大宗固废---再聊聊煤矸石“回到地下去”

大宗固废---再聊聊煤矸石“回到地下去”

关于煤矸石回填地下这个话题，要再聊得深入些，咱们就得把它放到一个更大的图景里去看。这不仅仅是处理废石头那么简单，更因为它关乎着我们如何对待一块石头以及其背后所承载的一片土地从“出生”到“重生”的全过程。

一、黑色“印记”与治理思路的转变

煤矸石，这座黑色的“负矿”，是咱家众多煤炭产区最熟悉也最头疼的景观。它不仅是占地和扬尘的源头，其内部含有的少量硫、重金属等物质，在雨水冲刷下可能渗入水土，构成长期的环境隐患。过去“一堆了之”、“一倒了之”的做法，许多地方人造“火焰山”，为自己也为后人，留下了沉重的历史欠账。

思路的转变，源于经济发展与保护环境关系的重新审视。将煤矸石回填到地下，是从“线性经济”（开采-使用-废弃）向“循环经济”理念的局部回归。其核心目标非常清晰：一是彻底消除地表污染源，二是支撑被掏空的地层，修复受损的生态环境。 这是一条让黑色“印记”逐步消退的必经之路。目前在国内的实践中，主要有三条技术路径，它们像三位手法不同的医师，针对大地不同的“病症”开具不同的处方。

二、三条技术路径的深度剖析

 

1. 井下充填：与开采可以并行的系统再造

这可以被视为最富远见、系统性最强的方案。它并非在采矿结束后才开始，而是将煤矸石处理深度嵌入到煤炭开采的每一个循环之中。

其工艺核心，是将地面洗选产生的煤矸石，经过一系列精细加工。首先由破碎机将其破碎至一定粒度，然后与专门的胶结材料（最常见的是水泥、粉煤灰，有时也会使用高水材料或矿渣基胶凝材料）按精确配比混合，在搅拌车间内制成具有特定流动性、稳定性和强度的浆体。这种浆体，外观似细腻的深色牙膏，通过在地面以及井下建立的强力膏体泵送系统，经由铺设的数公里乃至更长的管道，被高压输送至井下刚刚采完煤、尚未塌落的“采空区”，进行“灌注”成型后，就像石头一般，起到支撑的作用。像不像建房子的“混凝土”？其实基本的原理是相似的。

这个过程的好处是立体而多元的：

 根除地表污染： 实现了“矸石不升井”或“矸石零排放”的理想状态，从源头上消灭了矸石山。

 保障安全生产： 充填体在井下形成了一个强大的人工支撑体系，能有效控制顶板，大幅减少甚至杜绝工作面塌方、瓦斯积聚等安全隐患。

 控制地表沉降： 这是其最显性的生态效益。通过对采空区的及时、密实充填，能将对地表建筑物、农田、水体的采动影响降至最低，特别适合于在村庄下、铁路下、水体下（“三下”压煤）进行开采。

 置换宝贵资源： 正因为有效支撑了地层，许多过去因沉降问题而无法采出的“呆滞”煤炭资源得以安全地“解放”出来，提高了矿井的整体资源回收率，延长了服务年限。

 当然，这一方案的挑战也同样突出：

它是一项庞大的系统工程，初始投资巨大，涉及井上下生产环节的紧密耦合，充填材料本身也有一定的成本，会在短期内直接增加吨煤生产成本。因此，它更适用于地质条件复杂、环保压力巨大、有较多“三下”可采煤炭资源，且有一定利润空间的大型现代化矿井。

国内案例观察： 

在山西晋城、潞安等矿区，你能深切感受到这种模式的成熟应用。以晋城煤业集团某矿为例，他们面对矿区地面密集的村庄和良田，毅然选择了矸石膏体充填技术。在地面，他们建起了现代化的充填搅拌站，将黑色的矸石与电厂产生的粉煤灰等工业废料“变废为宝”，制成绿色的充填膏体。每天，数千米的管道如同矿井的“动脉”，将这股“绿色血液”源源不断地输送到井下采掘工作面之后的空间。在这里，你能看到充填体与液压支架协同作业的场景：前方采煤机轰鸣割煤，后方采空区则被膏体稳稳地填满。这不仅让村庄安然无恙，也使矿井的资源采出率提升了15%以上，实现了环境与效益的共赢。

2. 露天矿坑回填：抚平大地伤疤的生态手术

 

这条路径直面的是露天开采结束后留下的巨大创伤——深邃的矿坑和杂乱的排土场。其理念直接而恢弘：

用自身产生的废弃物，去修复自身造成的环境破坏。

其工艺流程更像一场大规模的“土方工程”与“大地整形术”。

首先需要进行周密的规划，确定回填顺序和区域。随后，大量的煤矸石被重型卡车或带式输送机运至矿坑内，按照预先设计的厚度进行分层摊铺。每一层都要用重型碾压机械进行反复压实，以确保其密实度和稳定性，防止后期发生不均匀沉降。当回填至设计标高后，在最顶层覆盖上取自别处的、厚度通常不低于1.5米的优质黄土，这层“皮肤”是未来生态复苏的基础。最后，在这片重构的土地上，根据当地气候和土壤条件，进行植被恢复，或规划为农林用地、工业用地，乃至与新能源结合建设光伏电站。

