太陽(yáng)石科普
煤矸石是煤炭開(kāi)采過(guò)程中不可避免產(chǎn)生的一種固體廢棄物,可以理解為“挖煤時(shí)順帶出來(lái)的但本身不全是煤的巖石”。在煤層形成的過(guò)程中,煤并不是單獨(dú)存在的,而是與砂巖、泥巖、頁(yè)巖等巖層相互交錯(cuò)。采掘煤炭時(shí),必須先剝離煤層上下的圍巖,或清除夾在煤層中的雜質(zhì),這些被一同挖出的巖石就是煤矸石。因此,只要存在煤炭開(kāi)采,煤矸石的產(chǎn)生就無(wú)法避免。
文章來(lái)源:《智能礦山》2026年第3期“太陽(yáng)石科普”欄目
第一作者:姜可,碩士研究生,主要從事語(yǔ)言知識(shí)驅(qū)動(dòng)的人工智能、數(shù)字人文與語(yǔ)言智能研究。E-mail:12223222@cumt.edu.cn
作者單位:中國(guó)礦業(yè)大學(xué);山西潞安金源煤層氣開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司;濮陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院;昆明學(xué)院;江蘇省能源研究會(huì)
引用格式:姜可,賀閃閃,王瑩,等. 煤矸石固廢的前世新生 (一)——煤矸石的產(chǎn)生 [J]. 智能礦山,2026,7(2):33-36.
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隨著時(shí)間的推移,堆積的植物殘?bào)w被不斷覆蓋的沉積物壓埋,逐漸承受越來(lái)越大的地質(zhì)壓力。在壓實(shí)的過(guò)程中,植物殘?bào)w中的水分和部分揮發(fā)性物質(zhì)被擠出,組織結(jié)構(gòu)不斷致密化,同時(shí)植物的化學(xué)成分也發(fā)生了復(fù)雜的變化,逐漸向碳含量更高的物質(zhì)轉(zhuǎn)化,形成泥炭層。此時(shí),植物殘?bào)w中夾雜的礦物質(zhì)并不會(huì)消失,而是在壓力和化學(xué)反應(yīng)作用下固化為顆粒狀或塊狀的巖石物質(zhì),這些物質(zhì)在后期開(kāi)采時(shí)就會(huì)成為煤矸石的主要組成部分。換句話說(shuō),煤矸石的雛形在煤還未完全成煤時(shí),就已存在于植物殘?bào)w與沉積物的混合體中(圖1)。
圖1 煤與煤矸石伴生形成過(guò)程
在進(jìn)一步埋藏和地質(zhì)變質(zhì)過(guò)程中,植物殘?bào)w的碳化、揮發(fā)分損失和礦物質(zhì)固化持續(xù)進(jìn)行,最終形成具有一定熱值和結(jié)構(gòu)特征的煤層。與此同時(shí),原先夾雜的礦物質(zhì)經(jīng)歷了壓實(shí)、重結(jié)晶和局部化學(xué)反應(yīng),其物理性質(zhì)發(fā)生變化,但仍保持與煤層的相對(duì)分離狀態(tài)。在煤炭開(kāi)采時(shí),為了獲取可燃煤,礦工必須將礦物質(zhì)剝離出來(lái),挖出的石塊、巖屑以及未能被利用的低質(zhì)煤部分,就形成了煤矸石。煤矸石保留了原始礦物質(zhì)的性質(zhì),經(jīng)過(guò)開(kāi)采、運(yùn)輸和堆放的進(jìn)一步風(fēng)化,逐漸演化為可見(jiàn)的矸石堆(圖2)。
圖2 礦區(qū)的煤矸石堆積
煤矸石的形成并不是簡(jiǎn)單的“開(kāi)采廢料”,而是煤在漫長(zhǎng)地質(zhì)演化過(guò)程中,有機(jī)質(zhì)與礦物質(zhì)相互作用、壓實(shí)、碳化、固化的產(chǎn)物。煤矸石從植物殘?bào)w中的夾雜物開(kāi)始,在堆積、埋藏、化學(xué)轉(zhuǎn)化的全過(guò)程中逐步固化,最終隨著人類(lèi)開(kāi)采活動(dòng)而顯現(xiàn)為獨(dú)立的物質(zhì)存在。理解煤矸石的產(chǎn)生,讓我們認(rèn)識(shí)到煤礦開(kāi)采存在必然的副產(chǎn)品,也提醒我們?cè)诿旱V環(huán)境治理中,必須考慮其地質(zhì)和化學(xué)演化特性,采取科學(xué)方法加以管理和利用。
煤矸石是怎么產(chǎn)生的?
