1 問題的提出

煤矸石是煤炭生產(chǎn)、 加工過程中產(chǎn)生的固體廢物, 是一種煤的共生資源,是成煤過程中與煤伴生、 灰分通常大于50 %、 發(fā)熱量一般在315 MJ /kg～813 MJ /kg 范圍內(nèi)的一種碳質(zhì)巖石。煤矸石的主要來源: 一是露天剝離以及井筒和巷道掘進過程中開鑿排出的矸石; 二是在采煤的煤巷掘進過程中, 由于煤層中夾有矸石或削下部分煤層頂?shù)装? 致使運到地面上的煤炭中含有煤矸石; 三是煤炭洗選過程中排出的矸石; 四是發(fā)熱量很低的劣質(zhì)煤炭。

煤矸石是各種工業(yè)廢渣中排放量最大、占地最多、污染環(huán)境較為嚴重的固體廢物。在目前我國煤礦生產(chǎn)條件下, 煤炭開采過程中矸石排放量大約為原煤的 10 %～20 %; 煤炭洗選加工過程中矸石排放量大約為原煤入選量的 15 %～20 %。2006 年我國各類煤礦生產(chǎn)煤炭總計 23125 億 t , 洗煤 612 億 t , 按此計算, 全年矸石排放量在 414 億 t 左右。近年來, 盡管全國煤炭工業(yè)部門加大了煤矸石的處理與利用, 但據(jù)不完全統(tǒng)計, 目前全國煤礦區(qū)歷年累計堆放的煤矸石約 45 億 t , 規(guī)模較大的煤矸石山有 1 600多座, 占用土地約 115 億 m2 , 而且每年還以 115 億～210 億 t 的速度增加, 壓占耕地面積每年還以300 萬～400 萬 m2 的速度增加。除了占用大量耕地外, 煤矸石露天堆放還帶來嚴重的環(huán)境污染, 是礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的主要污染源之一, 其對水體、大氣的污染在很多地區(qū)已經(jīng)造成了嚴重的后果。煤矸石堆放不僅對礦區(qū)自然景觀造成一定影響, 有時還會產(chǎn)生滑坡、泥石流等災害, 甚至發(fā)生爆炸。解決煤矸石造成的環(huán)境問題是關(guān)系煤炭工業(yè)能否健康和可持續(xù)發(fā)展的重要問題。目前, 國內(nèi)外主要從兩個方面解決煤矸石的環(huán)境問題: 第一, 采用一定的措施控制矸石山的物理與化學作用 (如矸石山綠化, 采用密封隔氧、挖掘排熱、注漿隔氧控制矸石山風化、淋溶及自燃) ; 第二, 對煤矸石加以綜合利用, 通過減少煤矸石的地面堆積量達到治理的目的。兩者相比, 對煤矸石綜合利用是從根本上解決煤矸石占地、污染問題, 同時可獲得較高的商業(yè)利益和社會效益, 也是世界各主要采煤國解決煤矸石環(huán)境問題的主要途徑。煤矸石綜合利用有著十分廣闊的前景, 對實現(xiàn)我國煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著深遠的意義。

把煤矸石作為一種資源加以開發(fā)利用, 不僅成為根治煤矸石堆存所造成的環(huán)境危害的有效途徑, 還能變廢為寶, 物盡其用, 最大限度地發(fā)掘其經(jīng)濟價值。煤矸石的綜合利用是國家極力倡導的一個可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)業(yè)方向, 也是國家一項重要的產(chǎn)業(yè)政策。為了更好地促進煤矸石綜合利用, 加強政策指導, 早在 1998 年原國家經(jīng)貿(mào)委、原煤炭部、財政部、建設(shè)部等 8 個部門就組織制定了《煤矸石綜合利用管理辦法》 。

