宁东矿区矿井煤矸石排放量及对环境的影响调查

【摘 要】煤矸石是我国排放量最大的工业固体废物，也是最主要的环境污染物之一。宁东作为宁夏地区的“一号工程”，是集开采，电力，煤化工等一体的能源化工基地。煤炭的存储量巨大，现已查明储量272.01亿吨，随之而来的煤矸石排放量也非常巨大，这些堆积的煤矸石对周边的环境和生态造成了危害，对环境产生了影响，本次项目将对宁东各矿区矿井的煤矸石排放量及对环境的影响进行调查，为煤矸石的处理和综合利用提供有力的依据。

【关键词】宁东煤田；煤矸石；排放量；深度处理；可持续发展：环境影响

0 引言

我国是目前全球最大的煤炭生产国与消费国，与之相对应的煤矸石积存量及排矸量也十分惊人。煤矸石是煤炭工业生产中主要的固体废弃物，其总量在我国各类大宗工业固废产生量中仅次于尾矿而位居第二，预计到2020年，全国原煤产量超过25亿吨，入选率按70%估算，届时煤矸石产生量将接近6亿吨。这些煤矸石往往被堆积成山，不仅占用了宝贵的土地资源，而且煤矸石的风化、自燃散发大量的含硫气体和污水，严重污染了土壤、水质和大气，影响了生态平衡及人体健康。因此必须高度重视煤矸石的处理。另外，煤矸石中还含有很多可利用资源，所以提高煤矸石的综合利用率使之变废为宝已成为当前固体废弃物处理的重要课题。

宁东能源基地作为宁夏的“一号工程”——是集电力、开采、煤化工为一体的特大型能源化工基地，成为西部大开发的标志性大工程，并被列为国家13个亿吨级大型煤炭生产基地之一，每年有着惊人的煤矸石排放量。这些煤矸石对宁东地区乃至宁夏地区的环境产生不利的影响。如何处理煤矸石和防止对环境的危害成了一大课题。本次课题就是实地考察、整理数据来分析宁东各矿区的煤矸石排放量及对环境的影响，从而为防止危害和综合利用煤矸石提供有力的依据。

1 宁东各矿区煤矸石的来源，排放量和利用情况

1.1 煤矸石的来源

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。主要来源于三个方面：井筒岩石巷道掘进排出的矸石、采煤过程中挑选出的矸石、洗煤厂洗选出的矸石。其中，井筒岩石巷道掘进排出的矸石大部分由泥岩、盐岩、粉砂岩、砂岩、砾岩和石灰岩组成；采煤过程中挑选出的矸石主要由岩质岩、高岭石、粘土岩、粉砂岩、硅质岩组成；洗煤厂洗选出的煤矸石主要由煤层中的各种夹矸如高岭粘土岩、黄铁矿结构等组成。煤矸石的堆放是世界各主要产煤国所面临的重要环境问题之一。

1.2 宁东各矿区产煤和煤矸石排放量情况

宁东煤田位于宁夏东部，面积约13224km2。含煤面积约10710km2，其中：勘查面积1157.36km2。已查明储量272.01亿吨，尚未利用的煤炭资源总储量为242.81亿吨。宁东煤田由14个生产、基建矿井，其中出煤矿井11个。矿区煤炭年产量为5800万吨，矸石年产量187.6万吨。煤矿有：羊场湾煤矿、枣泉煤矿、梅花井煤矿、领新煤矿、清水营、红柳煤矿、石沟驿煤矿、石槽村煤矿、金凤煤矿、红石湾煤矿、任家庄煤矿、麦垛山煤矿、双马煤矿、金家渠煤矿。其具体矸石排放量如表1所述。

表1 宁东矿区代表性煤矿矸石排放统计表

从表1中可以看出清水营煤矿、任家庄煤矿煤矸石产量比较大，具体的和煤矿的煤质有很大关系，几乎产煤量和产矸石量成一定线性关系，排矸量很惊人。

1.3 煤矸石的利用情况

宁东矿区煤矸石每年综合利用量约95万吨（主要用于新矿井修筑矿区公路为路基材料、矿区平整场地，个别矿直接在井下用于填报废的巷道，极少部分进行二次分选后销售）。有约80多万吨矸石量进行了推平压实，上面覆盖黄土，种草种树，绿化环境。日常约有12多万吨的临时堆积量（主要是每天的出矸量和累积堆积的）。

2 煤矸石对环境的污染

宁东各矿区矿井产的煤矸石堆放起来对环境产生了一定的危害。

2.1 浪费土地资源

由于采掘机械化的发展和煤层开采条件的逐渐恶化，煤矿排出的矸石大量增加，而这些废弃的矸石往往堆积成锥形的矸石山，这些矸石山多位于井口或厂区附近，甚至紧邻居民区，不仅占用大量土地造成严重的资源浪费，还影响着周围更大面积的土地，使耕地变得贫瘠，不能被利用。煤矸石的堆积为农业和城市经济的发展带来了很多不利的因素。

2.2 引发地质灾害

宁东矿区矸石山堆积大多没有经过设计，堆放不正规，多为自然堆积而成的，一般采用绞车提升翻矸机倾倒，自然成堆，露天堆放。其边坡角一般为自然堆积角，这种角度很不稳定。当矸石堆放不合理（如堆积过高、坡度过大）或者人为开挖及爆炸、受暴雨侵蚀时，矸石山会发生失稳出现山体滑坡、坍塌、泥石流等自然灾害，危及矿区及其附近居民的安全，造成人员伤亡和财产的损失。

