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煤矸石固废无害化处置与资源化综合利用现状与展望

王玉涛

王玉涛. 煤矸石固废无害化处置与资源化综合利用现状与展望[J]. 煤田地质与勘探,2022,50(10):54−66. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.11.0614
引用本文: 王玉涛. 煤矸石固废无害化处置与资源化综合利用现状与展望[J]. 煤田地质与勘探,2022,50(10):54−66. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.11.0614
WANG Yutao. Status and prospect of harmless disposal and resource comprehensive utilization of solid waste of coal gangue[J]. Coal Geology & Exploration,2022,50(10):54−66. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.11.0614
Citation: WANG Yutao. Status and prospect of harmless disposal and resource comprehensive utilization of solid waste of coal gangue[J]. Coal Geology & Exploration,2022,50(10):54−66. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.11.0614

煤矸石固废无害化处置与资源化综合利用现状与展望

doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.11.0614
基金项目: 中国煤炭科工集团有限公司科技创新创业资金专项重点项目(2019-ZD004)
详细信息
    第一作者:

    王玉涛,1982年生,男,山东临沂人,博士研究生,副研究员,从事岩土工程、开采沉陷防治与煤矸石综合利用方面的研究.E-mail:wyt192001@163.com

  • 中图分类号: TD325

Status and prospect of harmless disposal and resource comprehensive utilization of solid waste of coal gangue

  • 摘要: 煤炭生产和加工过程产生的大量煤矸石堆放地表,不仅造成土地压占、水土流失,而且还会引发山体滑坡、泥石流等地质灾害,给矿区生态环境造成严重影响。我国煤矸石累计堆存量已超过60亿t,压占土地1.3万hm2。2020年,我国煤矸石产量7.29亿t,综合利用量5.26亿t,综合利用率为72.2%。当前我国煤矸石综合利用具有存量和排放量大、产量高度集中、综合利用率不高,区域发展极不平衡,高附加值利用占比小等特点,现有煤矸石的无害化处置与资源化综合利用的规模和能力明显不能满足国家对生态环境保护及“双碳”目标下煤炭综合利用的相关要求。对此,提出煤矸石在采空区充填、地面筑基、塌陷坑回填与土地复垦等方面的规模化无害处置技术和方法,指出井下“采选充处”一体化固体充填开采和采空区地面膏体与浆体充填是控制煤矸石增量、规模化降低煤矸石堆存量的最有效方法。详细阐述煤矸石在发电、建材、资源回收、化工产品制备及农业等方面的综合资源化利用途径,提出构建“煤炭—固废发电—有价元素提取—化工产品—建材材料—井下充填—地面回填—农业应用”的闭合循环产业链模式,建立“多途径、多组分、多层次+梯级回收+生态修复+封存保护+井下高效自动化充填”规模化处置与综合利用体系的煤矸石未来产业化发展方向。

     

  • 图  2000—2020年我国煤炭生产及消费统计数据

    Fig. 1  China’s coal production and consumption data from 2000 to 2020

    图  我国煤矸石产地区域分布[28]

    Fig. 2  Regional distribution of coal gangue producing areas in China[28]

    图  2018年主要产煤省份矸石新增产量及全国占比

    Fig. 3  New output of gangue in main coal producing provinces and the proportion of each province in China 2018

    图  1995—2020年我国煤矸石产量及综合利用统计数据

    Fig. 4  Statistics of China’s coal gangue output and comprehensive utilization from 1995 to 2020

    图  煤矸石规模化处置与综合产业化利用途径

    Fig. 5  Large scale disposal and comprehensive industrial utilization of coal gangue

    图  煤矸石井下分选协同原位充填开采模式[14,32]

    Fig. 6  Mode of coal waste separation and coordinated in-situ backfill and mining[14,32]

    图  煤矸石发电工业装备与技术发展历程

    Fig. 7  Development history of coal gangue power generation industrial equipment and technology

