洗矸厂存在的危害因素有哪些?应如何预防?

1、危害因素；生产工艺过程中产生的化学因素：生产性毒物，如铅、苯系物、氯、汞等，职业病危害因素为粉尘、毒物、噪声、全身振动、高温、紫外线、工频电场、电离辐射等。

2、预防；控制尘源，抑尘和防尘措施，改革工艺，减少产尘量如果选煤厂适当提高入选上限，减少煤的破碎数量，或适当调整破碎机的工艺参数。

不能。

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）。煤伴生废石是矿业固体废物的一种，是在掘进、开采和洗煤过程中排出的固体废物。是矿业固体废物的一种，包括洗煤厂的洗矸、煤炭生产中的手选矸、半煤巷和岩巷掘进中排出的煤和岩石以及和煤矸石一起堆放的煤系之外的白矸等的混合物。是碳质、泥质和砂质页岩的混合物，具有低发热值。含碳20%～30%，有些含腐殖酸。中国历年已积存煤矸石约1000Mt，并且每年仍继续排放约100Mt，不仅堆积占地，而且还能自燃污染空气或引起火灾。煤矸石主要被用于生产矸石水泥、混凝土的轻质骨料、耐火砖等建筑材料，此外还可用于回收煤炭，煤与矸石混烧发电，制取结晶氯化铝、水玻璃等化工产品以及提取贵重稀有金属，也可作肥料。

煤矸石的分类

对煤矸石的分类和命名不仅是煤矸石综合利用的基础工作，而且也是一项综合性较强的工作。各地煤矸石成分复杂，物理化学性能各异，不同的煤矸石综合利用的途径对煤矸石的化学成分及物理化学特征要求也不一样。为煤矸石进行科学、合理的分类对推动煤矸石资源化利用具有十分重要的理论和实际意义，主要体现在最大限度地堆煤矸石进行物尽其用、基于利用途径对煤矸石进行归类堆放、为探索高附加值利用煤矸石技术途径和其长远发展提供决策性依据。

关于煤矸石的分类命名，目前国内外至今尚无系统、完整和统一的方案，多是不同研究者根据某些特征提出自己的分类标准。煤矸石的分类及命名方案很多，其中最简单、最常用的是以煤矸石的产地来分类。煤炭生产部门则习惯用颜色来分类命名，如黑矸、灰矸、白矸、红矸等；或根据矸石产出层位来分类命名，如顶板矸、夹石矸等。煤矸石常见的分类依据有按来源分类、按自然存在状态分类、分级分类法以及按利用途径分类法。

1、按来源分类 根据煤矸石的产出方式即来源可以将煤矸石分为洗矸、煤巷矸、岩巷矸、手选矸和剥离矸，有的研究中将自燃矸也作为按来源分类中的一类

（1）洗矸 从原煤洗选过程中排出的尾矿称为洗矸。洗矸的排量集中,粒度较细,热值较高,黏土矿物含量较高,碳、硫和铁的含量一般高于其他各类矸石。

（2）煤巷矸 煤矿在巷道掘进过程中，凡是沿煤层的采、掘工程所排出的煤矸石，统称煤巷矸。煤巷矸主要是由采动煤层的顶板、夹层与底板岩石组成，常有一定的含碳量及热值，有时还含有共伴生矿产。

（3）岩巷矸 在煤矿建设与岩巷掘进过程中，凡是不沿煤层掘进的工程所排放出的煤矸石，统称岩巷矸。岩巷矸所含岩石种类复杂，排出量较为集中，其含碳量较低或者不含碳，所以无热值。

（4）手选矿 混在原煤中产出，在矿井地面或选煤厂由人工拣出的煤矸石称为手选矿。手选矿具有一定的粒度，排量较少，主要来自所采煤层的夹矸，具有一定的热值，与煤层共伴生的矿产业往往一同被拣出。

（5）剥离矸 煤矿在露天开采时，煤系上覆岩层被剥离而排出的岩石，统称为剥离矸。其特点是所含岩石种类复杂，含碳量极低，一般无热值，目前主要是用来回填采空区或填沟造地等，有些剥离矸还含有伴生矿产。

（6）自燃矸 自燃矸也称为过火矸，是指堆积在矸石山上经过自然后的煤矸石。这类矸石（渣）原岩以粉砂岩、泥岩与碳质泥岩居多，自燃后除去了矸石中的部分或全部碳，其烧失量较低，颜色与煤矸石原岩中的化学组成有关，具有一定的火山灰活性和化学活性。

2、按自然存在状态分类 在自然界中，煤矸石以新鲜矸石（风化矸石）和自燃矸石两种形态存在，这两种矸石在内部结构上有很大的区别，因而其胶凝活性差异很大。

（1）新鲜矸石 （风化矸石）是指经过堆放，在自然条件下经风吹、雨淋，使块状结构分解成粉末状的煤矸石。该种煤矸石由于在地表下经过若干年缓慢沉积，其结构的晶型比较稳定，其原子、离子、分子等质点都按一定的规律有序排列，活性也很低或基本上没有活性。

