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第28卷第7期煤 炭 技 术Vol. 28 ,No. 7 2009年7月Coal TechnologyJul. ,2009 关于煤矸石资源的利用问题 赵金凯,苑立清 黑龙江省煤田地质勘察院 第三勘探队,黑龙江 鸡西158120 摘 要煤矸石长期被视为废物,开展煤矸石综合利用是我国煤炭工业的一项重要任务,对社会经济和环境效益将 起到一定的推动作用,文中从不同角度阐述了煤矸石的利用途径。 关键词煤矸石;化学成分;复垦造田 中图分类号TD98 文献标识码B 文章编号10082872520090720163202 To Use of G angue Resources ZHAO jin2kai , YUAN li2qing Thrid Exploration team , Coalfield Geological Exploration Institute of Heilongjiang Province ,Jixi 158120 , China Abstract The gangue will regard as for a long time by the people waste. The development gangue comprehensive utilization is coal industry important task. It will get up to the economy and the environment promotion effect. The article to elaborate from the different angle the gangue use way. Key words gangue ; chemical composition ; farmland reclamation 收稿日期2008212210 ;修订日期2009204224 作者简介赵金凯19672 , 男,黑龙江鸡西人,工程师,1988年毕业于黑龙江矿业学院地质系,现从事煤田地质工作,曾发表多 篇论文。E2mail zjkfeixiang1967 sina. com。 0 引 言 煤矸石长期被视为废物,并毫无顾及地丢弃山野。矸石山不仅 占据了大片土地,而且对生态环境造成严重污染和破坏,甚至酿成安 全事故,尤其是那些资源枯竭的老矿区,留下的矸石山如一块块疮 疤。煤矸石资源属于矿产资源的一种,是未开发利用的财富。尽管 中国矿产资源丰富,但资源浪费现象严重。据统计,我国排矸量每年 达2亿多吨,占地8 000 km2,这不仅占用了大量的农田,而且严重污 0 概 述 新强煤矿45064采煤队原富强煤矿451采煤队自2001年5月 开始回采一水平六采区98 煤层右二片,该工作面可机采走向长度 550 m ,倾斜长度160 m ,煤层厚度在2. 2～3. 4 m之间,其平均厚度为 2. 8 m ,煤层倾角17 ～23 之间,其平均倾角为20,有0. 2～0. 8 m厚 的伪顶,其平均厚度为0.26 m ,该块段地质储量为36. 29万t ,可机采 储量为33. 26万t。 该工作面使用MG200型机组落煤,工作面输送机为SGZ 730/ 220型运输,工作面顶板支护采用单体液压支柱DZ2. 5～2. 8 型,布置五排六柱,排距为0. 6 m ,柱距为0. 75 m控制顶板。 1 支护型式的变化 1. 1 原来支护型式的确定 由于原来采用 煤矿矿井采矿设计手册1第306页表111 27的DZ28Z工作阻力为30 t力设计的该工作面支护型式为五排六 柱,排距为0. 6 m ,柱距为0. 75 m ,能够满足该工作面平均采高在2. 