    表  1  煤矸石分类方法

    Table  1  Classification Method of coal gangue

    分类方法分类指标煤矸石分类
    行业惯例煤矸石来源煤巷矸、岩巷矸、自燃矸、洗矸、手选矸和剥离矸6类
    煤矸石颜色黑矸、灰矸、白矸、红矸等
    岩石类型黏土岩矸石、砂岩矸石、钙质岩矸石和铝质岩矸石等
    碳质量分数/%一类≤4.0二类 ( 4.0~6.0 ]三类 ( 6.0~20.0 ]四类>20.0
    硫质量分数/%一类≤0.5二类 ( 0.5~3.0 ]三类 ( 3.0~6.0 ]四类>6.0
    铁化合物质量分数/%低铁≤1.0中铁 ( 1.0~3.5 ]次高铁 ( 3.5~8.0 ]高铁>8.0
    GB/T 29162—2012《煤矸石分类》全硫质量分数St, d/%1低硫≤1.02中硫( 1.0~3.0 ]3中高硫( 3.0~6.0 ]4高硫>6.0
    灰分产率Ad/%1低灰≤702中灰(70~85 ]3高灰>85
    灰分成分ω(CaO+MgO)/%1铝硅型≤102钙镁型>10
    铝硅含量质量比(Al2O3/SiO2)1低级铝硅比≤0.32中级铝硅比( 0.3~0.5 ]3高级铝硅比>0.5
      注:GB/T 29162—2012《煤矸石分类》中,分类前数字表示排序编码。
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    表  2  不同地区煤矸石化学成分

    Table  2  Chemical composition of coal gangue from different areas

    序号煤矿名称不同成分质量分数/%烧失量LOI/%备注
    SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOTiO2K2ONa2O
    1 山西大同煤矿[10] 42.28 39.37 0.33 0.58 0.15 0.09 0.94 0.36 铝质岩类
    2 山西阳泉煤矿[10] 44.78 39.05 0.45 0.66 0.44 0.05 0.15 0.10
    3 山西长治石圪节煤矿[10] 53.96 42.40 0.96 0.56 0.50 0.76 0.58 1.32
    4 江苏徐州煤矿[10] 45.73 38.69 0.47 0.09 0.16 0.45 0.16 0.14
    5 安徽淮北煤矿[10] 45.67 37.75 0.28 0.62 0.48 0.29 0.19 0.88
    6 陕西铜川煤矿[10] 44.75 37.43 0.99 0.07 0.15 1.43 0.56 0.08
    7 内蒙古准格尔煤矿[6] 36.90 38.98 0.33 0 0.03 1.01 0.07 0.10 22.94
    8 内蒙古大青山煤矿[6] 38.37 33.00 0.80 0.14 0.03 0.61 0.11 0.09 24.93
    9 贵州遵义煤矿[11] 43.67 33.16 8.77 0.30 0.20 1.62 0.44 0.62 6.70
    10 河北开滦唐山煤矿[10] 48.35 20.26 0.29 0.21 0.19 0.54 1.49 0.19 黏土岩类
    11 河北开滦钱家营煤矿[10] 47.99 16.31 5.91 2.32 2.85 0.35 2.09 0.30
    12 河南平顶山三矿[10] 50.50 28.21 2.38 1.32 1.09 1.98 0.81
    13 安徽淮南矿区[12] 49.09 19.38 9.36 0.65 0.77 0.77 1.47 0.47
    14 安徽淮北某矿[13] 60.16 24.19 4.86 0.61 0.89 1.20 1.17 1.13
    15 云南宣威煤矿[10] 65.05 24.93 6.83 1.47 0.54 0.97 3.22 0.24
    16 云南峨山煤矿[10] 55.19 27.51 2.79 0.47 0.64 0.82 3.13 0.19
    17 新疆吐鲁番鄯善县矿区[14] 64.20 17.29 5.47 2.50 1.59 3.56
    18 新疆乌鲁木齐六道湾煤矿[14] 55.57 17.07 15.12 3.95 1.70 3.24
    19 山东新汶翟镇煤矿[15] 59.90 17.60 5.40 2.00 1.80 2.40 0.65
    20 陕西白水煤矿[16] 50.15 23.78 5.82 2.21 0.81 0.73 1.33 0.24 12.29
    21 陕西韩城桑树坪煤矿[17] 49.30 31.48 3.84 0.22 0.36 1.16 0.64 0.08
    22 陕西神木大柳塔煤矿[18] 39.98 13.50 9.85 3.75 0.62 0.63 27.91
    23 北京房山矿区[19] 45.57 16.35 6.02 1.93 1.56 0.94 2.85 1.44 24.24
    24 内蒙古赤峰矿区[20] 43.39 13.72 6.09 1.70 1.6 0.89 2.05 0.56 29.81
    25 山西河曲上榆泉煤矿[18] 41.01 11.22 5.94 3.57 0.63 0.47 30.86
    26 贵州六盘水盘县[21] 42.27 15.56 19.97 1.70 2.04 2.73 1.17 0.96 11.68
    27 贵州桐梓煤矿[11] 38.93 25.02 14.09 0.40 0 2.30 0.99 1.48 14.37
    28 贵州泮水煤矿[11] 39.10 22.52 7.15 0.50 0.10 2.15 2.09 1.61 22.67
    29 辽宁阜新煤矿[10] 62.74 18.74 0.57 0.39 0.67 0.63 4.84 0.94 砂岩类
    30 新疆昌吉五彩湾煤矿[14] 70.25 4.68 1.01 1.22 1.10 18.20
    31 新疆伊宁县喀拉亚尕奇乡煤矿[14] 67.91 17.14 1.08 1.89 1.62 9.07
    32 山东滕南煤矿[10] 53.16 20.06 4.01 1.08 0.47 2.65 1.06
    33 陕西长武亭南煤矿[22] 8.29 1.53 0.03 14.88 4.20 0.16 0.03 0.14 66.52 钙质岩类
    34 新疆哈密三道岭二矿[14] 0.76 0.20 4.04 15.74 13.91 68.90
    35 新疆伊宁县达达木图乡煤矿[14] 9.71 2.47 2.24 14.22 18.27 55.44
    36 辽宁阜新煤矿[10] 67.46 17.29 3.50 0.52 1.78 0.56 3.88 3.06 自燃煤矸石
    37 辽宁铁法煤业大明二矿[23] 69.98 16.27 3.07 1.26 1.02 3.09 3.28 1.82
    38 贵州轿子山煤矿[10] 53.34 17.01 8.98 4.80 1.03
    39 陕西铜川矿区[24] 7.29 1.40 0.49 40.60 8.69 0.05 0.17 0.07 41.70
    40 重庆酉阳矿区[25] 66.71 11.62 6.27 3.57 1.97 2.57 0.48 3.51
    41 河南鹤壁九矿[10] 59.70 25.15 4.25 0.69 0.31 1.04
    42 吉林营城煤矿[10] 66.33 17.27 5.00 1.15 0.75 0.56
    43 江苏徐州龙东煤矿[26] 57.89 20.64 6.39 1.46 0.98 2.25 0.22
    44 山西太原西山煤矿[27] 61.05 21.10 7.30 2.31 1.95 0.80 4.05
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    表  3  部分煤矸石电厂规模统计