（2）自燃矸石是指经过堆放，在一定条件下自行燃烧后的煤矸石。自燃矸石一般呈陶红色，又称红矸。自燃矸石中碳的含量大大减少，氧化硅和氧化铝的含量较未燃矸石明显增加，与火山渣、浮石、粉煤灰等材料相似，也是一种火山灰质材料。自燃矸石的矿物组成与未燃矸石相比有较大的差别，原有高岭石、水云母等黏土类矿物经过脱水、分解、高温熔融及重结晶而形成新的物相，尤其生成的无定形SiO2和Al2O3，使自燃煤矸石具有一定的火山灰活性。

3、分级分类法 以上方法对煤矸石进行分类只能反映煤矸石某一方面的特性，不利于煤矸石的综合作用。欧洲各主要产煤国、美国、澳大利亚等国对煤矸石的综合利用进行了大量的研究，提出过多种分类方案，其中以前苏联的研究最具代表意义。他们按煤矸石的来源、特点、成分等不同指标分等级列出分类符号，然后根据各种利用途径对煤矸石质量的要求，填入所需的分类符号。根据分类符号所规定的质量要求，可以方便地选择煤矸石的加工工艺和综合利用途径。

20世纪80年代以来，我国科技工作者针对我国的煤矸石情况进行了较为深入的研究，同时借鉴国外的分类方法，提出了各种分类方案，并采用多级分类命名的方法，希望能够充分反映煤矸石的物理化学以及岩石矿物学特征，以期为煤矸石的利用提供方便，其分类方法如下介绍。

（1）重庆煤炭研究所提出煤矸石的三级分类命名法，三级分别为矸类（产出名称）、矸族（实用名称）、矸岩（岩石名称）。该方案首先按煤矸石的产出方式将其分为洗矸、煤巷矸、岩巷矸、手选矸和剥离矸五个类，最后按煤矸石的岩石类型划分矸岩。

（2）中国矿业大学以徐州矿区煤矸石的研究为基础，提出了华东地区煤矸石分类方案。该方案是以煤矸石在建材方面的利用为主要途径的一种分类方案。分类指标为岩石类型、含铝量、含铁量和含钙量，四个指标均分为四个等级，除岩石类型以笔画顺序排等级外，其他三个指标都以含量多少排等级，以阿拉伯数字表示等级次序。然后以岩石类型等级序号为千位数字，依次与其他三个指标的等级序号组成一个四位数，作为煤矸石分类代号。

4、按利用途径分类

分级分类方法虽然能比较全面的反映煤矸石的相关特征，但该方法过于复杂。鉴于煤矸石活性与煤矸石所含黏土矿物种类以及数量相关，便于煤矸石建材资源化利用，有些人层建议按煤矸石黏土矿物组成和数量对煤矸石进行分类，按煤矸石中高岭土、蒙脱土和伊利石含量多少将煤矸石分为高岭土质矸石、蒙脱土质矸石、伊利石质矸石和其他矸石，其他矸石是指所含黏土矿物总量小于10%的煤矸石。根据煤矸石主要利用途径，一是作为原料，二是利用其热值，结合煤矸石的矿物组成和碳含量，可以对煤矸石进行一下分类。

煤矸石中的碳含量决定着煤矸石资源化利用的方向，根据固定碳含量将煤矸石划分为四个等级；1级<4%（少碳的）、2级4%-6%（低碳的）、三级6%-20%（中碳的）和4级>20%（高碳的）。

根据煤矸石中的岩石矿物的组成特征可以将其分为高岭石泥岩（高岭石含量>50%）、伊利石泥岩（伊利石含量>50%）、碳质泥岩、砂质泥岩（或粉砂岩）、砂岩与石灰岩。岩石矿物组成的差异必然导致化学组成存在差别，根据煤矸石中Al2O3含量和Al2O3/SiO2比值可以将煤矸石分为高铝质、黏土岩质和砂岩质矸石三大类。

尽管当前煤矸石的分类方法很多，但尚未形成一个统一的、明确的分类及命名方案。只有对各地区的煤矸石物理、化学以及岩石矿物性质进行系统的研究，建立起比较完备的煤矸石数据库，才能基于煤矸石综合利用来确定煤矸石的分类。从有利于煤矸石综合利用，且分类简单的方面来说，有些人认为根据煤矸石的碳含量和矿物组成进行分类是一种比较适合的分类方法。

一、煤矸石的分类

1煤矸石分类的意义

我国目前煤矸石堆积量达50×108t以上，每年至少增加18×108t。而且煤矸石占用了大量的土地，严重污染环境。因此，世界上许多国家，如美国、德国、波兰、日本、澳大利亚等都很重视煤矸石的资源化利用和对煤矸石的治理。在对煤矸石进行利用或处置之前，掌握煤矸石的组成、特征及分类是基本的前提条件。

