浅谈煤矸石零排放技术实施的必要性

浅谈煤矸石零排放技术实施的必要性

薛晓燕

中煤大同能源有限责任公司总工办  山西省大同市  037001

摘要：在井下开采的煤矿，矸石主要来自于巷道掘进和工作面开采过程中，掘进巷道的矸石根据巷道的类型不同分为岩石矸和煤流矸石，工作面开采产生的矸石主要来自于煤层夹矸、断层矸石等，如何消除矸石危害及矸石综合利用成为煤企绿色开采重要技术攻关方向，绿色环保、持续性好的煤矸石无害化处置（井下充填）必将会成为国内处理煤矸石的主流方式。

关键词：煤矸石;零排放;无害化处置;

前言：

矸石是在煤矿掘进、开采和选煤过程中排出的固体废物，煤矿传统的方式是将这种固体废物堆放在地表，形成矿井特有的地貌--矸石山。煤矸石的大量堆放，不仅压占大量土地，影响生态环境，矸石淋溶水将污染周围土壤和地下水，而且煤矸石中含有一定的可燃物，在适宜的条件下发生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体污染大气环境，影响矿区居民的身体健康。据不完全统计，目前全国历年累计堆放的煤矸石约45亿t,规模较大的研石山有1600多座，已占用土地约1.5万ha,而且堆积量每年还以初步统计产量约2~3亿吨/年的速度增加。处理矿井矸石对于煤矿来说是顺应低碳经济发展要求，为此，我国煤矿企业及工作者在控制矸石排放、保护矿区生态环境方面亦做了大量的工作，但目前还没有从根本上解决问题，如何消除矸石危害及矸石综合利用成为煤企绿色开采重要技术攻关方向,也是发展低碳经济的必然趋势。

一、矸石来源与处理方法
    在井下开采的煤矿，矸石主要来自于巷道掘进和工作面开采过程中，掘进巷道的矸石根据巷道的类型不同分为岩石矸和煤流矸石，工作面开采产生的矸石主要来自于煤层夹矸、断层矸石等，因此，基于矸石不同的来源，其处理方法也不同，有排矸场堆放、委托第三方机构进行处理、资源化利用和无害化处置等方法。最传统的也是最常用的方式是排矸场堆放，形成了我国矿山特有的地表构筑物“矸石山”，不仅占用了土地、还可能引发自燃发火、污染水体等环境污染事件，下面就四种处理模式进行分析：

排矸场堆放：优点是处理方式简单，处理成本最低；缺点是排矸场服务时间有限，环保压力大，且政府已明令禁止建设永久性煤矸石堆放场（库）。

委托第三方：优点是简单、方便、快捷；缺点是受环保政策制约，政策风险大，费用高，产废单位对固废全程负责,明确生产者责任延伸制。

资源化利用：将煤矸石用于发电、制砖、化肥、建材、复垦、制陶等行业，优点是资源再利用、绿色环保，缺点是销售半径有限、处理规模小。

无害化处置：处理方式是煤矸石井下充填，优点是规模大、绿色环保、持续性，缺点是前期投资大。

煤矸石无害化处置（井下充填）是目前国内处理煤矸石的主流方式。

二、国家环保政策

1、党的十九大报告强调：要“像对待生命一样对待生态环境”、“实行最严格的生态环境保护制度”传递出国家对于治理生态环境的坚定决心。

2、《煤矿充填开采工作指导意见》2013年1月09日，为推进煤炭生产方式变革，提高煤炭资源开发利用水平，鼓励推广使用煤矿充填开采。

3、《煤矸石综合利用管理办法》2014年 18号令，第十一条 优先和积极推广矸石充填技术，减少煤矸石排放量，提高煤矸石综合利用。

4、《关于进一步加强煤炭资源开发环境影响评价管理的通知》2020年10月30日，鼓励对煤矸石进行井下充填，或采用多途径综合利用，提高煤矸石综合利用率。

5、《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》2021年03月24日，在煤炭行业推广“矸石井下充填+地面回填，促进矸石减量，推动绿色矿山建设。