2.3 有害元素危害水土

煤矸石除含有粉尘、SiO2、AL2O3以及铁、锰等常量元素外，还有其他微量重金属元素，如铅、锡、汞、砷、铬等，这些元素为有毒重金属元素。经风吹、日晒、雨淋等风化剥蚀作用，其中的部分有毒重金属元素被溶解，并随雨水形成地表径流进入土壤、地表水体或浅层地下水体，改变土壤的pH值和土壤中微量重金属的平衡，造成对土壤、地表水或地下水的污染。

2.4 污染大气，影响空气质量

由于宁夏地区地处西北，黄沙和大风很频繁。大量的煤矸石长期露天堆放，受到长时间的日晒雨淋将会风化产生大量的粉尘颗粒；另外，煤矸石吸水后会崩解，从而很容易产生粉尘。这些细小颗粒在风力的作用下产生大量扬尘，严重影响矿区空气质量，容易引发呼吸系统疾病。

煤矸石是可燃性岩石，其中含有残煤、碳质泥岩和废木材等可燃物，其中碳、硫构成矸石自燃的物质基础。另外，煤矸石中含有的黄铁矿（FeS2）易被空气氧化，释放出热量。露天堆放的煤矸石内部热量逐渐积蓄，当温度达到可燃物的燃点时便引起自燃，内部温度达为800-1000℃，并释放出大量CO、CO2、SO2、H2S和NOx等有害气体，其中以SO2为主。这些有害气体不但污染空气，影响人们的身体健康，而且还严重破坏生态环境，使树木生长缓慢、病虫害增多，农作物减产或死亡。

2.5 影响植物生长发育

矸石场的扬尘、土壤的污染，土壤理化性质和土壤结构的改变，导致矸石场附近的土壤理化性质发生改变，导致草木不生。煤矸石山风蚀产生的大量粉尘，附着于植物的表面，影响植物的呼吸作用和光合作用，从而影响了植物的生长发育，导致矸石场附近受影响的植物生长发育缓慢。

3 煤矸石的防治措施

宁东能源化工基地作为国家在宁夏的亿吨级大型煤炭生产基地，肩上承担着为全国各地输送煤炭的巨大责任。如何尽量的减少煤矸石对环境的影响是一个很难的技术问题。

3.1 宁东应该根据自己各自的矿井特点按照国家规定进行合理的选址和堆放

3.2 选择好的堆放方式

3.3 防止矸石山的自燃

宁夏气候干燥，空气中水分很少，煤矸石容易自燃。

3.4 让煤矸石变废为宝，这是各大矿区必须考虑的内容，如何综合很好的利用这些资源是处理煤矸石的重中之重

4 煤矸石的综合利用

宁东作为能源基地，煤炭多，自然煤矸石产量就多。这些可以干什么呢？2009年全国大宗工业固体废弃物综合利用的基本情况中，煤矸石的综合利用率仅次于粉煤灰达62.5%，可见煤矸石的综合利用价值较高。

4.1 矸石发电

鉴于煤矸石中通常都含有一定程度的可燃物，发热量在3.7～6.2MJ/kg，是一种低热值燃料，可以充分利用其热值进行发电和采暖供热，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，化害为利，提高资源利用率，缓解能源紧张局面，具有相当的经济效益与社会效益。

4.2 生产建筑材料

（1）制砖；（2）制水泥；（3）制轻骨料。

4.3 生产肥料

利用煤矸石为原料生产农用肥料，在国内外已经得到应用。

4.4 生产化工产品

煤矸石中含有较多的SiO2，当其含量达50%以上时可利用煤矸石来制造硅系列产品，如陶瓷、白炭黑、水玻璃等；当煤矸石中的Al2O3含量达到35%时，即可利用其中的铝元素来制造铝系产品，如硫酸铝、结晶氯化铝、聚合氯化铝、氢氧化铝、铝铵矾、聚合氯化铝铁等；当煤矸石中TiO2质量分数达到7.2%时，可制备钛白粉。这样不仅节约了成本，而且达到了废物的资源化利用，也解决了煤矸石的处理问题，实现了既环保又经济的目标。

4.5 充填塌陷区、复垦造地或筑路

对于强度高、风化度轻但没有工业利用价值的煤矸石，可用来充填采矿塌陷区、回填露天矿、沟谷、填坑造地和矿区复垦等工程，这样既可使采煤破坏的土地得到恢复，又可减少矸石占地，减少煤矸石造成的生态问题。

5 结束语

宁东作为一个大型煤炭开采基地，煤矸石的排放量非常多。目前煤矸石的污染治理和开发利用还存在很多现实的问题，主要有以下方面：对于煤矸石的产量无法控制，不能从源头上解决煤矸石的排放，这与我国煤炭资源的大量消耗密不可分；煤矸石的综合利用总体水平不高，主要表现在技术装备水平还比较落后，企业规模小，发展后劲不足，竞争能力弱等方面；在综合利用煤矸石的过程中又会产生二次污染。总之，煤矸石的污染治理与开发利用将会是一项长期而艰巨的任务。

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