煤炭工业资源现况与应用.

作者：刘官虎 陆晓东 单位：贵州职业技术学院

煤炭工业是我国重要的基础能源产业，是中国经济可持续发展的重要能源保障，具有很重要的战略地位。目前，煤炭在世界能源消费结构中的比例约占22%左右;在我国的主要能源一次性生产和消费总量中，又分别占到76%和69%。然而，煤炭资源属于一次性不可再生能源，随着不断开发利用，资源储量会不断减少;煤炭工业又是一个重要的耗能行业，它具有机电设备多、功率大、高耗能等特点;因此抓好资源综合利用的工作，加快促进我矿井资源综合利用的“一体化”，这将是煤炭工业远景发展的必由之路。

一、煤矿资源综合现状分析

(一)煤矸石的现状。煤矸石是在煤矿建设、生产及洗选加工过程中所排放的各种固体废弃物的总称，主要成分是硅和铝，其中氧化铝的平均含量为约15%～30%。目前，煤矿的排矸量约占煤炭开采量的8%～20%，平均约为12%。大量煤矸石不断堆积形成矸石山，不仅直接占压土地资源，而且煤矸石中含有如铅、汞、砷、铬等微量有毒重金属元素，当堆放的煤矸石山经雨水淋蚀后，严重污染周围的土地和水体，使原有土地失去利用价值。据不完全统计，全国煤炭行业规模较大的矸石山约有1，600多座，总堆积矸石量约45亿t，占地面积约1．5万公顷，而且随着煤炭的开采，平均每年还以1．5亿t～2．0亿t的速度在增加。(二)我国煤层气的现状。煤层气俗称瓦斯，是在成煤过程生成的，以吸附或游离状态赋存于煤层及其邻近岩层中的气体，其主要成分是甲烷(CH4)，约占95%。我国煤层气资源丰富，是仅次于俄罗斯、加拿大的世界第三大煤层气储藏国，其储量规模相当于450亿t标准煤或300亿t石油。根据最新的全国煤层气资源预测结果显示，中国煤层气资源总量为31．46万亿m3，可采储量约为10万m3。西南地区包括云、贵、川，以晚二叠世龙潭煤系为代表的煤层，煤层气含量较高，一般都在15～20m3/t，其中贵州主要是分布在六盘水地区。我国煤层气开发利用主要集中在山西、辽宁、内蒙古、安徽、云南、河南和贵州等省(区)。(三)我国矿山废水的现状。据统计，全国煤矿年排放量大约20多亿m3，大部分煤矿的吨煤排水量约2～4m3;全国96个国有重点矿区中，缺水矿区占71%，其中严重缺水矿区占40%。这种排与需的矛盾困扰着矿井的生产，因此，矿山废水的资源化利用是矿井可持续发展的必由之路。