6、《中华人民共和国环境保护税法》2018年01月01日，纳税人综合利用的固废，符合国家和地方环保标准的；免征环境保护税。

7、《关于进一步完善煤炭产能置换政策的补充通知》2018年，经省级煤炭行业管理部门确认后，可按30%比例折算为置换产能指标。

8、《煤矿安全规程》征求意见稿2020年05月08日，国家煤安局高瓦斯矿井1个盘区只布置1个采煤面（充填面除外）。

9、《关于继续执行的资源税优惠政策的公告》2020年06月24日，2014.12.1至2023.8.31，继续对充填置换的煤炭，资源税减征50%。

三、煤矸石无害化处置技术分析

以新时代生态文明思想为根本遵循，以煤矿充填开采为技术载体，围绕矿井面临的矸石排放、环境污染、无效提升等共性技术难题，集煤矿安全生产、煤矸智能分选、煤炭提质增效、资源高效回收、煤矿矸石零排等技术于一体，构建地区适应型、工艺匹配型和经济高效型煤矿采选充一体化技术的理论、技术于装备。

基于不同的采矿地质条件和采掘关系矸石充填3种模式：固体充填模式、膏体充填模式、浆体充填模式。目前，国内能规模化、且稳定地进行井下充填的方法较多，按其流态分为固体充填（巷式短壁和综采面）、膏体充填（逐巷充填和综采面）和注浆充填。

1、固体充填;固体充填模式包括工作面固体充填和短壁干式充填

工作面固体充填：针对西部生态脆弱区开采强度高、矸石产量大的特点，优化创新传统工作面固体充填开采技术的优化路径，其充填效率提高50%以上、充填能力提升约70%。

短壁干式充填：针对陕西关中地区部分老矿井地面无洗煤厂、提升系统落后等问题，优化老矿井的生产模式，通过技术改进实现提质增效，让落后老矿井重新焕发生机。

2、膏体充填：膏体充填模式包括工作面膏体充填和短壁胶结充填

工作面膏体充填：针对中西部生态脆弱区开采强度高、”三下“压煤的问题，优化创新传统工作面膏体充填开采技术工艺，其膏体充填效率提高50%以上。

短壁胶结充填：针对矿井”三下“压煤、不规则区域煤炭开采等难题，优化区域布置与采充参数，通过技术改进实现不规则区煤炭高效回收与矸石排放的双重作用。

3、浆体充填：浆体充填模式包括低位灌浆、邻位注浆和高位注浆。针对蒙陕晋地区深埋藏、大采高、地下残余空间大特点和充填不能影响现在矿井正常运行的需求，集成传统充填技术，提出了系统独立、采充平行、低干扰的浆体管道充填技术。

4、各种充填技术优缺点分析：

固体充填：

工作面固体充填:优点是系统工艺成熟、运行成本较低、工程案例多、处理能力大，缺点是前期投资大，采煤工作面工艺复杂，需要布置新的工作面和采充设备，只适用于采高在2.5~5.5m的煤层。

短壁巷式充填：优点是系统工艺简单、投资小、工期短、投产快、工程案例最多，缺点是处理矸石量有限，需要留设煤柱，资源采出率较低需要配备专门掘进队、矸石处理量小、效率低，适用于回收不规则区域煤炭资源。

膏体充填：
工作面膏体充填：优点是充填体强度高、顶板下沉量小、适应性强，缺点是初期投入大，工艺系统复杂，运营 成本较大，适用于可实现中厚煤层分层开采，主要用于“三下”开采 。

短壁胶结充填：优点是投资相比较短壁干式充填较大、资源采出率较高，岩层控制效果好，缺点是工艺要求相对较高，充填材料配比要求高，充填受掘进影响，适用于回收不规则区域的“三下”压煤。

浆体充填：优点是运行成本低，处理固废量大，不影响矿井生产，缺点是前期投资较大、输送要求高，适用于各种煤层开采，充填采空区。

四、结语

总之，资源化利用和无害化处置，不仅落实了国家方针政策的必然要求，还提升了煤炭质量、提高企业经济收益，同时解决了矸石排放难题，减少矸石带来的环境污染，未来煤矸石资源化利用和无害化处置必将成为国内处理煤矸石的主流方式。

参考文献：

1、陈建刚.煤矿井下煤矸石处理技术探析.山东工业技术.2019.02；

2、李世强.矸石井下处理技术研究.科学与财富.2012.04；

3、巨峰、张吉雄.复杂地址条件矿井矸石零排放处理技术与应用.煤炭科学技术.2011.8,39-8；