成庄矿矸石山处置项目方案

成庄矿煤矸石处置方法及复垦技术研究

项目方案

山西先导科技开发有限公司

二〇一〇年四月

目录

一、项目目标 (44)

二、技术指标 (44)

三、工程量 (44)

四、研究内容 (55)

五、具体工作 (66)

六、进度安排 (2727)

七、人员安排 (2727)

八、承担单位与合作方的具体责任和分工： (2828)

成庄矿煤矸石处置方法及复垦技术研究

项目方案

煤矸石是煤矿开采和洗煤排放的固体废弃物, 是煤矿生产的必然产物。目前, 煤矿的排矸量约占煤炭开采量的8%～20%, 平均约为12%；已成为矿区堆积量和占用场地最多的工业废弃物主要的污染源之一。由于矸石大量堆积形成的矸石山, 不仅直接占压土地, 引发严重的土壤污染, 破坏植被的生长, 水土流失和地质灾害，而且由于矸石中通常含有残煤、碳质泥岩、硫铁矿、碎木材等可燃物质, 在长期露天堆积后, 往往会产生自燃现象, 并排放出大量的CO、CO2、SO2、H2S、NO 等有害气体, 造成大气、地表水、地下水的严重污染,矸石山下风向的村庄、城镇及矸石沟下游的农田、河流、水库等生态敏感点造成不良环境影响。再是矸石山为自然堆积而成,内部结构疏松, 受矸石中炭的自燃、有机质灰化及硫分解挥发等作用的影响, 使得矸石山非常易发生自燃、崩塌、滑坡，可能形成泥石流等灾害。据统计，我国每年煤矸石的排放量高达1.5×108t，占地4.8×105m2，现已形成大小数千座矸石山，累计堆存量达5.0×109t，占地近2.0×108m2，现全国大约1/3的矸石山正在发生燃烧。因此, 对矿区煤矸石自燃防治及复垦技术的研究，改善煤矸石山的环境条件, 加快植被恢复, 最大限度地减少煤矸石山对周围环境的污染已成为煤矿环保工作和煤炭清洁生产的一项重要任务，对煤炭工业可持续发展乃至整个国民经济的健康发展具有十分重要的现实意义。

山西晋城蓝焰煤业股份公司成庄煤矿,1989年建矿, 年产原煤800万t, 配套有800万t/年的洗煤厂, 每年排放3#煤矸石100万t，排矸量约占煤炭开采量的8%，累计存矸约800万t。目前, 成庄煤矿现有3个排矸场, 其中1# 工业区排矸场已于2007年封场, 复垦还田209亩；2# 排矸场于2008年底即封场, 进行复垦还田；3# 排矸场选址确定, 2009年开始存放矸石。

1# 排矸场虽已填沟造田，且农作物长势较好，但由于没有科学的进行立

地环境分析及植被演替规律的探讨，缺乏合理的矸石山填埋复垦技术，致使 1# 排矸场仍就存在矸石自燃、矸石溃坝的潜在因素，不可避免地出现农作物生长多年后由于水土流失造成的生态效应减小以及土壤生产力下降的现象。因此，有必要进行山西晋城蓝焰煤业股份公司成庄矿1#工业区煤矸石自燃及填埋复垦项目的研究，建立一套完整的理论与技术标准，为成庄矿申报国家环境友好企业及矿区环境保护提供科学依据；同时也为后续排矸场在科学、合理的治理复垦基础上，创造更高的生产力和经济价值, 实现矸石山稳定的自维持的植被生态系统的最终有效利用。

一、项目目标

本项研究以山西晋城蓝焰煤业股份公司成庄煤矿排矸场为研究对象，应用定性和定量方法对煤矸石、覆土层成份及地表植物成份进行测试分析，深入系统地研究煤矸石的自燃防治、复垦还田、植被恢复、景观治理等11项研究内容，给出成庄矿矸石山堆放、复垦综合治理的技术规范及标准，为晋煤集团及国内外矸石山综合治理提供经验。

二、技术指标

1．给出矸石元素成份、工业性分析及覆土元素分析指标；

2．给出边坡稳定参数，合理确定坡度、坝高；

3．给出覆土种植技术中覆土厚度；

4．给出矸石场合理的排水系统参数，确定地表径流排水渠和渗透水排水暗涵的规格、尺寸。

三、工程量

1.矸石堆场址及其周边的地形测量。

2.钻探工程：

（1）深孔3～5个，用于采集矸石山基底土样；

（2）浅孔110～120个，用于采集矸石堆内部温度、气体信息以及测量不同矸石堆不同部位覆土厚度。

3.对于麦田黄化局部区域进行重锤夯实或碾压。

4．矸石示范工程包括矸石沟削坡、平底、建设防渗层、建设排洪暗涵、构筑拦渣坝以及矸石覆土、植被恢复等。

四、研究内容

1.采集新鲜煤矸石、已堆放煤矸石，进行元素分析及工业性分析。

2.矸石覆土层样品采集、成份测试、数据分析及计算。

3.对照取土场样品成份测试、数据分析及计算。

4.堆积矸石基底层土样采集、成份测试、数据分析及计算。

5.覆土层植物（含农作物）样品采集、重金属成分测试、数据分析及计算。

6.对照取土场植物（含农作物）样品采集、重金属成分测试、数据分析及计算。

7.进行不同覆土厚度栽培植物对比试验。

8.测定1#矸石场地表最大径流量和渗透系数及其渗透量。

9.利用钻孔法测试工业区矸石场内部温度及其变化规律、采集气体样品分析其组份，得出地面植物黄化的原因，并提出治理的技术措施。

10.研究煤矸石堆积状态、堆积厚度及漏风对煤矸石自燃的影响，给出成庄矿煤矸石山自燃的预防和治理技术措施。

11．给出成庄矿矸石山堆放、复垦综合治理的技术规范及标准。

通过上述内容的研究，为成庄煤矿提出一套科技含量高、安全可靠性好、景观效应好、农作物生长旺盛、经济收益好的矸石山治理与复垦技术。

五、具体工作

项目实施主要通过现场调查、确定技术路线、采集各种样品、实验室测试、数据计算分析、现场实施等完成。

（一）新鲜煤矸石、已堆放煤矸石元素分析及工业性分析

煤矸石自燃发是一种物理、化学作用自动加速过程，随着放热和散热这对矛盾运动的发展，其实质是破碎煤矸石体以及煤体表面力场失去平衡，与空气中的氧发生物理吸附、化学吸附和化学反应，从而放出热量，在一定的蓄热条件下，当产生的热量大于散失的热量时，就使得矸石山温度不断升高，最终导致自燃的发生。

通过较为全面、科学和系统地研究了代表性的矸石山煤矸石样的元素分析、工业性分析，给出煤矸石自燃的内因及主要影响因素。

1.煤矸石采样和制备

根据调研情况决定到矸石山现场根据分析需要按国家取样标准（GB475—96）进行各类别、各层次取样，所取样品装入特制的专用采样罐中。装样时不能破坏样品的粒度，并且运输过程中不要使样品破损。样品到实验室迅速对所取将要分析的煤矸石样进行缩分，并且按照需要进行的实验对煤矸石样品进行制备。制备好的样品用高于大气压0.02MPa的压力下进行氮气清洗三次，清洗好的样品迅速装入样品瓶，然后进行腊封、编号、待实验用。

表1 实验用煤矸石样明细表