煤矸石对环境的污染及防治

煤矸石对环境的污染及防治

樊景森1尚忠森2浑凌云1孟志强1赵存良1

（1、河北工程大学，河北邯郸0560382、邯钢集团邯宝炼铁公司，河北邯郸056003）

摘要：煤矸石是煤炭生产和加工过程中排放的一种固体废弃物，它的产生不仅会占用大量的土地和农田，而且会对矿区周围的大气、水资源、土壤、农作物等造成一定的污染，尤其多环芳烃的污染给人们的生产和生活带来影响比较严重，开展煤矸石对周围环境的污染研究是污染防治工作的前提，并可根据污染实际情况制定行之有效的防治措施。

关键词：煤矸石；环境危害；污染

煤矸石是夹在煤层中的岩石，是一种在成煤过程中与煤层伴生的含量较低、比煤坚硬的岩石，是煤炭生产和加工过程中排放的固体废弃物质。我国煤炭系统多年来积存下来的废弃煤矸石堆积如山,现在每年排放约1亿吨，煤矸石的堆积不仅占用大量土地和农田，而且它所释放出的有毒有害成分会对周围的大气、土壤、水资源和农作物等产生污染。

1煤矸石的组成

1.1煤矸石的矿物组成。煤矸石主要是有高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝和少量稀有金属的氧化物组成。

煤矸石是多种矿岩组成的混合物，属沉积岩，主要岩石种类有粘土岩类、砂岩类、碳酸岩类和铝质岩类。粘土岩主要矿物组分为粘土矿物，按其成分不同可分为高岭土（岩）、伊利石、膨润土、高岭粘土等，还有植物化石、有机质、碳质等；砂岩类矿物多为石英、长石、云母，此外还含有植物化石和菱铁矿结核等；碳酸盐类的矿物组成为方解石、白云石、菱铁矿，并混有较多的粘土矿物、陆源碎屑矿物、有机物、黄铁矿等；铝质岩类均含有高铝矿物：三水铝矿、一水软铝石、一水硬铝石，还有石英、玉髓、褐铁矿、白云母、方解石等。根据煤矸石的来源可分为：露天开采剥离及采煤巷道掘进排出的白矸石占总煤矸石量的45%，采煤过程选出的普矸石总煤矸石量的35%，选煤厂产出的选矸石占总煤矸石量的15%。

1.2煤矸石的化学成分。煤矸石的岩石种类和矿物组成直接影响煤矸石的化学成分，煤矸石的化学成分复杂，所含元素可多达数十种，氧化硅和氧化铝是主要成分，如砂岩矸石SiO2含量最高可达70%，铝质岩矸石M2O3含量大于40%，钙质岩矸石CaO含量大于30%。还有氧化铁（Fe2O3）、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化钠(Na2O)、氧化钾K2O、磷、硫的氧化物（P2O5、SO3）和微量的稀有金属元素，如钛、钒、钴镓等氧化物。

1.3煤矸石主要岩石类型及形成环境。煤层夹矸常见的岩石有粘土岩、炭质泥岩、粉砂岩、砂岩等。煤层顶板常见的岩石有泥岩、粉砂岩、砂岩及砂砾岩。煤层底板，多数为泥岩、页岩、粘土岩、粉砂岩。在岩浆岩发育的煤田中，有的煤层顶底板或煤层中间有岩浆岩侵入。

煤矸石中的硫含量与聚煤期的古地理环境有极其密切的关系。华北地区中新代煤系地层大多数是在内陆环境或滨海三角洲平原环境形成的，所以含煤岩系及煤层中的硫含量在1%以下。华北地区石炭——二叠纪煤系地层大多数是在海陆交替环境形成的，因海水中有硫酸盐含量高，所以含煤岩系及煤层中的硫含量比较高，一般硫含量在3~6%[2]。

2煤矸石对环境的污染

煤炭是我国的最主要的能源，煤矸石作为采煤过程中的固体废弃物随着煤炭生产的不断发展与日俱增，若以煤矸石产生量按煤产量的15%计，历年积存的煤矸石已经超过了30多亿吨，占地3333.3hm2（5万亩）以上[1]。这些煤矸石占用了大量的土地和农田，严重污染了环境，给人们的生产和生活带来了大量的麻烦，其主要危害表现在以下七个方面。