1999 年原國家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布了《煤矸石綜合利用技術(shù)政策要點》 , 進一步強調(diào)煤矸石綜合利用是一項長期的技術(shù)經(jīng)濟政策, 指出“煤矸石綜合利用技術(shù)以鞏固、推廣為主, 完善、開發(fā)并舉。鞏固已有的技術(shù)成果, 推廣技術(shù)成熟、經(jīng)濟合理、有市場前景的技術(shù), 逐步完善比較成熟的技術(shù), 研究開發(fā)新技術(shù), 積極引進國外先進技術(shù)和裝備, 在消化吸收的基礎(chǔ)上努力創(chuàng)新, 不斷提高煤矸石綜合利用的技術(shù)裝備水平, 促進煤矸石的擴大利用。 ”該《技術(shù)政策要點》明確規(guī)定了煤矸石綜合利用的主要技術(shù)原則: “煤矸石綜合利用以大宗量利用為重點, 將煤矸石發(fā)電、煤矸石建材及制品、復墾回填以及煤矸石山無害化處理等大宗量利用煤矸石技術(shù)作為主攻方向, 發(fā)展高科技含量、高附加值的煤矸石綜合利用技術(shù)和產(chǎn)品” 。

黨的第十六屆五中全會強調(diào), 要加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會, 并且提出了大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟, 加大環(huán)境保護力度, 切實保護好自然生態(tài), 認真解決影響經(jīng)濟社會發(fā)展特別是嚴重危害人民健康的突出環(huán)境問題的要求。2005 年 6 月, 國務(wù)院發(fā)出《國務(wù)院關(guān)于做好建設(shè)節(jié)約型社會近期重點工作的通知》 , 提出要以提高資源利用效率為核心, 以節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地、資源綜合利用和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟為重點, 盡快建立健全促進節(jié)約型社會建設(shè)的體制和機制, 逐步形成節(jié)約型的增長方式和消費模式, 以資源的高效和循環(huán)利用, 促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。

2006年4月國家標準化管理委員會、國家發(fā)展和改革委員會等14 個部門聯(lián)合發(fā)布了《2005— 2007 年資源節(jié)約與綜合利用標準發(fā)展規(guī)劃》 。 《規(guī)劃》以科學發(fā)展觀為指導, 堅持政府推動、行業(yè)管理、企業(yè)為主、適應市場、突出重點、國際接軌的原則, 對節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地、新能源與可再生能源、礦產(chǎn)資源綜合利用、廢舊產(chǎn)品及廢棄物回收與再利用、清潔生產(chǎn)等 8 個領(lǐng)域的標準制修訂工作做具體規(guī)劃。 2007 年 7 月, 為貫徹落實《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》 (國發(fā) [ 2007 ] 15 號) , 健全和完善資源節(jié)約標準體系, 國家標準化管理委員會下發(fā)了編制《2008 — 2010 年資源節(jié)約與綜合利用標準發(fā)展規(guī)劃》的通知, 將會同國家發(fā)展和改革委員會等相關(guān)部門編制《2008 —2010 年資源節(jié)約與綜合利用標準發(fā)展規(guī)劃》 。

《煤矸石綜合利用技術(shù)政策要點》中明確指出: “加強煤矸石資源化利用的評價工作, 對煤矸石的分布、積存量、矸石類型、特性等進行系統(tǒng)研究和分析, 逐步建立煤矸石資料數(shù)據(jù)庫, 為合理有效利用煤矸石提供翔實可靠的基礎(chǔ)資料。根據(jù)煤矸石的礦物特性和理化性能確定綜合利用途徑。”

綜上所述, 認為, 煤矸石綜合利用標準體系建設(shè), 實質(zhì)上是以強化煤矸石綜合利用技術(shù)的開發(fā)及推廣應用為目的進行的一系列基礎(chǔ)研究工作, 對于綜合利用煤矸石具有重要的理論和實踐指導意義。建立煤矸石綜合利用標準體系也完全符合國家對資源節(jié)約與綜合利用提出的一系列政策的要求, 同時也是煤炭企業(yè)發(fā)展的客觀需要。建立煤矸石綜合利用標準體系的目的, 一是要對煤矸石綜合利用的相關(guān)因素制定相應的標準加以控制, 實現(xiàn)煤矸石綜合利用的標準化和規(guī)范化管理, 建設(shè)節(jié)約型社會, 發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟, 促進環(huán)境保護, 保證我國煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展; 二是使企業(yè)能夠按標準進行生產(chǎn)和管理, 并使其產(chǎn)品能夠穩(wěn)定地占領(lǐng)市場且獲得最佳效益。

