老矿区煤矸石山的综合治理与利用研究_连增增

收稿日期 : 2009 -10 -26 基金项目 :国家自然科学 基金资助项目 (40772191);“十一五 ” 国家科技 支撑计划重点项目 (2006BAC09B01) 作者简介 :连增增 (1985-), 男 , 河 南焦作人 , 硕士研究生 , 从事矿山开采沉陷与数字矿山方面的研究工作 。
II类煤矸石山 , 直接在上面覆盖 30cm的黄 土 , 并栽植 蒺藜 、 猪毛菜 、 鸡爪草 、 萝摩 、 野古草等草本植物 。
III类煤 矸石山 , 其自然环 境相对 较好 , 在 其上面 覆盖 20cm的黄土 , 栽植以黄蒿 、 鸡爪草 、 野古草 等草本 植物为 主 , 并栽植一些臭椿 、 刺槐等乔木 。
目前对于煤矸石的研究一 方面是煤矸石 山的复垦 绿化 , 另一方面是实 现煤矸 石的 资源化 [ 6] 。 相 对而 言 , 前者 需投 入大量的资 金 , 并且 没有利 用煤 矸石这 一资 源 ;后者 虽然 把煤矸石作 为一种 资源 进行 利用 , 但是 , 煤矸石 山体 积较 大 , 在短时间 内无法 全部 用完 , 而 在此过 程中 , 还会 污染 周围环境 。 鉴于 此 , 本文 把两 者结合 起来 对煤矸 石山 进行 综合治理和利用 。 所以本 方案 在设计 之初 首先 对煤矸 石山 未被利用的一侧 进行 简单的 绿化 治理 , 然 后再 在另一 侧进 行煤矸石的加工 利用 , 以 此来 减少矸 石山 在加 工利用 过程 中对周边环境的危害 。 2.1.2 煤矸石山治理的原则
各类煤矸石山植被 种植及恢复情况见表 3。
2.2 矸石的利用
在我国全面建 立 “资源节 约型 、 环 境友 好型 ” 社 会的 进程中 , 老矿 区 煤矸 石 山的 治理 与 利用 就显 得 尤为 重 要 。 鑫珠春矿地理位 置特 殊 , 直接 影响到 今后 焦作 城市建 设的
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研究探讨 煤 炭 工 程 2010年第 8期
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2010年第 8期 煤 炭 工 程 研究探讨
对鑫珠春矿煤矸石山 进行划分较为合理 。 根据矿务局 提供的 资料 , 按 停止 排矸年 限对 该矿 煤矸
石山进行分类 , 结果如下 : I类 :停止排矸 10a以内 , 表层 大部分 为大于 10mm的
31.52
5 ～ 7mm 7 ～ 10mm大于 10mm
12.61 18.32 40.3
12.9 15.66 34.12

17.86 14.47 14.65
20.12 5.31
6.15
用的过程中 , 不污染或者尽可能 少污染周边的环境 ; 2)煤 矸石山治理过程中的树木植被等在矸石山 加工利
用后仍栽种在矸石山原 地 , 最后 把一座黑山 变成一片绿 地 , 恢复景观效果 。 2.1.3 煤矸石山治理及植被的恢复
据不完全统 计 , 目前 全国煤 矿区 历年累 计堆 放的 煤矸 石约 45亿 t, 规模较大的煤 矸石山 1600多 座 , 占用 土地约 1.5万 hm2 [ 2] 。 其中大多数煤矸石山是 20世纪 60 年代前投 产的老矿井在生 产过 程中排 放堆 积的 , 其 堆放 时间较 长﹑ 体积较大 。 随着 生产 的继续 , 这些老 矿将 会出现 原矸 石山 堆积到限 , 并且在 本来就 十分 拥挤的 工业 场地 中很难 找出 一块堆积矸 石山的 地方 。 这 样大 量的堆 积煤 矸石 , 不 仅占 压土地 , 而且还 会造 成严重 的土 壤污染 , 破坏植 被的 生长 环境 , 其风化自燃 后产 生 的有 毒气 体 (SO2、 CO2、 NO等 ) 则造成大气 、 水体 、 景 观的严 重污 染 , 危害 矿区 的生 态环 境 , 影响人们 的生产 、 生活 和身心 健康 。 因此 , 对老 矿区 煤矸石山进行综 合治 理具有 十分 重要的 意义 。 本文以 焦作 矿区鑫珠春矿煤 矸石 山综合 治理 为例 , 论 述了 煤矸石 山综 合治理的过程和 方法 , 为 今后 老矿区 煤矸 石山 的治理 提供 一种新的方法和途径 。