煤矸石的產(chǎn)生是煤炭開(kāi)采過(guò)程中不可避免的自然結(jié)果。在煤炭的開(kāi)采與利用過(guò)程中,煤矸石的產(chǎn)生貫穿始終,成為開(kāi)采階段的副產(chǎn)品,也在選煤、破碎和加工環(huán)節(jié)不斷生成。煤矸石是煤礦生產(chǎn)中的“順帶產(chǎn)物”,本身不是煤,卻總是伴隨著煤炭開(kāi)采而出現(xiàn)。煤在地質(zhì)作用下形成時(shí),植物殘?bào)w與泥沙、黏土、砂巖等礦物質(zhì)混雜堆積,各種巖層交錯(cuò)在一起,層層疊加,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期埋藏、壓實(shí)和化學(xué)變化逐漸轉(zhuǎn)化為煤層,形成復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu),非有機(jī)礦物質(zhì)在煤炭開(kāi)采時(shí)便成為煤矸石雛形。煤矸石本質(zhì)是煤層中不可燃或低熱值的礦物質(zhì)與部分劣質(zhì)煤塊,其產(chǎn)生源自煤層的自然形成特性。
實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,煤矸石的產(chǎn)生不僅發(fā)生在采煤環(huán)節(jié),在選煤和加工環(huán)節(jié)也同樣存在(圖3)。剛從礦井中運(yùn)出的原煤,混雜石塊、泥土和低熱值物料,需經(jīng)過(guò)破碎、篩分、洗選等工序處理。分選出無(wú)法直接用于燃料、熱值很低的部分,形成新的煤矸石。在礦井掘進(jìn)、巷道維護(hù)、設(shè)備安裝和運(yùn)輸通道保障等作業(yè)中,為了保證安全和生產(chǎn)順利,必須不斷開(kāi)挖巖石,也會(huì)增加煤矸石數(shù)量??梢?jiàn),從開(kāi)采到加工,從生產(chǎn)安全到運(yùn)輸保障,煤矸石伴隨煤炭生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)。
圖3 煤矸石的產(chǎn)生
(1)采煤環(huán)節(jié)
煤礦工人為了獲得可燃煤塊,需要?jiǎng)冸x煤層上下的圍巖,同時(shí)處理夾在煤層中的巖石雜質(zhì)。由于煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,圍巖與煤層經(jīng)常緊密交錯(cuò),開(kāi)采過(guò)程中無(wú)法完全分離,大量石塊、巖屑和低質(zhì)煤塊隨煤炭一起被挖出,即為最初的煤矸石。在露天礦區(qū)或井工煤礦中,每開(kāi)采一定噸數(shù)的煤,就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)比例的矸石,這部分矸石堆積在礦區(qū)附近,逐漸形成體量龐大的矸石山,對(duì)土地資源造成長(zhǎng)期占用,同時(shí)改變了礦區(qū)的自然地貌。
(2)煤炭加工和儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)
在原煤運(yùn)輸?shù)竭x煤廠后,經(jīng)過(guò)破碎、篩分、洗選等工序,以保證煤炭的燃燒性能和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在洗選環(huán)節(jié)中,剔除原煤中熱值低、灰分高或夾雜物過(guò)多的部分,形成新的煤矸石。機(jī)械破碎和風(fēng)力篩分將矸石分解成更小顆粒,易于運(yùn)輸和堆放,但同時(shí)也增加了后續(xù)環(huán)境管理的難度。在煤炭加工和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中,破碎或分選不徹底的殘余物也可能再次形成小規(guī)模的煤矸石。煤矸石的產(chǎn)生是多階段、連續(xù)的過(guò)程。
(3)煤炭利用整體鏈條
