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煤炭开发过程中矿产资源二次利用潜力巨大  梁继刚 （中国煤田地质总局，北京，100039） 煤炭是我国的最主要能源，它在社会经济发展中发挥着极其重要的作用。煤炭的开发和利用，既对社会经济起着巨大的推动作用，同时也对环境产生了重大影响。煤矸石和煤层气就是煤炭开发过程中产生的主要废弃物，长期以来被煤炭工业视为有害物质和灾害性气体。党的十一届三中全会以后，随着经济体制改革的不断深化和我国工农业的健康快速发展，在能源日趋紧缺的情况下，人们逐步意识到这些废弃物尚有可供利用的一面。特别是近二十多年来，煤炭部门在煤矸石和煤层气的开发利用方面做了不少探索和生产试验，取得了一批成果。实践证明，只要转变观念，加强科学研究，因地制宜注意开发，煤炭生产过程中的矿产资源二次利用不仅是完全可行的，而且潜力巨大；不仅可以化害为利、变废为宝，而且可以节约能源，并获得重大的社会和经济效益。 一、煤矸石的综合利用 （一）煤矸石对环境的危害 煤矸石主要是由炭质泥岩、泥岩、粉砂岩、砂岩等岩石组成的混合物。其矿物组成主要有高岭石、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。尽管煤矸石的成分复杂，但绝大多数煤矸石除含少量炭质外，主要以硅、铝为主，其次是硫、铁、钙、镁、钠、磷、钛等元素。 按煤矸石的来源可分为掘进矸石和选煤矸石两大类。煤层结构和厚度的变化、采煤方法和选煤工艺不同，对煤矸石的排放量有直接影响，一般占煤产量的10～ 20%[1]。由于煤矸石来源不同和产出地区的差异，其成分和性质变化很大。例如，煤矸石的灰分一般在70～85%，最高可达90%以上；固定碳含量一般在5～25%； 发热量一般在3.3～6.3MJ/ kg。煤矸石的硫含量与原煤硫含量密不可分，例如，开采华北地区太原组煤层和西南地区龙潭组煤层排出的矸石，含硫量就较高，个别可达8～16%。 煤矸石废弃、堆积对环境的危害很大：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，对矿区安全构成严重威胁。 我国不仅是世界产煤大国，也是煤炭消费大国。目前全国历年累计堆放的煤矸石约43 亿吨，规模较大的煤矸山有1600 多座，占用土地约1.5 万公顷[2]。2004 年煤炭产量达到19.56 亿吨，按煤产量10%的低排矸量计算，当年排放煤矸石就达 1.96 亿吨。今后煤炭产量还将逐年增长，排矸量也在逐年增加，加上以往积存的煤矸石，其数量相当巨大。因此，这已是一个刻不容缓、亟待研究解决的重要社会问题。 （二）煤矸石的利用途经 如何将煤矸石变废为宝？国内外已经开发出许多利用途径。基本原则是在查明煤矸石性质的基础上，区别对待，使其物尽其用，并将各种利用途径结合起来，形成一定的开发规模和综合利用系统，从而获得最佳的经济效益。根据我国的实际情况，其用途大致有五个方面: 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．煤矿地面塌陷区充填、复垦造田和铺路。 3．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。 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。 （三）综合利用煤矸石的初步效果 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KW·h[3]，煤矸石砖厂129 座，年生产能力30 亿块（折标砖）； 煤矸石和粉煤灰水泥厂163 座，年生产能力1250 万吨。截止到2002 年，全国煤矿综合利用煤矸石约4200 万吨。其中，煤矸石发电2800 万吨，煤矸石水泥300 万吨，煤矸石制砖1000 万吨，其他耗用100 万吨。另外，用于井下充填、复垦造田、筑路等处理煤矸石5600 万吨。总计利用和无害化处理煤矸石约9800 万吨，占当年煤矸石排放量的50%[2]。 我国综合利用煤矸石的历史不长，基础较差。总的社会和经济效益还不够理想。但是，从一些实践单位取得的初步效果来看，前景非常广阔。 1．煤矸石发电取得明显成效 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。先后安装了三台我国自己研制的130 吨/时流化床锅炉和两台2.5 万KW 汽轮发电机组，每年燃烧煤矸石约60 万吨，发电2.2 亿度[4]。 重庆永荣矿务局是全国首家利用煤矸石沸腾炉发电的单位，核定装机容量2 万KW。从1978—1994 年已发电12 亿KW·h，耗用煤矸石等低热值燃料200 万吨以上，生产灰渣砖4