二、煤矿资源综合利用

(一)煤矸石综合利用。1．利用煤矸石发电。我国利用煤矸石发电已经形成一定的规模，全国矸石电厂装机容量已发展到500万kW，每年利用矸石发电消耗的煤矸石总量约为4，500万t，占到煤矸石综合利用量的60%左右。煤矸石电厂主要利用热值在6．53～8．37MJ/kg之间的洗矸和掘进矸石。目前，煤炭系统矸石发电多采用流化床燃烧技术，采用最多的是35t/h和75t/h的循环流化床锅炉，单机容量在13．5万kW以上。2．利用矸石制取化工产品。煤矸石的成分因地而异其主要成分大致为:SiO2占30%～50%，A12O3占10%～20%;C占10%～20%;Fe2O3占l%～5%;碳酸盐约5%，水份约5%，另外还有少量的FeS以及稀有元素等。我们利用其中的三氧化二铝与氯气在一定条件下反应来制备无水三氯化铝和氧化铝，还可制取水玻璃、白炭黑、陶瓷原料、钛白、化肥等。3．利用煤矸石作为生产建筑材料。对低发热量的煤矸石，可用于制砖或制水泥。如:山东新汶矿业集团等单位建成煤矸石砖生产线20多条，每条生产线的能力均在6，000万块/年以上。煤矸石经过加工处理，可以生产各种琉璃瓦、轻质隔墙板等轻骨材料。(二)煤层气开发利用。1．煤层气的开发利用。(1)煤与瓦斯共采技术。一是采前预抽，若能在开采前将煤层内瓦斯抽出，则是利用瓦斯改善煤矿安全的最好办法，但由于我国大部分煤体透气性低，在本层内抽采瓦斯有难度;二是煤与瓦斯共采，开采后围岩压力降低，大量瓦斯在采空区释放，导致瓦斯抽采的好机遇，因此形成煤与瓦斯共采体系;三是废弃矿井抽采瓦斯，鉴于废弃矿井煤层经过采动而充满瓦斯，因而可以利用采动后岩体内裂隙场的分布及钻孔，将瓦斯抽排管装在井下、封闭井口后，抽出瓦斯;四是回风井回收瓦斯，充分利用井下风排瓦斯，通过地面富集后利用。(2)煤炭地下气化技术。煤炭地下气化技术是指将埋藏在地下的煤炭通过气化的方法，变成为高质量、高洁净度的可燃性煤气，通过管道输送给煤气发电厂、化工厂和居民等用户。煤炭地下气化技术是最理想的洁净煤开采技术，它变采固体煤为气体、变物理采矿法为化学采矿法、变地下作业为地面作业、改善了作业环境和安全性、减少了矿井“三废”的污染、减少了地表的下沉和变形，使矿山的面貌焕然一新，很好的保护了矿区的生态环境。(3)煤层气(瓦斯)的资源化利用。一是瓦斯发电。瓦斯作为一种清洁能源，1m3瓦斯可以发电3～3．5kWh。瓦斯发电具有投资小、建设施工周期短、回报率高等特点，在目前电力比较紧张的情况下，可以带来很高的经济效益，这不仅就地直接利用了煤层气，还大大降低了发电成本。如:目前，山西省煤层气发电总装机容量达到5．65万kW，发电量1．82亿kWh。二是瓦斯民用。瓦斯作为清洁绿色能源，可以直接用于居民燃气。具有热效率高、低污染、节能显著等特点，给矿区以及周围城镇居民提供煤层气，使人们生活带来方便和节约经济成本。三是生产化工产品。现阶段主要用于合成氨、甲醇、甲醛、乙酸、甲基氯化物、甲胺、尿素和碳黑等生产化工产品。(三)矿井废水综合利用。1．洁净矿坑水。洁净矿坑水，即未受污染或少受污染的水，经过简单处理后可直接用于生活和生产。比如奥陶纪灰岩、太原组灰岩、茅口组灰岩中的地下水，其水质较好，一般PH值呈中性，硬化度与浊度低，不含有毒及有害离子。只需在井下涌水水源处妥善截流，通过专用管排至井底，再经水泵排至地表，不用处理或经简单消毒即可作为生活饮用水，有的还含有多种有益元素，可直接开发作为矿泉水，具有良好的经济效益。2．高度矿化的矿坑水。矿化度大多在1500～4000mg/L，最高达15000mg/L。高矿化度矿井水一般呈中性，它是由于地下水与碳酸盐和硫酸盐岩层的接触融蚀，其中Ca2+、SO42－、Mg2+、HCO3－、CO32－等离子浓度较高，因高矿化度矿井水含盐高苦涩味，俗称苦咸水。高矿化度水处理分两步进行:一是预处理主要去除悬浮物，主要采用混凝沉淀技术去除悬浮物及杂质;二是脱盐处理，使处理后水含盐量符合我国卫生饮用水要求。脱盐处理方法有蒸馏法、电渗析、反渗透法。常用方法是电渗析法，目前我国处理高矿化度矿井水几乎全部采用电渗析技术。经处理后的矿坑水一般可做工业用水，有的还可作饮用水。3．含悬浮物的矿坑水。含悬浮物矿井水分布较广，全国大多数矿井排水均属此类型。一般水质为中性，矿化度小于，基本上不含有毒有害离子，其悬浮物含量多在100～400mg/L，含悬浮物矿井水一般指除悬浮物、细菌及感官指标外，其他理化指标均满足饮用水卫生标准的矿井水，悬浮物主要是地下水受开采影响而带入的煤尘和岩粉。最常规方法主要是采用混凝、沉淀、过滤、消毒杀菌处理工艺，经处理后的矿井水，可作为生活饮用水及井上井下工业用水。

三、影响资源综合利用“一体化”进程的因数

(一)设备更新。做到煤矿资源综合利用，技术措施是前提，设备是关键。投入大量资金选择购买高效、节能、环保的矿用机电设备十分重要，包括矿井“三废”综合利用所需要的一系列设备，如矸石(瓦斯)电厂、废水处理站、煤层气抽放系统等设施。我国煤矿机电设备的装备水平比较落后，有许多老矿井的装备水平还是20世纪初的产品，设备陈旧，高耗能，运行效率低下。要适应未来大型化、集中化、数字化的绿色环保矿山，只有对煤矿生产设备进行更新换代，积极推广应用新技术、新工艺、新设备、新材料。煤矿机电设备数量多、体积大，而且多数设备都是一台生产、一台维修、一台备用，要想全部替换为高效、节能、环保的矿用设备，所以初期投入比较大、持续时间比较长，但是后期效益非常明显。(二)综合化利用技术效果。目前我国煤矿资源综合利用虽然取得了很大进步，矸石(瓦斯)电厂、煤层气抽放利用、煤化工等都冉冉而起，但这些都是个别矿区的“点”式发展，要实现资源综合利用的“线”或“面”式发展还需要努力。特别是多元化渠道的发展，以市场作为主体，打破区域界限和行业限制，发展为跨区域和跨行业的一体化企业，即:煤与化工、煤与电力、煤与建材等相结合。

四、结语

加快推进煤炭工业资源综合利用的实施，不仅是当代人的任务，更是造福于子孙后代的伟大基业。在煤矿生产过程中要抓好资源综合利用工作，这样才能真正达到“低开采、低排放、高利润”的可持续发展目标，促进煤炭工业走上节约型和绿色化的可持续发展道路。