煤矿固体废弃物的危害与环保治理技术分析

秦金旺

（山西煤炭运销集团小窑头煤业有限公司，山西 大同 037001）

0 引言

在经济快速发展的时代背景下，煤炭的开采量持续增长，而在煤炭开采的作业环节中，会产生大量的工程废石和煤矸石，统称煤矿固体废弃物。煤矿固体废弃物如果得不到规范治理和综合利用，会对人类的生存环境造成严重破坏，因此，煤矿固体废弃物资源化综合利用，对煤矿固体废弃物污染与环境保护、环境治理之间存在的矛盾问题，推进社会、经济和环境之间的协调发展、可持续发展有着重要意义。

1 煤矿固体废弃物的来源

煤矿固体废弃物是开采矿山活动和选矿加工活动中所产生的尾矿废弃物，以及该过程中形成的废石，废石主要是以煤矸石为主，具体指的是比煤坚硬的黑灰色岩石，在煤矿中是无用的，伴生于煤层，含碳量较低。煤矸石作为固体废弃物，同样也是能够投入到这次利用中的资源，其发热量达到3 349～6 280 J/g，成分中包含嗯硅、铝、钙、镁、铁的氧化物[1]。

2 煤矿固体废弃物的危害

煤矿固体废弃物所造成的负面影响和危害，体现在多个层面，包括土地资源被大量占用，地貌、植被受到破坏，森林环境遭受威胁，引起了水土流失的问题，其中存在着一系列的地质灾害风险，例如泥石流、滑坡、山体崩塌等，区域生态环境受到严重污染。

大量的煤矿固体废弃物露天堆积会造成大面积土地资源被占用，进一步加剧我国的土地资源供需矛盾。矿山废弃物中含有大量的有毒有害矿物质，如重金属元素及一些放射性的物质。经过长时间的风化和雨水冲刷等自然环境的作用下，有的有毒有害化学物质会渗透到土壤、地下水和地表水中，造成土壤、水体重金属超标。煤矸石容易引发煤矸石自燃的现象，因为在煤矸石中含有硫铁矿、煤粉等物质，会释放有害气体，例如二氧化硫、一氧化碳，对大气环境造成了严重的污染。而环境介质中有毒有害化学物质直接或间接会进入人体，威胁到人们的健康安全，对人类健康造成危害[2]。

煤矿固体废弃物随意堆放，引起了严重的环境问题，威胁社会民众的安全，也会造成重大的遗留隐患，必须从环保的角度尽快解决和治理。

3 煤矿固体废弃物的环保治理技术要点

3.1 固体废弃物堆置处理技术

目前我国的煤矿企业在发展过程中，针对生产活动产生的固体废弃物，通常采取堆置处理技术，堆置处理技术具体采取的方法是设置一个专门的场地，进行固体废弃物的堆积、存放。要由专业的技术人才，对场地环境进行详细、周密的调研，通过了解当地的大气、水文情况和堆置场地的地形地震等信息，进行可行性研究分析，判断堆置场地位置的合理性、可行性。堆存固体废弃物时，应采取由下向上的方式，实施分层碾压，沿荒沟自下而上，从底部分层进行回填作业，逐渐向上。排放过程中，根据标高的上升位置，建造台阶，每升高5～10 m，划分一层台阶，进行后续的推平压实作业，使用推土机进行一边填充一边压实，完成了压实处理后，要喷洒石灰水，将黄土覆盖起来。

为防止出现自燃和滑坡，应设计边坡角度，确保安全性和稳定性，利用分层次施工的方式将覆土压实，保证覆土的厚度高于0.5 m，注重平整处理和覆土处理，选择植物的过程中，要结合环境的适应性因素和景观的相似性因素进行考量，实现绿化修复的目标。矸石山堆存示意图，如图1 所示。

图1 矸石山堆存示意图

在煤矿固体废弃物处置方法中，堆置处理技术较为常用，使用堆置处理技术可以降低地表水负荷，不需要处理大量溶解固体，泥石砂的负荷较小，而且规避了地表水水质污染的风险等优点[3]。因为固体废弃物排放会对水体产生直接的浸滤作用和影响，利用堆置处理技术，可以有效地防范此类问题。不过选择堆置废弃物的地点要求也较高，要由地质勘测人员对附近的水文、地形、大气、地震等信息进行采集，做好全面调研，选择准确的堆置地点。堆存尾矿的地点有着更为严格的要求，例如尾矿堆置场地要求基础材料要有足够的强度和较强的不透水性[4]。

3.2 资源化利用技术

在煤矿资源开采过程中，必然会产生一定数量的固体废弃物，会引发环境的污染，但是在该材料的研究中，其也有可能被运用到二次利用中，成为宝贵的可再生利用资源。因此，有必要采用先进技术对固体废弃物进行资源化利用，变废为宝。固体废弃物资源化采取回收加工的方式，对已经形成的废弃物进行再次充分利用，使其成为可以回收的产品，提高利用价值，固体废弃物资源化技术主要是在回收能源为主理念下，借助热化学分解技术对固体废弃物（主要是煤矸石），进行处理。

热化学分解技术应用过程中，通过高温氧化的过程，将固体废弃物分解，使其转化成无害物质或有用的物质，该过程中，要注重热能的回收，主要技术有焚烧、热解、湿式氧化法等。

煤矿开采过程产生的固体废弃物主要是煤矸石，可以将低挥发份、低热值的煤矸石送到电厂，通过热化学分解的焚烧技术，回收利用燃烧产生的热能，可大幅度减少煤矸石的体积，彻底消除有毒有害物质。

