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煤炭是我國的最主要能源，它在社會經濟發展中發揮著極其重要的作用。煤炭的開發和利用，既對社會經濟起著巨大的推動作用，同時也對環境產生了重大影響。煤矸石和煤層氣就是煤炭開發過程中產生的主要廢棄物，長期以來被煤炭工業視為有害物質和災害性氣體。黨的十一屆三中全會以后，隨著經濟體制改革的不斷深化和我國工農業的健康快速發展，在能源日趨緊缺的情況下，人們逐步意識到這些廢棄物尚有可供利用的一面。特別是近二十多年來，煤炭部門在煤矸石和煤層氣的開發利用方面做了不少探索和生產試驗，取得了一批成果。實踐證明，只要轉變觀念，加強科學研究，因地制宜注意開發，煤炭生產過程中的礦產資源二次利用不僅是完全可行的，而且潛力巨大；不僅可以化害為利、變廢為寶，且可以節約能源，并獲得重大的社會和經濟效益。

　　煤矸石的綜合利用
　　（一）煤矸石對環境的危害
　　煤矸石主要是由炭質泥巖、泥巖、粉砂巖、砂巖等巖石組成的混合物。其礦物組成主要有高嶺石、蒙脫石、長石、伊利石、方解石、黃鐵礦、水鋁石和少量稀有金屬礦物等組成，元素組成多達數十種。盡管煤矸石的成分復雜，但絕大多數煤矸石除含少量炭質外，主要以硅、鋁為主，其次是硫、鐵、鈣、鎂、鈉、磷、鈦等元素。

　　按煤矸石的來源可分為掘進矸石和選煤矸石兩大類。煤層結構和厚度的變化、采煤方法和選煤工藝不同，對煤矸石的排放量有直接影響，一般占煤產量的10～20%。由于煤矸石來源不同和產出地區的差異，其成分和性質變化很大。例如，煤矸石的灰分一般在70～85%，最高可達90%以上；固定碳含量一般在5～25%；發熱量一般在3.3～6.3MJ/ kg。煤矸石的硫含量與原煤硫含量密不可分，例如，開采華北地區太原組煤層和西南地區龍潭組煤層排出的矸石，含硫量就較高，個別可達8～16%。

　　煤矸石廢棄、堆積對環境的危害很大：侵占大量土地，影響生態，破壞景觀；矸石山的淋溶水（酸性水）污染地下水源和江河，危害農作物和水產養殖業；由于煤矸石中有硫化鐵和含碳物質存在，還會自然發火，排放大量煙塵，嚴重污染大氣，損害人體健康，抑制植物生長，腐蝕建筑物結構；個別煤矸石山還有發生爆炸和崩落事故的隱患，對礦區安全構成嚴重威脅。

　　我國不僅是世界產煤大國，也是煤炭消費大國。目前全國歷年累計堆放的煤矸石約43 億噸，規模較大的煤矸山有1600 多座，占用土地約1.5 萬公頃。2004年煤炭產量達到19.56 億噸，按煤產量10%的低排矸量計算，當年排放煤矸石就達1.96 億噸。今后煤炭產量還將逐年增長，排矸量也在逐年增加，加上以往積存的煤矸石，其數量相當巨大。因此，這已是一個刻不容緩、亟待研究解決的重要社會問題。

　　（二）煤矸石的利用途經
　　如何將煤矸石變廢為寶？國內外已經開發出許多利用途徑。基本原則是在查明煤矸石性質的基礎上，區別對待，使其物盡其用，并將各種利用途徑結合起來，形成一定的開發規模和綜合利用系統，從而獲得最佳的經濟效益。根據我國的實際情況，其用途大致有五個方面：
　　1．煤礦井下充填。在逐步改革采煤工藝的基礎上，運用煤矸石在井下直接充填采空區或者在地面經加工后充填井下采空區。
　　2．煤礦地面塌陷區充填、復墾造田和鋪路。
　　3．煤矸石發電。含炭質較多，發熱量較高的煤矸石，可用作流化床和循環流化床發電。
　　4．生產煤矸石磚、水泥和輕質骨料等建筑材料。
　　5．從煤矸石中提取硫精礦和其它化工產品。

　　（三）綜合利用煤矸石的初步效果
　　據不完全統計，我國煤炭企業目前有煤矸石電廠120 余座，裝機容量184 萬KW；年發電量87 億KW·h，煤矸石磚廠129 座，年生產能力30 億塊（折標磚）；煤矸石和粉煤灰水泥廠163 座，年生產能力1250 萬噸。截止到2002 年，全國煤礦綜合利用煤矸石約4200 萬噸。其中，煤矸石發電2800 萬噸，煤矸石水泥300萬噸，煤矸石制磚1000 萬噸，其他耗用100 萬噸。另外，用于井下充填、復墾造田、筑路等處理煤矸石5600 萬噸。總計利用和無害化處理煤矸石約9800 萬噸，占當年煤矸石排放量的50%。 
    