在治理煤矸石山 的过程中 , 确立以下两条原则 : 1)花最少的钱 , 达到最好的效果 。 保证煤矸 石山在利
图 1 拦渣 坝断面图
针对 I类煤 矸石 山 , 由 于其 自然 环境 较差 , 并 且 排矸 年限较短 , 所 以不宜 植物 生长 。 根 据这一 情况 , 首先 在其 表面铺一层 0.5mm的薄塑料纸 , 以 此来隔 离煤矸 石 , 防止 其对上覆土壤 造成污 染 ;然后 , 在上面 覆盖 40cm的黄 土 , 使表面具备 植物生 长的 环境 ;最 后 , 在上 面栽种 些有 较强 的适应能力 、 对干旱 、 瘠薄 、 盐 碱 、 pH值 、 毒害等 不良立 地因子有较强的忍耐能 力的野古草 、 猪毛菜等草类植物 。
研究探讨 煤 炭 工 程 2010年第 8期
老矿区煤矸石山的综合治理与利用研究
连增增 1, 2 , 谭志祥 1, 2, 李培 现 1, 2 , 柳聪亮 1, 2 , 邓喀中 1, 2
(1.中国矿业大学 江苏省资源环境信息工程重点实验室 , 江苏 徐州 221008; 2.中国矿业大学 环境与测 绘学院 , 江苏 徐州 221008)
鑫珠春煤矿矸石 山占地约 3.0 ×105 m2, 每天排 放煤矸 石约 250t, 累计 堆 存近 500 万 t。 由 于矸 石 山堆 放 时间 较 长 , 矸石山表面 出现 不同程 度的 风化 。 在 风化雨 淋作 用下 将会释放出 大量有 毒有 害气 体 , 污染空 气 , 影响 矿区 周围 居民的身体 健康 , 造 成生态 环境 的双重 破坏 , 并 成为 采煤 矿区主要污染源之一 。
矿区煤矸石山 多为大 量粒 径不等 形状 不同 的颗粒 并以 不同的排列 方式自 然堆 积而成 , 结构疏 松 , 在本 质上 说是 不连续的 , 为 散体材 料 , 而在 老矿 区尤 为如 此 。 同 时 , 受 煤矸石中炭分的 自燃 、 有 机质 的灰化 及硫 分的 离解挥 发等 作用的影响 , 老 矿区 煤矸石 山的 稳定性 普遍 较差 , 极 易发 生崩塌 、 滑坡 。 鉴 于此 , 首 先在 煤矸石 山底 部周 围砌 筑拦 渣坝 (见图 1), 以 防止煤 矸石 山发 生崩塌 、 滑坡 等灾 害性 事故 。 然后 , 根据煤矸石山的堆放年限来 确定其治理方案 。
IV类煤 矸石山 , 其自然条 件已接 近一般 山地 。 所 以该 类型煤矸石山采取乔 、 灌 、 草相 结合的方法 进行植被恢 复 。 乔木采用榆树 、 刺槐 , 灌木用 紫穗槐 , 草本 以天然的黄 蒿 、 鸡爪草 、 野古草等 为主 [ 7] 。 利 用上述 治理 措施 可以有 效的 防止矸石山的崩塌 、 滑坡和矸石 的自燃 。
摘 要 :为了治理老矿区煤矸石山对环境的影响 , 并使其得到有效的利用 。 本文提出了在 煤矸石山的一侧进行绿化治理 , 在另一侧进行矸石砖生产的综合治理与利用方法 。 这样不仅减 少了老矿区煤矸石山在利用过程中所带来的对周围环境的空气 、 水体 、 土壤等的影响 , 同时又 将煤矸石做成矸石砖 , 产生经济效益 。通过对焦作矿区鑫珠春矿煤矸石山的研究实践 表明 , 在 现有的经济技术条件下完全可以使其在不污染矿区周边环境的条件下变废为宝 , 实现经济和环 境的双赢 。
MgO SO
2
灰分
0.45 3.42 75.6
1.2 煤矸石山的分类
对于煤矸石 山 , 停止 排矸 年限 、 矸石 堆放 高度 、 表层 风化碎屑厚度等是 影响煤 矸石 山表面 植被 种类 及生长 状况 的重要因素 [ 4] 。 而对 于大多 数老 矿区而 言 , 煤 矿矸石 山的 堆积高度相差较 小 , 煤矸 石山 的地理 条件 随排 矸年龄 的长 短而发生明 显变化 。 经过现 场调 查研究 结果 表明 , 停 止排 矸年限是影 响本矿 区矸 石风化 程度 、 土 壤理 化性质 、 植被 种类及生长状 况的主 要因 素 [ 5] 。 因此 , 根 据停 止排矸 年限