对煤矸石进行科学分类的意义具体表现为以下几个方面：①充分合理地利用、处置煤矸石。根据煤矸石的理化特征、化学组成确定其加工利用方向，能最大限度地利用煤矸石中有用成分。②通过煤矸石的科学分类，可初步提出煤矸石的加工利用方向。③对煤矸石进行科学分类，有利于对煤矸石的归类，有利于指导开发煤矸石新的利用途径。通过对煤矸石及煤矸石山进行科学合理的分类，有利于在复垦过程中了解煤矸石表层风化土壤的有关特性，为煤矸石山的综合复垦方向、选择煤矸石山绿化树种及其栽培方式和煤矸石山绿化的后期养护管理等提供依据。④对煤矸石及煤矸石山进行科学分类，有利于了解煤矸石堆积后可能产生的环境效应，特别是煤矸石堆积后是否产生酸性污染、是否自燃，为煤矸石山的环境治理和自燃的防治提供依据和指导。

2煤矸石分类现状

煤矸石的分类是综合利用煤矸石的基础性工作，也是一项综合性较强的工作。由于不同地区的煤矸石成分、物理化学特性各异，煤矸石不同利用方向对其的化学成分及物理化学特性要求不一样，使得国内外至今对煤矸石的分类和命名没有一个完整统一的方案。目前，我国煤炭生产部门经常用颜色来对煤矸石分类命名，如黑矸、灰矸、白矸、红矸等；也有用煤矸石产出层位来分类命名，如顶板矸、夹矸等；也有用岩石类型来分类命名，如粘土岩矸石、砂岩矸石等。这些分类方案由于不能反映煤矸石自身的化学成分和物理化学特征，因此也不能根据这些分类方案制定煤矸石的利用方向。

针对煤矸石分类存在的上述问题，国内外学者对煤矸石分类进行了尝试。煤炭科学研究院重庆分院提出了煤矸石的三级分类命名法。中国矿业学院1986年曾对华东地区煤矸石进行了分类研究。焦作矿业学院葛宝勋、刘大锰同志对平顶山煤矸石进行了二级分类。在国外也有对煤矸石分类的研究报道。前苏联将煤矸石的来源、特征、成分等不同指标分等级列出“分类符号”。然后根据矸石在工业利用方面的质量要求，填入所需要的分类符号。根据这些分类符号，就可以选择矸石的利用方向了。

3煤矸石分类

（1）煤矸石大类的划分

依据我国煤矸石来源情况，以煤矸石产出方式作为划分依据，并采用生产中一些习惯叫法命名，将煤矸石分为煤巷矸、岩巷矸、自燃矸、洗矸、手选矸和剥离矸6大类。

1）煤巷矸。煤巷矸为在煤炭开采过程中沿煤层掘进工程所排出的煤矸石。煤巷矸主要由采动煤层的顶板、夹层与底板岩石组成，一般排量大，且含有一定的含碳量及热值。

2）岩巷矸。岩巷矸为在煤矿建设与岩巷掘进过程中，凡是不沿煤层掘进的工程所排出的煤矸石。岩巷矸岩石种类复杂，排出量较集中，基本不含碳，基本无热值。

3）自燃矸。自燃矸为经过自燃的煤矸石。自燃矸一般呈红褐色、灰**及灰色。岩石种类以粉砂质泥岩及泥岩居多，其烧失量低，且有一定的活性。

4）手选矸。手选矸是混在原煤中产出，在井口或选煤厂拣出的煤矸石。手选矸具有一定的粒度，排量小，热值变化较大。

5）剥离矸。剥离矸为煤矿在开采或基建时，煤系上覆岩层因剥离而排出的矸石。剥离矸的特点是岩石种类复杂，一般无热值，目前多用来填沟造地。

（2）煤矸石亚类的划分

亚类的划分主要依据煤矸石的化学组分、矿物成分及其理化特性来确定。划分的目的是确定煤矸石的利用方式，使煤矸石物尽其用。根据全国的煤矸石资料，采用煤矸石类型、岩石类型、有机碳含量、全硫、Al2O3/SiO2的比值、Fe2O3的含量、灰熔点等项指标作为亚类划分的依据，并使用不同的代号表示，同时将此七项指标用阿拉伯数字表示等级次序，然后根据煤矸石的综合利用方向选择合适的数值列为一个亚类，这样共划分20多个煤矸石亚类（表2-1）。

1）煤矸石的岩石学特性及矿物组成特征。按此标准将煤矸石分为：高岭石泥岩（高岭石含量大于50%）、伊利石泥岩（伊利石含量大于50%）、砂质泥岩（或粉砂岩）、砂岩及灰岩。

2）有机质碳含量。有机质碳含量决定了煤矸石工业利用方向。按照煤矸石中有机质碳量，将煤矸石分为四类：一类碳含量4%，二类为4%～6%，三类为6%～20%，四类为20%。碳含量大于20%时，煤矸石具有较大的能源潜力（＞836 MJ/kg），可以用作燃料；有机碳含量在6%～20%时，其发热量介于334～886MJ/kg，可以作为矿物燃料掺和料。

3）全硫量。全硫量决定了热加工的工艺方式及工业利用范围。煤矸石在综合利用时，有两条界线是需要考虑的。一是硫资源回收的最低界线；另一是煤矸石在利用过程中，多数制品对矸石硫含量的最高允许值。基于这两条界线，可将硫含量分为：①＜05%；②05%～3%；③3%～5%；④＞5%。全硫含量达5%的可从洗矸中回收硫铁矿。