6 m以下的支护需求,也较好地回采了该块段走向长度近420 m。 1. 2 现在支护型式的确定 自2002年7月,当该工作面回采至走向长度还剩130 m ,整个工 作面煤层平均采高增至2. 8 m时,工作面内经常出现弯柱、 折柱,甚 至出现扑掌子现象。上述现象是支护强度不够、 支护密度小造成的, 可是经过反复计算原来作业规程的支护型式五排六柱没有问题,并 且在翻打过程中严格兑规,出现上述现象,原因何在 经过反复研究、 计算、 查找资料后,终于在 煤矿支护手册2第 952页表436中找到了答案,即DZ28单体液压支柱额定工作阻 力为250 kN ,比 煤矿矿井采矿设计手册 中的DZ28Z单体液压支柱 额定工作阻力为30 t力小了约5KN。 后来又先后收集到了佳木斯煤机厂、 浙江衢州煤机厂生产的 DZ28型号单体液压支柱的额定工作阻力均为250 kN。 因此DZ28型号单体液压支柱的额定工作阻力按250 kN来计 算,其结果是该工作面支护型式由原来的五排六柱应改为五排七柱, 即在软帮打成二排对柱。 2 使用过程中采取的安全技术措施 该工作面改为五排七柱控制顶板后,又采取了以下安全技术措施 1支柱在支护过程中,应尽可能垂直顶底板,现场严格控制支 柱的迎山角,并使其不超过质量标准的要求; 2严格控制乳化液泵站压力不得低于18 MPa; 3保持支柱初撑力不小于90 kN ; 4严格控制直接顶的悬顶长度,当其走向长度超过5 m ,倾斜长 度超过20 m时,必须采取强制放顶措施。 3 技术经济效益分析 3.1 控顶效果分析 在没有改变支护型式之前,原来使用的五排六柱经常出现弯柱、 折柱、 扑掌子现象,使整个工作面支柱的支护能力大大地减弱了,严 重影响了该工作面的安全生产;自从由五排六柱改为五排七柱控制 该工作面顶板后,有效地改善了该工作面的支护状况,保证了该工作 面的安全生产。 3.2 使用状况分析 1由五排六柱改为五排七柱控制该工作面顶板后仅在软帮第 二排增加一排对柱,工人翻打仍然是每组2棵,没有增加翻打难度; 2减少了弯柱、 折柱、 扒柱数量,节约了大量运柱、 配柱、 扒柱的 时间和人力。 3.3 经济效果分析 1从原来没有改变支护型式之前弯柱、 折柱较多而改变支护型 式之后几乎没有弯柱、 折柱这方面来看,大大节约了购买、 维修和运 输支柱的资金; 2从整个回采煤量方面来看,多回收了该块段煤量6. 88万t , 直接经济效益达800多万元; 3从接续方面来看,延长了该工作面服务时间4个多月,并且 提高了巷道的利用率; 4从安全生产方面来看,降低了因支护方面而发生的顶板事故; 5从工作效率方面来看,大大减少了埋柱子、 因工作面顶板破 碎而压住工作面溜子的几率和因此处理溜子、 扒顶子的时间,提高了 工作效率。 4 结 语 截止到2008年12月,通过新强煤矿利用单体液压支柱布置五排七 柱管理大采高工作面顶板已经顺利采完了10多个工作面,实践证明,其 效果良好。同时,这种利用单体液压支柱管理大采高工作面顶板的做法 有待于进一步积累经验、 不断完善后,有着积极地推广作用。 参考文献 [1] 煤矿矿井采矿设计手册上册 [ M].北京煤炭工业出版社, 1984. 121。 [2] 煤矿支护手册[M].北京煤炭工业出版,1993. 21 . 责任编辑 吕 瑶 染了生态环境,危害了工农业生产和人民生活,制约着煤炭工业的发 展,为此开展煤矸石综合利用是我国煤炭工业的一项重要任务。 据了解,黑龙江省将大力推行废物综合利用,开展鹤岗、 鸡西、 双 鸭山、 七台河等矿区共、 伴生矿产资源的综合开发利用;以粉煤灰、 煤 矸石、 尾矿和化工废渣及有机废水综合利用为重点,做好再生资源利 用工作,推进再生资源回收利用。 1 煤矿开发对环境的影响 根据2003年的黑龙江省矿山调查与核查和以往完成的黑龙江 省各项地质环境调查成果,可知黑龙江省矿山环境地质问题有36 种。