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项 目 方 案
山西先导科技开发有限公司
二〇一〇年四月
目 录
一、项目目的 2
二、技术指标 2
三、工程量 3
四、研究内容 3
五、详细工作 4
六、进度安排 25
七、人员安排 26
八、承担单位与合伙方详细责任和分工： 26
成庄矿煤矸石处置办法及复垦技术研究
项 目 方 案
煤矸石是煤矿开采和洗煤排放固体废弃物，是煤矿生产必然产物。 当前，煤矿排矸量约占煤炭开采量8%～20%，平均约为12%；已成为矿区堆积量和占用场地最多工业废弃物重要污染源之一。由于矸石大量堆积形成矸石山，不但直接占压土地，引起严重土壤污染，破坏植被生长，水土流失和地质灾害， 并且由于矸石中普通具有残煤、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CO、CO2 、SO2 、H2S、NO 等有害气体，导致大气、地表水、地下水严重污染,矸石山下风向村庄、城乡及矸石沟下游农田、河流、水库等生态敏感点导致不良环境影响。再是矸石山为自然堆积而成,内部构造疏松，受矸石中炭自燃、有机质灰化及硫分解挥发等作用影响，使得矸石山非常易发生自燃、崩塌、滑坡，也许形成泥石流等灾害。据记录，×108t，×105m2，现已形成大小数千座矸石山，×109t，×108m2，现全国大概1/3矸石山正在发生燃烧。因而，对矿区煤矸石自燃防治及复垦技术研究， 改进煤矸石山环境条件，加快植被恢复，最大限度地减少煤矸石山对周边环境污染已成为煤矿环保工作和煤炭清洁生产一项重要任务，对煤炭工业可持续发展乃至整个国民经济健康发展具备十分重要现实意义。
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/年洗煤厂，每年排放3#煤矸石100万t，排矸量约占煤炭开采量
8%，合计存矸约800万t。 当前，成庄煤矿既有3个排矸场，其中1# 工业区排矸场已于封场，复垦还田209亩；2# 排矸场于底即封场，进行复垦还田；3# 排矸场选址拟定，开始存储矸石。
1# 排矸场虽已填沟造田，且农作物长势较好，但由于没有科学进行立地环境分析及植被演替规律探讨，缺少合理矸石山填埋复垦技术，致使 1# 排矸场仍就存在矸石自燃、矸石溃坝潜在因素，不可避免地浮现农作物生长近年后由于水土流失导致生态效应减小以及土壤生产力下降现象。因而，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研究，建立一套完整顿论与技术原则，为成庄矿申报国家环境和谐公司及矿区环保提供科学根据；同步也为后续排矸场在科学、合理治理复垦基本上，创造更高生产力和经济价值，实现矸石山稳定自维持植被生态系统最后有效运用。
一、项目目的
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，应用定性和定量办法对煤矸石、覆土层成分及地表植物成分进行测试分析，进一步系统地研究煤矸石自燃防治、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、复垦综合治理技术规范及原则，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．给出矸石元素成分、工业性分析及覆土元素分析指标；
2．给出边坡稳定参数，合理拟定坡度、坝高；
3．给出覆土种植技术中覆土厚度；
4．给出矸石场合理排水系统参数，拟定地表径流排水渠和渗入水排水暗涵规格、尺寸。
三、工程量
。
：
（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。
。
4．矸石示范工程涉及矸石沟削坡、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
、已堆放煤矸石，进行元素分析及工业性分析。
、成分测试、数据分析及计算。
、数据分析及计算。
、成分测试、数据分析及计算。
（含农作物）样品采集、重金属成分测试、数据分析及计算。
（含农作物）样品采集、重金属成分测试、数据分析及计算。
。
#矸石场地表最大径流量和渗入系数及其渗入量。
、采集气体样品分析其组份，得出地面植物黄化因素，并提出治理技术办法。
、堆积厚度及漏风对煤矸石自燃影响，给出成庄矿煤矸石山自燃防止和治理技术办法。
11．给出成庄矿矸石山堆放、复垦综合治理技术规范及原则。
通过上述内容研究，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、经济收益好矸石山治理与复垦技术。
五、详细工作
项目实行重要通过现场调查、拟定技术路线、采集各种样品、实验室测试、数据计算分析、现场实行等完毕。
（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，与空气中氧发生物理吸附、化学吸附和化学反映，从而放出热量，在一定蓄热条件下，当产生热量不不大于散失热量时，就使得矸石山温度不断升高，最后导致自燃发生。
通过较为全面、科学和系统地研究了代表性矸石山煤矸石样元素分析、工业性分析，给出煤矸石自燃内因及重要影响因素。
依照调研状况决定到矸石山现场依照分析需要按国家取样原则（GB475—96）进行各类别、各层次取样，所取样品装入特制专用采样罐中。装样时不能破坏样品粒度，并且运送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煤矸石样进行缩分，并且按照需要进行实验对煤矸石样品进行制备。，清洗好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。
正在燃烧煤矸石表层样Ⅰ-2-1；
Ⅰ-2-2；
样Ⅰ-2-3
已经燃烧煤矸石表层样Ⅰ-3-1
Ⅰ-3-2；
Ⅰ-3-2；
2. 各类煤矸石样x射线莹光光谱元素分析
将各类需要进行实验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，将缩分后样用小型磨碎机磨细并过120目筛。最后将筛下煤矸石于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荧光－X射线，通过荧光－X射线波长定性分析样品元素构成。
图1 X－射线荧光光谱仪
其测量成果见表2所示。
表2煤矸石块样
元素
Fe
S
Si
K
Ti
Ca
Mn
Zn
Cu
Ni
Cr
Ga
Sc
I-1-1
I-1-2
I-2-1
I-2-2
I-2-3
I-3-1
I-3-2
I-3-3
（1）试剂
氮气，纯度 %，-1。
（2）仪器设备
小空间干燥箱：箱体严密，具备较小自由空间，有气体进、出口，并带有自动控温装置，可以保持温度在 105~110℃范畴内。
流量计：量程为 100~-1；
分析天平：感量 分析天平。
（3）测定环节
用预先干燥好并称量过称量瓶称取过200目筛各类煤矸石样10g±，，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℃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 称重这样重复到质量恒定，然后依照煤矸石质量损失计算出水分百分含量。
（4）成果计算
氮气干燥法煤矸石水分计算：Mad=m1/m×100
式中：Mad—氮气干燥煤矸石样水分含量，%；
m1—煤矸石干燥后失去重量，g；
m—煤矸石质量，g。
（5）测定成果
表3 各类煤矸石混合样水分含量
新鲜煤矸石样
水分含量/%
（1）仪器设备
马弗炉：带有高温计和调温装置，温度可以保持在900±10℃，并且有足够恒温区，炉内有排气小孔和热电偶；
图2 马弗炉
分析天平：；
秒表。
(2）试剂
氮气，纯度 %，-1。
分析天平：感量 分析天平。
（3）测定环节
用预先在900℃温度下灼烧至质量恒定带盖瓷坩埚，±，，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℃马弗炉中，开始炉温会有所下降，但是必要在3min内使炉温升到900℃，精确加热7min。
（4）成果计算