矸石颗粒 , 没有明显的碎屑 ; Ⅱ 类 :停止排矸 11 ～ 20a, 表层矸石碎屑厚 0 ～ 3cm; III类 :停止 排矸 21 ～ 30a, 表层矸石碎屑 3 ～ 10cm; IV类 :停止 排 矸 30a以 上 , 表 层矸 石 碎屑 厚 10cm以
上。 除此之外 , 在根 据停 止排矸 年限 而划分 的四 类矸 石山
等 。 所含物质的主要 化学元 素组成有 SiO 、 AlO、 FeO 、
2
23
23
CaO等 。 鑫珠春 矿 2007 年排 出 的煤 矸 石主 要 元 素 含量 见
表 1。
表 1 鑫珠春矿煤矸石主要元素含量分析
元素名称 百分含量 /% 元素名称
百分含量 /%
SiO2 AlO
23
Fe2O3 CaO
61.43 21.58 7.77 7.18
1.1 煤矸石的成分
由于各矿区间煤矸 石成分复杂 , 物理化学特性 各异 [ 3] 。
因此 , 根据鑫珠春矿的具体情况 把煤矸石主 要分为碳质 岩 、
细砂岩 、 粗砂岩 、 细 粉砂 岩 、 凝 灰质 岩 、 凝 灰 粉沙 岩 。 其
主要矿物组 成为 高岭石 、 石英 、 钠 长石 、 白云 石 、 硫 铁矿
关键词 :老矿区 ;矸石山 ;综合治理 ;矸石砖 中图分类号 :TD98 文献标识码 :B 文章编号 :1671 -0959(2010)08-0086-03
0 引 言
1 煤矸石的组成成分及煤矸石山的分类
矿产资源的开 发和利 用为 我国经 济建 设做 出了不 可磨 灭的贡献 , 但矿业 废弃物 所引 起的生 态问 题已 成为影 响经 济 、 环境和可持 续发 展的焦 点问 题之一 。 在所有 的矿 业废 弃物中 , 煤炭工 业的 产出量 居第 一 , 而其 中以煤 矸石 的比 例最大 。 煤矸石 是煤 炭开采 、 洗选加 工过 程中所 产生 的固 体废弃物 [ 1] , 是煤矿 生产的 必然 产物 , 同 时也 是矿区 主要 的污染源之一 。 20 世纪以来 , 我国大 部分矿 区 , 在未 进行 任何处理的情况下 , 大量的煤 矸石被堆积在 了地面空 地上 , 特别在一些老矿区 , 形成了成 百上千座煤矸石山 。
发展 。 所以 , 对鑫珠 春矿 煤矸 石山的 处理 不能仅 仅局 限于 绿化层面 的治 理 上 , 这 样不 仅不 利 于焦 作市 城 区的 发 展 , 破坏城市景 观 、 也造 成了煤 矸石 这种资 源的 大量 浪费 。 因 此 , 煤矸石的利用变得越来越 重要 。
目前煤矸石 的综合 利用 方式主 要有 :①煤矸 石用 于煤 矿地下采空区充 填 , 是塌 陷土 地复垦 时无 毒害 污染充 填材 料的主体 [ 8] ;②煤矸石 用于 制砖 , 水 泥等建 筑材 料 ;③煤 矸石还可用于发电 、 制肥料 、 化工产品 的提取等其它方式 。
表 3 煤矸石山植被种植及恢复情况 矸石类型 植被名称 覆盖率 /% 生活强度 栽植密度 /% 成活率 /%
上进行了抽 样 , 对其 表层矸 石颗 粒大小 分布 做了 统计 。 四 种类型矸石山表层矸 石颗粒大小分布见表 2。
表 2 四种类型矸石山表层矸石颗粒大小分布 (%)
矸石山 类型
I II III IV
颗粒大小
小于 3mm 3 ～ 5mm
8.62
20.15
11.1
26.12
25.67 27.35
36.9
2 煤矸石山的治理与利用的实施
2.1 煤矸石山的治理
2.1.1 煤矸石山基本情况 鑫珠春矿 位于 焦作 市西 郊 , 距 市区 仅 5.5km, 地 处晋
豫交 界, 东与 新乡、 西 与济 源、 洛阳 毗邻, 占 地 面积 594297m2 , 地势平坦 , 属温带 气候 , 年 平均 温度 15℃, 年 均降雨量 600mm, 全年 日照平均 2400h, 无霜期 220d。