这些环境地质问题可归纳成资源毁损、 地质灾害、 环境污染三大 类。全省矿山有地质灾害点264处,影响范围3. 56万hm2,死亡15 人,直接经济损失1. 58亿元。 东部鸡西、 鹤岗、 双鸭山、 七台河四大煤城的环境地质问题最为 严重,黑龙江省的矿山地质灾害绝大多数集中于此。这里地质灾害 点密布集中、 类型繁多、 活动频繁、 危害性大、 影响时间长。最严重的 是侵占大量土地,影响生态,破坏景观;矸石山的淋溶水酸性水污 染地下水源和江河,危害农作物和水产养殖业;由于煤矸石中有硫化 铁和含碳物质存在,还会自然发火,排放大量烟尘,严重污染大气,损 害人体健康,抑制植物生长,腐蚀建筑物结构;个别煤矸石山还有发 生爆炸和崩落事故的隐患,造成对矿区安全、 矿山环境及采区内地质 地貌景观和一些地质遗迹严重破坏,影响了整体生态环境的和谐和 景观的秀美。 2 煤矸石资源及其利用 2. 1 煤矸石资源的特征 煤矸石是与煤伴生的岩石,是在煤炭开采和洗选加工过程中被 分离出来的固体废弃物,它是由炭质泥岩、 泥岩、 粉砂岩、 砂岩等岩石 组成的混合物,属沉积岩。部分煤矸石结构较为致密,呈黑色,自燃 后呈浅红色,结构较疏松。煤矸石的主要矿物成分有高岭石、 蒙脱 石、 长石、 伊利石、 方解石、 黄铁矿、 水铝石和少量稀有金属矿物等组 成,元素组成多达数十种。且高岭石含量达68. 7 。煤矸石的化学 成分见表1所示。 表1 煤矸石化学成分 成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOTiO2K2O Na2O 含量 / 52～ 65 16～ 36 2. 3～ 14. 6 0. 4～ 2. 3 0. 4～ 2. 4 0. 9～ 4. 0 1. 5～ 3. 9 煤矸石是目前排放量最大的工业固体废弃物,在我国仅2000年 排放量就达1. 3亿t ,约占当前煤炭产量的10 左右 。煤矸石弃置 不用,形成土地压占,其中的硫化物逸出或浸出会污染大气、 农田和 水体。含硫量大于1. 5 者还会自燃产生有毒气体SO2、H2S和CO 等,严重污染大气和水体并可能引起火灾。 在地球环境日益恶化,自然资源趋于贫乏的今天,在中国加入世 界贸易组织之后,中国能源现状面临着严峻的挑战。因此,只有节约 能源,充分回收利用资源,才能增强竞争力,实现可持续发展。据资 料报道,美国、 英国和德国等西方国家煤矸石的总利用率达90 以 上,美国制定了338条与资源回收相关的法规,并取得了显著效益, 而我国这样一个以煤炭为主要能源的国家对煤矸石的利用率却不到 30 。因此,我国应大力开展煤矸石的综合利用,实现保护环境,治 理污染和自然资源的充分利用。 2. 2 煤矸石资源的利用 2. 2. 1 煤矸石综合利用的途径 1煤矿井下充填。在逐步改革采煤工艺的基础上,运用煤矸石 在井下直接充填采空区或者在地面经加工后充填井下采空区。 2煤矸石发电。含炭质较多,发热量较高的煤矸石,可用作流 化床和循环流化床发电。 3煤矿地面塌陷区充填、 复垦造田和铺路。 4生产煤矸石砖、 水泥和轻质骨料等建筑材料。 5从煤矸石中提取硫精矿和其它化工产品。 2. 2. 2 充分利用发热量较高的煤矸石 煤矸石中除岩巷掘进外,其它或多或少夹杂一些煤且有硫化物, 一般煤矸石的发火点为280℃,比煤的发火点约低80℃,煤矸石的 发热量在3. 35103～6. 28103kJ/ kg左右,经过人工筛选后最大 可达1. 67104kJ/ kg。所以对煤矸石的热能进行利用是大有作为 的。据不完全统计,我国煤炭企业目前有煤矸石电厂120余座,装机 容量184万kW;年发电量87亿kWh ,截止到2002年,利用煤矸石 发电2 800万t ,煤矸石水泥300万t ,煤矸石制砖1 000万t ,其他耗 用100万t。