煤矿产生的煤矸石直接作为原辅材料使用的综合利用技术应用更是不胜枚举。大部分的煤矸石可用作矿山井下采空回填材料，使填充成本大幅度降低，同时可以达到处理大量煤矸石、改善采煤工作面安全状况、减轻地表塌陷和杜绝内因火灾等多个目标。无毒无害的煤矸石可以用于铺路、填坑造地和建筑材料骨料。轻金属的煤矸石可以作为原材料用于生产普通硅酸盐水泥，也可以将其投入到无熟料水泥的生产中，用于建材工业，可以利用该材料生产空心砌块、加气混凝土，以及多种类型的保温材料，应用到化学工业中，则可以用于生产硫酸铝、结晶氯化铝。

借鉴国内外先进技术经验，用煤矸石作为原料，可以生产一种轻质、坚硬、具有明显蜂窝状的人造轻质骨料—陶粒，利用陶粒对水及养料的吸收性能，可用于土壤改良、蔬菜栽培、园林绿化和无土栽培中，可以起到保水、透气、保肥，长久保持土壤疏松、防止泥土板结及疏水性良好等效果。

以上都是直接将煤矸石作为原辅材料进行综合利用，实现了煤矿固体废弃物资源的合理化利用。既提高对煤矿固体废弃物资源的利用率，又大幅度降低了生产成本，既避免了资源浪费，降低了环境污染的风险，又创造了更高的经济效益，很好的实现了固体废弃物资源化利用、变废为宝的目标。利用煤矸石加工井下填充骨料工艺流程图，如图2 所示。

图2 利用煤矸石加工井下填充骨料工艺流程图

3.3 生态环境修复技术

大部分的煤矿固体废弃物处理都采取了堆置处理技术，但使用堆置处理后，如果不进行妥善的无害化处理和后续的生态修复，大面积填埋场的土地仍是无法利用的废地，还是会对环境造成二次污染。因此利用生态环境修复技术实现填埋场植被生态系统的稳定、自维持，提高区域环境质量，成为了当前煤矿固体废弃物治理中的重要研究方向。

自然生态环境的恢复是一个相当缓慢的过程，加之矸石山填埋场表面酸度过大、含盐量高、表面温度过高等极端恶劣立地条件，因此，生态恢复与重建应选择耐干旱、耐高温、耐贫瘩、生长快、根系发达的草本或者灌木，利用多层次混交的方式，快速恢复自然生态环境，达到重建的目的。进行种植活动的过程中，要结合煤矸石山的具体情况进行施肥，使用微生物肥，促进植物的快速生长，改善立地条件。秋整春种是绿化的主要时间段。因为该方式促进了蓄水保秧，大幅度地提高了造林成活的几率，选择种植方式时，要结合植物的种类，选用差异化的方法进行种植。例如。使用少量的配土栽植的方法种植落叶乔木、灌木，采取土球移植的方法，对常绿树种进行合理的布局安排，提高种植质量[5]。

3.4 粉煤灰综合利用技术

粉煤灰的综合利用是对固体废弃物危害进行防治、加强环保治理的一种有效方法，粉煤灰作为原辅材料，可以用于粉煤灰水泥、粉煤灰砖、粉煤灰硅酸盐砌块等建筑材料的制造，还可用作农业生产中，作为肥料和土壤改良剂。

粉煤灰与黏土和其他工业废弃物相结合，经过处理加工之后，可以制作成粉煤灰砖，粉煤灰砖可以作为墙体填充材料，既降低了建筑成本，又实现了粉煤灰资源化利用。

粉煤灰还可以用于生产和制作粉煤灰陶粒，粉煤灰陶粒密度小、质轻，用于建筑材料，可以减轻高层建筑和大跨度构建的自重，降低建筑对地基的压力，为建筑的高层化创造了条件；粉煤灰陶粒孔隙多，具有吸音、保温、隔热的功效，用其建造的建筑不但隔音效果好，而且还节能环保。

在工业生产中，使用粉煤灰可以进行原材料的制作，例如水泥、混凝土，粉煤灰中含有二氧化硅和氧化铝，在水泥生产中可以代替黏土的部分进行生产制造活动，包括低密度油井水泥、硅酸三钙水泥等。在混凝土的生产中，使用粉煤灰可以制造钢包保温材料、海工混凝土掺合料，用于我国的建筑产业发展，促使建筑行业节约生产成本。使用粉煤灰还可以制作污水处理材料，去除磷酸酶物质，对粉煤灰进行加工处理，可以生产絮凝剂，粉煤灰可以针对不同程度的酸性废水进行有效的处理，用于农业生产。粉煤灰经过加工生产，制作成肥料，改良土壤状况，用于小麦等农作物的生产，有利于提高小麦的种植产量，防治病虫害问题[6]。

4 结论

我国有着丰富的煤炭资源，开采量和需求量较大，在生产活动中产生的煤矿废弃物具有分布广泛、污染严重的特征。在治理煤矿固体废弃物时，要从环保角度加强对固体废弃物的环保治理，用可行的环保措施和技术处理方法，防范固体废弃物的危害，提高煤矿生产的综合效益。