【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 石場(chǎng) ,其中后者至今仍在使用 ,前兩個(gè)因場(chǎng)地堆存條件有限 ,已經(jīng)停止使用。 多年來(lái) ,東煤公司煤矸石始終采用順坡堆放方法自上而下傾倒 ,堆放場(chǎng)地和煤矸石堆積物都未做任何處理。矸石場(chǎng)沒(méi)有排水系統(tǒng) ,在雨季會(huì)對(duì)矸石場(chǎng)形成浸泡 ,造成淋溶 ,使煤矸石中有毒有害物質(zhì)隨下滲水體污染地下水系 。晴天 ,空氣對(duì)流 ,煤矸石體內(nèi)溫度升高 ,會(huì)發(fā)生自燃 ,排放出大量 CO CO、 SO H2S、 NOx等氣體及煙塵物質(zhì) ,破壞了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境 ,嚴(yán)重污染太原市的空氣質(zhì)量 ,危害著人民的身體健康 ,急需進(jìn)行綜合治理。 已停用的煤矸石堆場(chǎng) 包括龍王 灘煤矸石場(chǎng)和杏溝梁煤矸石場(chǎng)兩處。 龍王灘煤矸石場(chǎng)位于礦區(qū)東部 ,距礦區(qū)約 400m,始建于 50 年代初期。該場(chǎng)地占地面積為 ,平均深約 5m,堆放了約 萬(wàn) m3 煤矸石。龍王灘區(qū)域煤炭資源基本枯竭 ,大規(guī)模的開(kāi)采已經(jīng)停止 ,至今尚未治理。根據(jù)煤礦上覆巖層的厚度、巖層和頂板的性質(zhì)、開(kāi)采的深度以及采煤的厚度和開(kāi)采工作面的寬度分析 ,地表塌陷和裂縫基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)。表層煤矸石由于長(zhǎng)期暴露地表 ,已自然風(fēng)化 ,春秋季節(jié) ,塵土飛揚(yáng) ,遮天蔽日 ,灰塵之下是刺鼻的硫化氫氣味 ,環(huán)境條件惡劣 ,急需得到治理。 杏溝梁煤矸 石場(chǎng)位于礦區(qū)主井南部約 400m 處 ,建于 1956 年。該場(chǎng)地占地面積為 ,平均深約 ,堆放了約 萬(wàn) m3 煤矸石。煤矸石采用汽車(chē)運(yùn)輸 ,順坡堆放方法堆積成山。雖已堆放多年 ,但原堆放時(shí)場(chǎng)地和煤矸石堆積物都未做任何處理。煤矸石間空隙大 ,雨天 ,有毒有害物質(zhì)隨地表水體下滲淋濾溶解 ,污染地下水系 。晴天 ,富硫煤矸石散發(fā)出濃烈的硫化氫氣體 ,污染大氣。由于硫化氫氣體的大量釋放 ,煤矸石燃點(diǎn)降低 ,溫度升高 ,造成自燃 ,使大量有毒有害物質(zhì)進(jìn)入大氣 ,污染環(huán)境 ,至今未予治理。經(jīng)過(guò) 40 余年的使用 ,煤矸石已經(jīng)堆積如山 ,東煤 公司于上世紀(jì)末停止在該場(chǎng)堆存煤矸石。 正在使用的煤矸石堆場(chǎng) 柳樹(shù)渠煤矸石堆場(chǎng)位于礦區(qū)主井東南部約 600 m處 ,與電廠以鄉(xiāng)間小路相隔 ,南距淖馬村約 ,始建于上世紀(jì)末。該堆場(chǎng)西面為低產(chǎn)耕地 ,呈階梯型 ,落差約為 5m 左右 ,東面為荒溝 ,堆放矸石的堆場(chǎng)占地面積為約 ,平均深約12m,總?cè)莘e約 萬(wàn) m3。目前低凹部已堆存約 22 萬(wàn) m3 煤矸石 ,在矸石場(chǎng)西側(cè)堆放電廠的粉煤灰。礦區(qū)對(duì)煤矸石場(chǎng)地沒(méi)有采取任何環(huán)保措施 ,仍然采用順坡堆放方法堆積煤矸石。 小窯頭村的影響現(xiàn)狀 小窯頭村 西臨東煤公司 ,因采煤活動(dòng)造成了土地地面塌陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害。地面塌陷的形狀和規(guī)模與黃土層的厚度、基巖裂縫深度以及大氣降水和地下水活動(dòng)有關(guān)。