2 　 國內(nèi)外煤矸石綜合利用發(fā)展現(xiàn)狀

世界各國都很重視煤矸石的處理和利用, 矸石利用率 (不包括用于充填、鋪路材料) 一般在 20 %～30 %,高者可達60 %～80 %。自20 世紀60 年代開始, 煤矸石的綜合利用就已經(jīng)引起很多國家的重視, 到 70 年代, 法國、德國等國的煤矸石利用率已達 30 %～50 %。部分礦區(qū)煤矸石利用率已達到 100 %。英國將煤矸石的綜合利用, 特別是對將熱電轉(zhuǎn)換引入到過程集成節(jié)能技術(shù)及其應用進行了系統(tǒng)研究, 其他產(chǎn)煤大國也有不少技術(shù)人員介入這一領(lǐng)域, 開展專項研究工作。英國煤管局在 1970 年成立了煤矸石管理處; 波蘭和匈牙利聯(lián)合成立了海爾德克斯矸石利用公司, 這些機構(gòu)專門從事煤矸石的處理和利用。

在煤矸石綜合利用的基礎(chǔ)性工作 (尤其是基礎(chǔ)研究) 方面, 一些國家特別是發(fā)達國家花費了不少人力物力。例如, 美國礦業(yè)局從 20 世紀 70 年代開始, 對所有的矸石山進行采樣分析, 并做出煤矸石綜合利用規(guī)劃。前蘇聯(lián)煤炭部科技委員會于1987 年煤矸石的分類、性質(zhì)和綜合利用的專題會議, 并研究了煤矸石分類、性質(zhì)和綜合利用的有關(guān)技術(shù)、工藝和設(shè)備, 其煤矸石除了用于發(fā)電、制磚、生產(chǎn)多孔輕質(zhì)骨料等建材外, 還用含碳較高的煤矸石生產(chǎn)有機礦物肥料。前蘇聯(lián)曾對煤矸石分類作過研究, 將煤矸石的來源、特征、成分等不同指標分等級列出分類符號, 然后根據(jù)矸石在工業(yè)利用方面的質(zhì)量要求, 填入所需要的分類符號。根據(jù)分類符號所規(guī)定的質(zhì)量要求, 就可以選擇煤矸石的加工工藝。此外, 前西德柏林工業(yè)大學花了10 年時間, 約有50 人對矸石進行了專門研究。國外有些資料報道了對煤矸石作過簡單分類工作, 如將煤矸石分為未燃矸和燃矸等。

我國煤矸石綜合利用已有二、三十年的歷史。作為我國資源綜合利用的重點工作, 并取得了一些成熟的經(jīng)驗, 目前我國消化和利用煤矸石的主要途徑有: ① 作燃料發(fā)電; ②生產(chǎn)建筑材料及制品; ③ 復墾及回填礦井采空區(qū); ④ 回收有益組分及制取化工產(chǎn)品; ⑤ 生產(chǎn)復合肥料。

近年來, 隨著煤礦環(huán)保工作的深入開展和科學技術(shù)的進步, 煤矸石的利用率也不斷提高, 1990 年煤矸石利用率為 20 % , 1995 年提高到 2315 % , 目前達到30 %左右。盡管如此, 但無論從環(huán)保角度還是從煤矸石資源化、提高經(jīng)濟效益角度來看, 這種狀況都與煤炭生產(chǎn)發(fā)展很不相適應。國家發(fā)改委公布的《 “十一五”資源綜合利用指導意見》提出, 到 2010 年煤矸石綜合利用率要達到 70 %。要實現(xiàn)這個目標, 還需要付出艱苦的努力, 尤其需要繼續(xù)加強煤矸石綜合利用的研究, 以此來促進煤矸石綜合利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

跟國外情況類似, 我國學者[ 2～4 ] 針對煤矸石綜合利用也開展過一些基礎(chǔ)性工作, 包括煤矸石的來源、組成、理化性質(zhì)、分類、利用途徑、利用工藝等方面的研究, 取得若干成果, 發(fā)表了許多論文, 出版了不少專著。