煤矸石是煤層本身的物理和化學(xué)特性以及人類(lèi)開(kāi)采加工活動(dòng)的必然結(jié)果。煤層中有機(jī)質(zhì)與礦物質(zhì)天然混雜,采煤、選煤、破碎、洗選等操作都是為了提取經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的煤炭。隨著開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大和生產(chǎn)周期的延長(zhǎng),煤矸石在礦區(qū)及周邊地區(qū)逐漸累積,形成高大、密集的矸石堆,占用了大量土地資源,對(duì)水土、空氣和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期影響。因此,在礦區(qū)的環(huán)境管理、資源回收和矸石利用中,必須考慮煤矸石在采煤、選煤和加工等各環(huán)節(jié)的形成特點(diǎn),采取科學(xué)措施加以治理和合理利用,以減少環(huán)境壓力,實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用。從數(shù)量上來(lái)看,煤矸石規(guī)??捎^。一般情況下,每開(kāi)采1 t煤,伴隨產(chǎn)生一定比例的煤矸石,比例因礦區(qū)地質(zhì)條件和開(kāi)采工藝不同而有所差異。
煤矸石有哪些危害?
煤矸石看似只是煤炭開(kāi)采過(guò)程中的廢棄巖石,但對(duì)環(huán)境和人類(lèi)生活的影響卻很長(zhǎng)久和復(fù)雜。長(zhǎng)期以來(lái),煤矸石由于產(chǎn)量大、易積累、處理不當(dāng)?shù)仍?,成為礦區(qū)乃至周邊地區(qū)環(huán)境治理的難題,主要表現(xiàn)為以下5個(gè)方面。
(1)煤矸石最直觀的危害是土地占用。煤矸石堆積通常呈大面積、厚層分布,占用了大量土地資源,尤其在礦區(qū)附近,土地原本可以用于農(nóng)業(yè)、建設(shè)或者生態(tài)恢復(fù)。大規(guī)模矸石堆破壞土地原有的地貌,還影響地下水滲透,改變土壤結(jié)構(gòu),使土地生產(chǎn)力降低,難以再利用。
(2)煤矸石存在自燃風(fēng)險(xiǎn),也是最為嚴(yán)重的危害之一。煤矸石中含有殘余煤炭或低熱值煤屑,在堆放過(guò)程中容易氧化、吸濕,內(nèi)部溫度逐漸升高,一旦達(dá)到自燃條件,就可能長(zhǎng)時(shí)間緩慢燃燒。自燃的矸石堆會(huì)產(chǎn)生濃煙和刺鼻氣味,釋放大量二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等有害氣體,還可能引發(fā)火災(zāi),危及周邊居民和礦區(qū)安全。自燃矸石堆燃燒不易撲滅,燃燒過(guò)程可持續(xù)數(shù)月甚至數(shù)年,給環(huán)境和管理帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。
(3)煤矸石的粉塵和有害物質(zhì)會(huì)對(duì)空氣質(zhì)量和人體健康造成影響。風(fēng)吹日曬下,矸石表面干燥、松散,容易產(chǎn)生揚(yáng)塵。粉塵會(huì)覆蓋農(nóng)作物、道路,還可隨風(fēng)飄散至居民區(qū),形成空氣污染。長(zhǎng)期吸入煤矸石粉塵,可能引起支氣管炎、塵肺等健康問(wèn)題。同時(shí),矸石中還可能含有重金屬等元素,如砷、鉛、汞等,通過(guò)水土流失或揚(yáng)塵擴(kuò)散進(jìn)入環(huán)境,增加生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
(4)煤矸石堆放還會(huì)引起水體污染和生態(tài)破壞。雨水沖刷矸石堆時(shí),水流會(huì)帶走矸石中的礦物顆粒和化學(xué)成分,形成含固體懸浮物和酸性水的徑流,徑流進(jìn)入河流、湖泊或地下水,可能導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化、酸化,破壞水生態(tài)環(huán)境,對(duì)魚(yú)類(lèi)、植物等生物造成傷害。部分礦區(qū)因矸石堆面積大、坡度陡,雨水沖刷還可能引發(fā)泥石流和地質(zhì)災(zāi)害,威脅周邊居民和基礎(chǔ)設(shè)施安全。
(5)煤矸石會(huì)間接加重溫室氣體排放和能源浪費(fèi)。作為煤炭開(kāi)采的副產(chǎn)品,煤矸石含有殘余可燃物質(zhì),如果處理不當(dāng)、直接堆放或焚燒,就會(huì)造成大量能源的浪費(fèi),并在分解或燃燒過(guò)程中釋放二氧化碳、甲烷等溫室氣體,進(jìn)一步加劇氣候變化的壓力,使得礦區(qū)及周邊地區(qū)的環(huán)境治理和可持續(xù)發(fā)展面臨更大挑戰(zhàn)。