4）铁含量。铁含量也影响煤矸石的热加工工艺方式和工业利用范围。按铁化合物含量分为：①少铁的＞01%；②低铁的01%～10%；③中铁的10%～35%；④次高铁的35%～80%；⑤高铁的8%～18%；⑥特高铁的＞18%。

5）煤矸石无机成分。煤矸石无机成分中铝硅比可以作为矸石亚类划分的主要依据。铝硅比不仅反映了煤矸石无机成分特征，也可决定着一般煤矸石的综合利用方式。

铝硅比大于05。这类煤矸石含铝量高，含硅量相对较低，矿物成分主要为高岭石，有少量伊利石、石英等。此类煤矸石可塑性好，具有膨胀现象，可作为陶瓷、4A分子筛的原料。

铝硅比在05～03之间。这类煤矸石铝、硅含量适中，矿物成分主要为高岭石、伊利石，含有少量的石英、长石、方解石等。此类煤矸石可作为生产聚合铝的原料。

铝硅比＜03。这类煤矸石硅含量比铝含量相对高得多，矿物成分主要是石英、长石、方解石、菱铁矿等，含少量粘土矿物。质点粒径大，可塑性差。

总之，煤矸石的科学分类，为其综合利用与处置提供了方向。

表2-1 煤矸石分类大类

二、煤矸石山分类

1煤矸石山的分类现状及意义

目前在煤矸石山的分类方面的理论和实践研究较少，而且大部分都是局域性煤矸石山分类，例如刘青柏等通过调查阜新地区煤矸石山的植被，根据煤矸石山的排矸年限、堆放高度和土壤风化层厚度对煤矸石山进行了分类，认为煤矸石山随着停止排矸年限增加，风化物养分状况逐渐改善。认为在排矸年限7年之内的煤矸石山上先锋植物处于优势地位；在排矸年限7～15年的煤矸石山上除生长先锋植物外，又出现适于山坡或草地生长的糙隐子草、丛生隐子草等多年生中旱生草本植物；在排矸年限15～25年的煤矸石山上先锋植物逐渐减少，逐渐出现了适合中生立地类型的植被。但是这种分类方式只是针对阜新地区的煤矸石山，根据煤矸石山已有的植被覆盖状况来研究的，对煤矸石山的地理位置、区域条件、山体构成等影响煤矸石山生态重建的因素缺乏综合的考虑。

张军等对阜新矿区煤矸石山的调查与分析，以能全面反映煤矸石山生态环境的三个主要因子——停止排矸年限、表层风化碎屑厚度、植物群落组成及盖度作为其生态分类的依据，将这一半干旱地区的煤矸石山的生态环境分为I度风化、Ⅱ度风化、Ⅲ度风化、Ⅳ度风化四种生态类型，并对各类型的特点进行描述，丰富了煤矸石山的分类理论。

通过对煤矸石山进行科学分类，可以掌握煤矸石山基质的物理化学性质和自然环境条件，为有效控制煤矸石环境污染和植被恢复和生态重建，乃至推动煤矸石资源化利用，都具有十分重要的理论和实际意义。

2分类原则

煤矸石山分类的主要目的是植被恢复和生态重建。因此，在煤矸石山分类中应遵循了以下四个原则。

（1）综合性原则

由于影响煤矸石山生态重建的因素较多，对于煤矸石山的分类要综合考虑影响植物成活和生长的各种因素，使煤矸石山类型的划分能代表煤矸石山的主要特点，并能够在煤矸石山生态重建中指导规划和实践。

（2）可操作性原则

在煤矸石山分类指标选择中，为了能够合理地评价和分类煤矸石山，要选择具有代表性的指标。另外选择的指标要容易获得，以方便确定煤矸石山的类型和在规划中确定煤矸石山生态重建目标，并利于选择合理的工程技术方法。

（3）因地制宜原则

煤矸石山的分类坚持因地制宜的原则，就是要根据各地煤矸石山的实际情况和不同煤矸石山的特点，综合煤矸石山立地条件对植物成活和生长限制因子，结合煤矸石山的地形地貌和景观特色，划分煤矸石山的类型。

（4）景观协调原则

生态重建不仅是恢复煤矸石山的生态环境，还要结合煤矸石山的景观环境、人文环境和矿区的发展等创建煤矸石山的风景。因此，煤矸石山的景观特点和协调性作为与煤矸石山生态重建目标有关的重要因素，在分类中要有所体现。

3煤矸石山分类体系

煤矸石山的分类体系的构建是以煤矸石山的生态重建为最终目标，通过煤矸石山分类体系的建立，能够为制定煤矸石山的生态重建目标、选择合理的工程措施和技术提供理论的支持。我们认为应主要根据煤矸石山的地域分布、堆积和积存过程中的变化、煤矸石山限制植物成活和生长的因素等对煤矸石山进行综合分类。

本书的煤矸石山的分类体系包含四个层次，即：以地域分布为依据的分类、以环境条件为依据的分类、以煤矸石山物理化学性状和地形特点为依据的分类和以煤矸石山生态重建限制因子为依据的分类。