為單一塌陷 ,在空間上為陷落漏斗 ,平面截面為橢圓形 ,長(zhǎng)軸方向一般與基巖裂隙一致。地面塌陷長(zhǎng)度在 ~,寬度在 ~,深度為 。地裂縫出現(xiàn)在采空區(qū)邊界附近的拉伸變形區(qū) ,大多表現(xiàn)為張性。在基巖裸露區(qū)和堅(jiān)硬巖層地段地裂縫比較明顯 ,開(kāi)口寬 ,延伸長(zhǎng)。地裂縫的形態(tài)一般為“ V”字形 ,裂縫長(zhǎng)在 150~500米之間 ,寬 ~ ,深 ~ 間 ,落差 ~米之間。 4 煤矸石排棄量及成分性質(zhì)分析 煤矸石排棄數(shù)量 煤層開(kāi)采情況 本區(qū)主要含煤地層為石炭系太原組和二疊系山西組 ,共含煤 24 層 ,其中區(qū)內(nèi)穩(wěn)定可采的煤層主要有 1 12 和 8,目前 ,東煤公司主采 15煤層 ,其余兩層為輔采煤層。 1煤層厚 4~9m,平均厚度約 m。經(jīng)化驗(yàn)分析 ,該煤層為富硫、低磷、低揮發(fā)份、中高熱量、難熔灰份的貧煤和貧瘦煤 ,含硫量多數(shù)高于 %。12煤層厚 ~,平均厚度約 。8煤層平均厚度約 。 采煤方法采用長(zhǎng)臂式一次采全高的采煤方法、頂板管理采用全部垮落法。 煤矸石排棄 礦區(qū)煤矸石主要來(lái)源于煤層夾石以及偽頂和頂板巖石。 1煤層厚度較大 ,煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,一般含有 3 層夾石 ,最多可達(dá) 6 層 ,各夾石厚度多在 m 以下 ,夾石總厚度約 m。其頂板灰?guī)r為深灰色石灰?guī)r ,質(zhì)純、致密堅(jiān)硬 ,不易冒落 ,而灰?guī)r與煤層間所夾的偽頂為薄層灰黑色泥巖 ,厚約~,松軟易碎 ,極易塌落成為矸石。 12煤層較穩(wěn)定 ,有時(shí)分叉為兩層 ,夾石 1~2 層。偽頂多為厚約 ~1m 黑色泥巖或炭質(zhì)泥巖 ,質(zhì)地松軟易碎。 根據(jù)東煤公司煤質(zhì)檢測(cè)結(jié)果 ,煤的含矸率為 %,按目前年產(chǎn)原煤 110萬(wàn) t 計(jì)算 ,每年排矸量為 萬(wàn) t,井下巷道回填約需 萬(wàn)噸煤矸石 ,地面每年排出煤矸石數(shù)量約為 5 萬(wàn) t,比重為 ,即每年排出煤矸石數(shù)量約為 萬(wàn) m3。 煤矸石成分分析 煤矸石主要來(lái)源于井下采掘煤矸石 (白矸 )和井上篩選分離出來(lái)的煤矸石(黑矸 )兩部分 ,其中以黑矸為主。 經(jīng)化驗(yàn)分析 ,煤矸石化學(xué)成份見(jiàn)表 41。 表 41 煤矸石化學(xué)成份分析表 成份 SiO2 A1O3 FeO3 MgO CaO Na2O K2O TiO2 SO3 數(shù)值 其中硫組分以有機(jī)硫?yàn)橹?,其次為硫化鐵中的硫組分 ,屬于高硫巖石。 巖石所含礦物成份較為復(fù)雜 ,一般常見(jiàn)有 :粘土類(lèi)礦物、碳酸鹽類(lèi)礦物、黃鐵礦、石英、云母、長(zhǎng)石等礦物以及炭質(zhì)和植物化石。 煤矸石堆放對(duì)環(huán)境的影響 大氣破壞 煤矸石自燃時(shí)將排放出大量的煙氣 ,釋放出大量有害氣體 ,如 CO CO、SO H2S、 NOx 等及煙塵物質(zhì) ,濃度較大 ,污染嚴(yán)重。另外 ,據(jù)山西煤田地質(zhì)研究所研究 ,認(rèn)為 Pb、 Cr、 Hg、 F、 As 元素都已超“工業(yè)污染源評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)” ,已構(gòu)成工業(yè)污染源。 東煤公司杏溝梁煤矸石堆場(chǎng)已多次發(fā)生自燃事件 ,僅 2020 年 1 月份煤矸石自燃 ,著火面積就達(dá) 1000m2左右 ,曾投資 20多萬(wàn)元 ,采用石灰乳灌漿 ,壤土覆蓋等措施 ,進(jìn)行了滅火治理 ,著火面積在一定程度上得到了控制 ,取得了較好的效果。 