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煤矿矸石山环境污染治理的对策及建议

发布日期:2020-09-02   来源:矿道网   投稿者:王星   浏览次数:5101

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 1 矸石山对周围环境的影响分析

矸石山污染治理的首要问题是解决矸石的堆积问题。由于煤矿要进行正常的生产活动,不可避免地会产生一定量的矸石,如果不对这些矸石进行处理,矸石的量会越来越多。矸石累积形成的矸石山,不仅对环境造成了污染,还破坏了矿区的生态环境。矸石山大量覆盖了地表,破坏了地表植被,并且遇到雨季时容易发生山体滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害,对矿的财产安全和工作人员的生命安全构成严重的威胁。下面分析矸石山对煤矿环境的破坏,主要包括矸石的风化、分解和破坏生态环境等。

1.1 矸石风化形成的微小颗粒对环境的影响

矸石在露天环境下长期堆积,在日晒雨淋的作用下,很容易出现风化现象,如图 1 所示。在矸石风化成微小的颗粒后,这些微小的颗粒会在风的作用下向周围扩散,引起固体废弃物污染问题。经过大量数据统计,在距离矸石上下风口 500 m 的位置,固体小颗粒的质量浓度可以达到 0.8 mg/L[2- 3]。由于矸石中含有一定量的煤,外表呈黑色,吸热能力非常强,导致在太阳长期照射下煤矸石温度升高。当温度达到一定程度时,矸石自燃产生 CO、SO2、NOx、CO2 等有毒有害气体。长时间处于高浓度有毒有害气体的环境中,人体的部分器官会受到损害,导致一些疾病的发生,例如眼病、气管炎,甚至严重的肺炎。此外,产生的一些微小颗粒覆盖在周围植物的表面,使得植物的光合作用减弱,从而导致植生长不良甚至死亡。对于周围的农作物,矸石风化形成的微小颗粒容易使其大幅度减产,或者引发虫害问题。

1.2 矸石分解对地表水及地下水的影响

矸石在雨水长期的冲刷作用下,其表面分解的部分重金属元素如 Hg、As、Zn、Cd 等,会随着雨水覆盖在地表及渗入到地下,造成地表水和地下水被污染。调查一些统计数据可以发现,矸石山周围地下水中 Cr 等元素的含量远远超过中国地下水环境质量标准。地下水中的重金属会被农作物吸收,若长期食用这种农产品,会引发某些疾病,而且需要很长时间才能康复。此外,由于矸石中含有 5%~45%的煤,这会导致大量的含硫成分进入到水中,使得煤矿周围的地下水呈酸性。这不仅对周围的环境造成影响,还容易使一些地下设施出现严重的腐蚀问题。矸石中的一些酸性化学成分会与土壤中的碱性成分发生化学反应,导致矸石山周围的土壤出现板结现象,造成农产品大量减产。

1.3 矸石山对煤矿生态环境的影响

一般煤矿周围有好几座矸石山,占用了大量的土地资源。由于煤矸石含碳量高,多呈黑色,对煤矿附近的生态环境造成了较大的影响。经过长时间的堆积,矸石山风化产生的粉尘会向周边扩散,导致周围的建筑物表面受到损害,使一些原本亮丽的建筑物变得陈旧。下雨时,矸石附近地面的水都是黑色的,对人们日常生活和出行造成了不利影响。在冬季,由于气候比较干燥,矸石山产生的炭黑、飞灰等粉尘颗粒会在风的作用下随意地向空中扩散,使得煤矿周围的PM2.5 严重超标,形成雾霾,这对煤矿周围居民的身心健康及植物的正常生长构成了威胁。

2 矸石山环境污染的治理对策

上述分析了矸石山带来的环境污染问题,在治方面,应该从两方面着手,即对现有的矸石进行处理和减少矸石的产出。下面从这两个方面论述矸石山的环境污染治理对策。

2.1 矸石山生态绿化

矸石山对环境造成污染的主要原因是矸石山露天长时间堆积,在自然情况下矸石会与 O2 发生反应而自燃,自燃后会产生大量的热,导致矸石持续氧化。为了防止这种情况的出现,需要对堆放的矸石进行压实操作。煤矿企业可以对矸石进行分层压实,与此同时应该控制矸石山堆积的角度,避免出现滑坡等地质灾害问题。若矸石中的 S 含量超过 5%,还需要回收其中的黄铁矿,避免矸石自燃过程中产生大量的 SO2。此外,若矸石的煤炭含量超过 20%,还应该对其进行洗选,并在燃烧炉中去除其中的碳。在完成以上处理后,方可进行矸石山的绿化。需要注意的是,应该除去矸石山内部的火源或采用浇水灌浆的方法来进行防灭火处理。在绿化时需要采用定的防渗材料及阻断材料,设置一个隔离区,然后在矸石山表面覆盖一层黄土,最后在黄土上种植各种绿色植物,从而重建矸石山人文景观,如图 2 所示。针对矸石山环境污染进行治理,主要开展平整工程、客土工程、防护工程、景观带布置工程和种植工程等[4]。

2.2 矸石综合利用矸石山的生态绿化并不能从本质上解决矸石的堆积问题,还需要大量的资金投入,在短时间内很难有效地改善煤矿的生态环境。最有效的方法是对矸石进行综合利用,彻底解决矸石的堆积问题。对于含碳量较高的矸石,可以将其粉碎作为一种燃料,制成民用的蜂窝煤。当矸石的热值达到 6.28 MJ/kg以上时,可以将其作为沸腾炉燃料;而对于热值为2.09~6.28 MJ/kg 的煤矸石,可以加工制成一些建筑材料,例如耐火砖、烧结砖等;对于热值在 1.26 MJ/k左右的煤矸石,含碳量非常低,可以将其投放于燃烧炉生成水泥,与其他水泥混合使用。由于一些矸石已经发生了自燃,其中的碳含量降低,对于这种矸石,可以通过充分的破碎,用作改良土壤的肥料。矸石的利用过程十分复杂,主要是要对矸石进行准确的分类,需要消耗大量的财力和物力,十分不经济因此,最好的方法是对矸石进行井下处理,即矸石不出井,将矸石在井下筛选、分类及破碎后运输到工作面,然后再回填到采空区。这是一种十分经济且理想的处理方法,也是行业正在研究的新课题。由于矸石的总量相对于开采的煤炭总量而言还是比较少的,采空区的空间足以容纳开采过程中产生的煤矸石。矸石充填是煤炭绿色开采的一部分,对矸石进行充填,一方面可以彻底解决矸石的堆积问题,另一方面可以有效地控制煤层开采带来的地表沉陷。矸石充填前需要在井下进行筛选,并保证一定的筛选速度,这对于充填而言是十分关键的。

3 结语

在煤炭开采中会不可避免地产生大量的煤矸石,煤矸石长期堆积形成矸石山。由于矸石山的化学性质不稳定,在降雨作用或日晒作用下可能会产生大量的有毒有害物质,对周围环境产生严重的污染,主要体现在矸石风化产生微小颗粒、矸石分解后产生有毒物质污染地下水等方面。鉴于此,应该从两个方面对矸石山环境污染进行治理,分别为对现有的矸石进行处理和减少矸石的产出。

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