第一层是以地域分布为依据的分类。地域的不同决定了不同区域有着不同的植被区划、自然环境条件、社会经济和人文环境条件。因此煤矸石山分类体系的第一层次是以煤矸石山的地域分布划分，可以划分为干旱地区煤矸石山、半干旱地区煤矸石山、半干旱半湿润地区煤矸石山、湿润地区煤矸石山（图2-1）。

图2-1 煤矸石山地域分布的分类

第二层次是以山体状况为依据的分类。煤矸石山自身的山体状况是煤矸石山生态重建的基础，决定了煤矸石山生态重建和景观创建的目标，并对煤矸石山生态重建技术措施的选择起着主导作用，影响煤矸石山生态重建工程的施工。因此，第二层次是以煤矸石山在堆积积存过程中发生的与植物定居和重建工程有关的变化为依据划分的。第二层包含了煤矸石山的自燃状况、堆积状况、风化层状况、地形状况等（图2-2）。

图2-2 煤矸石山山体状况的分类

第三层是以煤矸石山物理化学性状和地形特点为依据的分类。其中自燃状况包括发生自燃、部分自燃和无自燃；堆积状况包括堆积方式、位置、年限、高度等；风化层状况包括风化层厚度、土壤养分、土壤水分、酸性、重金属污染等；地形特点包括坡度、山体形状、景观状况等（图2-3）。

图2-3 煤矸石山分类体系的第三层次

第四层是以煤矸石山生态重建限制因子为依据的分类。该层的限制因子是在分类体系第三层的基础上，找出影响生态重建的各项重要因子，根据生态重建和景观设计的要求，提出相应的量值分类煤矸石山，以便于在生态重建规划和工程技术选择时作为依据。该层主要包括煤矸石山自燃状况的分类（表2-2）、堆积状况的分类（表2-3）、煤矸石山风化层状况的分类（表2-4）、煤矸石山地形地貌状况的分类（表2-5）。

对煤矸石进行分类后，有助于我们根据不同煤矸石山的特点，因地制宜地治理与复垦煤矸石山。如对于干旱地区的煤矸石山，由于地温高、极易蒸发，需要覆土复垦绿化，其他地区的煤矸石山都具有无覆土复垦绿化的可能。自燃是煤矸石山矿区环境污染和限制植物生长的主要因素，分类中将煤矸石山分为自燃、部分自燃和无自燃煤矸石山，煤矸石山的自燃与煤矸石山生态重建的立地改良和植物选择有关。对于正在自燃的煤矸石山往往需要先考虑灭火再考虑绿化措施；有自燃潜能的煤矸石山是指暂没自燃但有很大的自燃可能，甚至有的区域出现自燃前兆，对这类煤矸石山的绿化需要先采取措施防止自燃，做好防火措施，然后采取绿化措施；不自燃煤矸石山是指基本没有自燃可能的煤矸石山，这种立地条件可以直接复垦绿化。煤矸石山的堆积方式、位置、地形地貌等因素与煤矸石山生态重建的风景景观有密切的联系，可为煤矸石山的生态重建规划目标和风景景观规划设计提供依据。煤矸石山风化层的厚度、土壤养分、酸度等理化性质直接决定这煤矸石山的立地改良措施和植被恢复时植物种类的选择。煤矸石山坡度的大小是考虑植物生长、水土流失、地形整理工程等因素确定的。

表2-2 煤矸石山自燃分类

表2-3 煤矸石山堆积状况类型

续表

表2-4 煤矸石山风化层类型

表2-5 煤矸石山地形类型

总之，不同地区、不同的自燃情况、不同的风化程度和不同的地形条件，对煤矸石山治理与生态重建的技术要求是不同的，在进行煤矸石山治理与生态重建可行性分析和规划设计时，必须首先确定煤矸石山的类型。

4煤矸石山实用分类体系

根据煤矸石山治理多年的实践，发现煤矸石的酸碱性对煤矸石山的治理起着举足轻重的作用。因此，我们将煤矸石山分为酸性和非酸性两类。酸性煤矸石山不仅污染严重，而且容易氧化产酸，极易引发自燃，是最难治理的一种，往往需要用覆盖、碱性处理、防灭火等特殊的措施进行治理；对非酸性煤矸石山，由于不容易自燃和产酸污染，治理的方法相对容易，甚至可以进行无覆盖土壤的植被恢复。

煤矸石可以废物回收再利用。煤矸石是选煤过程中产生的一种尾矿，如果把煤矸石当作废弃物直接处理掉，一方面会污染环境，因为煤矸石中的硫元素逸出后会污染大气，或者是对土地造成一定影响，这样就对环境影响很大；另一方面，煤矸石还会引起自燃，造成意外事故。但是通过煤矸石的选矿处理，我们可以对煤矸石进行废物再利用。一般地，选矿过程包括破碎、磨矿、分选、细碎和分级。煤矸石通过破碎，磨细后能够分选出来有用的成分。比如粉碎后的煤矸石能够分选出来被利用的煤炭成分和黄铁矿，选出来的煤炭可以用作锅炉的燃料，黄铁矿可以用作化工原料等。另外煤矸石还能被用来发电和用作建筑材料等，可以说用途也比较多。