綜上,煤矸石的危害是多層次、多方面的,既影響土地和水體,也影響空氣質(zhì)量和人體健康,還存在自燃和地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。煤矸石的科學(xué)管理和合理利用顯得尤為重要。通過(guò)合理堆放、封閉存儲(chǔ)、資源化利用或制備建材,降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),將廢棄物轉(zhuǎn)化為能源和建筑資源,實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。理解煤矸石的危害,有助于認(rèn)識(shí)煤炭開(kāi)采不僅是資源獲取的過(guò)程,更需要考慮環(huán)境、生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題。
如何看待煤矸石?
煤矸石作為煤炭開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物,是占地、污染環(huán)境甚至存在安全隱患的廢棄物,然而,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念的普及,人們開(kāi)始以不同的視角重新認(rèn)識(shí)煤矸石,將其從單純的廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袧撛诶脙r(jià)值的資源。
從資源化的角度來(lái)看,煤矸石中仍含有一定的礦物質(zhì)和少量可燃物質(zhì),通過(guò)加工和科學(xué)處理,可以用于建材、路基填料、回填礦區(qū)甚至部分能源利用。例如,將煤矸石制磚、制水泥替代部分天然原料,減少礦產(chǎn)資源開(kāi)采壓力,將原本占地的廢棄物轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在礦區(qū)回填中使用煤矸石,恢復(fù)土地地形,降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),實(shí)現(xiàn)土地再利用。
煤矸石是煤炭開(kāi)采的副產(chǎn)品和潛在環(huán)境隱患,也是經(jīng)過(guò)處理和利用后創(chuàng)造價(jià)值的二次資源。通過(guò)規(guī)范管理、技術(shù)創(chuàng)新和合理開(kāi)發(fā),煤矸石從環(huán)境負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)與生態(tài)雙重收益的資源。減少礦區(qū)對(duì)土地和生態(tài)的壓力,為礦業(yè)綠色發(fā)展提供了新的可能,也為社會(huì)提供了循環(huán)利用和可持續(xù)發(fā)展的實(shí)踐案例。
隨著綠色礦山、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展理念的普及,煤矸石正逐漸從單純的廢棄物,轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢蚤_(kāi)發(fā)利用的二次資源,治理和管理成為衡量礦業(yè)可持續(xù)水平的重要標(biāo)志。在關(guān)注環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、重視資源潛力的思想指導(dǎo)下,通過(guò)科學(xué)治理和合理利用,煤矸石可減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的壓力,還為能源、建材和土地復(fù)墾提供新的可能性。
總 結(jié)
(1)煤矸石作為煤炭開(kāi)采與加工過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物,其生成貫穿采煤、選煤及運(yùn)輸?shù)热鞒蹋瑢?duì)土地、生態(tài)環(huán)境和礦區(qū)安全構(gòu)成系統(tǒng)性壓力。
(2)煤矸石的主要危害包括土地占用、自燃風(fēng)險(xiǎn)、粉塵及有害物質(zhì)污染、水體污染與生態(tài)破壞,以及能源浪費(fèi)和溫室氣體排放,呈現(xiàn)出多層次、多方面的環(huán)境與資源影響。在循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色礦業(yè)理念引導(dǎo)下,煤矸石的科學(xué)管理與合理利用對(duì)節(jié)約資源、促進(jìn)綠色可持續(xù)發(fā)展愈加重要。
