煤矸石是煤炭在形成过程中与煤炭共生、伴生的一种脉石矿物，在煤炭洗选和加工过程中所产生的固体废弃物。我国矸石产量占原煤总产量约为15%~20%，随着原煤产量的增大煤矸石的产量也在不断上升，如何把煤矸石良好的利用是我们目前必须要解决的问题。
目前国内外对煤矸石的研究与利用，主要集中在以下几个方面，煤矸石用于发电，生产化工产品，用作填充物，用作耐火材料、合成陶瓷，合成高效能复合外墙外保温材料，制成砖用作建筑材料等。由于很多原因，国内的煤矸石利用率仍然很低，只能达到30%左右，每年的利用量远远小于排放量。现阶段不仅要进一步开发煤矸石利用的新工艺，还要考虑过度阶段的煤矸石排放综合治理，且治理完成后土地资源怎样能够更好的利用，是我们当下必须解决的问题。
煤矸石的无害化处理是一项极具重要的环保工程，它有效的解决了生产过程中产生的固体废物对周边生态环境污染，同时，集中有序的堆贮也为下期固体废物进一步循环利用创造了有利条件，是贯彻节能环保措施的重要环节。我国煤炭资源丰富，但人均耕地较少，随着煤炭资源的开采，土地资源被占用和损毁的问题日益突出。利用煤矸石进行土地复垦是近年来的一种生态修复技术，对于改善生态环境有着明显的作用。一般根据自然环境条件，按照宜农则农、宜林则林、经济可行、技术合理的原则进行土地复垦。
煤炭资源多位于山区，冲沟流域面积大，可供耕种的土地面积小，利用煤矸石将冲沟填平压实，上面覆盖上0.8～1.0m厚的耕种土，即可变为耕种的良田，不仅扩大了耕地面积，充分利用了土地资源，又减少了水土流失，保护了生态环境，同时，大量的煤矸石也有地方排放，不再专门购买土地进行堆放煤矸石，在经济上是合理的，在技术上是可行的，相对提高了经济效益和社会效益。
一、煤矸石浸出液分析
煤矸石不在《国家危险废物名录》中，属一般工业固体废物，煤矸石浸出液各项分析指标参照GB8978-1996《污水综合排放标准》判别是否在最高允许排放浓度范围内。同时，煤矸石浸出液pH根据GB18599-2001《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》关于“固体废物类别判定”的规定，判定煤矸石属第几类一般工业固体废物，根据相应的等级进行处置场设计。
二、选址原则
煤矸石应回填塌陷区、洼地、山间荒沟，易燃矸石不得填埋在采空区上方有漏风的范围内。地面外排处置方式应遵循以下原则：
1. 不应选在煤层露头或煤层赋存深度小于10m的地方。
2. 应选在便于运输、运距短和有利于今后进行综合利用的地点。
3. 不得污染供水水源。
4. 少占草地，当沿山坡沟谷排弃矸石时，应考虑地形地质条件，防止发生滑坡或矸石滑落，冲毁道路。
5. 土地复垦项目的位置，应按全年风向频率布置在对工业场地、居住区污染最少的地点；不应位于全国和省重点保护名胜古迹的上游。
6. 应与煤矿地面设施统筹布置。
7. 土地复垦项目坝体地基应稳定。
8. 应符合环境保护要求。
9. 土地复垦项目的总容量应保证容纳全部矸石，土地复垦项目的容量备用系数为1.15。
10. 增加单位面积的排矸容量，提高堆置高度，减少土地复垦项目占地。
三、稳定性验算
根据现场地形条件，结合土地复垦项目的规划意见，制定煤矸石堆贮库容量规划。进行现场踏勘进行边坡稳定性计算，土地复垦项目边坡稳定评价指标采用安全系数法，边坡计算采用相对偏安全的极限平衡法中的瑞典条分法。
四、拦矸坝
拦矸坝设置在煤矸石堆贮场荒沟下游，坝顶宽度不小于5.0 m，上游坡面1:1.5，下游坡面1:2.0。坝基地表的腐植土、草皮、树根及其他杂物应予以清除，采用碎石土分层碾压筑坝，施工中需碾压密实，碾压的相对密度应大于0.8，坝体坡面形成后覆土50cm厚，植草绿化。
五、防渗及渗滤液导排处理
1、防渗标准
现行国家标准《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599-2001）和《化工废渣贮存场设计规定》（HG20504-2013）作为防渗层的防渗标准。
2、渗滤液导排
渗滤液主要是由各种途径进入库区的大气降水所产生的，因此预测填埋场渗滤液量主要是推算从外界进入填埋场的大气降水量。渗滤液导排易采用不小于φ50软式透水管网导排渗滤液，直至拦矸坝下游收集池。