烧制水泥熟料的原料有：钙质原料（如石灰石）、硅质原料（如砂岩、硅石）、铝质原料（如粉煤灰、铝矾土）及铁质原料（如铁矿石、硫酸渣、铜渣）。

制水泥的原料还有：熟料、石膏、混合材（如矿渣、粉煤灰、炉渣、脱硫石膏、工业废渣等等）。

水泥：粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。

水泥按其主要水硬性物质名称分为：

（1）硅酸盐水泥，即国外通称的波特兰水泥；

（2）铝酸盐水泥；

（3）硫铝酸盐水泥；

（4）铁铝酸盐水泥；

（5）氟铝酸盐水泥；

（6）磷酸盐水泥

（7） 以火山灰或潜在水硬性材料及其他活性材料为主要组分的水泥。

参考资料：

煤矸石露天堆放，一方面压占大量的土地，另外暴露在空气中极易发生一些物理化学反应，发生自燃、扬尘等现象，对矿区及其周边地区的大气、水体等造成严重污染；另一方面煤矸石山在外力的作用下还可能发生坍塌、泥石流等地质危害，产生生态破坏、景观破坏，引发社会问题，最终危害矿区的生态安全和人类健康（图1-1）。

图1-1 煤矸石山可能引起的生态环境危害

一、煤矸石山的物理危害

1占压土地

煤矸石是我国目前工业排出的固体废弃物中数量最大的一种。据统计，我国国有重点煤矿现有煤矸石山1700多座，堆积量达50×108t以上，占地面积超过20000hm2，而且随着煤炭的开采，煤矸石以每年约5×108t的数量增加，约占土地面积300～400hm2，造成了大量土地资源的浪费，使农民失去土地，也破坏了原有的土地结构和景观结构。在我国人多地少的基本国情下，矸石山占用大量的土地资源，加剧了人地矛盾，对社会和经济发展造成的影响已不容忽视，必须加快对煤矸石的综合利用，或进行绿化复垦，进而减少和消除矸石堆放所占用的宝贵的土地资源（图1-2）。

图1-2 煤矸石的堆积压占了大量的土地

2扬尘对大气环境的污染

煤矸石在空气中很容易发生风化，遇风会产生扬尘现象。由煤矸石引起的细小粉尘颗粒物质进入人体肺部，导致如呼吸道、肺部的疾病，甚至导致癌症；大粉尘颗粒进入眼、鼻、嘴等器官，容易引起感染，特别是风化粉尘中常常含有对人体有害的重金属元素和有机元素，危害人体健康。另外，颗粒悬浮于大气中容易造成气候异常。

3煤矸石山引发的地质灾害

自然堆放的煤矸石由于堆放方式、自燃、风化等原因，使得煤矸石山很不稳定，从而极易引发地质灾害。

（1）煤矸石山崩塌和滑坡。煤矸石山多为自然堆积而成，具有坡度大、内部结构疏松的特点，而且受矸石自燃等的影响，煤矸石山非常容易发生崩塌、滑坡。如1994年，山东枣庄煤矿北煤井一矸石堆发生坍塌，导致17人死亡，7人受伤。

（2）煤矸石泥石流。山区煤矿大多数直接将煤矸石倾倒于沟谷中，这些结构疏松的煤矸石成为泥石流的物质源，一旦山谷中由于降雨等形成较强的径流条件，即可形成泥石流灾害。如2004年5月，重庆市万盛区的煤矸石山发生泥石流，造成了严重的人员伤亡，有5人遇难，16人失踪，14间房屋被埋。2009年6月，重庆合川双凤煤矸石山引发泥石流，将两村民埋没死亡。

（3）煤矸石山爆炸。选煤厂煤矸石和其他具有一定热值、硫含量较高的煤矸石堆积而成的煤矸石山，一般发热量可达到3350～6280J。此类煤矸石山由于内部发热，并随着温度的蓄积，温度最高可达800～1200℃，形成一个高温高压的内部环境。风化后的煤矸石山表面覆盖了一层较细的风化颗粒，内部热量和瓦斯气体散发不出来，当煤矸石山内瓦斯气体的浓度达到一定程度，极易产生爆炸，并引起崩塌、滑坡等地质灾害，对附近居民的安全造成严重威胁。

自燃煤矸石山爆炸时释放出大量的热能，瞬时温度可达2300～2500℃。爆炸抛出的高温矸石可引起周围建筑火灾，烧毁周边的树木、工厂设备，烧伤人员，也是引发连续爆炸的主要热源。图1-3所示是某座矸石山发生爆炸产生的高温热浪将20多米远的树木叶子烧焦，可见爆炸产生热量之高，危害之大。

图1-3 矸石山爆炸产生高温热浪对环境的破坏

图1-4 矸石山爆炸产生粉尘对环境的破坏

自燃矸石山爆炸不仅产生高温，而且爆炸压力也很高。高压可以促使爆源附近的气体以极大的速度向外冲击，其传播速度可达2340m/s，对矿井地面建筑和器材设施造成破坏，同时，冲击波可扬起大量矸石粉尘，并使之参与爆炸，造成局部粉尘的连续小爆炸，形成更大的破坏力。冲击波可以在它的作用区域内产生震荡作用，使物体因震荡而松散，甚至破坏。据研究，当冲击波大面积作用于建筑物时，波阵面超压在20～30kPa内，就足以使大部分砖木结构建筑物受到强烈破坏（图1-4、图1-5）；超压在100kPa以上时，除坚固的钢筋混凝土建筑外，其余部分将全部破坏。