如黑龙江鸡西滴道矸石电厂是我国第一座容量最大的 煤矸石电厂。先后安装了3台我国自己研制的130 t/ h流化床锅炉 和2台2. 5万kW汽轮发电机组,每年燃烧煤矸石约60万t ,发电2. 2亿kWh。 2.2. 3 土地复垦 利用热值低的煤矸石作为筑路、 复田材料,矸石中含有多种植物 生长所需的有机质,微量元素,可适合栽培多种植物。这种利用消耗 矸石量大,且可以把目前没有能力利用的矸石保存起来等技术和经 济上可行时再进行开发利用。如安徽淮北矿务局在2个大塌陷区填 埋,煤矸石复土还田,造地106.667 hm2,获得较好的环境效益和社会效 益。 2.2. 4 煤矸石的利用 用煤矸石烧水泥,是以煤矸石代替部分或全部粘土,利用煤矸石 中少量的可燃物,既作水泥原料,又作燃料煅烧熟料的生产工艺。电 厂煤矸石的烧渣也可作为水泥原料,还可加工成具有一定性能的产 品。因此,将沸腾炉视为水泥厂生产水泥、 混合材料的热工设备,可 以按照混合材料的技术要求加强生产控制,使炭尽可能完全燃烧,而 又兼收供热和发电之利。再加上粘土型煤矸石可用来生产普通硅酸 盐水泥;高铝煤矸石可用来生产早强、 速凝特种水泥。由于用煤矸石 作为水泥的混合材料具有用量大,成本低的优势,用其生产低标号水 泥其前景是相当可观的。 在煤矸石制砖中,如采用生矸为原料的制品称为内燃砖。除煤 矸石需粉碎外,其它与粘土砖生产工艺基本相同,是以煤矸石或沸腾 渣为原料,并配以适当的石灰,按粘土砖或蒸汽养护砖的生产工艺加 工而成。利用自然和风化的煤矸石添加少量的胶结材料和激活剂生 产的煤矸石砖,具有免烧、 免蒸、 加压成型、 自然养护,且力学性质、 抗 冻性等均达到GB 5101 - 85规定的100 标准。我国目前有800多 个生产煤矸石砖的厂家,每年生产煤矸石砖130多亿块,其中纯矸石 砖20多亿块。对煤矸石的利用,相当于少挖农田466. 667 hm2,少用 煤炭240多万t ,成本为0. 1元/块,且生产受季节、 气候的影响不大, 可常年运行,取得了明显的经济效益、 社会效益和环境效益。 由于煤矸石中含有各种金属氧化物及碳酸钙和硫铁矿等,它们 在高温下都分解溢出气体使物料在塑性阶段产生膨胀,形成孔隙结 构。煤矸石通过烧结机或回转窑可以煅烧成轻骨料,轻骨料具有容 重轻,强度高,吸水率小等特点,可代替砂石,配制轻混凝土,用作墙 体,保温吸湿效果好。 煤矸石中含有的金属和非金属氧化物量较大,可作为制做陶瓷 的掺合料,加入煤矸石的陶瓷材料强度有所提高,坯料工艺性能良 好,可以基本上不改变原有工艺条件下进行生产,而且成本明显下 降。 煤矸石中还含有大量的二氧化硅和三氧化二铝等,如再加上少 量的石灰或水泥调制成灰浆,可提高充填体的强度。同时矸石的粗 细颗粒混杂,制做的充填材料密实性好。用于井下护巷充填材料,既 可以减少充填用砂又减少其排矸量。 2.2. 5 从煤矸石中提取硫精矿和其它化工产品 煤矸石中含有硫、 铝、 铁、 钡、 钙、 钛、 硅、 镓、 钒、 锗、 钽、 铀等50多 种元素,当矸石某种元素或几种元素富集到具有工业利用价值时,就 可以提取综合利用。如波兰和匈牙利联合开办的 “哈尔德斯克” 公 司,用硫酸或盐酸法浸渍煤矸石从中制取结晶氧化铝、 聚合铝、 水玻 璃、 碳黑以及生产明矾、 硫磺、 硫酸等化工产品。 3 结 论 随着国家环保执法力度的不断加大,人们对环境质量要求的提 高,解决煤矸石污染环境问题显得越来越突出。煤矸石发电是充分 利用煤矸石的有效热成分,实现对这一废弃物开发利用的有效途径。 通过实验和推广,其他各种开发利用方式,也正逐步被煤炭开采行业 所采纳,相信不久的将来,煤矸石这一特殊资源将会变为人类的财 富,为经济发展和环境保护发挥更大的作用。 责任编辑 吕 瑶 461煤 炭 技 术 第28卷