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山西省高平市煤矸石综合利用现状及发展建议

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  摘  要:煤矸石长期以来作为煤炭生产的固体废弃物处置,对环境造成了一定负面影响。为全面贯彻落实中央和省环境保护督察整改要求,探索高平市煤矸石綜合利用产业发展新模式,结合高平市实际,采集煤矸石样品进行了理化分析,收集了相关数据,分析了高平市煤矸石综合利用的现状;结合高平市煤矸石理化特征及产业发展特点,给出了今后煤矸石综合利用的发展建议。
  关键词:煤矸石;综合利用;环境影响;高平市
  一、引言
  高平市地处山西省东南部,煤炭资源丰富,是煤炭生产重点县之一,2018年原煤产量约2700万吨。随着高平市煤炭生产业的不断发展,煤矸石的生产量与日俱增,高平市每年煤矸石至少增加270万吨。煤矸石的大量堆放,不仅压占土地,其淋溶水还将污染周围土壤和地下水,影响生态环境,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。
  二、高平市煤矸石产出和处置现状
  高平市境内现有煤炭生产企业32家。截至2018年11月,全市煤炭生产能力总计3785万吨。2018年前10个月,累计生产原煤2353.58万吨,累计产出矸石246万吨。其中174万吨排至排矸场,占煤矸石总产出量的70.7%;有46万吨作为制砖原料加以消耗利用,占总产出量的18.7%;剩余约26万吨作为配煤销售,占总产出量的10.6%。
  由此可见,高平市煤矸石大部分排至排矸场。全市共有22家煤矿企业配建有排矸场,排矸场总占地面积496616.5平方米,大部分已经接近服务年限。全市目前共有15家煤矸石砖厂,其中5家正在停产整改,其余10家正常生产,产能共计6亿块/年。大部分生产企业因为产品销路等原因,未能达到设计产能。若10家制砖厂满负荷生产,全市煤矸石砖厂消纳矸石能力预计将达到120万吨/年,但目前实际消纳煤矸石约55万吨/年。
  三、高平市煤矸石理化性能和适用性分析
  为了详细了解高平市煤矸石的理化特性,对高平市境内煤炭生产企业所产煤矸石进行了放射性检测、热值检测、元素分析检测、矿物成分检测及力学性能检测。
  结果显示,高平市境内煤矿企业产生煤矸石组成成分比较复杂,大部分煤矸石以黏土类矿物成分为主,普遍具有一定的热值,属于低热值煤,发热量从235大卡/千克到2900大卡/千克不等;现有技术条件下,发热量大于1000大卡/千克的煤矸石可以作为燃料供热源厂使用。此外,3号煤矸石普遍全硫含量较低,平均含硫量低于0.05%;而9号和15号煤矸石全硫含量较高,几乎所有样品都超过1%。加之15号煤矸石发热量较高,存在较高的自燃风险。
  煤矸石烧结砖对煤矸石发热量要求较低,因此3号煤矸石(每年大约产出120万吨)基本上均可以作为烧结砖原料,而且烟气脱硫的成本在企业可接受范围内;9号和15号煤矸石即便发热量满足制砖或者燃料要求,但其全硫含量太高,烟气脱硫成本过高。
  四、煤矸石综合利用发展建议
  (一)近期(2019-2020年)
  煤矸石消纳主要依靠煤矸石制砖、井下回填处置和土地复垦三个利用途径。充分利用现有砖厂生产能力,培育和发展高附加值产品,积极提高工厂开工率,争取在2-3年内达到满负荷生产能力,每年消耗煤矸石55万吨;积极开展煤矸石井下回填技术试点,将煤矸石充填开采技术简化后,不增加或者增加少量专用设备,通过井下回填处置煤矸石,每年消耗135万吨;采用规范、环保回填工艺,积极利用现有煤矿企业的排矸场,进行煤矸石填沟造地,即土地复垦,每年消纳100万吨。此项工作符合当前的土地政策,应积极推进。同时,积极推进煤矸石热源厂建设,在设计时采用煤矸石燃烧技术和设备,同步建设相应脱硫脱销除尘装置,力争尽快能够投入使用。
  (二)中期(2021-2023年)
  煤矸石消纳主要依靠煤矸石制砖、井下回填、供应热源厂,少量掘进矸石进行土地复垦。通过积极推广煤矸石多孔砖等附加值高的产品,使全市煤矸石烧结砖企业产能全部释放,消纳所有3号煤矸石,共计120万吨;部分高硫或低热值煤矸石仍然通过井下回填处置,积极开展煤矸石充填开采置换煤炭资源的试点工作,每年消纳约140万吨;具备一定发热量和低硫的煤矸石供应煤矸石热源厂,每年消纳约30万吨;少量掘进矸进行土地复垦。
  由于热源厂只能在供暖季使用,为扩大煤矸石燃料的消耗量,本阶段积极推进热电联供厂建设。热电联供厂建成之后,可全年生产。
  (三)远期(2023年后)
  在热电联供厂建设完成并投入生产的基础上,以发电制热及作建筑材料为主、井下回填处置为辅。预计2023年之后,每年新增煤矸石300万吨。煤矸石消纳主要依靠煤矸石制砖,每年消纳120万吨;供应热电联供厂作为燃料,每年消纳50万吨;剩余煤矸石进行井下回填,少量掘进矸石进行土地复垦。
  五、结语
  煤矸石的综合利用一直以来是困扰我国煤炭工业的难题,在当前环保形势严峻的态势下,煤矸石的综合利用将会高度重视。要彻底解决该问题,既要满足环保要求,又能使处置成本控制在可接受范围内,只有依靠科技创新,积极探索和开发适合高平本地特点的煤矸石综合利用之路。
  (一)开展采煤和选矿工艺优化研究,逐步减少放顶煤开采的比例,开展井下矸石分选不升井技术试点工作;
  (二)与有关煤矸石烧结砖设备制造厂家联合攻关,开发高附加值产品;在本地积极推广使用煤矸石烧结砖产品,扩大煤矸石砖产品销路,提高煤矸石制砖企业效益,扩大其煤矸石消纳能力;
  (三)积极开展煤矸石井下回填技术试点工作。以往煤矸石充填开采技术主要针对减少地面沉降,其开采成本较高。可在此基础上简化设备和工艺流程,不考虑或者少考虑地面沉降,探索和开发低成本煤矸石井下回填技术。
  作者简介:
  许江山(1965-),男,汉族,山西省高平市人,在职大学学历,工程师,长期从事矿山生产技术管理工作。
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