图1-5 平煤四矿“2005年5月15日”煤矸石爆炸事件灾后房屋

2005年5月，河南平煤集团煤矸石山发生自燃崩塌，造成周边房屋严重破坏和人员伤亡；另外在抢险过程中，煤矸石山又发生3次喷发，造成8人遇难，122人灼伤。焦作矿区1988年的一次矸石山爆炸，造成6名儿童死亡。矸石山爆炸已经是我国煤矿常见的地质灾害，给矿区人民的生产生活造成了极大的伤害和财产损失。2001年5月13日，阳泉一矿正在使用的排矸场上，发生一起煤矸石山爆炸事故，造成一人死亡。据不完全统计，我国每年发生的矸石山地质灾害几十起。由此可见，我国煤矸石山安全现状不容乐观。

4煤矸石山的水土流失

自然堆放的煤矸石山一般坡度较大，有些煤矸石山的安息角高达40°以上。由于煤矸石的粒径较大，堆放初期，表面的煤矸石风化程度低，煤矸石山入渗能力较强。随着表面煤矸石风化程度的提高，入渗能力逐渐降低，使得煤矸石山表面径流加大，造成土壤的冲刷。近年来煤矸石堆放一般需要经过压实，经过机械碾压的煤矸石山表面由于形成致密的“不渗层”，在暴雨天气下其上覆盖的表土极易造成严重的水土流失（图1-6）。

图1-6 阳泉煤矸石山的水土流失现象

二、煤矸石山的化学危害

1自燃的危害

由于煤矸石山中含有一定量的残煤、碳质泥岩、废木材等可燃物和易氧化释放热量的硫铁矿和硫等化学物质，野外露天堆放的煤矸石极易发生自燃。首先是煤矸石里的黄铁矿（FeS2）氧化产热，当温度达到可燃物的燃点时，引起残煤、炭质等可燃物质的自燃，进而导致起煤矸石山自燃。自燃后的煤矸石山内部温度可达800～1200℃，并释放出大量CO、CO2、SO2、H2S、氮氧化合物、苯芘等有害气体（表1-5）。

在供氧不足时，主要产生的气体为：

自燃煤矸石山治理与生态重建技术

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当供氧充足时，碳质物和黄铁矿的氧化反应更激烈：

自燃煤矸石山治理与生态重建技术

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在高温作用下：

自燃煤矸石山治理与生态重建技术

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表1-5 中国部分自燃煤矸石山污染监测结果 单位：mg/m3

据统计，全国国有重点煤矿所属的1700多座煤矸石山中，约1/3的矸石山正在发生燃烧。其中，山西阳泉煤业集团累计矸石量达1×108t，现有大小煤矸石山20多座，而且大部分都在自燃。煤矸石在自燃过程中放出大量的SO2、H2S、CO、CO2和NOx等有害气体并伴有大量烟尘。常年自燃的矸石山，每平方米燃烧面积每天将向大气排放出CO 108g、SO2 65g、H2S和NOx 2g。大量的SO2、H2S、CO、CO2和NOx等有害气体的释放，不仅对矿区环境造成破坏，而且对周围居民的急、慢性疾病的发生率均有显著影响。煤矸石自燃时大量SO2、NOx进入大气，还是造成酸雨的源头之一。另外，煤矸石在露天堆放时，矸石表面会风化成粉尘，在风力作用下，整个矿区飞沙走石，遮天盖日，全都笼罩在黑色煤尘包围之中，对周围大气环境造成严重不良影响。

我国矸石山自燃以黄河中上游一带较为严重，如宁夏的大部分煤矿矸石山，内蒙古的乌达矿矸石山，陕西的铜川矿区矸石山，山西太原西山煤田的东西矿区矸石山、阳泉煤业集团煤矸石山，河南的焦作、平顶山等矿区矸石山均发生大面积自燃，不仅污染大气，还影响人体健康。例如，阳煤集团现在堆积有20多座矸石山，年排矸量约700×104t。由于大量洗矸和部分洗矸中的煤源源不断地堆上了各矿的煤矸石山，一至四矿4座特大型煤矸石山先后发生了大面积自燃，煤矸石山自燃严重污染了排矸作业环境，影响排矸工人身体健康。在排矸现场的工人，经常发生SO2和CO中毒症状，被送往医院抢救。经阳煤集团环境监测站采样监测，SO2平均浓度为19mg/m3，CO为1259mg/m3，在排矸场局部地区SO2最高浓度达138mg/m3，CO最高浓度达237mg/m3，分别超过国家大气环境质量三级标准196倍和109倍，对排矸场周围的农作物和居民都造成了严重污染，使村、矿矛盾尖锐化。例如：铜川矿务局6个自燃矸石山周围均为癌症高发区，在矸石山附近工作过5年的职工，都患有肺气肿。我国乌达跃进选煤厂矸石山燃烧区附近检测结果：SO2平均浓度为1069mg/m3，超过国家标准70多倍，而H2S平均浓度为157mg/m3，超过国家标准150多倍。