3、渗滤液处理系统
（1）渗滤液处理方法及选择
渗滤液处理质量的好坏是衡量一个固体废物处理系统有效运行的重要指标之一。为防止固体废物贮存过程中造成二次污染，渗滤液处理方法和技术的研究也日益得到重视。需根据不同填埋场的具体情况及其它经济技术要求提出有针对性的处理方案和工艺。
渗滤液处理技术既有与常规废水处理技术的共性，也有其极为显著的特殊性。渗滤液的处理有场内和场外两类处理方案。具体方案有以下几种：1）预处理后直接排入现有污水处理厂进行合并处理；2）渗滤液向矸石场的循环喷洒处理（回喷处理技术）；3）建设独立的场内完全处理系统。
1）排入现有污水处理系统
渗滤液经预处理后与大、中型规模现有污水处理厂合并处理是一种简单的处理方案，利用污水处理厂对渗滤液的缓冲、稀释作用，可以节省单独建设渗滤液处理系统的大额费用，降低处理成本，但这种方法需要根据具体情况具体分析其可行性。一方面是渗滤液的输送问题将造成较大的经济负担；另一方面，由于渗滤液所特有的水质及其变化特点，在采用此种方案时，排入的渗滤液易对现有污水处理厂形成冲击负荷（一般渗滤液水量不能超过城市污水厂设计规模的0.5～2%），严重的时候甚至破坏污水处理厂的正常运行。因而，在考虑合并处理方案时，必须研究其工艺的可行性。
2）回喷处理法（场内处理）
该方法是利用地区蒸发量是降雨量数倍的气候特点，充分利用当地的蒸发能力，将渗滤液回喷到固体废物堆体。通过回喷既可增加堆体的湿度，减少扬尘，又可通过回喷，渗滤液在太阳照射下蒸发掉，显著减少渗滤液处理量和降低处理成本。
可在堆贮场拦矸坝下游低点设置一个渗淋液收集池，平时抽排至填埋区用于洒水降尘。随着堆体体积的增加，堆体本身也具有一定持水能力，需要调节的渗滤液还会降低。冬季结冰时期要求控制洒水量，防止堆体洒水量过大，形成深厚结冰层。
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3）建设独立的场内完全处理系统
很多固体废物处置工程在没有合适的现有废水处理系统可以利用或是现有废水处理系统不能满足渗滤液的处理要求时，为了防止固体废物处理过程中产生二次污染，则在场内设置独立的渗滤液处理系统，其处理工艺系统须为多种处理方法的有机组合。常用的处理方法大致可分为物化法和生物法。此种处理方式的运行管理较为复杂，且初期投资及运行管理费用高于另外两种处理方案。在进行渗滤液处理方案选择时，应充分考虑渗滤液水质水量、场区周围自然条件及现有废水处理系统的设计负荷及运转情况，通过比较选择合理、科学且经济的处理方法。
六、防排洪水
1、防洪标准
根据《防洪标准》（GB50201-2014）的相关要求，土地复垦项目防洪标准应按30年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。
2、排水沟布置
堆贮场周边修筑挡水埝及截水沟或急流槽，矸石堆积坡面的汇水采用平台集水沟导至两侧的截水沟或急流槽中，并于沟槽底部铺设排洪管涵，将堆贮场周边汇水引排至拦矸坝下游的缓冲池内，并最终排至自然沟槽。
七、土地复垦的填埋作业
煤矸石回填初期，在沟槽下游拟选位置修筑拦矸坝。同时清理场地内尖锐物，摊铺30cm厚的垫层，压实系数不小于0.95，铺设渗淋液收集管道。再建立相应的防洪排水等设施后，进行煤矸石堆贮。
煤矸石倾倒至堆贮场后，通过推土机等辅助设备对矸石进行分层铺设，铺匀后由压路机压实。矸石压实系数要求不小于0.90。
堆矸工作面基本保持1:30的表面流水坡度，坡向周边截水沟及沟槽上游，避免大量雨水冲刷堆矸坡面，威胁到封场结构层的安全，同时减少雨水进入矸石堆体，从而减少渗滤液的产量。
雨季时注意雨水导排和运输道路的维护，保证运输道路通行正常，雨大时将煤矸石临时放置在场内，暂时停止填埋作业。
每10m高度设置一级不小于宽5.0m的通行和坡面雨水收集疏导平台直至顶面高程。
每堆贮约5m厚矸石，摊铺30—50cm厚黄土，并碾压密实，隔断空气进入矸石的通道，防止矸石发热自燃。
八、堆贮场封场后土地复垦再利用
