侯璐瑤

(國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京 100190)

煤矸石是我國工業(yè)固體廢料中產(chǎn)生量、累計積存量和堆放占地面積最大的固體廢棄物。據(jù)統(tǒng)計，我國重點國有煤礦現(xiàn)有煤矸石山1 000余座，總堆放量約為30億 t，占地約為5 500 hm2，盡管近年來大力推廣煤矸石制作水泥等減量化和資源化技術(shù)，但預(yù)期今后若干年內(nèi)每年利用后仍需排放煤矸石 1.7 億 t，占地300 ～400 hm2［1］。隧道是鐵路公路山區(qū)線路建設(shè)的重點大型工程，產(chǎn)生的隧道棄渣數(shù)量巨大，復(fù)線雙洞公路隧道每公里出渣 10 ×104m3［2］，鐵路隧道開挖單位長度出渣數(shù)量也和公路隧道相仿。因為受道路交通運輸、技術(shù)經(jīng)濟等各方面條件限制，尤其是近年來道路高填土路基多被橋梁代替，出渣難以被用作填方，絕大多數(shù)成為棄渣?，F(xiàn)在單個隧道棄渣量動輒數(shù)十萬方，長大隧道可達上百萬方，均需要在棄渣場消納。

煤矸石堆放場和隧道棄渣場除需要占用土地外，還會誘發(fā)一系列的環(huán)境問題，需要對其進行分析，評價可能產(chǎn)生的對環(huán)境的不利影響，并采取適宜的治理措施以減緩不利影響。煤矸石和隧道棄渣同為固體廢物，故均可按照固體廢物處理和處置的無害化、減量化、資源化三個原則對其進行處理。目前盡管煤矸石和隧道棄渣的減量化和無害化處理都取得一定進展，但大多數(shù)煤矸石和隧道棄渣都在采取防護措施的前提下設(shè)置專門的堆放場進行處置。因為煤矸石和隧道棄渣巖性不同、礦物分析組成不同，所以煤矸石堆放場和隧道棄渣場兩者對環(huán)境的影響也存在不同，應(yīng)采取的環(huán)保措施也有差別。分析比較兩者的異同，對相互借鑒、更好的理解和執(zhí)行各種環(huán)保措施是有益的。

1 礦物分析

1.1 煤矸石的成分

煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石，是碳質(zhì)、泥質(zhì)和砂質(zhì)頁巖的混合物，一般包括巷道掘進過程中的掘進矸石、采掘過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石，主要成分是Al2O3、SiO2等，煤矸石中也含有混雜的煤和一些劣質(zhì)煤，故含碳量較高(大約占20% ～30%)，因此有一定的熱值，可在條件適宜時發(fā)生自燃。煤矸石的排放量根據(jù)煤層條件、開采條件和洗選工藝的不同有較大差異，一般煤矸石產(chǎn)生量可占開采原煤量的10%。

1.2 隧道棄渣的成分

隧道棄渣的成分主要取決于開挖隧道的地層。我國地域遼闊，分布各種地層，隧道開挖出的棄渣種類繁多，不同的地域、不同隧道開挖出的洞渣種類不同。如砂巖出渣在四川、湖南、湖北等省區(qū)的隧道工程中很常見，而西北黃土高原地區(qū)的隧道出渣則可能是顆粒極小、質(zhì)地疏松、遇水容易溶解和崩塌的黃土。隧道的棄渣量主要決定于開挖體積，在出渣未被利用時，棄渣質(zhì)量等于開挖質(zhì)量。

兩者的主要區(qū)別在于:煤矸石的成分主要由煤層附近的的巖層決定，對某一煤礦而言，煤矸石的成分較為確定，而隧道棄渣的成分種類繁多;另外煤矸石中含有一定的熱值，在適宜的條件下可能發(fā)生自燃，而隧道棄渣則一般熱值很低，不需考慮自燃。

