煤矸石综合利用技术研究

煤矸石综合利用技术研究

李鹏

神木市产业园区管理委员会 陕西省神木市719300

摘要：煤矸石综合利用是一项促进煤炭绿色开采、延伸煤炭产业链、建设资源环保型社会,实现经济发展方式转变的重大课题,可以改善煤矿产业结构和环境质量,也是实现社会、经济、环境效益相统一的有效途径,符合我国发展循环经济、促进节能减排的经济政策。

关键词：煤矸石；环境影响；综合利用；途径

引言

煤炭资源作为我国重要的化石能源，其在我国国民生产生活中有着非常重要的作用。随矿井开采产生的大量固体废弃物称为矸石，在矸石的传统处理方式中，主要采用地表堆积的方式，但地表堆积会对周边的生态环境造成较大的威胁与危害。同时，随着我国经济的不断发展，绿色开采已然成为目前的开采主旋律，所以对煤矸石进行无害、绿色处理十分重要，消除矸石危害及实现其综合利用成为煤炭企业亟待解决的艰巨任务，此前较多学者对矸石处理进行过一定的研究，本文基于前人的研究，并结合实际矿井情况，对矸石处理及综合利用进行深入分析，为矿井矸石治理提供依据。

1矸石综合利用分析

我国煤炭资源丰富，矸石产量和存量均十分庞大，同时考虑到不同地域的经济发展水平不同，以及矸石综合利用设备正处于研制阶段的现状，目前煤矸石利用率无法达到一定的水平。由于不同种类的煤矸石具有不同的属性，尤其是含有丰富元素的煤矸石，因其利用途径尚未建立，高附加值产品难以产出，且大部分煤矸石属于普通煤矸石，所以目前这些煤矸石的综合利用成本较高，很难实现较大规模的利用。针对煤矸石综合利用的多种途径，不同区域需选用不同的煤矸石处理方案，煤矸石可应用于如下几个方面：1）用于发电，部分煤矸石有着较高的含碳量（发热量大于4180kJ/kg），可以通过简易洗选回收低热值煤，并将其作为锅炉燃料，此类煤矸石一般多为煤巷掘进矸。2）用于水泥生料，在烧制硅酸盐水泥熟料时，适当掺入煤矸石，代替黏土配制生料，该途径能够获得较大的经济效益。3）用于烧制砖，利用煤矸石全部或部分代替黏土，不仅能够大量消耗矸石，同时可减少烧制砖的成本，有着不错的前景。

2煤矸石利用现状

2.1煤矸石山覆土绿化

在处理大量煤矸石时,覆土绿化是众多方法中最快捷、花费最少、最常见、影响最小的办法,是治理煤矸石山的主流办法,这种方式应该得到继续支持、发展和推广。特别是对那些运输存在困难、已经出现自燃现象,且坡度平缓的矸石山主要还得以覆土绿化作为主要的整治手段。矸石山自燃的主要原因是燃料未清理、温度偏高、空气流动使得氧气充足。要想解决自燃的问题必须对症下药,当下可以通过移走可燃物或在表层喷泡沫覆盖、用泥土覆盖、及时消除火源、加灌水、注入沙土浆等办法。实践证明,注浆是最有效的办法。在覆土绿化的过程中还要考虑客观存在的含水量差、含养量低导致植被存活率不高的问题,为了解决上述问题需要在覆土绿化的过程中增加矸石上的覆土厚度,适当掺入肥料,按照植物生长的需要浇水,综合多种治理办法达到绿化效果,实现综合治理。

