成庄矿矸石山处置项目方案

1成庄矿煤矸石处置方法及复垦技术研究项目方案山西先导科技开发有限公司二〇一〇年四月2目录一、项目目标.................................................4二、技术指标.................................................4三、工程量...................................................5四、研究内容.................................................5五、具体工作.................................................6六、进度安排................................................30七、人员安排................................................30八、承担单位与合作方的具体责任和分工：.......................313成庄矿煤矸石处置方法及复垦技术研究项目方案煤矸石是煤矿开采和洗煤排放的固体废弃物,是煤矿生产的必然产物。目前,煤矿的排矸量约占煤炭开采量的8%～20%,平均约为12%；已成为矿区堆积量和占用场地最多的工业废弃物主要的污染源之一。由于矸石大量堆积形成的矸石山,不仅直接占压土地,引发严重的土壤污染,破坏植被的生长,水土流失和地质灾害，而且由于矸石中通常含有残煤、碳质泥岩、硫铁矿、碎木材等可燃物质,在长期露天堆积后,往往会产生自燃现象,并排放出大量的CO、CO2、SO2、H2S、NO等有害气体,造成大气、地表水、地下水的严重污染,矸石山下风向的村庄、城镇及矸石沟下游的农田、河流、水库等生态敏感点造成不良环境影响。再是矸石山为自然堆积而成,内部结构疏松,受矸石中炭的自燃、有机质灰化及硫分解挥发等作用的影响,使得矸石山非常易发生自燃、崩塌、滑坡，可能形成泥石流等灾害。据统计，我国每年煤矸石的排放量高达1.5×108t，占地4.8×105m2，现已形成大小数千座矸石山，累计堆存量达5.0×109t，占地近2.0×108m2，现全国大约1/3的矸石山正在发生燃烧。因此,对矿区煤矸石自燃防治及复垦技术的研究，改善煤矸石山的环境条件,加快植被恢复,最大限度地减少煤矸石山对周围环境的污染已成为煤矿环保工作和煤炭清洁生产的一项重要任务，对煤炭工业可持续发展乃至整个国民经济的健康发展具有十分重要的现实意义。山西晋城蓝焰煤业股份公司成庄煤矿,1989年建矿,年产原煤800万t,配套有800万t/年的洗煤厂,每年排放3#煤矸石100万t，排矸量约占煤炭开采量的8%，累计存矸约800万t。目前,成庄煤4矿现有3个排矸场,其中1#工业区排矸场已于2007年封场,复垦还田209亩；2#排矸场于2008年底即封场,进行复垦还田；3#排矸场选址确定,2009年开始存放矸石。1#排矸场虽已填沟造田，且农作物长势较好，但由于没有科学的进行立地环境分析及植被演替规律的探讨，缺乏合理的矸石山填埋复垦技术，致使1#排矸场仍就存在矸石自燃、矸石溃坝的潜在因素，不可避免地出现农作物生长多年后由于水土流失造成的生态效应减小以及土壤生产力下降的现象。因此，有必要进行山西晋城蓝焰煤业股份公司成庄矿1#工业区煤矸石自燃及填埋复垦项目的研究，建立一套完整的理论与技术标准，为成庄矿申报国家环境友好企业及矿区环境保护提供科学依据；同时也为后续排矸场在科学、合理的治理复垦基础上，创造更高的生产力和经济价值,实现矸石山稳定的自维持的植被生态系统的最终有效利用。一、项目目标本项研究以山西晋城蓝焰煤业股份公司成庄煤矿排矸场为研究对象，应用定性和定量方法对煤矸石、覆土层成份及地表植物成份进行测试分析，深入系统地研究煤矸石的自燃防治、复垦还田、植被恢复、景观治理等11项研究内容，给出成庄矿矸石山堆放、复垦综合治理的技术规范及标准，为晋煤集团及国内外矸石山综合治理提供经验。