1、当堆贮场服务期满后，应予以关闭或封场。关闭或封场前，必须编制关闭或封场计划，报请所在地县级以上环境保护行政主管部门核准，并采取污染防止措施。
2、关闭或封场时，表面坡度一般不超过3%。堆贮标高每升高10m，须建造一个台阶。台阶应有不小于3～5m的宽度、2%～3%的坡度和能经受暴雨冲刷的强度。
3、关闭或封场后，仍需继续维护管理，直到稳定为止。以防止覆土层下沉、开裂，致使渗淋液量增加，也要防止煤矸石坝体失稳而造成滑坡等事故。
4、关闭或封场后，应设置标志物，注明关闭或封场时间，以及使用该土地时应注意的事项。
5、为恢复植被，关闭时排矸场表面一般应覆一层天然土壤，其厚度不小于1.0m，并种植草灌绿化。
九、环境保护措施
堆贮场对环境的污染主要为渗滤液水下泄渗漏，以及粉尘飞扬，因此要考虑以下几点措施：
1、注意控制好煤矸石的含水量，以尽量减少运输途中的污染，含水量过大，运输时将渗水污染环境，含水量过小将扬灰同样污染环境。场内和场外的道路喷洒水降尘。
2、种植防风林带，起到降低风速，减少扬灰的作用，在周围种草绿化，减少沙尘污染。
3、堆贮场内煤矸石应及时摊铺和碾压，矸石的摊铺和碾压应实行流水作业，以减少对上表面的扰动。碾压后的上表面应光滑平整。同时注意对内边角处的碾压，并适时用喷洒水枪进行洒水，润湿矸石体表面，防止风吹扬灰。压实的表面洒水后，矸石体内的氧化钙在水解胶结作用下，在灰表面形成一层保护薄壳，抗风能力增强，飞灰减少。压实喷洒后的上表面，应避免人为扰动以防止飞灰，保护环境。
4、洒水运行作业时应注意喷洒均匀，严禁集中冲刷，具体喷洒方法与强度根据现场作业后，实验确定。
5、有计划、有组织的分区覆盖黄土及排弃煤矸石，覆盖黄土完成后应及时种植，减少裸露的矸石面，并使其尽快发挥环境、社会及经济效益。
6、防止煤矸石自燃，尽最大可能剔除其中混入的煤屑或煤块，并在堆放时分层碾压压实，达到设计高度后立即覆土恢复植被。
7、为减少矸石淋溶水对环境的影响，在排弃煤矸石时，依据自然地形，上部平台形成外高内低地势，利于雨水顺着自然地势水流方向自流排出平台，杜绝雨水在堆贮场范围内积存。另外，在周围开挖排水明渠，防止外部雨水侵入堆贮场范围内。
在堆贮场底部设计排水盲沟、拦矸坝外侧设置渗淋液收集池，对雨季产生的渗淋液进行收集，运送至污水处理厂或回洒至堆贮场内以降低扬尘。
8、定期测定飞灰污染的具体数据，便于进行有效控制。
9、绿化
为美化环境，净化空气，减少飘尘，绿化是不可缺少的一项工程，空地植草皮及花木，道路两旁植常青灌木丛，以美化、绿化环境。
根据煤煤矸石堆贮进度，每完成两个台阶水平时，可对堆贮坡面和平台进行覆土绿化工程。为避免大风引起已堆贮坡面及平台上的扬尘，覆土绿化工程应及时跟进。
10、环境监测
设置一定数量的环境监测手段，以监测堆贮场运行期间，周围环境的不良变化，对污染事故力争做到早发现、早处置，以便于更好的预防环境污染事故产生和扩大。
①地表水监测
地表水监测主要用于对照堆贮场上游地面来水，与堆贮场下游出口处的地表水体之间的差异，分析堆贮场不良环境影响。其采样点，设在堆贮场上游和拦矸坝下游。采样频率每月一次。
②大气监测
大气监测主要为比较堆贮场下风向，和堆贮场上风向的大气环境差异，监测堆贮场作业对周围大气环境的不利影响，及时发现问题，采取处置措施。大气监测宜委托气象环保部门，在堆贮场上、下风向固定位置进行。堆贮场建设前测定本底数据，运营期每年一次。
③沉降检测
分别于坝体顶面及坡顶面部分别设计布置沉降检测点，通过对沉降与位移的变形监测，保证坝体安全而稳定。
荒沟治理后的平整土地，可以是以林业、生态农业为基础的现代化耕种良田，也可以用于作为兴办各种工业、产业的场所。特别是大面积平整土地，配合现代化水利灌溉、机械耕作及蔬菜大棚等等现代农业手段，提供产品以满足当地市场需求，如此持续不断高效产出效益，就为当地村民创造了财富。
论文作者:张永康
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/27
标签：煤矸石论文; 矸石论文; 土地论文; 场内论文; 固体废物论文; 下游论文; 污水处理论文; 《基层建设》2019年第24期论文;