它的优势在于规模效应和目标的纯粹性：

处理能力惊人，能够快速消化掉历史积存和新产生的巨量煤矸石；成本相对井下充填要低得多；生态修复效果直观可见，真正实现了“变废为宝、再造良田”。

其核心挑战在于环境风险的管控：

如果回填过程不规范，压实度不够或缺乏必要的防渗隔离层，煤矸石中的有害物质在降水入渗下，很容易对浅层地下水造成污染。因此，一个负责任的回填项目，必须在底部和侧壁铺设天然黏土或人工复合材料（如HDPE膜）作为防渗层，并建立长期的地下水监测系统。

国内案例观察： 

驱车穿行于内蒙古鄂尔多斯或陕西榆林的露天矿区，你能清晰地看到这种“抚平伤疤”的实践。在神东煤炭集团所属的某个已闭坑的露天矿，昔日的矿坑已被煤矸石和剥离物填至与周边地平。施工现场，工程师们严格监督着每一层矸石的压实度，并铺设了厚厚的黏土防渗层。几年后，当你再次到访，这片土地上可能已是绿草如茵，牧羊人赶着羊群走过，或者是一片整齐排列的光伏板，在阳光下熠生生辉，将曾经的“黑色”能源地转变为“绿色”能源基地。

3. 离层注浆：精准控制沉降的“大地针管输液术”

 

这是一种更为精巧和高科技的方法。

它不追求处理煤矸石的最大化，而是专注于解决一个极其特定的问题——精准控制地表沉降。

其原理基于采矿沉陷学的深刻认知：

当深厚煤层被采出后，其上覆的岩层并不会立即垮落，而是在自重应力下发生弯曲、离层、断裂。其中，“离层”是岩层分离时形成的暂时性空隙。

离层注浆技术，就是通过地面钻孔，精准定位到这些关键离层带，然后将磨细的煤矸石粉（粒径通常在数毫米以下）与水制成的浓浆，在特定压力下注入其中。

这些浆液在离层空间中凝固后，会像一个个“支撑垫”一样，托住上部的关键岩层，从而有效减缓甚至阻止地表的沉降变形。这种方法处理煤矸石的量级虽不如前两者，但其在特定场景下的价值无可替代。

它的优势在于其“精准”与“专一”：

对地表重要建（构）筑物的保护效果极其显著；注浆系统相对独立，对井下正常生产干扰小；注浆材料要求煤矸石磨细即可，无需复杂的胶结材料，成本相对可控。

其技术门槛很高，需要精准的地质勘探、岩层移动预计和钻孔定位技术，否则“针”扎错了位置，效果便大打折扣。

国内案例观察： 

在京杭大运河畔的山东济宁某矿，为了保护千年古运河的堤坝安全，矿井采用了离层注浆技术。他们在运河下方的煤层工作面推进前，就在地面上布设了多个注浆钻孔，像一群“大地医生”一样，精准地将磨细的煤矸石浆液注入到地下数百米深处的关键离层。在整个采煤期间，堤坝上的监测点数据始终稳定在安全范围内，确保了这条“黄金水道”的安然无恙。在这里，煤矸石扮演了“定海神针”般的角色。

三、路径选择与未来展望

回到最初的问题：究竟推荐哪种方式？

答案已然清晰：没有最好的，只有最合适的。

★对于一个仍在生产、且面临复杂地质和环保压力的井工矿，井下充填是走向集约化、绿色化开采的必然选择，尽管前期投入巨大，但长远综合效益最高。

★对于一个已经或即将关闭的露天矿，矿坑回填是履行生态修复责任最直接、最有效的终局方案。

★而当保护的目标极端明确，如重要设施、城镇或水体时，离层注浆这类“精准手术”则提供了不可替代的解决方案。

 展望未来，煤矸石的地下回填之路，正朝着智能化、精细化和资源化的方向演进。我们或许将看到：

 *智能充填：

利用传感器和大数据，实时监测井下充填体的状态和地表变形，动态调整充填配比和工艺。

*材料革命：
研发更低成本、更高性能的胶凝材料，甚至利用化学激发等技术，让煤矸石自身具备更强的胶结能力。

 *协同处置： 将煤矸石回填与二氧化碳封存、地热利用等新技术结合，使地下空间成为多功能的环境修复载体。

 从黑色的煤矸石山，到绿色的充填体，再到金色的丰收田，这条将工业废弃物“归位”于地下的道路，是一条充满智慧与责任的征途。它考验着人类的技术能力，更衡量着你与我对脚下这片土地的敬畏与担当。