2 對環(huán)境的不利影響

2.1 煤矸石堆放場對環(huán)境的影響

(1)煤矸石的產(chǎn)生量大，堆放占地面積大，尤其是建立永久性堆放場，需要永久地占用大量的土地資源。(2)煤矸石在地面長期堆放后表面會風(fēng)化，吸水崩解，從而產(chǎn)生粉塵，在風(fēng)力的作用下會惡化周圍地區(qū)大氣質(zhì)量。(3)煤矸石中夾雜的煤、黃鐵礦等可燃物質(zhì)構(gòu)成自燃的內(nèi)部條件，煤矸石堆中的空隙為自燃提供所需的空氣構(gòu)成外部條件，在低溫的條件下，矸石中的碳可燃物(主要是煤)會產(chǎn)生緩慢的氧化反應(yīng)，同時放出熱量，當(dāng)熱量積聚到一定程度時就會發(fā)生自燃，自燃時產(chǎn)生有毒有害氣體，對人體有危害，遼寧本溪礦區(qū)曾發(fā)生過因煤矸石自燃造成人員中毒死亡的事故。(4)有些地區(qū)的煤矸石經(jīng)過一系列的物理化學(xué)反應(yīng)和生物反應(yīng)后，其淋溶液中總硬度、硫酸鹽等嚴(yán)重超標(biāo)，若不經(jīng)處理即排放，會對周圍水環(huán)境產(chǎn)生污染［3］。(5)為防止過多占地，煤矸石堆放高度往往較大，可達10m以上［4］，若產(chǎn)生潰壩，則可能產(chǎn)生災(zāi)害，造成水土流失，堵塞下游河道。

2.2 隧道棄渣場對環(huán)境的影響

文獻［2，5］對隧道棄渣場對環(huán)境的不利影響進行了分析，主要有:(1)占用大量土地資源，甚至是毀壞耕地。(2)受地形和運輸條件限制，棄渣場往往不得不選擇在隧道洞口附近的溝谷中，可能占用和堵塞河道，阻礙河道正常行洪排澇功能。(3)在隧道群地區(qū)一個隧道的出口和另一個隧道的進口相連，兩個隧道的大量的棄渣均被堆積在同一個山谷中，造成堆積高度過高，若攔渣壩損壞，潰壩時產(chǎn)生泥石流災(zāi)害。(4)棄渣場表面恢復(fù)不好時易造成水土流失。(5)棄渣中的有害物質(zhì)隨雨水滲入地層，造成土壤污染。

綜上可看出，煤矸石堆放場和隧道棄渣場共同的環(huán)境影響是均占用大量土地;底部攔擋不當(dāng)時可能產(chǎn)生泥石流災(zāi)害;表面恢復(fù)不好時易產(chǎn)生水土流失。除此之外，煤矸石堆放場有可能產(chǎn)生自燃而污染空氣;淋溶液有可能污染周圍的水環(huán)境。隧道棄渣場則不需考慮自燃引起的空氣污染問題，也很少考慮淋溶液對周圍水環(huán)境的不利影響，占用和堵塞河道則是隧道棄渣場主要的生態(tài)環(huán)境影響。

3 環(huán)保措施

3.1 資源化和減量化

煤矸石資源化和減量化的途徑很多。最簡單直接的是用作井下回填，但一般回填量較少;煤矸石主要可被用作生產(chǎn)矸石水泥，該工藝較成熟，磨粉機和制砂機已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于矸石水泥生產(chǎn)線;亦可用做混凝土的骨料;制作耐火磚;熱值高的煤矸石與煤混燒發(fā)電;也可用來制作結(jié)晶氯化鋁、水玻璃等化工產(chǎn)品。目前，煤矸石的再利用已取得豐碩成果，2010年，我國煤矸石綜合利用量已達3.65億 t，利用率已達61%以上［6］。

為了減少隧道出渣數(shù)量，應(yīng)在設(shè)計階段進行線路設(shè)計優(yōu)化，盡量做到填挖平衡，將隧道棄渣作為路基填方加以利用，但目前高速鐵路和高速公路高填土路段越來越少，多采用長大橋梁通過，加之隧道開挖地區(qū)地形崎嶇，運輸十分困難，故填方消耗的棄渣數(shù)量不多。另一個途徑是當(dāng)填料應(yīng)用，公路隧道出渣中的硬質(zhì)巖石經(jīng)破碎后，可用作公路路基上路床層填料［7］;鐵路隧道棄渣可按《鐵路路基施工規(guī)范》的填料分類方法檢測以后分類使用。和煤矸石比較，隧道棄渣再利用的難度大。

3.2 選址

煤矸石堆放場和隧道棄渣場選址時都應(yīng)盡量少占土地，特別注意保護耕地，從占地數(shù)量看，固體廢棄物棄于荒坡、溝谷所需占地面積低于平地和河灘地，故應(yīng)盡量選擇在荒坡溝谷;為保護各類環(huán)境敏感點，應(yīng)盡量選擇遠離自然保護區(qū)、水源保護區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、古建筑群以及各種水利設(shè)施;為避免誘發(fā)滑坡泥石流等災(zāi)害，不應(yīng)選擇在山體不穩(wěn)定或有明顯滑坡、崩塌、大量松散堆積物、泥石流溝附近。