2.2回填筑路造地

硬度大是煤矸石的显著特点,是煤矿采空区回填常用的填充物质,当然也可以在一定的配比情况下,作为土地以及耕地的组成部分,按照国家有关规定,也可在井下将煤矸石直接回填。(1)巷式充填技术。在已成熟的井下煤炭开采基础上,通过综采掘进机将巷道掘进完成,在2条巷道中间进行煤炭开采,在开采完毕后用煤矸石等充填材料对采空巷道进行填充。为了满足围岩控制要求,地下采用固体材料或胶结材料填筑。该技术的特点是系统稳定、耗能少、效率高、对巷道上方的岩层有着很好的粘黏效果,可保持地质环境的相对稳定,特别适用于煤矸石含量较少的煤层开采。(2)煤矸石粉碎泵送技术。利用泵送技术运输煤矸浆石,具有处理速度块、效果好等特点。从实际实施情况来看,井下充填煤矸石可实现矸石的大规模处理,在解决环保的前提下还有效防止了采空区的地面沉陷,节约了场地。井下充填煤矸石是目前非常有效的矸石治理手段,被列为煤炭绿色开采技术。我国部分矿井已将其作为煤矸石治理的主要方式方法。将矸石制成膏体后用管道输送至填充工作面,同时在井下预排研技术的辅助下,使得煤矸石膏体充填间隙变小、充填量进一步增加。

2.3根据灰渣成分

煤矸石含有硅铝化合物，是一种具有火山灰活性的物质。通过煅烧、研磨，添加助剂，可制备烧结砖、陶粒、吸附材料、阻燃材料等新型材料。其中，高岭石岩类煤矸石经脱除降低铁含量后，可制备高岭土粉，用于涂料生产、造纸、填料生产等。黏土岩类煤矸石可代替黏土制烧结砖、耐火材料、硅酸盐水泥等，低铝高硅砂岩类煤矸石可制备高硅玻璃、白炭黑等。不同煅烧温度、颗粒粒径也直接影响火山灰活性，因此在加工过程中应严格控制工艺流程。另外，煤矸石含有稀有元素（锗、镓、钒、铀等），视含量决定其提取价值，并优化提取工艺，降低生产成本。

2.4根据土壤环境质量指标

煤矸石作为煤炭的伴生矿物，含有丰富的腐殖酸和多种植物生长所需的微量元素。可添加微生物活化菌剂，对煤矸石进行分解、活化、钝化等处理，使煤矸石中有毒有害元素固化，土壤营养元素有效释放，被植物吸收。同时，控制煤矸石的粒径组成比例，满足人工土壤的保水性和透气性要求，根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618—2018），制备适宜植物生长的高品质人工土壤。

3煤矸石应用研究

煤矸石井下回填技术是目前处理煤矸石最为常见的方法，其具有成本小、效率高的优势，能有效降低矸石污染，解决地面塌陷，但是此方案的缺点也十分明显，产出的地矸石无法被直接利用，需要通过一系列操作将矸石处理后再应用，造成系统运行负荷，会对矿井的正常生产造成一定的影响。同时由于采空区回填空间不足，导致通风不畅，矸石回填无法实现精准控制，只能集中在密闭区域附近，大大限制了矸石的回填量，所以目前的矸石回填仅用于小矿井，无法满足大矿井的生产需要。煤矸石用于土地复垦的方法也应用较多，但目前该矿并没有形成地面塌陷，因此无法使用本方法。煤矸石用于烧结建材原料，加工工艺复杂，且需过火煅烧矸石，所以对于其矿物组成及化学组成要求较为严格。将煤矸石用于普通混凝土骨料。根据井田勘探地质报告、普通混凝土用石检验报告，针对饱和抗压强度、压碎值、吸水率、混凝土试块抗压强度等关键指标进行分析评估，发现矿矸石满足用于建设用石标准，但其强度按照C20配置能达到24.5MPa，所以其可用于C20混凝土的集料，同时也可用于对碎石颗粒级配、针片状颗粒、碎石中泥块含量、吸水率、碎石中有害物质含量等方面的检验。经全面评定，利用矸石配制的混凝土在各项指标方面能满足低等级混凝土质量要求，所以此项处理方式具有一定的适用性。

结束语

经对煤矸石的综合利用进行分析，给出了目前煤矸石处理的方法，具体包括直接用于发电、用于水泥生料、用于烧制砖、用于复垦及回填井下采空区、用于制作轻骨料等，基于矿井产出煤矸石性质，最终确定采用煤矸石可用于普通混凝土骨料方案进行矸石处理，同时通过分析方案的经济、技术性能，确定了此方案的可行性。

参考文献

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