水質(zhì)破壞 長(zhǎng)期堆放的煤矸石經(jīng)下滲水淋濾溶解 ,其中所含的如 Cu、 Pb、 Cr、 Cd、Zn、 Hg、 F、 As、 Se 等微量元素將隨水體污染土地和地下水。據(jù)山西煤田地質(zhì)研究所研究 ,以生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)和地面五類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià) ,礦區(qū)煤矸石淋濾溶液中超標(biāo)的元素有 Cr、 Zn、 F、 Se、 Mn、 Fe,其中 ,F、 Se、 Fe 超標(biāo)較為嚴(yán)重 ,Se 的超標(biāo)率為 %,最大超標(biāo)倍數(shù)為 。F 的超標(biāo)率為 %,最大超標(biāo)倍數(shù)為 。Fe 的超標(biāo)率為 %,最大超標(biāo)倍數(shù)為 1269。 土壤破壞 堆放在地表的煤矸石山長(zhǎng)期遭受風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)蝕作用 ,產(chǎn)生大量含有各種微量元素的粉塵 ,隨風(fēng)飄揚(yáng)時(shí) ,通過(guò)呼吸進(jìn)入人體器官 ,損害人體健康 。沉降在周?chē)寥篮退w ,進(jìn)行污染并造成連鎖反應(yīng)。 煤矸石自燃傾向分析 按《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》 GBl8599?2020 中的規(guī)定“含硫量大于 %的煤矸石 ,必須采取措施防止自燃” ,而東山煤礦有限責(zé)任公司煤矸石的含硫量一般為 %左右 ,大于 %,防止自燃是本次煤矸石堆場(chǎng)綜合治理設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵。 煤矸石自燃機(jī)理分析 煤矸石主要由煤層中的夾矸和采煤過(guò)程混入的頂?shù)装鍘r石以及煤組成 ,其夾矸和頂?shù)装鍘r石巖性一般為炭質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)頁(yè)巖、泥巖、各種砂巖和硫鐵礦等物質(zhì)。 引起 煤矸石自燃的因素雖然很多 ,但目前研究結(jié)果表明 :硫鐵礦結(jié)核體是引起煤矸石自燃的決定因素 ,水和氧氣是煤矸石自燃的必要條件 ,碳元素是煤矸石自燃的物質(zhì)基礎(chǔ)。 煤層中全硫含量是由硫鐵礦、有機(jī)硫和硫酸鹽硫組成 ,其中硫鐵礦和有機(jī)硫是缺氧還原環(huán)境中形成的 ,賦存于煤層及煤系地層中 ,呈結(jié)構(gòu)和結(jié)晶狀態(tài) ,未開(kāi)采前埋藏于地下 ,隔絕空氣 ,難以氧化 ,由井下排出至矸石場(chǎng)后 ,矸石經(jīng)過(guò)大面積接觸氧化 ,同時(shí)釋放熱量 ,硫鐵礦的燃點(diǎn)為 280℃ ,燃點(diǎn)較低 ,很容易引起自燃 ,從而引起其它燃物的燃燒。其反映機(jī)理如下 : 1)在供氧充足的條件下 ,硫 鐵礦與氧可發(fā)生如下反應(yīng) : 4FeS2+11O2 2FeO3+8SO2+ 2SO2+O22SO3+ 2)在供氧不足的條件下 ,硫鐵礦在氧化過(guò)程中 ,析出硫磺而不是 SO2 氣體。 3)由生成的三氧化硫與水作用形成硫酸 : SO3+H2O H2SO4 硫酸液體可加速煤和硫鐵礦的溶解 ,降低其燃點(diǎn)。 由上述反應(yīng)式可以得出 ,硫鐵礦在氧化過(guò)程中耗氧量較小 ,氧是煤矸石自燃不可缺少的條件 ,供氧量的多少直接影響燃燒程度的大小 ,如果始終保持缺氧狀態(tài) ,就不會(huì)發(fā)生氧化自燃。水是加速 煤矸石自燃的一個(gè)重要條件 ,由于水的存在 ,硫鐵礦會(huì)產(chǎn)生硫酸溶液 ,并釋放熱量 ,促進(jìn)自燃。另外 ,矸石場(chǎng)其它可燃物如煤、木頭等是使燃燒擴(kuò)大、蔓延的必要條件。 除含硫量