二、技术指标1．给出矸石元素成份、工业性分析及覆土元素分析指标；2．给出边坡稳定参数，合理确定坡度、坝高；53．给出覆土种植技术中覆土厚度；4．给出矸石场合理的排水系统参数，确定地表径流排水渠和渗透水排水暗涵的规格、尺寸。三、工程量1.矸石堆场址及其周边的地形测量。2.钻探工程：（1）深孔3～5个，用于采集矸石山基底土样；（2）浅孔110～120个，用于采集矸石堆内部温度、气体信息以及测量不同矸石堆不同部位覆土厚度。3.对于麦田黄化局部区域进行重锤夯实或碾压。4．矸石示范工程包括矸石沟削坡、平底、建设防渗层、建设排洪暗涵、构筑拦渣坝以及矸石覆土、植被恢复等。四、研究内容1.采集新鲜煤矸石、已堆放煤矸石，进行元素分析及工业性分析。2.矸石覆土层样品采集、成份测试、数据分析及计算。3.对照取土场样品成份测试、数据分析及计算。4.堆积矸石基底层土样采集、成份测试、数据分析及计算。5.覆土层植物（含农作物）样品采集、重金属成分测试、数据分析及计算。6.对照取土场植物（含农作物）样品采集、重金属成分测试、数据分析及计算。7.进行不同覆土厚度栽培植物对比试验。68.测定1#矸石场地表最大径流量和渗透系数及其渗透量。9.利用钻孔法测试工业区矸石场内部温度及其变化规律、采集气体样品分析其组份，得出地面植物黄化的原因，并提出治理的技术措施。10.研究煤矸石堆积状态、堆积厚度及漏风对煤矸石自燃的影响，给出成庄矿煤矸石山自燃的预防和治理技术措施。11．给出成庄矿矸石山堆放、复垦综合治理的技术规范及标准。通过上述内容的研究，为成庄煤矿提出一套科技含量高、安全可靠性好、景观效应好、农作物生长旺盛、经济收益好的矸石山治理与复垦技术。五、具体工作项目实施主要通过现场调查、确定技术路线、采集各种样品、实验室测试、数据计算分析、现场实施等完成。（一）新鲜煤矸石、已堆放煤矸石元素分析及工业性分析煤矸石自燃发是一种物理、化学作用自动加速过程，随着放热和散热这对矛盾运动的发展，其实质是破碎煤矸石体以及煤体表面力场失去平衡，与空气中的氧发生物理吸附、化学吸附和化学反应，从而放出热量，在一定的蓄热条件下，当产生的热量大于散失的热量时，就使得矸石山温度不断升高，最终导致自燃的发生。通过较为全面、科学和系统地研究了代表性的矸石山煤矸石样的元素分析、工业性分析，给出煤矸石自燃的内因及主要影响因素。1.煤矸石采样和制备根据调研情况决定到矸石山现场根据分析需要按国家取样标准（GB475—96）进行各类别、各层次取样，所取样品装入特制的专用7采样罐中。装样时不能破坏样品的粒度，并且运输过程中不要使样品破损。样品到实验室迅速对所取将要分析的煤矸石样进行缩分，并且按照需要进行的实验对煤矸石样品进行制备。制备好的样品用高于大气压0.02MPa的压力下进行氮气清洗三次，清洗好的样品迅速装入样品瓶，然后进行腊封、编号、待实验用。表1实验用煤矸石样明细表成庄矿煤矸石新鲜煤矸石块样Ⅰ-1-1；新鲜煤矸石粉样Ⅰ-1-2。正在燃烧的煤矸石表层样Ⅰ-2-1；正在燃烧的煤矸石0.5m样Ⅰ-2-2；正在燃烧的煤矸石1.5m样Ⅰ-2-3已经燃烧的煤矸石表层样Ⅰ-3-1已经燃烧的煤矸石0.5m样Ⅰ-3-2；已经燃烧的煤矸石1.5m样Ⅰ-3-2；2.各类煤矸石样的x射线莹光光谱元素分析将各类需要进行实验的煤矸石样用落捶将大块矸石破碎成小颗粒，用缩分法进行缩分，将缩分后的样用小型磨碎机磨细并过120目筛。最后将筛下的煤矸石于50MPa压应力下制成面积1cm片以备分析用。仪器：X－射线荧光光谱仪，X－射线荧光光谱仪测定各试样的荧光－X射线，通过荧光－X射线的波长定性分析样品的元素组成。8图1X－射线荧光光谱仪其测量结果见表2所示。表2煤矸石块样元素FeSSiKTiCaMnZnCuNiCrGaScI-1-1I-1-2I-2-1I-2-2I-2-3I-3-1I-3-2I-3-33.