因為前述的煤矸石引起揚塵和自燃問題，煤矸石堆放場應(yīng)選擇在遠離居民區(qū)的地方，而隧道棄渣場多地處大山深處，居民很少，也不存在棄渣自燃現(xiàn)象，故不需要考慮此問題。因為隧道棄渣場多在山區(qū)，選址較煤矸石堆放場條件更有限，有時不得不堆放在隧道進出口附近，坡度陡堆積體積大，侵占河道問題較嚴(yán)重，一旦潰壩，必然影響河道行洪，所以更應(yīng)注意侵占山區(qū)河道影響行洪問題，除盡量選擇合適的地點外，還應(yīng)考慮適當(dāng)提高防護攔渣壩的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，確保不潰壩。

3.3 淋溶液的處理

考慮到可能產(chǎn)生的淋溶液污染周圍水環(huán)境，煤矸石的淋溶液對環(huán)境的影響早已引起關(guān)注，以前隧道施工一般不考慮隧道棄渣場淋溶水污染問題，但近年來也出現(xiàn)過鐵路隧道淋溶水污染周圍水環(huán)境等事故，雖然此情況極少出現(xiàn)，但對此問題也應(yīng)引起足夠重視，最好在環(huán)評階段即考慮此問題，同時在施工階段加強對淋溶水質(zhì)的監(jiān)控。

3.4 設(shè)計和施工

盡管執(zhí)行的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)不一樣，但煤矸石堆放場和隧道棄渣場的設(shè)計原則基本相仿:底部做好防滲漏處理以保證不污染地下水;調(diào)查地下水出漏點，用足夠強度的水管將其引出;建設(shè)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的擋渣墻;在渣場上游建設(shè)排水溝;在工程結(jié)束后，平整渣場頂部，在渣場上覆土，選擇當(dāng)?shù)貎?yōu)勢物種對其進行綠化，可能的情況下造田復(fù)墾。

施工階段要嚴(yán)格按照設(shè)計的選址堆放固體廢物，不得隨意在堆放場以外堆放，也不得隨意地變更渣場位置;檢查渣場底部和頂部的各項環(huán)保措施是否落實;嚴(yán)格檢查擋渣墻的建設(shè)情況;對生產(chǎn)和施工產(chǎn)生的棄渣進行淋溶液水質(zhì)監(jiān)控檢測，若發(fā)現(xiàn)水質(zhì)超標(biāo)，迅速采取措施以避免污染周圍水環(huán)境;嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)評報告規(guī)定的其他各項環(huán)保措施。

4 結(jié)論

(1)煤矸石堆放場和隧道棄渣場都占用土地和易造成水土流失，除此之外，煤矸石堆放場有可能產(chǎn)生粉塵和因自燃而污染空氣。隧道棄渣場則不需考慮粉塵和自燃引起的空氣污染問題，占用和堵塞河道則是隧道棄渣場主要的生態(tài)環(huán)境影響。

(2)煤矸石淋溶液對周圍的水環(huán)境產(chǎn)生的污染早已引起重視，但隧道棄渣淋溶液對周圍水環(huán)境的不利影響則關(guān)注不多，應(yīng)在環(huán)評階段就予以關(guān)注，在施工期加強監(jiān)控。

(3)煤矸石資源化和減量化途徑很多，但隧道棄渣再利用的難度很大，以后應(yīng)加強不同種類的隧道棄渣再利用技術(shù)的研究。

［1］李樹志，周錦華，張懷新．礦區(qū)生態(tài)破壞防治技術(shù)［M］．北京:煤炭工業(yè)出版社，1998:46－86.

［2］崔濤．隧道環(huán)境影響分析［J］．交通環(huán)保，1998(6):27－30.

［3］劉志斌，張躍進，王娟．煤矸石淋溶水環(huán)境影響的分析研究［J］．遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2005，34(2):280 －283.

［4］綦江縣成遠公司.黃矸塘煤礦30萬t/a技改項目環(huán)境影響報告書［R］．2009.

［5］李嘉．鐵路長隧道棄渣環(huán)境影響的分析研究［J］．鐵道勞動安全衛(wèi)生與環(huán)保，1998，25(1):1－5.

［6］劉翠玲，范文虎，王瑞萍.山西省煤矸石資源資源化利用現(xiàn)狀及發(fā)展建議［J］．節(jié)能，2012(11):4－7．

［7］田槐湘．淺談高速公路路基上路床層填料采用隧道棄渣施工體會［J］．河南建材，2008(5):50 －53．