    Table  3  Scale statistics of some coal gangue power plants

    序号电 厂 名 称省(自治区) 投产时间装机容量/MW装机规模
    /MW
    煤矸石处理
    量/(万t·a−1)
    发电量/
    (亿kW·h·a−1)
    1 山西柳林联盛煤矸石电厂 山西 2014年 2×300 600 310 36
    2 山西国金电力有限公司煤矸石电厂 2016年 2×350 700
    3 中煤平朔第一煤矸石电厂 2020年 2×660 1 320 323.88 65.9
    4 山西平朔煤矸石发电厂 2010年 2×50+2×300 700 128 40
    5 朔州格瑞特实业煤矸石电厂 2009年 2×135 270 106.2
    6 阳城晋煤能源煤矸石电厂 2013年 2×135 270 120 16.425
    7 山西晋能侯马煤矸石发电厂 2003年 2×50 100 30 5.5
    8 山西寿阳明泰国能低热值煤发电电厂 2017年 2×350 700
    9 山西赵庄金光2×600 MW低热值煤电厂 2017年 2×600 1 200 120 60
    10 山西国峰煤电2×300 MW煤矸石电厂 2015年 2×300 600 200 27
    11 大路煤矸石热电厂 内蒙古 2016年 2×300 600 80 24
    12 神华亿利能源煤矸石电厂 2008年 4×200 800 360
    13 神华准能矸石发电厂 2014年 2×150+2×300 900
    14 内蒙古国电杭锦煤矸石发电厂 2013年 2×330 660 182 36.3
    15 陕煤韩城矿业有限公司煤矸石电厂 陕西 2004年 2×12 24 27.63 1.746
    16 黄陵矿业集团煤矸石电厂 2015年 2×15+2×50+2×300 730 330 46
    17 开滦协鑫煤矸石电厂 河北 2013年 2×300 600
    18 大唐武安发电有限公司煤矸石电厂 2012年 2×300 600 60 33
    19 广东梅县荷树园电厂 广东 2012年 2×135+2×300+2×300 1 470 78
    20 国电粤华韶关煤矸石发电厂 2014年 2×330 660 261 42.9
    21 枣矿田陈富源煤矸石电厂 山东 2020年 2×350 700 35
    22 义马锦江矸石电厂 河南 2004年 2×135 270 100 16
    23 盘北煤矸石发电厂 贵州 2013年 2×300 600 300 35
    24 中电投调兵山煤矸石发电厂 辽宁 2011年 2×300 600 160 33
    25 华能吉林白山煤矸石发电厂 吉林 2012年 2×330 660 300
    26 攀钢1×300 MW煤矸石发电厂 四川 2016年 1×300 300 40 13.5
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-01
  • 修回日期:  2022-03-14
  • 刊出日期:  2022-10-25
  • 网络出版日期:  2022-09-30

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