僅以煤矸石的分類為例, 自上世紀 80 年代起, 我國就有不少學者進行過有益的探索和較為深入的研究, 提出了不同的分類方案, 各有優(yōu)劣。煤炭科學研究院重慶分院的王長根[ 5 ] 首次將矸石化學成分指標與矸石產(chǎn)出方式和矸石礦物組成及巖石組成結(jié)合起來, 提出煤矸石的三級分類命名法。但這一分類方案也存在著分類指標過寬、過細、分類指標重復等問題。

中國礦業(yè)學院[ 6 ] 1986 年曾對華東地區(qū)煤矸石進行了分類研究。將矸石分為巖石類型、含鋁量、含鐵量、含鈣量 4 個指標, 按筆劃順序或含量多少排成等級, 然后依據(jù)建材方面不同用途排成一組 4 位數(shù)。每組 4 位數(shù)表示某種建材利用質(zhì)量要求。這種分類雖然簡明, 但僅限于矸石在建材方面的利用, 分類過于簡單, 矸石利用范圍劃得過窄。另外, 分類指標中巖類術(shù)語用得欠妥, 如把泥巖、黏土巖作為不同的巖石類型。

焦作礦業(yè)學院葛寶勛[ 7 ]等對平頂山煤矸石進行了二級分類。把平頂山礦區(qū)矸石按矸石類型分為5 個大類, 按矸石類型、巖石類型、有機碳含量、全硫、鋁硅比、Fe2O3 含量及 CaO + MgO 含量等 7 項指標分為19 個亞類。較詳細合理地提出了矸石的分類方含量; 且僅是針對平頂山礦矸石而言, 也未包括剝離矸石。

中國礦業(yè)大學北京研究生部許澤勝[ 8 ] 等, 在總結(jié)前人煤矸石分類方法的基礎(chǔ)上進一步完善了煤矸石的分類方案, 提出先將煤矸石分為煤巷矸、巖巷矸、自燃矸、洗矸、手選矸和剝離矸 6 大類; 再根據(jù)矸石的化學成分、礦物成分及其物理化學特性來確定矸石亞類。這樣劃分的目的是可以根據(jù)煤矸石的分類確定各矸石的利用途徑, 使煤矸石物盡其用。鄧寅生[ 9 ]等在焦作礦業(yè)學院分類方案的基礎(chǔ)上, 吸收國內(nèi)外其他方案的優(yōu)點, 結(jié)合我國煤矸石研究及利用現(xiàn)狀, 提出了我國煤矸石的新分類方案。該方案先以產(chǎn)出方式為主要依據(jù)劃分出 6 大煤矸石類型, 再根據(jù)資源化利用途徑劃分出 21 個煤矸石亞類 (利用類) 。應用時, 首先根據(jù)煤矸石的特征按分類質(zhì)量指標體系確定其質(zhì)量指標等級, 分別用代號表示, 然后再根據(jù)各利用途徑對煤矸石的質(zhì)量要求確定其利用分類[ 10～12 ] 。

盡管煤矸石綜合利用已經(jīng)有了幾十年的歷史, 國內(nèi)外對煤矸石綜合利用也進行了許多基礎(chǔ)性工作, 但是迄今為止, 有關(guān)煤矸石綜合利用的標準卻幾乎一個也未見到, 更遑論相對完整的標準體系了。由此看來, 對于那些有志于為煤矸石綜合利用作出貢獻的科技工作者和有關(guān)的組織機構(gòu)來說, 建立一套煤矸石綜合利用標準體系既是一個機會, 也是一個挑戰(zhàn)。

3 　 煤矸石綜合利用標準體系的初步設(shè)想

參照國家標準化管理委員會等 14 個部門聯(lián)合發(fā)布的《2005 — 2007 年資源節(jié)約與綜合利用標準發(fā)展規(guī)劃》中對資源節(jié)約與綜合利用領(lǐng)域的劃分, 及標準體系框架構(gòu)建模式等相關(guān)內(nèi)容, 筆者認為, 未來要建立的煤矸石綜合利用標準體系應當包含以下標準:

(1) 煤矸石綜合利用術(shù)語;

(2) 煤矸石分類導則;

(3) 煤矸石檢測方法和檢測技術(shù);

(4) 煤矸石評價指標;

(5) 煤矸石堆放技術(shù)條件;