(3)煤矸石從占地污染的采礦廢棄物,逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榭赏ㄟ^(guò)資源化利用實(shí)現(xiàn)環(huán)境治理與經(jīng)濟(jì)價(jià)值并重的二次資源,其屬性正在由單一“環(huán)境負(fù)擔(dān)”向“可利用伴生資源”轉(zhuǎn)變,治理理念呈現(xiàn)出由末端處置向全過(guò)程管控與資源化協(xié)同發(fā)展的總體趨勢(shì)。
團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介
“煤矸石固廢治理與利用戰(zhàn)略研究”團(tuán)隊(duì)成立于2020年,由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、昆明學(xué)院、濮陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院、淮陰工學(xué)院等高等院校以及山東省煤田地質(zhì)局、山西潞安金源煤層氣等行業(yè)合作機(jī)構(gòu)青年骨干構(gòu)成。團(tuán)隊(duì)聘請(qǐng)紐約州立大學(xué)Karin E. Limburg教授等專(zhuān)家作為指導(dǎo)顧問(wèn),基于產(chǎn)學(xué)研與生產(chǎn)實(shí)踐合作持續(xù)開(kāi)展煤矸石固廢現(xiàn)狀調(diào)研,面向規(guī)模化、低碳化與高附加值化的治理戰(zhàn)略研究,近年來(lái),先后提出煤矸石分級(jí)分選提質(zhì)低碳資源化利用、煤矸石固廢治理與碳計(jì)量相結(jié)合、“減污-降碳-固碳協(xié)同”、打造“固廢治理-材料制造-碳資產(chǎn)”聯(lián)動(dòng)新產(chǎn)業(yè)鏈等治理思路,為行業(yè)領(lǐng)域煤矸石固廢治理與利用提供創(chuàng)新思路與參考。
編輯丨李莎
審核丨趙瑞
煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中,SCI收錄1種,Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國(guó)科技核心期刊11種、中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種,是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地,也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。
期刊簡(jiǎn)介
《智能礦山》(月刊,CN 10-1709/TN,ISSN 2096-9139)是由中國(guó)煤炭科工集團(tuán)有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。
主編:王國(guó)法院士
刊載欄目:企業(yè)/團(tuán)隊(duì)/人物專(zhuān)訪政策解讀視角·觀點(diǎn)智能示范礦井對(duì)話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專(zhuān)題報(bào)道等。
投稿網(wǎng)址:www.chinamai.org.cn(期刊中心-作者投稿)
?? 征稿函詳見(jiàn)鏈接: 征稿┃《智能礦山》面向廣大讀者征稿,歡迎投稿
期刊成果:創(chuàng)刊5年來(lái),策劃出版了“中國(guó)煤科煤礦智能化成果”“陜煤集團(tuán)智能化建設(shè)成果”“聚焦煤炭工業(yè)‘十四五’高質(zhì)量發(fā)展”等特刊/專(zhuān)題30多期。主辦“煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)”“煤炭清潔高效利用先進(jìn)成果發(fā)布會(huì)”“《智能礦山》理事、特約編輯年會(huì)暨智能化建設(shè)論壇”“智能礦山零距離”“礦山智能化建設(shè)運(yùn)維與技術(shù)創(chuàng)新高新研修班”等活動(dòng)20余次。組建了理事會(huì)、特約編輯團(tuán)隊(duì)、卓越人物等千余人產(chǎn)學(xué)研用高端協(xié)同辦刊團(tuán)隊(duì),打造了“刊-網(wǎng)-號(hào)-群-庫(kù)”全覆蓋的1+N全媒體傳播平臺(tái),全方位發(fā)布礦山智能化領(lǐng)域新技術(shù)、新產(chǎn)品、新經(jīng)驗(yàn)。
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