2.1对矿区大气环境的污染。矸石山是严重的空气污染源，因矸石在运输、堆放过程中会形成一种粉尘颗粒，在风速达4.8m/s时，颗粒就会起飞并悬浮与大气中，粉尘中含有很多对人体有害的元素，如汞、铬、镉、铜、砷等，颗粒小的会被人体吸入肺部，导致如气管炎、肺气肿、尘肺，更严重能导致癌症的发生，颗粒大的进入眼、鼻，引起感染危及人体健康：另外，颗粒悬浮与大气中破坏了大气的温室效应，使气候发生异常；其次，当矸石的含量达到1%时，在加压吸热和通风的条件下，会发生自燃。矸石山一旦自燃，释放出大量的SO2，还释放出大量CO2、CO和H2S气体以及一定量的氮氧化合物和苯并芘等有害物质。

2.2对水环境的影响。煤矸石在露天堆放过程中经降雨淋洗后部分物质被溶解，并随降水形成地表径流进入水体污染水源，当人们饮用时其中的重金属严重危害人体健康；长期受这种污染的水源会使水质逐渐酸化，当用来养殖时，会造成鱼类和其它淡水生物的死亡，破坏生态环境；煤矸石及其中细微煤颗粒释放出的一些有机污染尤其是其中的多环芳烃给水环境带来一定的影响[3]。

2.3对矿区农田耕地的损害。矸石山对矿区土地的破坏主要有三种：a.煤矸石山风蚀扬尘并悬浮于大气中，向矸石山周围的地方降落；b.煤矸石受降水冲刷而使重金属随降水形成地表径流进入土壤，破坏土壤中重金属的背景值和平衡关系，同时也破坏了土壤的养分，并对土壤生物活动产生一定的影响；c.煤矸石自燃释放出大量的SO2、NO2，这些气体在空气中氧化为酸，并随雨水降落地面，即酸雨，酸雨会使土壤发生酸化和盐渍化，影响作物生长，造成农业减产。

2.4对矿区景观的破坏。主要表现在自然景观上，煤矸石多为灰黑色，自燃后变为黑褐色，影响大自然风光，矸石山风蚀扬尘使建筑物失去原来色调。

2.5对人身安全的危害。当煤矸石山内部温度和压力达到一定程度时就会发生爆炸，我国曾多次发生矸石山爆炸事故，造成多人伤亡。煤矸石山的轻微爆炸或受底下开采的影响，经常发生滑坡事故，对人类的生活和生产带来一定的影响。

2.6辐射污染。煤矸石在开采、运输、堆放等过程中，由于逐渐破碎、裸露面积逐渐增大，从而扩大了与空气的接触面积，其中的放射性元素向空气中的析出，使空气中放射性元素浓度增大超过其本底值，便造成辐射污染，如对人们危害最大的氡（Rn）它是导致矿工肺癌的主要原因之一。

2.7煤矸石引起地面温度升高。煤矸石黑色的表面吸收热量的能力极强，夏日中午煤矸石地表的温度可以达到40℃，因此可以使矿区气温增高，给人们的生活带来一定的危害[4]。

3煤矸石的防治措施

煤矸石的防治工作应遵循"以防为主，防治结合"的原则。

3.1煤矸石堆放选址合理。为了防止煤矸石淋滤液的污染，应该合理选址，使其远离水源地和地下水补给区。煤矸石山周围应建围墙，防止大块煤矸石滚落伤人和矸石山滑坡事故的发生，或堆存于偏僻的山沟中。

3.2易燃易爆矸石山的防治。对易燃易爆的煤矸石山可打钻注浆，采用石灰、烧碱浆液灭火，利用浆液的水份蒸发降低火源的温度，利用其碱性中和黄铁矿氧化时产生的酸性物质，终止氧化反映的恶性循环，中和反应生成的硫酸钙盐还可以在煤矸石表面形成硬壳，起到隔绝空气的作用，防止矸石山自燃和爆炸。

3.3覆盖绿化。对于已堆放多年或风化较快的煤矸石山，可以根据其坡度和经济能力加以平整，覆盖植物。在根据矸石的性质、成分及当地的地理位置、气候等自然条件，选择那些耐干旱、耐贫瘠、萌发强、生长快的优良品种，加以种植并加强管理，从而绿化美化矿区环境。

参考文献

[1]王绍文，梁富智，王纪增.固体废弃物资源化技术与应用[M].北京：冶金工业出版社，2003：276-277.

[2]王文静.新汶矿区煤矸石特征及综合利用研究[D].山东：山东科技大学，2004.

[3]SunYZ,FanJS,QinP,etal.PollutionextentsoforganicsubstancesfromacoalganguedumpofJiuLongCoalMine,China[J].EnvironmentalGeochemistryandHealth(已录用).

[4]王喜富，张禄秀，王玉顺，王国柱，季培萍著.煤矸石及其在铁路建设中的应用[M].北京：煤炭工业出版社，2003，112.

作者简介：樊景森（1977~），男，河北泊头人，硕士，主要从事地质环境方面的研究．

基金项目：河北省自然基金的（D2006000625）