　　我國綜合利用煤矸石的歷史不長，基礎較差。總的社會和經濟效益還不夠理想。但是，從一些實踐單位取得的初步效果來看，前景非常廣闊。
　　1．煤矸石發電取得明顯成效
　　黑龍江雞西滴道矸石電廠是我國第一座容量最大的煤矸石電廠。先后安裝了三臺我國自己研制的130 噸/時流化床鍋爐和兩臺2.5 萬KW 汽輪發電機組，每年燃燒煤矸石約60 萬噸，發電2.2 億度。
　　重慶永榮礦務局是全國首家利用煤矸石沸騰爐發電的單位，核定裝機容量2萬KW。從1978—1994 年已發電12 億KW·h，耗用煤矸石等低熱值燃料200 萬噸以上，生產灰渣磚4 億塊、水泥20 多萬噸。

　　建成于上個世紀未期的山東新汶協莊煤礦矸石熱電廠效益尤為突出。目前發電量保持1.6 億KW·h 以上，年消耗煤矸石30 萬噸。同時還建起了免燒磚廠，每月生產免燒磚30 多萬塊，消耗粉煤灰6000 噸。又將爐渣用作建材原料和鋪路，用灰渣替代沙子用于井下噴漿等等。該礦煤矸石熱電廠建成后，實行熱電聯供，年節約原煤4 萬噸，少支付電費1.2 億元以上，節省煤矸石堆放占地25 畝，安置待業和下崗人員733 人。既節約了資源，又收到了良好的社會、經濟和環境效益。

　　2．用煤矸石生產新型建筑材料取得突破
　　山東新汶礦務局泰山機械公司開發生產的真空硬塑制磚機，以煤矸石、粉煤灰為原料，利用煤矸石自身的發熱量進行焙燒，生產出了承重空心磚和非承重空心磚。該產品符合國家對新型墻體材料的要求，具有廣闊的發展前景。

　　山西陽泉礦務局用該地自然煤矸石為骨料，配入矸石砂、硅酸鹽水泥制成200—300 號煤矸石混凝土，其物理性能和質量符合有關規定。用自然煤矸石生產的混凝土比普通混凝土的密度低20%，是高層建筑的優質材料。

　　山西潞安礦業公司新型墻體材料廠建成了國內產量較大、自動化程度較高的煤矸石制磚生產線，每年可以生產1.3 億塊標準磚，處理煤矸石30 萬噸。生產的煤矸石磚強度高、熱阻大、隔音好，可降低建筑物墻體厚度，減少用磚量。同時由于外觀整潔、抗風化能力強、色澤自然，可以省去抹灰、噴涂等工序，降低建設和維護成本，與傳統粘土磚相比有著更高的性價比和更強的市場競爭力，其經濟效益和生態效益都非常顯著。

　　3．從煤矸石中提取硫精礦和其他化工原料取得初步成效
　　重慶南桐礦務局干壩子選煤廠從高硫煤矸石中提取硫精礦取得成功。入洗矸石含硫10～31%，主要成分為黃鐵礦硫。采用重介法分選選出：含硫35%、含碳小于8%的硫精礦；灰分45～50%的泥煤和尾礦三種產品。

　　河北開灤唐家莊礦選硫車間，1985 年初投產。入洗矸石含硫為3.98%，主要成分為黃鐵礦硫。經洗選產出四種產品：含硫30～35%、含碳小于8%的硫精礦；發熱量14.63MJ/kg 可作燃燒用的動力煤；發熱量6.27MJ/kg 的低熱值燃料和矸石。

　　遼寧南票礦務局與煤炭科學院撫順分院合作，從煤矸石中提取結晶氯化鋁、固體聚合鋁、水玻璃、白炭黑等多種化工產品獲得成功。目前，年產萬噸結晶氯化鋁、固體聚合鋁的生產裝置已建成投產，年產值達千萬元以上。該項研究成果曾獲得1986 年國家發明四等獎。

　　煤層氣的開發利用
　　（一）煤層氣對煤炭生產和環境的危害
　　在開采煤炭的過程中，從煤層及其頂底板巖石中散發出來的各種氣體，我國煤炭行業習慣上稱為礦井瓦斯。煤是一種有機質高度富集的可燃有機巖，礦井瓦斯是煤化作用過程中有機質所生成并滯留在煤層中的少部分氣體，而大部分氣體從煤層中排出，徑運移、聚集并在適當條件下形成非常規天然氣藏，稱為煤成氣，它是當前尋找勘查的主要對象。由于礦井瓦斯和煤成氣均來源于煤層，故又統稱為煤層氣。