(6) 煤矸石綜合利用導則 (包括不同利用途徑對煤矸石的技術(shù)要求, 利用過程對管理的要求、環(huán)境技術(shù)要求等) 。

在煤矸石綜合利用標準體系建設(shè)中, 要注意把握好以下幾個原則:

(1) 市場導向原則. 即是要從完善我國社會主義市場經(jīng)濟體制的需要出發(fā), 按照市場經(jīng)濟運行規(guī)則, 著力提高標準與市場的關(guān)聯(lián)性, 完善標準的配套性, 不斷增強標準的適用性和有效性;

(2) 技術(shù)進步原則。即是要加強與科技工作的結(jié)合, 積極采用科研新成果, 不斷提高標準的技術(shù)含量和前瞻性, 使標準成為科技創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為先進生產(chǎn)力的橋梁, 促煤矸石綜合利用技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)升級。同時, 通過提高標準技術(shù)水平, 配合國家相關(guān)政策和法規(guī)的實施, 提高市場準入門檻, 淘汰落后的生產(chǎn)工藝、技術(shù)和產(chǎn)品, 以滿足煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要;

(3) 國際接軌原則。對國際、國外先進標準進行充分調(diào)查, 加快采用國際標準和國外先進標準, 為提高我國經(jīng)濟增長的質(zhì)量和效益服務(wù)。

總之, 只要堅持市場導向、實事求是、務(wù)求實效和推進技術(shù)進步的原則, 同時遵循科學性、協(xié)調(diào)性、系統(tǒng)性、先進性、兼容性、超前性和可擴展性的原則, 就一定能完成好煤矸石綜合利用標準體系建設(shè)任務(wù)。

4 　 實施煤矸石綜合利用標準體系建設(shè)的措施

4.1 　 組織措施

在國家標準委、國家安監(jiān)總局和全國煤炭標委會的領(lǐng)導和支持下, 由礦井水與廢物資源化分會牽頭, 組織有關(guān)科研院所、大專院校、地勘單位及煤矸石產(chǎn)出和利用的廠礦企業(yè)人員參與煤矸石綜合利用標準體系建設(shè)工作。

在煤矸石綜合利用標準體系建設(shè)的整個過程中, 要實行產(chǎn)、學、研相結(jié)合, 充分發(fā)揮專家、生產(chǎn)一線科技人員和標準編制者的作用, 從而保證標準的科學性、先進性、適用性和有效性。

4.2 　 實施步驟

煤矸石綜合利用標準體系建設(shè)考慮分三步實施。

(1) 前期研究。充分研究和分析國內(nèi)外對煤矸石的來源、組成、性質(zhì)、分類等基礎(chǔ)研究所取得的成果, 全面調(diào)研煤矸石綜合利用的現(xiàn)狀, 掌握煤矸石利用途徑、生產(chǎn)產(chǎn)品、工藝技術(shù)等相關(guān)資料, 開展必要的現(xiàn)場踏勘、采樣、分析測試、試驗研究工作。在此基礎(chǔ)上, 提出既符合實際又具有前瞻性的煤矸石綜合利用標準體系框架。

(2) 規(guī)劃編制。在前一步工作完成后, 編制煤矸石綜合利用標準體系建設(shè)規(guī)劃。該規(guī)劃應盡可能做到具體、翔實, 便于操作和落實。

(3) 標準制定。按照標準制定程序和具體要求, 落實規(guī)劃中提出的每一項標準的編制。完成標準體系建設(shè)的全部工作, 初步估計需要 3～5 年時間。

413 　 經(jīng)費來源

就我國的現(xiàn)實情況來看, 標準編制工作更多地體現(xiàn)為社會效益, 對于承擔單位而言, 由于標準編制工作經(jīng)費的不足, 一直是令人頭疼的問題。因此, 希望得到社會各方面更多的理解和支持。筆者認為, 煤矸石綜合利用標準體系建設(shè)所需經(jīng)費可以采取“三點式”辦法解決, 即國家財政補助一點, 相關(guān)企業(yè)贊助一點, 編制單位資助一點。筆者相信, 只要政府高度重視, 社會各界積極參與, 煤矸石綜合利用標準體系建設(shè)需要的經(jīng)費是不難解決的。

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