煤矸石山自燃产生大量CO、SO2等有毒有害气体。一座煤矸石山自燃可长达十余年至几十年，由于长期释放大量有毒有害气体造成了严重的大气污染，使得自燃煤矸石山周围地区呼吸道等发病率明显高于其他地区（图1-7、图1-8）。煤矸石山自燃释放出的SO2等气体对绿色植物的叶片细胞产生危害作用，导致叶绿素枯死。SO2浓度严重超标，还会导致一些敏感植物死亡。SO2对绿色植物的污染受害浓度见表1-6。

图1-7 煤矸石山的自燃产生大量有毒有害气体

图1-8 阳泉煤矸石山的自燃

表1-6 SO2对绿色植物的污染受害浓度

续表

2酸性水污染和有毒重金属污染

矸石风化物无粘结性，矿物颗粒可随降水而移动，风化物中有毒元素等某些成分可随降水渗入土壤、进入潜流和水系等。据研究表明，矸石中氯离子、碳酸氢根、镁离子、钙离子、钾离子、钠离子组成和含量与内陆盐渍土的盐分组成和含量相似，影响矸石山上的植物生长。严重的是，矸石中含有多环芳烃等多种微量重金属元素，这些有毒重金属元素通过雨水淋溶渗入土壤或进入水域，对水环境和土壤环境造成污染，其污染程度则取决于这些元素的含量、煤矸石pH和淋溶量的大小。这些重金属元素被农作物吸收，同时通过食物链进入人体，危害人体健康。煤矸石中淋溶析出的金属元素有Cd、Pb、Hg、Cr、As、Cu、Zn、Al、Ca等，它们的排放与转移会对接纳水体造成污染（图1-9）。Cd、Pb、Hg、Cr、As等重金属离子的毒性非常大，能在环境中蓄积于动植物体内，对人体健康产生长期的不良影响，会引起急、慢性中毒，造成人体肝、肾、肺等组织的伤害，严重时甚至能够导致畸形、癌变和死亡。

图1-9 煤矸石山淋溶产生的酸性矿山废水严重污染周围的土壤和水体

我国许多地区煤矸石含硫量较高，如山西阳泉煤矸石含硫量577%，四川南桐煤矿矸石含硫量1893%，贵州大枝煤矿8%～1608%，煤矸石中的黄铁矿经过氧化、淋溶作用，形成富含硫酸根、铁、重金属等有毒元素的酸性水；煤矸石山自燃产生的SO2、CO2等与水分子结合，也易使煤矸石山土壤酸化，有的煤矸石山土壤pH可达到3。如2006年甘肃雷坛河遭煤矸石侵袭，致使两万人饮用水源受威胁。河道的一大半已经被一座上面宽约2m、下面宽约10m、高约5m、绵延约200m的煤矸石山占据，底部的煤矸石全部浸泡在河水中，严重污染了河水，使饮用水水源遭到污染。

3煤矸石对环境的放射性污染

在长期的堆积过程中，煤矸石中放射性元素大量析出，使空气中的放射性元素浓度增大，超过其本底值造成辐射污染。煤矸石中天然放射性元素主要为铀-238、钍-232、镭-226、钾-40。据山西省阳泉等矿区监测，矸石中的天然放射性核心元素均高于原煤和土壤中的相应数值。

依据我国《放射防护规定》、《建筑材料放射卫生防护标准》和《建筑材料用工业废渣放射性物质限制标准》中的有关规定，结合全国部分地区土壤放射性核元素含量，可以认为煤矸石不属于放射性废物，而属于一般工业固体废物。煤矸石即使100%用于建材制品，亦满足有关放射性限制标准和卫生防护限制规定。

三、煤矸石山对矿区景观的破坏

煤矸石山的堆放直接改变了原有土地的结构和功能，毁坏了原有的植物生态系统，使原有土地变成了寸草不生的“石质荒漠”；另外煤矸石多为灰黑色，且大部分煤矸石山山体高大，有的甚至高达100多米，巨大的光秃秃的黑色煤矸石山成了煤矿区最主要的标志物，与矿区周围山体、植被、农田等自然景观极不协调；自燃煤矸石山还冒着白色的烟雾，严重破坏了矿区的自然景观（图1-10）。

图1-10 煤矸石对矿区景观的破坏

煤矸石山的风蚀扬尘、尘埃等颗粒物覆盖在建筑、植物、道路等之上，使其失去原来色调；煤矸石扬尘降低了空气的清洁度和光照度；煤矸石山流水和经雨水冲刷带下的煤矸石风化物，破坏水体景观。煤矸石堆放产生的粉尘、自燃产生的有毒有害气体等对植物生长存在很大的影响，如植物叶色变黄、生长速度降低、草地植被种类减少等，对矿区的生态系统和植被景观产生了严重破坏（图1-11）。

图1-11 煤矸石山对矿区景观的破坏