425万元，经济效益、环境效益十分显著。

2）煤矸石制砖、制水泥。低发热量的煤矸石可用于制砖，如丰城矿务局先后建成了3个矸石砖厂，年耗煤矸石12万t以上，年产值720万元。

若利用煤矸石代替粘土作生产水泥的熟料生产普通硅酸盐水泥时，对1000t/d熟料水泥生产线，每年可消耗煤矸石7.5万t，若以3000t/d规模建厂则年耗矸石量可达22万t以上。

3）煤矸石生产肥料。对于富含腐植酸的煤矸石，可应用生物工程原理，以70％的煤矸石粉为主要原料，再加入适量的生物菌种、磷铁粉、淀粉等原料配制成肥料，具有较好的肥效。根据洼里煤矿的生产资料，若以每年生产肥料2万t计，可创利税约600万元，年耗矸石量可达1.4万t左右。

4）充填塌陷区、复垦造地或筑路。我国有不少矿区在采动影响下，地表出现范围不等的移动盆地塌陷坑、裂隙带，可利用废矸对上述区域进行充填复垦造田，以弥补由开采带来的农产损失，缓解矿、农矛盾。

煤矸石的用途十分广泛，除上述用途外，尚可根据其有用组分成生产氯化铝、聚合氯化铝等净水剂，回收硫铁矿作为制作硫酸的原料，用于制作陶器的原料等等。

3 矿井废气的资源化

从井下排至地面的废气中，含有CH4,CO,CO2，NOx，H2S等有害气体，当井下空气中CH4的含量达到一定程度后，将有爆炸或燃烧的危险；当含有上述有害成分的矿井废气（废风）排至地表，则会污染矿区及其附近的空气，给矿区的生态环境及人们的健康带来危害。矿井废气是一种污染源，而其中所含的甲烷则是一种可贵的自然资料，既可用作高质量的燃料，又可作化工原料。虽然在矿井废气中有用成分（主要是CH4）的含量很低，然而这种废