煤矸石水分的测定（1）试剂氮气，纯度99.9%，含氧量小于100ug.g-1。（2）仪器设备小空间干燥箱：箱体严密，具有较小的自由空间，有气体进、出口，并带有自动控温装置，能够保持温度在105~110℃范围内。流量计：量程为100~1000ml.min-1；分析天平：感量0.0001的分析天平。（3）测定步骤用预先干燥好并称量过的称量瓶称取过200目筛的各类煤矸石9样10g±0.1g，精确到0.0002g，平摊在称量瓶中，打开称量瓶，放入预先通入干燥氮气并已经加热到105～110℃的干燥箱中。干燥3h，冷却到室温后称重。然后再放入干燥箱干燥1h称重这样反复到质量恒定，然后根据煤矸石的质量损失计算出水分的百分含量。（4）结果计算氮气干燥法煤矸石水分计算：Mad=m1/m×100式中：Mad—氮气干燥煤矸石样的水分含量，%；m1—煤矸石干燥后失去的重量，g；m—煤矸石的质量，g。（5）测定结果表3各类煤矸石混合样水分含量新鲜煤矸石样水分含量/%4.煤矸石挥发分的测定（1）仪器设备马弗炉：带有高温计和调温装置，温度能够保持在900±10℃，并且有足够的恒温区，炉内有排气小孔和热电偶；图2马弗炉10分析天平：感量0.0001的分析天平；秒表。(2）试剂氮气，纯度99.9%，含氧量小于100ug.g-1。分析天平：感量0.0001的分析天平。（3）测定步骤用预先在900℃温度下灼烧至质量恒定的带盖瓷坩埚，称取粒度小于0.2mm的氮气干燥煤矸石样10±0.1g，精确到0.0002g，然后将煤矸石样轻轻放入瓷坩埚中，并斜盖上盖，迅速将坩埚放入预先加热到900℃的马弗炉中，开始炉温会有所下降，但是必须在3min内使炉温升到900℃，准确加热7min。（4）结果计算煤矸石挥发分的计算：Vad=m1/m×100-Mad5．煤矸石中各种形态硫的定量分析5.1硫酸盐硫的测定（1）分析原理用稀盐酸煮沸待测煤矸石样，浸出煤矸石中所含的硫酸盐，使其成为硫酸钡沉淀，根据硫酸钡的重量，计算出煤矸石中硫酸盐中硫的含量。（2）仪器分析天平，精度为0.0002g。箱形电炉，带有热电偶可升温到900℃的可调电炉。11（3）试剂所用试剂除特别规定外均为分析纯，所用的水均为蒸馏水。HCl3%，HCl5N，NH3H2O1:1，BaCl210%的水溶液，30%的H2O2，KSCN2%的水溶液，AgNO31%的水溶液置于深色瓶中并加入数滴硝酸，95%CH3CH2O甲基橙0.2%的水溶液。（4）测定步骤A．准确称取粒度小于0.2mm分析煤矸石样1g（准确到0.0002g），放入250ml锥形瓶中，加入0.5～1ml乙醇润湿样品，然后加入5N盐酸50ml，在瓶口上放一个小漏斗，摇荡均匀，加热微沸30min。B．稍冷后，先用倾洗法用致密的漫速定性纸过滤，用热水冲洗样品数次然后将煤矸石样全部转移到滤纸上，并用热水洗到无铁离子为止（加数滴过氧化氢和硫氰酸钾溶液检验）。（如液体呈黄色，须加入约0.1gZn粉微热，使黄色消失后再过滤，用水洗到滤液无铁离子为止）。过滤完毕，将煤矸石样与滤纸一起叠好后，放入原锥形瓶中，供测定硫化铁中硫备用。C．向滤液中加入2～3滴甲基橙指示剂，用1:1氨水中和至微酸性（溶液变成黄色），再加5N盐酸调至溶液呈酸性（溶液变成红色），再过量加入2ml，使溶液体积在200ml左右，加热到沸腾，在不断搅拌下滴加10%氯化钡溶液10ml，放在电热板上或沙盘上微沸2h，最后保持溶液体积在200ml左右。D．用慢性的定量滤纸过滤，并用热水洗到无氯离子为止（用硝酸银溶液检验）。12E．将沉淀物连同滤纸移入已知重量的瓷坩锅中，先在低温下灰化滤纸，然后在温度800～850℃箱形电炉中灼烧40min，取出坩埚在空气中稍稍冷却后，再放入干燥器冷却到室温称重。F．对每一批试剂，应按A）～D）步骤不加煤矸石样进行空白测定。（5）计算测定结果按下式计算：S=（G1-G2）×0.1374×100/G式中S—分析煤矸石样中硫酸盐硫含量，%；G1—测定煤矸石样的