　　煤層氣的主要成分是甲烷，俗稱沼氣，其次是二氧化碳和氮氣，另外還有微量或少量的重烴類氣體和氫、一氧化碳、二氧化硫、硫化氫等氣體。

　　礦井瓦斯對煤炭生產的危害很大。我國根據正常生產情況下，平均每產1 噸煤涌出的瓦斯量來劃分煤礦的瓦斯等級。小于或等于每噸10m3 的為低瓦斯礦井，大于每噸10 m3 的為高瓦斯礦井，曾經發生過煤與瓦斯突出的為突出礦井。我國煤礦屬于高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井占48%，因此，發生瓦斯事故的頻率很高。長期以來，瓦斯事故在我國煤礦事故中的比例一直居高不下，也是世界煤礦瓦斯災害最嚴重的國家。據有關部門統計，2001—2004 年10 月，我國煤礦共發生一次死亡10 人以上的特大事故188 起，平均每7.4 天一起，而其中瓦斯事故比例高達90%。特別是進入2004 年四季度以來，相繼發生了河南鄭州煤業集團大平礦“10·20”煤與瓦斯突出引發的瓦斯爆炸、陜西銅川陳家山煤礦“11·28”瓦斯爆炸等特別重大事故，一次傷亡100 人以上，給煤炭生產帶來嚴重威脅，給人民群眾生命財產造成重大損失，社會影響惡劣，經濟損失慘重。

　　另外，煤層中的甲烷是一種重要的溫室效應氣體，而且其濃度增高后，使對流層中的臭氧增加，平流層中的臭氧減少。臭氧層減少，能使照射到地球上的紫外線增加，從而誘發皮膚癌、皮膚老化、眼疾、色盲等危害人類的疾病。因此，減少煤層甲烷（瓦斯）向大氣中排放，對穩定大氣中的甲烷濃度，緩解溫室效應的影響，保護人類健康具有十分重要的現實意義。

　　（二）煤層氣的利用途徑
　　礦井瓦斯是有害氣體，同時也是一種天然資源。為了降低煤礦井下的瓦斯含量，防止煤與瓦斯突出，目前常用的一種主要方法是礦井瓦斯抽放，即在煤層開采前或開采過程中，在井下采掘巷道中打水平鉆孔穿入煤層，在地面通過瓦斯泵造成負壓來進行抽放。我國遼寧撫順和山西陽泉等一些高瓦斯礦區都建立了專門的瓦斯抽放和利用系統，采取了許多預抽放措施，不僅使礦井安全生產得到了保障，同時還獲得了顯著的經濟效益。礦井瓦斯具有廣泛的利用途徑：
　　1．用于發電。用抽放出來的礦井瓦斯做燃料，可用于燃氣輪機和蒸氣輪機組成的聯合循環發電廠發電。
　　2．工業和民用燃料。瓦斯在燃燒過程中不產生煙塵和SO2 氣體，是工業鍋爐、民用取暖和炊事用氣的潔凈、高效能源。
　　3．化工原料。可以用來制造氨、尿素、化肥、炸藥和甲醇等。
　　4．交通運輸燃料。將甲烷與柴油制成混合燃料，供汽車使用，可提高燃燒效率，降低廢氣排放，減輕對環境的污染。

　　（三）開發利用煤層氣的初步效果
　　1．瓦斯抽放和利用在一些礦區獲得了顯著效益
　　在煤礦井下抽放瓦斯，除地質構造因素外，還受制于采礦工程及其進度、抽放方式等諸多因素的影響。由于瓦斯分布的不均衡性，目前主要在高瓦斯礦區開展抽放工作。因此，總體來說，開發量不大，2002 年，全國煤炭企業開發利用瓦斯量不到8 億m3，向大氣排放量高達60 多億m3，資源利用率很低。但是，已經開展抽放和利用的單位社會經濟效益很顯著，說明礦井瓦斯是可以經濟開發、變害為利，為人類所利用的寶貴資源。

　　遼寧撫順礦務局龍鳳礦是我國最早實行瓦斯抽放的礦井，以后該局又在老虎臺礦、勝利礦開展了瓦斯預抽預排和瓦斯綜合利用工作。先后利用瓦斯制造炭黑、生產甲醛獲得成功。1991 年又建起了一座裝機容量1.2 萬KW 的井口瓦斯電站。五十多年來，從礦井中直接抽出瓦斯近40 億m3，其中50～80%得以利用。他們采用采前預抽、邊采邊抽、采空區抽放等三種方式，1983 年以來，年抽出量一直在1 億m3 以上，抽放率達到60～65%，平均濃度為52%。目前，撫順礦區和市區已經建立起了煤層氣利用系統，1998 年利用量達7750.8 萬m3。從撫順至沈陽的輸氣管道已經開始運行，2001 年實現向沈陽供氣1700 萬m3，2002 年供氣2000 萬m3。

　　重慶松藻煤電有限責任公司擁有6 對礦井，均屬高瓦斯煤礦，年抽放瓦斯達0.9 億m3 以上。目前，除了居民燃用和燒制炭黑外，每年有2/3 以上的瓦斯直接排入大氣中，不但白白浪費了資源，還造成了大氣污染。為了解決這一問題，公司于2003 年成立了瓦斯開發有限公司，以進一步加大瓦斯開發利用力度，促進瓦斯產業發展。

　　2．煤層氣地面勘查開發獲得階段性成果
　　經中國煤田地質總局1998 年完成的“全國煤層氣資源評價”項目計算，全國埋深在2000m 以淺、含氣量大于4m3/噸的煤層氣資源量為14.34 萬億m3。“九五”后期，由中聯煤層氣公司和煤炭科學研究總院西安分院完成的“中國煤層氣資源評價”項目，計算獲得全國煤層氣資源量31.46 萬億m3。說明我國煤層氣資源量十分豐富。開發煤層氣不僅可以從根本上解決煤礦瓦斯災害，改善煤炭開采安全條件，而且對調整我國能源結構，保護大氣環境均具有重大意義。因此，加快勘查開發煤層氣十分必要。

　　從原能源部1989 年在沈陽召開的第一次“開發煤層氣研討會”至今，我國勘查開發煤層氣的工作進展較快較順利。上世紀九十年代初期，引進美國地面開發煤層氣技術，先后在開灤、柳林、鐵法、松藻等礦區進行了勘查開發試驗；1996年，經國務院批準，由原煤炭部、原地質部和中國石油天然氣總公司聯合組建起了中聯煤層氣有限責任公司，對全國煤層氣勘查開發進行了總體規劃，并在勘查試驗的基礎上評價獲得了第一批煤層氣儲量。到目前為止，國家儲量評審機構已經認定了山西沁水盆地南部（二個區塊）、山西陽泉和遼寧鐵法共四個區塊1023億m3 的煤層氣探明儲量，其中，沁南探明儲量達754 億m3，為進入商業化開發提供了資源保證；21 世紀以來，隨著對我國煤層氣資源及其分布規律認識的不斷深化，加強了開發試驗的探索研究，煤層氣勘查開發技術日益提高，并在沁水盆地、鐵法煤田等地區的個別單井中獲得了日產氣萬m3 以上的較高產量。在遼寧阜新礦區實現了我國首創用地面鉆井抽取煤層氣進行商業利用的范例。該礦區預測煤層氣資源量114.6 億m3，目前年抽放能力達到2200 萬m3，2003 年3 月已正式向6.5 萬戶市民供氣。同時，通過認真分析研究，認識到了我國煤層氣井普遍抽出率不高、單井產氣不穩定的地質控制因素：儲層壓力低、儲層滲透率低、含氣飽和度低和儲層地應力高“三低一高”現象突出，從而找到了影響我國煤層氣規模、經濟開發的主要障礙，為今后實現商業化開發指出了主攻方向。

　　結束語
　　煤炭開發過程中的許多廢棄物有其潛在的可利用價值，關鍵是人們必須轉變觀念，樹立科學發展觀，開闊思路，立足實際，積極調整產業結構、產品結構和能源消費結構，用循環經濟理念指導煤炭企業進行產業轉型，用循環經濟模式進行規劃、建設和改造，這樣煤炭開發過程中的礦產資源二次利用必將發揮出巨大的作用。

　　綜合利用煤矸石和勘查開發煤層氣只是其中的一部分，煤炭開發過程中還有許多可以進行二次利用的礦產資源。例如，礦井水也是威脅煤炭開采的一大災害，只要加強管理，實行排供結合，不僅可以化害為利，還可以有效解決礦區所需要的水資源問題。在我國不同時代的煤層及其圍巖中，共生伴生礦產資源和有益元素非常豐富、高鋁粘土、高嶺土、膨潤土、硅藻土、油頁巖和鍺、鎵、鈾、釩等等，在有些礦區或煤層中可富集達到工業要求，但是，長期以來，煤田地質勘探重視不夠，多數煤礦只管采煤，致使這些有益的其伴生礦產多數都被白白地遺棄掉了，十分可惜。

　　因此，我們完全有理由呼吁：開發煤炭必須注重礦產資源的二次利用，形成有利于節約資源、保護環境的生產方式，有利于提高經濟增長質量和效益的新型煤炭企業，這是煤炭工業可持續發展的要求，也是全面建設小康社會宏偉目標的必然選擇。